蘇格蘭化學家兼醫(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。從那時起，科學家一直在探索測量這種常見氣體的方法。必須為眾多應用準確測量二氧化碳。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備中。
初始二氧化碳測量設備
在本世紀初，使用汞壓力計測量了二氧化碳含量。壓力計包括一個U形玻璃管，該玻璃管裝有水銀，以測量氣體壓力。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）計算CO2的摩爾數(shù)。
盡管水銀壓力計具有非常精que的能力，但是測量空氣樣品中CO2含量的方法卻很耗時。因此，美國氣象局要求查爾斯·基林（Charles Keeling）要求記錄夏威夷莫納羅亞火山的每小時大氣CO2測量值。
他使用了早期的紅外線（IR）氣體分析儀，并根據(jù)壓力計對其進行了校準。從1958年到2006年，原始的Applied Physics Corp.紅外氣體分析儀在Mauna Loa上運行。
類似于每個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測量CO2。它在氣體采樣管的一端包括一個紅外光輻射源，在另一端包括一個紅外檢測器。
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不會吸收太多的光，因此需要較長的燈管才能測量結(jié)果。
盡管#初的IR氣體分析儀是準確的，但它又大又笨重，僅樣品管就長40厘米（16英寸）。挑戰(zhàn)在于找到正確的平衡。例如，工程師使用更長的光路以更準確地測量較低水平的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，例如學校，辦公室和家庭，需要越來越小的差壓變送器以精que地安裝在緊湊型設備中。
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差壓變送器的設計的轉(zhuǎn)li，該設計的占地面積小。結(jié)果，通過使用折疊式光學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的彎曲形狀（“波導”）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)的直線通道設計相同。
通過使用具有新波導設計的先金光學器件，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”波導設計，并獲得了成功。因此，該差壓變送器已在OEM消費者安全產(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一步開發(fā)。它們具有更多增強的波導，因此可以將更長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，僅使用電池或太陽能就可以進行數(shù)周的測量。
除了改善波導，紅外光源和紅外檢測器的困難外，CO2差壓變送器的結(jié)構(gòu)與智能手機或其他先金電子設備相似。需要進行高速機器人組裝，并在經(jīng)過特殊設計的潔凈室中完成。接下來，在發(fā)貨之前對模塊進行批測試和校準。
問題是，未來會怎樣？多年來，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光產(chǎn)生了可聽見的聲音。由于PAS系統(tǒng)不依賴于波導的長度，使用脈沖MEMS（微機電系統(tǒng)）反射鏡和MEMs麥克風可能會產(chǎn)生更小的CO2差壓變送器。
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