Karbon Dioksit (CO2), oda sıcaklığında kokusuz ve renksiz bir gaz olarak bulunan bir bileşiktir. Bu bileşik bir karbon atomu ve iki oksijen atomundan oluşur. O halde çevremizdeki havadaki Karbon Dioksit (CO2) miktarını nasıl ölçeriz? Bu makalede şunları inceleyeceğiz:
- Karbon Dioksit (CO2) neden ölçülür?
- Karbon Dioksit (CO2) nasıl ölçülür? – Farklı CO2 sensör türleri,
- Çeşitli Karbon Dioksit (CO2) sensörlerini önerin,
- CO2 sensörlerinin uygulamaları.
Karbon Dioksit (CO2) neden ölçülür?
Tütün veya formaldehit gibi diğer hava kirleticilerinin aksine, karbon dioksit (CO2) yalnızca duyularımızla tespit edilemez. Daha önce de belirtildiği gibi, karbon dioksit (CO2) renksiz ve kokusuzdur. Zehirli değildir, ancak yüksek konsantrasyonlarda toksik hale gelir. Ana endişe, karbon dioksit (CO2) çevreye çok zararlı olmasıdır.
Kaynak: Wikipedia
Karbon dioksit (CO2) bir sera gazıdır. Bu, doğal olarak Dünya yüzeyinden yayılan ısı enerjisini hapseder ve bu da Dünya’nın yüzey sıcaklığını artırarak küresel ısınmaya yol açar. Çevredeki karbon dioksit (CO2) miktarını ölçerek, çevredeki karbon dioksit (CO2) konsantrasyonunu azaltmak için önlemler ve tedbirler alınabilir.
Ancak, karbon dioksit (CO2) ile ilgili her şey olumsuz değildir. Karbon dioksit, yangın söndürme, gıda dondurma, Coca-Cola veya Sprite gibi gazlı içecekler üretme ve daha birçok alanda, tıbbi ve tarımsal endüstrilerde kullanılmaktadır. Bu kullanımları gerçekleştirmek için karbon dioksit (CO2) ölçümü gereklidir. Karbon dioksit ölçüm uygulamalarının daha fazlası aşağıda belirtilecektir!
Karbon Dioksit (CO2) nasıl ölçülür?
Karbon Dioksit (CO2), havadaki karbon dioksit (CO2) konsantrasyonunu ölçmek için özel olarak yapılmış bir gaz sensörü ile ölçülür. Karbon Dioksit (CO2) sensörlerinin üç ana türü vardır: Elektrokimyasal sensörler, Dağıtıcı Olmayan Kızılötesi (NDIR) Sensörler ve Metal Oksit Yarı İletken (MOS) Sensörler.
Elektrokimyasal Sensörler
Kaynak: Smart Citizen
Gaz sensörlere girdiğinde, bir kimyasal reaksiyona girer; ya oksidasyon ya da indirgeme reaksiyonları. Bu reaksiyonlar, sensörlerde dış devre üzerinden pozitif veya negatif akım akışını üretir. Gaz önce sensör muhafazasının üstündeki membranın çıkışına ulaşır. Ardından, resimde gösterildiği gibi üç elektrot bulunur. Oksidasyon veya indirgeme reaksiyonu meydana gelecektir.
Oksidasyon, elektron akışının diğer bir elektrota, karşı elektrota yönelmesine neden olur. İndirgeme ise tersine, elektron akışının karşı elektrottan çalışma elektrotuna yönelmesine neden olur. Temelde, gaz bir kimyasal reaksiyona girerek kendi elektrotlarına ayrılır. Sensör, ardından elektriksel değişimin türü ve miktarını kullanarak ne kadar CO2 bulunduğunu belirler.
Artıları
Elektrokimyasal sensörler genellikle nem ve sıcaklık değişimlerine karşı daha az hassastır.
Dağıtıcı Olmayan Kızılötesi (NDIR) Sensörler
Kaynak: CO2 Meter
Dünyadaki her element belirli türde ışığı emer. Örneğin, turuncu ışığı yansıtırken diğer renkleri emer. Işık emildiğinde, gözlerimiz onları göremez. Elementler atomlara ve moleküllere ayrıldığında, her birinin hangi tür ışığı emdiğini doğru bir şekilde belirleyebiliriz, hatta gözle göremediğimiz ışıkları bile. Bu bilgiyle, belirli elementlerin var olup olmadığını test etmek için sensörler kullanabiliriz; işte NDIR sensörlerinin çalışma prensibi budur!
Hava sensöre girecek, ardından CO2 için belirli dalga boylarında bir ışık açılacaktır. Havada bulunan CO2, bazı ışık ışınlarını emerek ışık miktarını azaltır. Daha fazla CO2 varsa, daha fazla ışık emilir ve sensörün diğer tarafındaki ışık miktarı azalır. Sensörün diğer tarafı, ne kadar ışık kaldığını ölçer.
Artıları
NDIR sensörlerinin çok uzun bir ömrü vardır. Diğer maddeler okumaları etkilemez. Yaygın CO2 aralıklarında iyi çalışır.
Metal Oksit Yarı İletken (MOS) Sensörler
Kaynak: ResearchGate
Sensörde bir algılama malzemesi bulunacaktır; örneğin, yukarıda gösterilen resimdeki SnO2 (Kalay). Test etmek istediğiniz havaya maruz kalacaktır. Havadaki karbon dioksit (CO2) algılama malzemesi ile temas ettiğinde, gazın türüne bağlı olarak ya indirgeme ya da oksidasyon reaksiyonu ile kimyasal bileşimi değişecektir. Direnç değişecek ve bu, karbon dioksit konsantrasyonunu belirleyecektir. Algılama malzemesinin yapıldığı metal türüne bağlı olarak, farklı gazlar malzemeye farklı tepkiler verecektir. Bu sensörler, yaygın, düşük konsantrasyonlara kıyasla daha yüksek, daha az yaygın CO2 konsantrasyonlarında (>2000ppm) daha iyi kullanılmaktadır.
Artıları
Kullanımları basit tasarımları sayesinde oldukça kolaydır.
Hangisini seçmelisiniz?
Üç sensör türü de çoğu koşulda doğru sonuçlar sağlayabilir. Ancak, her üç sensörün de kendine özgü “uzmanlık alanları” vardır.
Dağıtım alanınızda düzensiz sıcaklıklar varsa, Elektrokimyasal sensörleri kullanın. Elektrokimyasal sensörler, nem ve sıcaklık değişimlerine karşı daha az hassastır.
Dağıtım alanınızda birçok kirletici ve istenmeyen madde varsa, dağıtıcı olmayan Kızılötesi (NDIR) sensörleri kullanın. NDIR Sensörler, diğer maddelere karşı bağışıklıdır.
Son olarak, dağıtım alanınızda daha yüksek, daha az yaygın CO2 konsantrasyonları (>2000ppm) varsa, Metal Oksit Yarı İletken (MOS) Sensörleri kullanın. MOS Sensörler genellikle daha yüksek CO2 konsantrasyonları için daha iyidir.
Unutmayın ki, piyasadaki çoğu CO2 sensörü, daha iyi güvenilirlikleri nedeniyle NDIR sensörleridir.
Önerilen CO2 Sensörleri
İşte Seeed’in web sitesinde mevcut olan bazı CO2 Sensörleri!
Grove – Karbon Dioksit Sensörü (MH-Z16)
Grove – CO2 Sensör modülü bir NDIR CO2 Sensörüdür. Genel amaçlı, küçük bir sensördür ve ayrıca entegre bir sıcaklık sensörüne de sahiptir! Düşük fiyatıyla birçok özellik sunar! Entegre sıcaklık sensörü, doğru sıcaklık ölçümü sağlamak için sıcaklık telafisi ile donatılmıştır. Ayrıca bir UART çıkışı ve bir Grove konektörü ile birlikte gelir.
Bu sensör, genel amaçlı HVAC ve iç mekan hava kalitesi izleme için harikadır. Ayrıca tarım ve endüstriyel süreç izleme için de kullanılabilir.
Grove nedir?
Grove, açık kaynaklı, modüler ve kullanıma hazır bir araç setidir. Elektroniği bir yapı bloğu yaklaşımıyla bir araya getirir. Geleneksel, karmaşık bir öğrenme yöntemi olan bir breadboard ve çeşitli elektronik bileşenler kullanarak bir proje oluşturma ile karşılaştırıldığında, Grove öğrenme sürecini önemli ölçüde basitleştirir.
Grove Sistemi, bir Base Shield ve standartlaştırılmış konektörlere sahip çeşitli modüllerden oluşur. Base Shield, herhangi bir mikroişlemcinin Grove modüllerinden gelen giriş veya çıkışların kolayca bağlanmasını sağlar ve her Grove modülü, basit bir düğme veya daha karmaşık bir sensör gibi tek bir işlevi hedef alır. Zaten 300’den fazla Grove modülü bulunmaktadır ve her biri, hızlı bir şekilde başlamanıza yardımcı olmak için net belgeler ve demo kodları ile birlikte gelir.
Bu sensörün yalnızca izin verilen hata aralığında gaz konsantrasyonunun yaklaşık miktarını yansıttığını unutmayın. Kesin bir gaz konsantrasyonu için daha hassas ve maliyetli bir alet gerekecektir.
Grove – CO2 & Sıcaklık & Nem Sensörü (SCD30)
Bu Grove – SCD30, CO2, sıcaklık ve nem ölçebilen 3’ü 1 arada bir sensördür. Ayrıca yüksek hassasiyet ve geniş ölçüm doğruluğuna sahip bir NDIR karbondioksit sensörüdür! Daha kolay bağlantı için yerleşik bir Grove Bağlayıcı ile birlikte gelir. Entegre Sensirion SCD30, 400ppm ile 10’000ppm arasında ±(30 ppm + %3) hassasiyetle CO2 ölçebilir.
Bu sensör, bir Arduino hava durumu istasyonu gibi yüksek hassasiyet gerektiren Arduino projeleriniz için ideal bir seçim olacaktır.
SenseCAP SOLO CO2 5000 (A1) – NDIR CO2 Sensörü, MODBUS-RTU RS485 & SDI-12
Bu dijital SenseCAP NDIR CO2 konsantrasyon sensörü yüksek doğruluk, hızlı tepki ve üstün stabiliteye sahiptir. 400ppm ~ 5,000 ppm arasında ± (50ppm+%5*MV) doğruluğunda ölçüm yapabilir. Otomasyon sistemlerine kolay entegrasyon sağlamak için yerleşik Modbus-RTU/ASCII RS485 ve SDI-12 iletişim protokollerine sahiptir. RS485 hakkında daha fazla bilgi edinmek için buraya tıklayın.
Bu sensör, sera, ulaşım istasyonları ve CO2 ölçümlerinin gerekli olduğu birçok profesyonel senaryoda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu CO2 sensörü ile yanlış yapamazsınız!
SenseCAP Kablosuz CO2 Sensörü
Bu Sensecap Kablosuz CO2 Sensörü, bir NDIR CO2 Sensörü ve özel bir pil ile birlikte gelir. Kablosuz olarak bir LoRa kanalı üzerinden bağlanacak şekilde tasarlanmıştır. Bu sensör için bir EU868MHz ve bir de US915MHz seçeneği bulunmaktadır.
Bu sensör birçok özellik barındırıyor! Toz geçirmez endüstriyel bir tasarıma sahiptir ve dış mekan zorlu koşulları için uygundur. Düşük güç tüketimi ile ultra geniş mesafeli kablosuz veri iletimi sunar. Ayrıca, daha fazla geliştirme için çeşitli bulut hizmetleri ile uyumlu Açık API ile de uyumludur.
Pil ömrü 1.5 yıldan fazla sürebilir ve veri iletimi 10 km’ye kadar çıkabilir! Akıllı tarım, akıllı binalar veya çevresel izleme gibi akıllı tesisler için mükemmel bir seçimdir. Bu sensör ile yanlış yapamazsınız!
Güncel Gerçek Dünya Uygulamaları
Modifiye Atmosfer Ambalajlama
Kaynak: Generon
Modifiye Atmosfer Ambalajlama, gıdaların ambalajlandığı ortamın atmosferini kontrol ederek optimum tazeliği sağlamak için gereklidir. Ürünün raf ömrünü uzatmak için ambalajın gaz ortamının hassas kontrolü gereklidir, böylece koruyucu maddeler eklenmeden saklanabilir.
Karbondioksit sensörleri, o atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonunu ölçmek için kullanılır.
Kapalı Alan Hava Kalitesi İzleme
Kaynak: Umweltbundesamt
Karbondioksit monitörü ile kapalı alanın önemli ortamının hassas kontrolü, bina sakinlerinin refahı ve konforu için gereklidir. Karbondioksit, birçok gaz arasında kapalı hava kalitesini etkileyen en büyük değişkenlerden biridir. Binalardaki genel kirletici seviyesinin iyi bir göstergesidir. Bu sistem, birçok büyük otel, ofis, sınıf ve evde bulunabilir.
Aşırı karbondioksit, yorgunluk ve konsantrasyon eksikliğine yol açabilir. Baş ağrısı, göz, burun ve boğaz tahrişi gibi belirtilere neden olabilir.
Su Kalitesi Ölçümü (Toplam Organik Karbon)
Kaynak: Martek Marine
Pek çok kişi için bilinmeyen bir gerçek, su kalitesinin bir karbondioksit sensörü ile ölçülebilmesidir. Bu, su içindeki organik bileşikte bulunan karbon miktarını ölçerek toplam organik karbon (TOC) ile yapılır.
TOC, organik karbon ile kimyasal bir reaksiyon (oksidasyon) ile ölçülür ve bu reaksiyon sonucunda CO2 üretilir; bu da bir CO2 sensörü ile ölçülerek nicelendirilebilir. Değer, ‘inorganik bileşen’ ile çıkarıldığında TOC ölçümüne dönüştürülür. Bu, su kütlesindeki kirliliğin miktarını bize bildirir. Bu süreç, saf suyun sağlık hizmetleri, üretim endüstrileri ve su temin endüstrileri için kritik olduğu için önemlidir.
Özet
Karbondioksiti ölçmek o kadar da zor değildir. Üç farklı sensör türü vardır, ancak NDIR en yaygın olarak kullanılanıdır. Bu makalede karbondioksit sensörleri hakkında çok şey öğrendiğinizi umuyorum. Karbondioksit ölçümleri birçok senaryoda gereklidir.