مع استمرار عمل المدن الحديثة وممارسة الناس لحياتهم اليومية، يتم إيلاء اهتمام متزايد للتغيرات الطفيفة في جودة الهواء. يعتبر ثاني أكسيد الكربون، وهو غاز عديم اللون والرائحة، بمثابة مؤشر رئيسي لتقييم جودة الهواء الداخلي والخارجي. الجهاز الأساسي المسؤول عن مهمة المراقبة هذه هو جهاز إرسال ثاني أكسيد الكربون (CO2). جهاز إرسال ثاني أكسيد الكربون هو جهاز مصمم خصيصًا لرصد وعرض تركيز ثاني أكسيد الكربون في البيئة. على الرغم من أنه ربما لا يكون معروفًا على نطاق واسع مثل موازين الحرارة أو مقاييس الرطوبة، إلا أن دوره لا يقل أهمية.
1. مبدأ عمل أجهزة إرسال ثاني أكسيد الكربون
مبدأ امتصاص الأشعة تحت الحمراء: يُظهر ثاني أكسيد الكربون خصائص امتصاص قوية لضوء الأشعة تحت الحمراء عند أطوال موجية محددة. عندما يمر ضوء الأشعة تحت الحمراء عبر غاز يحتوي على ثاني أكسيد الكربون، يتم امتصاص جزء من الضوء؛ وترتبط درجة الامتصاص بتركيز ثاني أكسيد الكربون. ومن خلال قياس التغير في شدة ضوء الأشعة تحت الحمراء بعد الامتصاص، يمكن حساب تركيز ثاني أكسيد الكربون. توفر هذه الطريقة دقة واستقرارًا عاليين، وهي محصنة ضد التداخل من الغازات الأخرى، وهي حاليًا مبدأ التشغيل الأكثر شيوعًا لأجهزة إرسال ثاني أكسيد الكربون.
2. المكونات الهيكلية
الحساس: المكون الأساسي لجهاز إرسال ثاني أكسيد الكربون، وهو المسؤول عن كشف تركيز ثاني أكسيد الكربون وتحويله إلى إشارة كهربائية. تتكون المستشعرات المعتمدة على مبدأ امتصاص الأشعة تحت الحمراء عادةً من مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء، وغرفة غاز بصرية، وكاشف.
دائرة معالجة الإشارة: تقوم هذه الدائرة بمعالجة خرج الإشارة الكهربائية الضعيفة بواسطة المستشعر الذي يقوم بالتضخيم والتصفية والخطية والتحويل التناظري إلى الرقمي لتحويلها إلى إشارة كهربائية قياسية (مثل إشارة تيار 4-20 مللي أمبير) مناسبة للنقل والمعالجة الإضافية. وقد يشتمل أيضًا على دوائر تعويض درجة الحرارة للتخلص من تأثير تقلبات درجات الحرارة المحيطة على نتائج القياس.
وحدة العرض: تتميز بعض أجهزة إرسال ثاني أكسيد الكربون بوحدة عرض عادة ما تكون شاشة LCD أو شاشة LED رقمية لتوفير قراءة واضحة وحقيقية-لتركيز ثاني أكسيد الكربون المقاس. قد تعرض أجهزة الإرسال المتطورة- أيضًا معلومات إضافية، مثل وقت القياس ودرجة الحرارة المحيطة والرطوبة.
وحدة إمداد الطاقة: توفر طاقة ثابتة لجهاز الإرسال لضمان التشغيل السليم. تتضمن خيارات الطاقة أنابيب التيار المتردد أو مصادر طاقة التيار المستمر أو طاقة البطارية. عادةً ما يتم تشغيل أجهزة إرسال ثاني أكسيد الكربون المحمولة بواسطة بطاريات قابلة لإعادة الشحن لسهولة الحمل والاستخدام، في حين تعتمد أجهزة الإرسال الثابتة عادةً على أنابيب تيار متردد مركزية أو مصادر طاقة تيار مستمر.
السكن: يعمل على حماية الدوائر الداخلية وأجهزة الاستشعار مع توفير إمكانات إغلاق وحماية ممتازة لتناسب بيئات التشغيل المختلفة. عادةً ما تكون العلب الثابتة مصنوعة من المعدن وتتميز بخصائص مقاومة للماء والغبار والتداخل-، مما يضمن تشغيل جهاز الإرسال بثبات على المدى الطويل في الظروف القاسية.
3.التطبيقات
الإنتاج الصناعي: يستخدم في قطاعات مثل المواد الكيميائية والأدوية والأغذية والمشروبات لمراقبة مستويات ثاني أكسيد الكربون أثناء الإنتاج، وبالتالي ضمان السلامة وجودة المنتج. على سبيل المثال، في أوعية التفاعل الكيميائي، يعد التحكم في تركيز ثاني أكسيد الكربون أمرًا ضروريًا لمنع التفاعلات الجامحة؛
وفي صناعة الأغذية والمشروبات، يتم استخدامه لمراقبة مستويات ثاني أكسيد الكربون في بيئات التخزين، مما يساعد على إطالة العمر الافتراضي للمنتجات.
الزراعة: في الدفيئات الزراعية، يعد رصد مستويات ثاني أكسيد الكربون والتحكم فيها إجراءً رئيسيًا لتعزيز إنتاجية المحاصيل وجودتها. مكملات ثاني أكسيد الكربون بشكل مناسب تعزز عملية التمثيل الضوئي وتعزز نمو النبات. بالإضافة إلى ذلك، فإن مراقبة مستويات ثاني أكسيد الكربون في التربة توفر نظرة ثاقبة حول تهوية التربة والنشاط الميكروبي، مما يوفر أساسًا علميًا للإدارة الزراعية.
المجال الطبي: يستخدم في غرف العمليات بالمستشفيات وأجنحة المرضى ووحدات العناية المركزة لمراقبة مستويات ثاني أكسيد الكربون وضمان بيئة طبية آمنة ومريحة. تعد المراقبة الدقيقة لثاني أكسيد الكربون أمرًا بالغ الأهمية أيضًا في المعدات الطبية مثل أجهزة التنفس الصناعي وأجهزة التخدير-لحماية سلامة الجهاز التنفسي للمريض وضمان فعالية العلاج.