二氧化碳傳感器的分類及原理

二氧化碳是一種無色無味的氣體，它是大氣重要組成成分之一。二氧化碳作為光合作用的主要反應物，其濃度大小直接關系到農作物的光合效率，決定著農作物的生長發育，成熟期，抗逆性，質量，產量等。但其含量過高除了會產生溫室效應等多種影響，還會危害人類的健康。當濃度達到0.3%時人們會出現明顯的頭痛，達到4%-5%時會感到眩暈。室內環境尤其是在空調房間，環境相對密封，如果長時間不通風換氣，二氧化碳濃度會逐漸升高，對人體健康不利，根據2003年實施的室內空氣質量標準，日平均二氧化碳含量體積分數標準值不超過0.1%。

隨著科學技術的不斷發展和人民生活水平的日益提高以及人們對環境保護的日益重視，在空調、農業、醫療、汽車及環保等方面，對二氧化碳氣體進行定量監測與控制已經成為日益增長的需求。

二氧化碳傳感器在工業、農業、國防、醫療衛生、環境保護、航空航天等許多領域都具有廣泛的應用。

下面向大家介紹一下二氧化碳傳感器的工作原理。

任何物質都有其特征明線光譜，相應的也會有吸收光譜，二氧化碳氣體分子亦然。陶瓷材料的晶格的振動和對電子運動產生阻礙作用，溫度升高，晶格振動加強、振幅加大，阻礙電子作用增強。根據氣體選擇性吸收理論可知，當光源的發射波長與氣體的吸收波長相吻合時，就會發生共振吸收，其吸收強度與該氣體的濃度有關，通過測量光的吸收強度就可測量氣體的濃度。

目前二氧化碳傳感器的種類很多，就其原理來分有熱導式、密度計式、輻射吸收式、電導式、化學吸收式、電化學式、色譜式、質譜式、紅外光學式等。

紅外吸收型二氧化碳氣體傳感器是基于氣體的吸收光譜隨物質的不同而存在差異的原理制成的。二氧化碳傳感元件通過驅動電路控制內部紅外燈發出固定波段的紅外光，經待測氣體的吸收，紅外光幅值發生變化，再通過檢測變化量計算待測氣體的濃度，即傳感元件輸出的信號分別經過濾波、放大處理和ADC采集轉換、輸入到微處理器，微處理器系統根據采集到的溫度、壓力進行相應的溫度、壓力補償處理，終計算出待測的二氧化碳濃度值輸出到顯示設備。主要有可調諧二極管激光吸收光譜、光聲光譜技術、腔增強光譜技術和非分光紅外光譜技術等。紅外吸收型傳感器優點很多，靈敏度高、分析速度快、穩定性好等。

電化學二氧化碳氣體傳感器是將二氧化碳的濃度（或分壓）通過電化學反反應轉變成電信號的一類化學傳感器。按照檢測電信號來分，電化學型分為電位型、電流型和電容型。按照電解質的形態，有液體電解質和固體電解質之分。自20世紀70年代至今，固體電解質二氧化碳傳感器一直深受廣大科研工作者的關注。固體電解質二氧化碳傳感器的原理是氣敏材料在通過氣體時產生離子，從而形成電動勢，測量電動勢從而測量氣體體積分數。

利用二氧化碳與其他氣體熱傳導率的不同制作熱導式二氧化碳氣體傳感器也是早用來檢測二氧化碳的一種傳感器。但其靈敏度低。

聲表面波氣敏傳感器在壓電晶體涂覆一層有選擇吸附某氣體的氣敏薄膜，當該氣敏薄膜與待測氣體相互作用，使得氣敏薄膜的膜層質量、粘彈性和電導率等特性發生變化，引起壓電晶體的聲表面波頻率發生漂移，從而檢測出氣體的濃度。聲表面波氣體傳感器屬于質量敏感型傳感器的一種，另外石英晶體微量天平氣體傳感器與聲表面波傳感器工作原理類似，也屬于質量敏感型傳感器。質量敏感型傳感器本身對氣體或蒸氣不具有選擇性，其作為化學傳感器的選擇性僅僅依賴于表面涂層物質的性質。

半導體式二氧化碳氣體傳感器利用半導體氣敏元件作為敏感元件的氣體傳感器，金屬氧化物半導體二氧化碳氣體傳感器特點有響應快、耐環境能力強、結構穩定。