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pysb.ybzhan.cn仪表网旗下为了尽量减少处理外部新鲜空气所产生的能耗，现代通风系统会对室内 空气进行循环使用。利用二氧化碳(CO2 )传感器作为室内空气质量指示器 有助于向建筑内部人员输送新鲜的外部空气，同时实现能耗优化。
随着节能法规日趋严格，对二氧化碳传感 器的要求也在不断提高。加利福尼亚州是 提升室内空气质量的先驱之一，其在《建 筑标准法》中为二氧化碳传感器制定了 性能标准：
“制造商须证明其CO2 传感器 在海平面及25°C条件下、浓度范围600和 1000 ppm时的测量精度达到正负75 ppm， 初次使用时由工厂进行校准或标定，且制 造商须确认每五年至少校准一次。”
这一规定凸显了在选择传感器时仔细查 看参数指标的重要性——并非所有的传 感器均能满足预期要求。
红外CO2 传感器的工作原理
红 外 传感 器 — — 也称为非色散 红 外 (NDIR) 传感器——成为主导暖通空调领 域CO2 传感器市场的原因非常明显。这类 传感器具有高度的灵敏性、选择性和稳定 性，具有较长的使用寿命，并且对环境变 化不敏感。另外该技术相对成本较高且不 易小型化的传统难题已经得到解决。
二氧化碳的特征吸收光谱带位于波长 4.26 µ m的红外区。当红外光辐射穿过含 有二氧化碳的气体时，二氧化碳分子会吸 收部分辐射。透过气体的辐射量取决于其 所含二氧化碳的浓度。由红外光源、探测 器和光程组成的红外传感器可将这一现 象量化（参见图1）。
图1.利用红外探测器可探测到CO2 分子的红外吸收情况。
A: 红外源 B: 光程 C: 探测器
红外CO2 传感器及其性能差异
安装完成后，暖通空调系统的CO2 传感器 通常在数年甚至整个使用寿命期内几乎 不进行维护，因此选择具有长期可靠性和 精确性的传感器尤其重要。虽然所有红 外CO2 传感器的测量原理均相同，但技术 解决方案和测量性能却差别甚大。经验 丰富的暖通空调专业人员对于各种传感 器类型及其性能的差别了如指掌。
单波束单波长传感器
单波束单波长传感器结构简单（见图2）， 由红外源、测量腔室和探测器组成。
图2. 单波束单波长传感器
此类传感器的问题在于其长期漂移比较 严重。微型白炽灯泡的强度（二氧化碳传 感器常见的红外光源）会随时间发生变 化。此外传感器表面可能会沉积灰尘和 污垢。当二氧化碳浓度发生变化时，传感 器会对这些改变做出错误响应，导致长期 测量的不可靠性。
为了对这一固有不稳定性进行补偿，一些 制造商采用了自动背景校准方法。传感 器在zhi定时间段内（通常为数天）记录 最小的二氧化碳读数，然后假定最小记 录读数对应于外部新鲜空气（二氧化碳 浓度40ppm），对读数重新进行调整。遗 憾的是由于建筑内的人员活动模式会影 响室内二氧化碳水平，这种假设并非始 终成立。诸如医院、养老院、住宅楼以及 办公室等设施可能全天二十四小时都有 人员活动，低二氧化碳水平约为600- 800ppm。反复的错误调整会产生不正确 的二氧化碳读数，最终导致通风不足，室 内空气质量低劣。另外新建筑的混凝土 碳化作用可能会将二氧化碳浓度降低到 400ppm以下，因而自动背景修正在这种情 况下也没有效果。
双波束单波长传感器
双波束单波长传感器（图3）采用第二个 红外源为红外源漂移提供补偿。让人费 解的是制造商声称由于第二个光源很少 使用，因此不会发生老化。传感器结构增 加了不必要的复杂性，而第二个红外源添 加了额外的潜在故障点。另外灰尘和污垢 很少会在传感器周围均匀地沉积。因此，这种传感器结构相对而言并不可靠。
图3. 双波束单波长传感器结构
单波束双波长传感器
单波束双波长传感器不存在影响单波束 单波长和双波束单波长传感器性能的漂 移问题。这项通常在昂贵的滤光片轮式分 析仪中使用的技术不但能够测量吸收波 长，还能够测量没有发生吸收的参比波 长。
维萨拉将单波束双波长传感器整合到可 用于工业变送器的紧凑型结构中。参比波 长通过位于探测器前端的电子可调式法 布里-珀luogan涉仪(FPI)滤波器进行测量。
图4. 探测器前端装有FPI滤波器的单 波束双波长传感器
微电子机械加工的FPI过滤器以电子调节 方式在二氧化碳测量波长和参比波长之 间切换。参比测量可为红外源强度及光 程上的污垢沉积变化提供补偿，从而无 需采用复杂的补偿算法。
单波束双波长传感器结构简单，成本效 益好，长期工作具有高度稳定性，所需的 维护工作少。
选择暖通空调CO2 传感器时要考 察的基本性能标准：
精度：传感器读数与真实值 的接近程度
测量范围：仪器能够测量的 测量值上下限。
灵敏性：可探测到二氧化碳 浓度的最小值，以及可探测 到浓度变化的最小量值
选择性：传感器在混合气体 物质中辨别二氧化碳的能力
响应时间：传感器响应二 氧化碳浓度变化所需的时 间长度
稳定性：能够获得稳定且可 再次复现二氧化碳读数的预 计时间范围
功耗：对总能耗至关重要； 但由于仪表的自加热现象， 也会影响测量精度
便于维护：考察的校准 间隔时间、可选用的校准方 案及其使用便利性
图5展示了采用参比测量的传感器（单波 束双波长传感器）与未采用参比测量的传 感器（单波束单波长传感器）的长期稳定 性差别。单波束单波长传感器都存在的 漂移问题原因在于红外源强度有所减弱， 最终导致二氧化碳水平的显示值过高。然 而，传感器漂移也会导致读数过低。
图5：维萨拉单波束双波长传感器（采用参比测量的传感器）与单波束单波长传 感器（未采用参比测量的传感器）的长期稳定性对比
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