[發明專利]適合高濕結露環境的空氣二氧化碳濃度傳感器及方法

在審

• 申請號: 201410608478.2
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104374730A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 崔文順;閆磊;李偉娟;張志勇;崔碩;李建玲
• 申請（專利權）人: 廊坊市大華夏神農信息技術有限公司
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504;G01N21/15
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、所屬技術領域

本發明專利涉及一種物聯網使用的二氧化碳傳感器及測量方法，特別是適用于在高濕結露環境下連續測量空氣二氧化碳濃度使用。

二、技術背景

空氣二氧化碳濃度的自動連續測量，是物聯網需要感知的一項重要氣象因素，特別是在農業生產中用處很大。但是，當前采用的空氣二氧化碳濃度傳感器很多是采用紅外氣敏元器件作為探頭，通過記錄空氣中二氧化碳對于紅外光線的吸收量和透過量來測定二氧化碳的濃度，如果空氣濕度過大產生結露，探頭上的露水珠就會嚴重影響紅外光線的吸收量和透過量。因此，紅外型的二氧化碳濃度傳感器都對于環境的空氣相對濕度有一定的要求，所標稱的適宜環境空氣相對濕度一般低于95RH％。然而，在實際生產中，空氣溫度降低時，很容易出現空氣相對濕度增加到100RH％甚至過飽和結露的情況。傳感器探頭在久久不能蒸發掉的露水中，常會測量失真、失效。

為了滿足物聯網在高濕甚至是結露環境下的空氣二氧化碳濃度的連續自動測量，本發明提出了一個新的技術方案。

三、發明內容

本發明專利公開了一種能在常溫高濕甚至是結露環境下，自動、連續、正常測量空氣二氧化碳濃度裝置的制造方法和運行方法。這里所謂常溫是指攝氏0℃至50℃的溫度范圍內，所謂高濕環境即空氣相對濕度在95RH％～100RH％的環境；所謂結露環境，就是空氣中水汽過飽和、凝結出露水的環境。

本發明專利采用以下技術方案實現上述目的：

本空氣二氧化碳濃度傳感器產品包括：紅外二氧化碳濃度探頭(1)、電加熱元件(2)、氣室氣溫探頭(3)、變送器(4)、防水盒(5)、空氣溫度探頭(6)。

所述紅外二氧化碳濃度探頭(1)，主要包括氣室(11)、光源(12)、紅外光功率計(13)。

所述變送器(4)包括變送器芯片(41)、變送器線路板(42)、輸入輸出線(43)。

所述紅外二氧化碳濃度探頭(1)與變送器(4)都安裝在防水盒(5)內，紅外二氧化碳濃度探頭(1)與變送器(4)電連接，氣室氣溫探頭(3)安裝在紅外二氧化碳濃度探頭(1)的氣室(11)通氣口外側，電加熱頭(2)安裝在氣室氣溫探頭(3)外側，電加熱元件(2)與變送器(4)電連接，氣室氣溫探頭(3)與變送器(4)電聯接，空氣溫度探頭(6)安裝在防水盒(5)外與變送器(4)電連接。

變送器芯片(41)電連接固定于變送器線路板(42)上，變送器線路板(42)固定于防水盒(5)內，輸入輸出線(44)穿入防水盒(5)內與變送器線路板(42)電連接。

所述變送器芯片(41)，包括總控模塊(411)、固定溫差值設定模塊(412)、大氣環境實際空氣溫度感知模塊(413)、氣室空氣溫度感知模塊(414)、電加熱元件控制模塊(415)、氣室空氣二氧化碳濃度感知模塊(416)、大氣環境實際空氣二氧化碳濃度計算模塊(417)、大氣環境實際空氣二氧化碳濃度數據發送模塊(418)。

本發明提供測量計算空氣二氧化碳濃度的實現方法，包括給空氣紅外二氧化碳濃度傳感器上電后，變送器(4)啟動電加熱元件(2)開始加熱氣室(11)的通風口附近的空氣，變送器(4)再從防水盒(5)外面的空氣溫度探頭(3)獲得大氣的溫度，依據大氣環境實際溫度值設定一個升溫目標溫度，變送器(4)參照這個升溫目標溫度監視氣室氣溫探頭(3)，當氣室氣溫探頭(3)感知到氣室(11)通風口附近的氣溫升高并達到升溫目標溫度時停止電加熱元件(2)的加熱。氣室(11)通風口附近的氣溫被加熱后流入氣室(11)，由于空氣溫度的升高空氣相對濕度隨之降低，必然低于100RH％，避免了出現結露的現象，紅外二氧化碳濃度探頭(1)的光源(12)和紅外功率計(13)對于氣室(11)內已升溫的空氣進行二氧化碳濃度的測量。紅外二氧化碳濃度探頭(1)將升溫空氣二氧化碳濃度的測量數據發送至變送器(4)，空氣溫度探頭(6)將同期測量的大氣環境下的空氣溫度數據也發送給變送器(4)，變送器芯片(41)根據升溫空氣的二氧化碳濃度、大氣的空氣溫度、設定的升溫目標溫度計算出實際環境空氣二氧化碳濃度的數據輸出給上位機，一次測量工作完成。

1.空氣相對濕度高低與空氣溫度有關，空氣溫度升高則空氣相對濕度下降。本發明專利通過加熱空氣使進入氣室(11)的空氣相對濕度始終低于100RH％并不會結露，從而保護空氣二氧化碳濃度傳感探頭(1)不受結露的影響，所以保證了空氣二氧化碳濃度傳感器可在高濕和結露環境下正常測量空氣二氧化碳濃度，這對高濕結露環境下的物聯網建設具有重要意義。