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Wie funktioniert ein NDIR CO2 Sensor?

NDIR ist ein Industriebegriff für " nichtdispersives Infrarot". Es ist heute der am meisten eingesetzte Sensortyp für die Messung von Kohlendioxid oder CO2 in HLK-Anwendungen.

Ein nichtdispersiver Infrarotsensor (NDIR) hat einen Detektor, der misst, wie viel Infrarotlicht einer bestimmten Wellenlänge von der Umgebungsluft absorbiert wird. Diese Messung wird dann zur Berechnung der CO2 Konzentration verwendet. Wesentliche Vorteile von NDIR Sensoren sind die niedrigen Lebenszykluskosten und ein präziser und stabiler Langzeitbetrieb.

NDIR CO2 Fühler

Funktionsprinzip der NDIR CO2 Sensoren
Die Infrarotlampe schickt Lichtwellen durch das Rohr. Gleichzeitig bewegt sich die Luft im Inneren der Röhre in Richtung des optischen Filters, der vor dem IR-Lichtdetektor angebracht ist. Der Detektor misst, wie viel Licht den Filter durchdringen kann. 
 
Das ist ein genauer Indikator für die CO2 Konzentration in der Luftprobe: Die CO2 Moleküle absorbieren Infrarotlicht (Photonen). Allerdings tun sie das nur bei einer einzigen Wellenlänge: 4,26 Mikrometer. Andere Wellenlängen lassen sie passieren.
 
Die übrigen Lichtwellenlängen treffen auf den optischen Filter und werden von diesem absorbiert. Der Detektor zeigt dann an, wie viel des Infrarotlichts der Wellenlänge, die die CO2-Moleküle absorbieren können, nicht von den CO2 Molekülen in der Röhre blockiert wurde. So kann der Detektor "Signaturen" von CO2 Molekülen in den Luftproben erkennen.
 
Der Sensor berechnet dann die Differenz zwischen der Lichtmenge, die von der Infrarotlampe ausgesandt wurde, und der Lichtmenge, die der Detektor empfangen hat. Diese Differenz ist ein genaues Maß für die Menge der CO2 Moleküle in der Luftprobe, da die CO2 Moleküle das "fehlende" Licht absorbiert haben.
 
Diese Messung wird in Mikrospannungen umgewandelt. Diese Mikrospannungen können dann in verschiedene Ausgänge umgewandelt werden, z. B. in Werte, aber auch in Ausgangssteuersignale wie ein analoges 0-10 Volt- ignal oder (digitale) Modbus-RTU Kommunikation.

Vorteile von NDIR Sensoren
NDIR Sensoren sind oft klein. Bei Sentera integrieren wir sie in ein kompaktes Gehäuse. Ihre Herstellungs- und Betriebskosten sind gering, was zum Teil auf ihre geringe Größe zurückzuführen ist, aber auch darauf, dass sie nur wenige Komponenten für den Betrieb benötigen. Obwohl sie sehr geringe Betriebskosten haben, sind sie sehr präzise und stabil. Aufgrund dieser Stabilität sind sie mit einer Lebensdauer von bis zu 15 Jahren sehr langlebig.

Sensorkalibrierung und Sensordrift
Über einen bestimmten Zeitraum hinweg verändern sich die CO2 Messwerte. Wenn ein Raum längere Zeit nicht benutzt wurde, z. B. nach einem Wochenende, kann man davon ausgehen, dass die tatsächliche CO2 Konzentration auf etwa die Außen CO2 Konzentration zurückgegangen ist. Die gemessenen CO2 Werte sinken jedoch möglicherweise nicht auf diese Werte. Dies wird als Sensordrift bezeichnet.
 
Die CO2 Fühler von Sentera verwenden den Selbstkalibrierungsalgorithmus ABC Logic. ABC steht für Automatische Hintergrundkalibrierung. Dieser Algorithmus korrigiert automatisch die Drift im NDIR bei normalen Innenanwendungen. Der Algorithmus weiß, dass die CO2 Konzentration im Freien etwa 400 ppm beträgt.
 
Der Algorithmus verwendet die niedrigste gemessene CO2 Konzentration über einen bestimmten Zeitraum, um den Sensor einzustellen. Ist der Zeitraum z. B. auf 180 Stunden eingestellt, prüft der Sensor die niedrigste CO2 Konzentration in diesem Zeitraum. Wenn dieser Wert 450 ppm beträgt, passt der Sensor die Messwerte um 50 ppm an. Wenn der Sensor 850 ppm misst, wird der Wert 800 ppm angezeigt. Dieser Wert liegt aufgrund der unvermeidlichen Sensordrift näher an der tatsächlichen CO2 Konzentration.
 
Dieser Algorithmus macht eine manuelle Nachkalibrierung der Sensoren überflüssig. Sentera Fühler sind somit wartungsfrei und haben eine außergewöhnlich lange Lebenserwartung. 


Mehr über die CO2 Fühler von Sentera finden Sie hier

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