Monitorowanie poziomu CO2 w pomieszczeniach. Najmniejsze na świecie selektywne czujniki stężenia CO2 w powietrzu

Monitorowanie poziomu CO2 w pomieszczeniach. Najmniejsze na świecie selektywne czujniki stężenia CO2 w powietrzu
Pobierz PDF Download icon

Dzięki nowym standardom energetycznym i lepszej izolacji domy i budynki biurowe stają się coraz bardziej energooszczędne i jednocześnie szczelne. Aktywna wentylacja staje się obowiązkowa, ponieważ pozwala na utrzymanie właściwego klimatu w pomieszczeniu. Od tego zależy nasze dobre samopoczucie i produktywność. Najistotniejszym wskaźnikiem jakości powietrza w pomieszczeniach jest zawartość CO2.

Czujniki stężenia CO2 są standardowo wykorzystywane w wymiennikach powietrza i inteligentnych systemach wentylacji, zarówno w rozwiązaniach przemysłowych, jak i domowych. Odgrywają istotną rolę w monitorowaniu jakości powietrza w pomieszczeniach i dlatego są integrowane w miernikach parametrów powietrza, oczyszczaczach powietrza, inteligentnych termostatach i systemach sterujących ogrzewaniem.

Miniaturowe czujniki od SENSIRION

Firma SENSIRION opracowała czujniki CO2 SCD40 i SCD41, które są obecnie najmniejszymi tego typu komponentami na świecie. Mając wymiary 10,1×10,1×6,5 mm, elementy te są mniejsze niż kostka cukru i łatwe do zastosowania w kompaktowych aplikacjach. Ich wygląd oraz sposób montażu prezentuje fotografia 1.

Fotografia 1. Wygląd i sposób montażu czujników typu SCD40 i SCD41

Pomimo niewielkich rozmiarów oba czujniki mają zintegrowany czujnik temperatury i wilgotności. Szeroki zakres napięcia roboczego, wynoszący od 2,4 do 5,5 V, pozwala zaoszczędzić na dodatkowych komponentach zewnętrznych, takich jak konwerter poziomów napięć. Konstrukcja czujników jest kompatybilna z urządzeniami pick-and-place i gotowa do lutowania rozpływowego (reflow), co oszczędza czas i koszt produkcji.

Parametry czujników SCD40 i SCD41

Podstawowe parametry obu sensorów zostały zestawione w tabeli 1.

Mniejsza dokładność czujnika SCD40, wynosząca ±50 ppm, pozwala na zastosowanie go np. w aplikacjach sygnalizujących poziom stężenia CO2. Model SCD41 działa z lepszą dokładnością ±40 ppm, w szerszym zakresie stężeń i oferuje dodatkowy tryb niskiego poboru mocy. Jest idealnym komponentem do systemów wentylacyjnych dużej dokładności oraz bezprzewodowych czujników systemów IoT zasilanych bateryjnie. Czujniki komunikują się z układem nadrzędnym poprzez interfejs I2C, gdzie przyjmują adres 0x62.

Sposób pomiaru

Ekstremalną miniaturyzację czujników osiągnięto dzięki unikalnej technologii PASens, która opiera się na detekcji wykorzystującej efekt fotoakustyczny. Jest on znany od dawna, ale to firma Sensirion wykorzystała go jako pierwsza w tak małym formacie. Wąskopasmowe światło pasujące do pasm absorpcji cząsteczek CO2 jest emitowane do zamkniętej celi pomiarowej. Cząsteczki CO2 znajdujące się w celi pomiarowej pochłaniają część emitowanego światła. Im więcej cząsteczek, tym pochłaniana jest większa energia. Inne cząsteczki nie pochłaniają emitowanego światła. Zaabsorbowana energia pobudza cząsteczki do oscylacji, co powoduje wzrost ciśnienia w zamkniętej celi pomiarowej (rysunek 1).

 

Rysunek 1. Zobrazowanie sposobu realizacji pomiarów

Modulacja źródła światła powoduje okresową zmianę ciśnienia w celi pomiarowej, którą mierzy mikrofon. Sygnał z mikrofonu służy jako miara liczby cząsteczek CO2 obecnych w celi pomiarowej. Po odpowiedniej obróbce uwzględniającej temperaturę i wilgotność otrzymywany jest gotowy wynik. Cyrkulacja powietrza w celi pomiarowej odbywa się poprzez specjalny filtr antypyłowy umieszczony na górnej ściance czujnika (fotografia 2).

 

Fotografia 2. Specjalny filtr antypyłowy umieszczony na górnej ściance czujnika

Zestaw uruchomieniowy

Producent przygotował zestaw uruchomieniowy umożliwiający szybkie rozpoczęcie pomiarów. Czujnik SCD41 zamontowany jest na płytce wyposażonej w standardowe złącza, oznaczonej SEK-SCD41 (fotografia 3).

 

Fotografia 3. Płytka uruchomieniowa SEK-SCD4 z zamontowanym czujnikiem

W połączeniu z adapterem USB typu SEK-SensorBridge (fotografia 4) powstaje kompletne rozwiązanie typu plug-and-play. Dzięki powiązanemu oprogramowaniu udostępnianemu nieodpłatnie przez producenta – dobrze znanego Control Center, można w łatwy sposób rejestrować zmierzone wartości i wyświetlić je bezpośrednio na komputerze.

 

Fotografia 4. Adapter USB typu SEK-SensorBridge

Czujnik SEK-SCD41 można alternatywnie podłączyć do Arduino lub Raspberry Pi za pomocą dołączonych kabli połączeniowych. Odpowiednie oprogramowanie jest dostępne bezpłatnie na stronie SENSIRION. Trzecią opcją jest przylutowanie płytki rozwojowej SEK-SCD41 do własnej aplikacji i przetestowanie działania czujnika w ten sposób.


Zaopatrzenie i wsparcie

Pierwsze próbki czujników SCD40 i SCD41 są dostępne z magazynu GLYN od początku kwietnia 2021 roku. Dzięki 20-letniemu doświadczeniu w zakresie czujników dystrybutor realizuje program GLYN-SUPPORT. Chętnie odpowie na wszelkie pytania telefonicznie lub mailowo: biuro@glyn.pl.

Dokumentacja czujników dostępna jest pod adresem: https://www.glyn.com/data/media/doc/SCD4x.pdf.

Strona dystrybutora poświęcona omawianym czujnikom dostępna jest pod adresem: https://www.glyn.com/News-Events/Newsletter.

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
maj 2021
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik czerwiec 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio czerwiec 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje maj 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna czerwiec 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich czerwiec 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów