Le dioxyde de carbone est un gaz incolore et inodore. C'est l'un des composants les plus importants de l'atmosphère. Principal réactif de la photosynthèse, sa concentration influe directement sur l'efficacité photosynthétique des cultures et détermine leur croissance, leur développement, leur stade de maturité, leur résistance aux stress, leur qualité et leur rendement. Cependant, une concentration excessive de dioxyde de carbone provoque non seulement l'effet de serre et d'autres effets néfastes, mais nuit également à la santé humaine. À 0,3 %, on ressent des maux de tête notables, et à 4-5 %, des vertiges. L'environnement intérieur, en particulier dans les pièces climatisées, est relativement clos. En l'absence de ventilation prolongée, la concentration de dioxyde de carbone augmente progressivement, ce qui est nocif pour la santé. Selon la norme de qualité de l'air intérieur mise en œuvre en 2003, la fraction volumique moyenne journalière de dioxyde de carbone ne doit pas dépasser 0,1 %.
Avec le développement continu des sciences et des technologies, l'amélioration constante du niveau de vie et l'attention croissante portée à la protection de l'environnement, la surveillance et le contrôle quantitatifs des émissions de dioxyde de carbone sont devenus une nécessité croissante dans les secteurs de la climatisation, de l'agriculture, des soins médicaux, de l'automobile et de la protection de l'environnement.Les capteurs de dioxyde de carbone sont largement utilisés dans l'industrie, l'agriculture, la défense nationale, le secteur médical et la santé, la protection de l'environnement, l'aérospatiale et d'autres domaines.
Le principe de fonctionnement du capteur de dioxyde de carbone est présenté ci-dessous.
Chaque substance possède un spectre d'émission caractéristique, et par conséquent un spectre d'absorption, comme c'est le cas pour les molécules de dioxyde de carbone. Les vibrations du réseau cristallin des matériaux céramiques et le mouvement des électrons s'opposent au mouvement des électrons. Lorsque la température augmente, les vibrations du réseau cristallin s'intensifient, leur amplitude augmente et l'effet d'obstacle électronique s'accroît. Selon la théorie de l'absorption sélective des gaz, lorsque la longueur d'onde d'émission de la source lumineuse coïncide avec la longueur d'onde d'absorption du gaz, une absorption par résonance se produit. L'intensité de cette absorption est alors proportionnelle à la concentration du gaz. On peut donc mesurer la concentration du gaz en mesurant l'intensité de la lumière absorbée.
Il existe actuellement de nombreux types de capteurs de dioxyde de carbone, notamment des capteurs à conductivité thermique, à densimètre, à absorption de rayonnement, à conductivité électrique, à absorption chimique, électrochimiques, à chromatographie, à spectre de masse, optiques infrarouges, etc.
Le capteur de dioxyde de carbone à absorption infrarouge repose sur le principe que le spectre d'absorption d'un gaz varie selon sa nature. Ce capteur, piloté par un circuit de commande de lampe infrarouge, détecte l'absorption du gaz analysé dans une bande infrarouge fixe. L'amplitude de la lumière infrarouge varie alors, et cette variation est calculée en fonction de la concentration du gaz. Le signal de sortie du capteur est filtré, traité et converti par un convertisseur analogique-numérique (CAN). Il est ensuite transmis au microprocesseur, qui, en fonction des valeurs de température et de pression acquises, effectue les corrections nécessaires pour calculer la densité de dioxyde de carbone et l'afficher sur l'écran du capteur. Ce type de capteur comprend principalement la spectroscopie d'absorption laser à diode accordable, la spectroscopie photoacoustique, la spectroscopie à cavité résonante et la spectroscopie infrarouge non spectrale. Le capteur à absorption infrarouge présente de nombreux avantages : haute sensibilité, rapidité d'analyse et grande stabilité.
Un capteur électrochimique de dioxyde de carbone est un capteur chimique qui convertit la concentration (ou la pression partielle) de dioxyde de carbone en un signal électrique par réaction électrochimique. Selon le mode de détection du signal électrique, on distingue les capteurs électrochimiques à potentiel, à courant et à capacité. Selon la nature de l'électrolyte, on distingue les électrolytes liquides et les électrolytes solides. Depuis les années 1970, les capteurs de dioxyde de carbone à électrolyte solide suscitent un vif intérêt chez les chercheurs. Le principe de fonctionnement de ces capteurs repose sur la production d'ions par le matériau sensible au gaz lors de son passage à travers celui-ci. Cette production d'ions génère une force électromotrice, dont la mesure permet de déterminer la fraction volumique du gaz.
Exploitant la différence de conductivité thermique entre le dioxyde de carbone et d'autres gaz, un capteur de dioxyde de carbone a été utilisé pour la première fois afin de détecter ce gaz. Cependant, sa sensibilité reste faible.
Le capteur de gaz à ondes acoustiques de surface (SAW) est constitué d'un cristal piézoélectrique recouvert d'une couche d'adsorption sélective du gaz. Lorsque cette couche interagit avec le gaz à analyser, ses propriétés (viscoélasticité, conductivité, etc.) se modifient, entraînant une variation de la fréquence des ondes acoustiques de surface du cristal piézoélectrique et permettant ainsi la détection de la concentration du gaz. Ce capteur est un type de capteur sensible à la masse. Le capteur de gaz à microbalance à cristal de quartz fonctionne selon un principe similaire et appartient également à la catégorie des capteurs sensibles à la masse. Ces derniers ne présentent aucune sélectivité intrinsèque vis-à-vis des gaz ou des vapeurs ; leur sélectivité, en tant que capteur chimique, dépend uniquement des propriétés du revêtement de surface.
Le capteur de dioxyde de carbone à semi-conducteur utilise un capteur de gaz à semi-conducteur comme capteur de gaz, et le capteur de dioxyde de carbone à semi-conducteur à oxyde métallique présente les caractéristiques suivantes : réponse rapide, forte résistance environnementale et structure stable.
Date de publication : 14 août 2020
