Các phương pháp đo Carbon Dioxide (CO2)

Các phương pháp đo Carbon Dioxide (CO2)

Carbon Dioxide (hay còn gọi là khí Cacbonic Oxide) là một hợp chất khí được tạo ra bởi phản ứng của Carbon (kí hiệu là C) và Oxy (kí hiệu là O). Công thức hóa học của nó là CO2. Một phân tử Carbon Dioxide bao gồm hai nguyên tử Oxy và một nguyên tử Carbon. Carbon Dioxide là một chất vô cơ không dễ cháy và thường không hỗ trợ trong quá trình đốt cháy. Carbon Dioxide thường không độc hại khi ở nồng độ thấp, nhưng khi nồng độ Carbon Dioxide trong môi trường vượt quá một lượng nhất định, Carbon Dioxide sẽ có tác động đến cơ thể con người. Bài viết này sẽ trình bày và hướng dẫn chi tiết cách đo lượng khí Carbon Dioxide.


Tầm quan trọng của việc đo Carbon Dioxide

Như đã đề cập ở trên, Carbon Dioxide ở nhiệt độ phòng là một chất khí không màu, không mùi và không thể phát hiện bằng cảm quan. Nồng độ Carbon Dioxide thấp không độc hại, trong khi nồng độ Carbon Dioxide cao có thể gây ngộ độc cho con người và động vật. Ngoài ra, Carbon Dioxide rất có hại cho môi trường và nó là nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính.

Tầm quan trọng của việc đo Carbon Dioxide

 

Khí nhà kính (Greenhouse gases) là những loại khí có khả năng hấp thụ các bước sóng dài tổn tại trên bề mặt của Trái Đất. Khi Mặt trời chiếu xuống, các khí này sẽ hấp thụ và phân tán nhiệt lại trên bề mặt Trái đất, dẫn đến hiệu ứng nhà kính.


Khi nhiệt độ tiếp tục tăng lên sẽ dẫn đến hiện tượng ấm lên toàn cầu. Bên cạnh đó, các hoạt động của con người sẽ thải ra một lượng lớn khí Cacbonic khiến nồng độ khí nhà kính trong khí quyển tăng mạnh, kéo theo đó là hiệu ứng nhà kính ngày càng lớn. Bằng cách đo lượng Carbon Dioxide (CO2) trong môi trường, có thể thực hiện các biện pháp ngăn chặn và hành động kịp thời để giảm nồng độ Carbon Dioxide trong khí quyển.


Trong nông nghiệp, khí Cacbonic là một trong những nguyên liệu để cây xanh thực hiện quá trình quang hợp, 95% trọng lượng thực tế của cây trồng là do quá trình do quang hợp tạo ra. Do đó, việc sử dụng cảm biến Carbon Dioxide để kiểm soát nồng độ đã trở thành một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến năng suất cây trồng. Một ví dụ điển hình là việc trồng trọt trong nhà kính, mức độ tập trung Carbon Dioxide sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sinh trưởng của cây trồng.


Trong công nghiệp, Carbon Dioxide rắn thường được sử dụng để làm lạnh thực phẩm đông lạnh và các thực phẩm dễ hỏng khác khi vận chuyển và làm chất làm lạnh trong nhiều quy trình công nghiệp. Khí Carbon Dioxide được sử dụng phổ biến trong đồ uống có ga, kiểm soát độ pH trong các quy trình xử lý nước. Trong ngành y tế, nó còn được dùng làm chất pha loãng khí diệt khuẩn. Để đạt được điều này, tất cả yêu cầu cần phải đo Carbon Dioxide (CO2).


Phương pháp đo Carbon Dioxide (CO2)

Cảm biến Carbon Dioxide là công cụ được sử dụng phổ biến nhất để đo nồng độ Carbon Dioxide (CO2). Nồng độ Carbon Dioxide được phát hiện bởi đầu dò cảm biến và thông qua bộ chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số để hiển thị cho người dùng theo dõi. Có ba loại cảm biến chính được sử dụng để đo Carbon Dioxide (CO2) là:
* Cảm biến điện hóa.
* Cảm biến hồng ngoại không tán sắc (NDIR).
* Cảm biến bán dẫn oxit kim loại (MOS).

 

Cảm biến điện hóa (Electrochemical Sensors)

Cảm biến điện hóa là một máy dò sử dụng hai điện cực, nó cho phép khí đi qua bị Oxy hóa hoặc khử tại điện cực để đo dòng điện và thu được nồng độ khí đo được. Khi khí khuếch tán vào điện cực làm việc của cảm biến, khí bị Oxy hóa hoặc khử và phản ứng điện hóa này tạo ra dòng điện chạy qua mạch bên ngoài và nồng độ khí được chuyển đổi bằng cách đo giá trị dòng điện. Ngoài phép đo, quá trình khuếch đại và xử lý tín hiệu khác được thực hiện và mạch bên ngoài duy trì điện áp trên cảm biến và điện áp của cảm biến sẽ được tham chiếu ngược lại trên hai điện cực. Phản ứng ngược chỉ ra ở điện cực, do đó nếu điện cực đang làm việc có tính Oxy hóa, thì điện cực ngược lại có tính khử.

Cảm biến điện hóa (Electrochemical Sensors)


  

Cường độ dòng điện phụ thuộc vào lượng khí Cacbonic bị Oxy hóa ở các điện cực. Cảm biến được thiết kế để nguồn cung cấp khí bị hạn chế khuếch tán và cảm biến có đầu ra tuyến tính tỷ lệ với nồng độ khí. Đầu ra tuyến tính là một trong những ưu điểm của cảm biến điện hóa so với các cảm biến công nghệ khác.
Ưu điểm: Các cảm biến điện hóa thường ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi độ ẩm và nhiệt độ.

Cảm biến hồng ngoại không tán sắc (Non-Dispersive Infrared Sensors)

Các yếu tố khác nhau trên Trái đất sẽ hấp thụ một số loại ánh sáng khác nhau. Ví dụ: màu xanh lá cây phản xạ ánh sáng màu lục nhưng lại hấp thụ ánh sáng của các màu khác. Hiển nhiên là mắt của con người không thể nhìn thấy quá trình này. Khi các nguyên tố được chia nhỏ thành các nguyên tử và phân tử, chúng ta có thể biết chính xác loại ánh sáng mà chúng hấp thụ, ngay cả ánh sáng mà mắt chúng ta không thể nhìn thấy. Đó là cách hoạt động của cảm biến NDIR. Về nguyên tắc của cảm biến này là các chất khí khác nhau sẽ hấp thụ ánh sáng và các chất khí khác nhau sẽ hấp thụ ánh sáng có bước sóng khác nhau, chẳng hạn như CO2 nhạy cảm nhất với tia hồng ngoại (bước sóng 4,26 m).

Cảm biến hồng ngoại không tán sắc (Non-Dispersive Infrared Sensors)

 

Ánh sáng đi qua khí Carbon Dioxide trong đường quang học, đi qua bộ lọc và đến đầu dò hồng ngoại. Nồng độ Carbon Dioxide (CO2) được xác định bằng cách đo cường độ ánh sáng hồng ngoại từ cảm biến hồng ngoại. Khi không có khí Cacbonic (CO2) trong môi trường, cường độ của nó là mạnh nhất. Khi Carbon Dioxide (CO2) đi vào buồng khí, Carbon Dioxide sẽ hấp thụ một phần ánh sáng hồng ngoại, do đó cường độ ánh sáng tới đầu dò sẽ bị suy yếu. Lúc này nồng độ của Carbon Dioxide đã có thể được tính toán.
Ưu điểm: Cảm biến NDIR có tuổi thọ lâu dài và phạm vi đo rộng.

Cảm biến bán dẫn Oxit kim loại (Metal Oxide Semiconductor Sensors)

Đầu dò của cảm biến bán dẫn Oxit kim loại chủ yếu được làm bằng vật liệu bán dẫn. Vật liệu bán dẫn được sử dụng rộng rãi nhất không phải là chất bán dẫn Silicon và Germani thông thường, mà là chất bán dẫn Oxit kim loại. Nguyên lý hoạt động cơ bản của cảm biến bán dẫn Oxit kim loại để đo khí CO2 là trong điều kiện nhiệt độ nhất định, sau khi Cacbon Dioxit (CO2) trong không khí tiếp xúc với vật liệu bán dẫn Oxit kim loại, thành phần hóa học sẽ bị thay đổi thông qua phản ứng khử hoặc Oxy hóa và quá trình này sẽ có kèm theo điện tích. Sự chuyển đổi tiếp tục gây ra sự thay đổi điện trở của chất bán dẫn và việc phát hiện ra khí có thể được thực hiện bằng cách đo sự thay đổi điện trở của chất bán dẫn.

Ưu điểm: Dễ sử dụng do thiết kế đơn giản.

Cảm biến bán dẫn Oxit kim loại (Metal Oxide Semiconductor Sensors)


Những đề xuất sử dụng cảm biến đo CO2

Cảm biến Carbon Dioxide gắn trên tường

Cảm biến CO2 treo tường này là một cảm biến CO2 NDIR. Đó là cảm biến treo tường đa năng có cảm biến nhiệt độ và độ ẩm tích hợp. Nó có khả năng bảo vệ cao và nhiều chức năng khác nhau, và rất phổ biến trên thị trường. Cảm biến nhiệt độ tích hợp của nó cũng được trang bị bù nhiệt độ để đảm bảo đo nhiệt độ chính xác.

Cảm biến Carbon Dioxide gắn trên tường


Lớp màng chống thấm nước và thoáng khí trên bề mặt chỉ có thể cho khí đi qua, ngăn chặn hiệu quả sự bào mòn của cảm biến bởi độ ẩm trong môi trường. Nó có thể được sử dụng trong môi trường Carbon Dioxide (CO2) nồng độ cao trên 800ppm trong một thời gian dài. Cảm biến bao gồm hai phương thức đầu ra là RS485 và đầu ra tín hiệu tương tự (Analog). Việc lựa chọn đầu ra là tín hiệu RS485 có thể sử dụng máy chủ lưu trữ để thu thập dữ liệu từ nhiều khu vực và tải chúng lên nền tảng đám mây, dễ dàng cho mục đích thực hiện giám sát từ xa và xem dữ liệu. Nếu chọn đầu ra tương tự thì có thể sử dụng PLC của riêng người sử dụng hoặc thiết bị thu thập dữ liệu khác để thực hiện việc xem dữ liệu.
Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm Carbon Dioxide gắn trên tường


Cảm biến Carbon Dioxide là loại cảm biến 3 trong 1, được tích hợp đầu dò nhiệt độ và độ ẩm ở phía dưới có thể phát hiện nhiệt độ và độ ẩm trong môi trường và cảm biến Carbon Dioxide tích hợp đo lượng Carbon Dioxide sự tập trung. Một loạt các phép đo có thể được đo lường bằng một thiết bị để đáp ứng nhu cầu của người dùng. Nó có một phạm vi đo lường rộng, được sử dụng phổ biến nhất là 0-5000ppm và 0-10000ppm, các phạm vi khác có thể được tùy chỉnh. Đây là một cảm biến khí công nghiệp hiệu quả về chi phí.


Cảm biến Carbon Dioxide di động

Do các yêu cầu hay vấn đề khác nhau mà việc đo Carbon Dioxide không chỉ đo ở một vị trí duy nhất chúng có thể cần đo tình hình Carbon Dioxide ở nhiều địa điểm khác nhau chẳng hạn như: công nhân mỏ hoặc đường hầm, mỗi lần trước khi vào môi trường kín, cần đo nồng độ Carbon Dioxide bên trong, một cảm biến khí có thể di chuyển tự do và hiển thị trực tiếp giá trị đo là đặc biệt quan trọng.

Cảm biến Carbon Dioxide di động

 

Cảm biến này chứa nhiều chức năng, được thiết kế công nghiệp chống bụi cho các điều kiện khắc nghiệt ngoài trời. Được trang bị cảm biến CO2 NDIR và pin sạc, cảm biến CO2 di động này có thể đo và hiển thị trực tiếp nồng độ Carbon Dioxide xung quanh hiện tại. Nó có cùng kích thước với điện thoại sử dụng hàng ngày, giúp bạn dễ dàng mang theo. Người dùng cũng có thể đặt giá trị báo động theo cách thủ công, đây là một thiết bị đo Carbon Dioxide không dây chuyên nghiệp.
Cảm biến Carbon Dioxide cầm tay được sử dụng trong phòng thí nghiệm, nhà kính và nhà nấm,...  Các tùy chọn khác nhau, phạm vi đo từ ppm đến phần trăm.


Cảm biến Carbon Dioxide cố định

Cảm biến Carbon Dioxide sẽ trực tuyến phát hiện thời gian thực về nồng độ Carbon Dioxide và rò rỉ trong môi trường công nghiệp. Nó sử dụng cảm biến NDIR hồng ngoại chính xác cao và công nghệ vi điều khiển (Microcontroller Technology). Nó có tốc độ phản hồi nhanh và độ chính xác của phép đo cao.

Cảm biến Carbon Dioxide cố định


Phương pháp đi dây chống cháy nổ của loại này phù hợp với nhiều nơi nguy hiểm khác nhau và tương thích với nhiều hệ thống báo động điều khiển, PLC, DCS và các hệ thống điều khiển khác. Nó có thể đồng thời nhận ra các cảnh báo tại chỗ. Hiển thị hoàn hảo các chỉ số kỹ thuật và giá trị nồng độ khí khác nhau. Đồng thời, nó có nhiều chức năng bảo vệ mạch mạnh mẽ, có thể ngăn ngừa hiệu quả các hư hỏng của thiết bị gây ra bởi các yếu tố con người và các yếu tố không kiểm soát được.
Cảm biến Carbon Dioxide này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là ở những nơi dễ cháy nổ và nó cũng có ý nghĩa rất lớn trong việc phát hiện những nơi có khí độc và có hại.


Cảm biến Carbon Dioxide trên ô tô

Cảm biến khí Carbon Dioxide này là một cảm biến nhỏ thông minh đa năng sử dụng nguyên tắc tia hồng ngoại không phân tán (NDIR) để phát hiện CO2 trong không khí. Nó có các đặc điểm là chọn lọc tốt, không phụ thuộc vào Oxy và tuổi thọ cao, tích hợp bù nhiệt độ. Đồng thời, nó có đầu ra nối tiếp, đầu ra tương tự và đầu ra PWM, rất tiện lợi khi sử dụng.

Cảm biến Carbon Dioxide trên ô tô


Cảm biến này là cảm biến hiệu suất cao được chế tạo bằng cách kết hợp chặt chẽ giữa công nghệ phát hiện khí hấp thụ hồng ngoại hoàn thiện với thiết kế đường dẫn quang học chính xác và thiết kế mạch tinh vi.
Nó có tính chọn lọc tốt và không phụ thuộc vào Oxy, và được sử dụng rộng rãi trong ô tô, xe buýt, thiết bị gia dụng thông minh và các lĩnh vực khác.

Ứng dụng của cảm biến CO2

Ứng dụng trong ngành nuôi trồng thủy sản

Một số trang trại quy mô lớn, chẳng hạn như nhà máy chăn nuôi bò, lợn, gà, …. đang ở trong một số môi trường khép kín hoặc nửa kín. Vì số lượng lớn, những con vật nuôi này thải ra một lượng lớn khí Cacbonic. Nếu không được thông gió kịp thời, nồng độ khí Cacbonic cao sẽ gây ra các vấn đề như thiếu Oxy, biếng ăn, chậm lớn ở động vật. Đồng thời, thiếu không khí di chuyển dễ dẫn đến suy giảm khả năng miễn dịch và dễ bùng phát dịch bệnh ở vật nuôi.
Lắp đặt các cảm biến Carbon Dioxide trong trang trại để theo dõi nồng độ Carbon Dioxide. Khi nồng độ khí Cacbonic trong trang trại đạt đến một lượng nhất định, hệ thống thoát khí có thể được kích hoạt để thay thế không khí trong lành và cung cấp một môi trường chăn nuôi tốt cho sự phát triển của vật nuôi.

 

Ứng dụng trong khí thải công nghiệp

Có nhiều loại khí thải công nghiệp có thể gây hại cho môi trường khác nhau. Khí thải là loại khí độc hại do hoạt động sản xuất và đời sống của con người thải ra. Đặc biệt là các nhà máy hóa chất, nhà máy thép, nhà máy dược phẩm, nhà máy lọc dầu,… cũng như việc sản xuất khí thải sinh hoạt do đời sống con người mang lại. Mùi khí thải rất nồng nặc gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
Khi nền kinh tế phát triển, các hoạt động của con người, chẳng hạn như đốt nhiên liệu hóa thạch và phá rừng, góp phần làm tăng nồng độ khí nhà kính. Cũng có một số xí nghiệp công nghiệp tạo ra một lượng lớn khí CO2 và thải ra từ việc mở đường ống. Những điều này làm cho sự nóng lên toàn cầu trở thành một trong những thách thức lớn nhất mà nhân loại ngày nay phải đối mặt.
Hiệu ứng nhà kính đang âm thầm ảnh hưởng đến môi trường sống của con người, chẳng hạn như mực nước biển dâng cao, khí hậu bất thường, diện tích sa mạc hóa ngày càng tăng, …. Vì vậy, việc theo dõi nồng độ khí thải khi xả khí thải công nghiệp là rất cần thiết. Một cảm biến Carbon Dioxide đo nồng độ Carbon Dioxide có thể được lắp đặt trong ống khói để kiểm soát chặt chẽ nồng độ Carbon Dioxide trong khí thải.

Ứng dụng của HVAC trong nhà

Nếu có nhiều người trong phòng và không khí không được thông thoáng, cộng với việc cơ thể con người thải ra khí CO2, hàm lượng Oxy trong không khí tương đối giảm, đồng thời nồng độ khí Cacbonic tăng lên, những người ở trong nhà sẽ có sự khác biệt mức độ của các triệu chứng ngộ độc.
Nhiều người thường xuyên ở trong nhà thích bật điều hòa để thông gió nhưng hiệu quả lọc không khí của điều hòa trung tâm thông thường kém, dẫn đến không khí trong nhà bị ô nhiễm nhiều. Trong số đó, các chất ô nhiễm ở thể khí là chất gây ung thư cho cơ thể con người, và các vi sinh vật dễ gây ra các bệnh dị ứng khác nhau. Mặc dù hiệu quả thanh lọc của điều hòa bảo vệ môi trường không thể so với máy lọc không khí, nhưng không khí đi qua điều hòa bảo vệ môi trường cũng không có mùi và trong lành, do đó nồng độ CO2  trong nhà sẽ giảm.


Ứng dụng của nhà kính nông nghiệp

Tất cả các loại rau trong nhà kính nông nghiệp đều cần hấp thụ khí Cacbonic để quang hợp. Tuy nhiên, cây trồng trong nhà kính được giữ ở những nơi tương đối kín trong thời gian dài và nồng độ Carbon Dioxide bên trong chúng thay đổi rất nhiều trong vòng một ngày. Do đó, tình trạng thiếu hụt khí Cacbonic trong nhà kính là khá nghiêm trọng, đã trở thành một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến năng suất rau trong nhà kính. Việc sử dụng cảm biến Carbon Dioxide để kiểm soát nồng độ cũng trở thành một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến năng suất cây trồng. Hiện nay, nhiều nhà kính đã bắt đầu sử dụng thiết bị giám sát môi trường cảm biến Carbon Dioxide. Việc lắp đặt các cảm biến Carbon Dioxide trong nhà kính nông nghiệp có thể đảm bảo cảnh báo kịp thời khi nồng độ Carbon Dioxide không đủ để sử dụng phân bón khí. Đảm bảo sự phát triển khỏe mạnh của thực vật.


Tổng kết: Việc đo lường khí Carbon Dioxide không khó. Chỉ cần chọn một cảm biến Carbon Dioxide tốt. Hiện tại, NDIR là một trong những được sử dụng rộng rãi nhất. Bài viết này đã giới thiệu cho bạn chi tiết những nơi cần đo lượng khí Cacbonic. Nếu bạn có câu hỏi khác về đo Carbon Dioxide, vui lòng liên hệ với chúng tôi.