Hoe werkt een NDIR CO2-sensor?
NDIR staat voor "nondispersive infrared" of niet-dispersief infrarood. Dit is tegenwoordig het meest gebruikte type sensor voor het meten van CO2-concentraties (koolstofdioxide) in een ruimte. NDIR-sensoren gebruiken een buis met lucht, een infraroodlamp, een optische filter en een infrarood (IR) lichtdetector. De lucht in de buis is een monster van de lucht in de omgeving van de sensor. Dit betekent dat de lucht in de buis voortdurend wordt vervangen door nieuwe monsters, wat real-time metingen mogelijk maakt. NDIR CO2-sensor
Werking van NDIR CO2-sensoren
De infraroodlamp stuurt lichtgolven door de buis. Tegelijkertijd beweegt de lucht in de buis richting de optische filter, dat voor de IR-lichtdetector is geplaatst. De detector meet hoeveel licht door de filter kan gaan.
Dit is een nauwkeurige indicator van de CO2-concentratie in het luchtmonster: CO2-moleculen absorberen IR-licht (fotonen). Ze doen dit echter alleen op één specifieke golflengte: 4,26 micrometer. Andere golflengten laten ze door.
De overige lichtgolven raken de optische filter en worden door de filter geabsorbeerd. De detector leest vervolgens af hoeveel van het IR-licht op de golflengte die CO2-moleculen kunnen absorberen niet werd geblokkeerd door CO2 in de buis. Zo kan de detector de "signaturen" van CO2-moleculen in de luchtmonsters identificeren.
De sensor berekent vervolgens het verschil tussen de hoeveelheid licht die de infraroodlamp heeft uitgezonden en de hoeveelheid licht die de detector heeft ontvangen. Dit verschil is een nauwkeurige weergave van de hoeveelheid CO2-moleculen in het luchtmonster, omdat de CO2-moleculen het "ontbrekende" licht hebben geabsorbeerd.
Deze meting wordt omgezet in microvoltages. Deze microvoltages kunnen op hun beurt worden omgezet in verschillende uitgangen, zoals waarden, maar ook in stuur- en controlesignalen zoals een analoog 0-10V-signaal of (digitale) Modbus RTU-communicatie.
Voordelen van NDIR-sensoren
NDIR-sensoren zijn vaak klein. Bij Sentera integreren we ze in een compacte behuizing. Ze zijn goedkoop om te produceren of te gebruiken, deels vanwege hun klein formaat, maar ook omdat ze weinig onderdelen nodig hebben om te functioneren. Ondanks de lage operationele kosten zijn ze zeer nauwkeurig en stabiel. Dankzij deze stabiliteit zijn ze duurzaam, met een levensduur tot wel 15 jaar.
Sensorcalibratie en sensordrift
CO2-waarden variëren in de loop van de tijd. Wanneer een ruimte lange tijd niet gebruikt is, bijvoorbeeld na een weekend, kunnen we aannemen dat de werkelijke CO2-concentratie is gedaald tot ongeveer het buitenluchtniveau. Toch is het mogelijk dat de gemeten CO2-waarden niet tot dit niveau dalen. Dit noemen we sensor drift.
De CO2-sensoren van Sentera gebruiken het zelfkalibrerende ABC-algoritme. ABC staat voor "Automatic Background Calibration". Dit algoritme corrigeert automatisch de drift in de NDIR bij normale binnenomgevingen. Het algoritme gaat ervan uit dat de CO2-concentratie van de buitenlucht ongeveer 400 ppm is.
Het algoritme gebruikt de laagst gemeten CO2-concentratie over een bepaalde periode om de sensor aan te passen. Als de periode bijvoorbeeld is ingesteld op 180 uur, kijkt de sensor naar de laagste CO2-concentratie in die periode. Als die waarde 450 ppm is, zal de sensor de metingen aanpassen met 50 ppm. Als de sensor 850 ppm meet, wordt 800 ppm weergegeven. Deze waarde zal dichter bij de werkelijke CO2-concentratie liggen vanwege de onvermijdelijke sensor drift.
Dit algoritme maakt handmatige hercalibratie van de sensoren overbodig. Sentera-sensoren zijn dus onderhoudsvrij en hebben een uitzonderlijk lange levensduur.