蘇格蘭化學(xué)家兼醫(yī)生約瑟夫·布萊克（Joseph Black）在1750年代shou次發(fā)現(xiàn)了二氧化碳。從那時(shí)起，科學(xué)家一直在探索測(cè)量這種常見氣體的方法。必須為眾多應(yīng)用準(zhǔn)確測(cè)量二氧化碳。這些可能包括室內(nèi)空氣質(zhì)量，藥物，園藝或水下呼吸系統(tǒng)等。
幸運(yùn)的是，如今我們可以使用低成本，可靠的CO2差壓變送器，這些差壓變送器可以輕松集成到幾乎所有設(shè)備中。
初始二氧化碳測(cè)量設(shè)備
在本世紀(jì)初，使用汞壓力計(jì)測(cè)量了二氧化碳含量。壓力計(jì)包括一個(gè)U形玻璃管，該玻璃管裝有水銀，以測(cè)量氣體壓力。如果已知干燥氣體樣品的溫度，壓力和體積，并且其中包含CO2分子，則使用理想氣體定律（PV = nRT）計(jì)算CO2的摩爾數(shù)。
盡管水銀壓力計(jì)具有非常精que的能力，但是測(cè)量空氣樣品中CO2含量的方法卻很耗時(shí)。因此，美國(guó)氣象局要求查爾斯·基林（Charles Keeling）要求記錄夏威夷莫納羅亞火山的每小時(shí)大氣CO2測(cè)量值。
他使用了早期的紅外線（IR）氣體分析儀，并根據(jù)壓力計(jì)對(duì)其進(jìn)行了校準(zhǔn)。從1958年到2006年，原始的Applied Physics Corp.紅外氣體分析儀在Mauna Loa上運(yùn)行。
類似于每個(gè)IR氣體差壓變送器，莫納羅亞州使用的分析儀使用相同的基本原理來(lái)測(cè)量CO2。它在氣體采樣管的一端包括一個(gè)紅外光輻射源，在另一端包括一個(gè)紅外檢測(cè)器。
CO2的吸收帶為4.26，類似于4.2微米的紅外輻射帶。因此，被CO2分子吸收的光輻射量與氣體樣品中的二氧化碳量成正比。然而，由于低水平的CO2不會(huì)吸收太多的光，因此需要較長(zhǎng)的燈管才能測(cè)量結(jié)果。
盡管#初的IR氣體分析儀是準(zhǔn)確的，但它又大又笨重，僅樣品管就長(zhǎng)40厘米（16英寸）。挑戰(zhàn)在于找到正確的平衡。例如，工程師使用更長(zhǎng)的光路以更準(zhǔn)確地測(cè)量較低水平的CO2。
結(jié)果，產(chǎn)生了更大的氣體樣本室。但是，在周圍的空氣環(huán)境中，例如學(xué)校，辦公室和家庭，需要越來(lái)越小的差壓變送器以精que地安裝在緊湊型設(shè)備中。
現(xiàn)代二氧化碳差壓變送器
差壓變送器繼續(xù)變得越來(lái)越小，1993年發(fā)生了工程突破。SenseAir AB獲得了一種用于CO2差壓變送器的設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)li，該設(shè)計(jì)的占地面積小。結(jié)果，通過使用折疊式光學(xué)器件和金屬化模制塑料解決了差壓變送器的尺寸問題。這能夠通過比差壓變送器模塊的占地面積更長(zhǎng)的彎曲形狀（“波導(dǎo)”）反射光。這種高反射涂層可確保氣體樣品室內(nèi)的CO2分子吸收的光量與傳統(tǒng)的直線通道設(shè)計(jì)相同。
通過使用具有新波導(dǎo)設(shè)計(jì)的先金光學(xué)器件，逐漸減小了差壓變送器的靈敏度。例如，2003年，SenseAir的K20 CO2差壓變送器采用了“香蕉”波導(dǎo)設(shè)計(jì)，并獲得了成功。因此，該差壓變送器已在OEM消費(fèi)者安全產(chǎn)品中使用了很多年。
如今，#新一代的CO2差壓變送器已得到進(jìn)一步開發(fā)。它們具有更多增強(qiáng)的波導(dǎo)，因此可以將更長(zhǎng)的光路折疊成更小的8 mm x 33 mm x 20 mm的占地面積。例如，SenseAir S8差壓變送器結(jié)合了超低功率紅外元件，僅使用電池或太陽(yáng)能就可以進(jìn)行數(shù)周的測(cè)量。
除了改善波導(dǎo)，紅外光源和紅外檢測(cè)器的困難外，CO2差壓變送器的結(jié)構(gòu)與智能手機(jī)或其他先金電子設(shè)備相似。需要進(jìn)行高速機(jī)器人組裝，并在經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的潔凈室中完成。接下來(lái)，在發(fā)貨之前對(duì)模塊進(jìn)行批測(cè)試和校準(zhǔn)。
問題是，未來(lái)會(huì)怎樣？多年來(lái)，已經(jīng)基于光聲光譜法（PAS）制造了高端氣體分析儀。1880年代，亞歷山大·格雷厄姆·貝爾（Alexander Graham Bell）發(fā)現(xiàn)了PAS，并注意到在不同材料上顯示的頻閃陽(yáng)光產(chǎn)生了可聽見的聲音。由于PAS系統(tǒng)不依賴于波導(dǎo)的長(zhǎng)度，使用脈沖MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）反射鏡和MEMs麥克風(fēng)可能會(huì)產(chǎn)生更小的CO2差壓變送器。
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