[发明专利]适合高湿结露环境的空气二氧化碳浓度传感器及方法

说明书

一、所属技术领域

本发明专利涉及一种物联网使用的二氧化碳传感器及测量方法，特别是适用于在高湿结露环境下连续测量空气二氧化碳浓度使用。

二、技术背景

空气二氧化碳浓度的自动连续测量，是物联网需要感知的一项重要气象因素，特别是在农业生产中用处很大。但是，当前采用的空气二氧化碳浓度传感器很多是采用红外气敏元器件作为探头，通过记录空气中二氧化碳对于红外光线的吸收量和透过量来测定二氧化碳的浓度，如果空气湿度过大产生结露，探头上的露水珠就会严重影响红外光线的吸收量和透过量。因此，红外型的二氧化碳浓度传感器都对于环境的空气相对湿度有一定的要求，所标称的适宜环境空气相对湿度一般低于95RH％。然而，在实际生产中，空气温度降低时，很容易出现空气相对湿度增加到100RH％甚至过饱和结露的情况。传感器探头在久久不能蒸发掉的露水中，常会测量失真、失效。

为了满足物联网在高湿甚至是结露环境下的空气二氧化碳浓度的连续自动测量，本发明提出了一个新的技术方案。

三、发明内容

本发明专利公开了一种能在常温高湿甚至是结露环境下，自动、连续、正常测量空气二氧化碳浓度装置的制造方法和运行方法。这里所谓常温是指摄氏0℃至50℃的温度范围内，所谓高湿环境即空气相对湿度在95RH％～100RH％的环境；所谓结露环境，就是空气中水汽过饱和、凝结出露水的环境。

本发明专利采用以下技术方案实现上述目的：

本空气二氧化碳浓度传感器产品包括：红外二氧化碳浓度探头(1)、电加热元件(2)、气室气温探头(3)、变送器(4)、防水盒(5)、空气温度探头(6)。

所述红外二氧化碳浓度探头(1)，主要包括气室(11)、光源(12)、红外光功率计(13)。

所述变送器(4)包括变送器芯片(41)、变送器线路板(42)、输入输出线(43)。

所述红外二氧化碳浓度探头(1)与变送器(4)都安装在防水盒(5)内，红外二氧化碳浓度探头(1)与变送器(4)电连接，气室气温探头(3)安装在红外二氧化碳浓度探头(1)的气室(11)通气口外侧，电加热头(2)安装在气室气温探头(3)外侧，电加热元件(2)与变送器(4)电连接，气室气温探头(3)与变送器(4)电联接，空气温度探头(6)安装在防水盒(5)外与变送器(4)电连接。

变送器芯片(41)电连接固定于变送器线路板(42)上，变送器线路板(42)固定于防水盒(5)内，输入输出线(44)穿入防水盒(5)内与变送器线路板(42)电连接。

所述变送器芯片(41)，包括总控模块(411)、固定温差值设定模块(412)、大气环境实际空气温度感知模块(413)、气室空气温度感知模块(414)、电加热元件控制模块(415)、气室空气二氧化碳浓度感知模块(416)、大气环境实际空气二氧化碳浓度计算模块(417)、大气环境实际空气二氧化碳浓度数据发送模块(418)。

本发明提供测量计算空气二氧化碳浓度的实现方法，包括给空气红外二氧化碳浓度传感器上电后，变送器(4)启动电加热元件(2)开始加热气室(11)的通风口附近的空气，变送器(4)再从防水盒(5)外面的空气温度探头(3)获得大气的温度，依据大气环境实际温度值设定一个升温目标温度，变送器(4)参照这个升温目标温度监视气室气温探头(3)，当气室气温探头(3)感知到气室(11)通风口附近的气温升高并达到升温目标温度时停止电加热元件(2)的加热。气室(11)通风口附近的气温被加热后流入气室(11)，由于空气温度的升高空气相对湿度随之降低，必然低于100RH％，避免了出现结露的现象，红外二氧化碳浓度探头(1)的光源(12)和红外功率计(13)对于气室(11)内已升温的空气进行二氧化碳浓度的测量。红外二氧化碳浓度探头(1)将升温空气二氧化碳浓度的测量数据发送至变送器(4)，空气温度探头(6)将同期测量的大气环境下的空气温度数据也发送给变送器(4)，变送器芯片(41)根据升温空气的二氧化碳浓度、大气的空气温度、设定的升温目标温度计算出实际环境空气二氧化碳浓度的数据输出给上位机，一次测量工作完成。

1.空气相对湿度高低与空气温度有关，空气温度升高则空气相对湿度下降。本发明专利通过加热空气使进入气室(11)的空气相对湿度始终低于100RH％并不会结露，从而保护空气二氧化碳浓度传感探头(1)不受结露的影响，所以保证了空气二氧化碳浓度传感器可在高湿和结露环境下正常测量空气二氧化碳浓度，这对高湿结露环境下的物联网建设具有重要意义。