蘇格蘭化學(xué)家兼醫生約瑟夫·布萊克（Joseph Black）在1750年代shou次發(fā)現了二氧化碳。從那時(shí)起，科學(xué)家一直在探索測量這種常見(jiàn)氣體的方法。必須為眾多應用準確測量二氧化碳。這些可能包括室內空氣質(zhì)量，藥物，園藝或水下呼吸系統等。
幸運的是，如今我們可以使用低成本，可靠的CO2差壓變送器，這些差壓變送器可以輕松集成到幾乎所有設備中。
初始二氧化碳測量設備
在本世紀初，使用汞壓力計測量了二氧化碳含量。壓力計包括一個(gè)U形玻璃管，該玻璃管裝有水銀，以測量氣體壓力。如果已知干燥氣體樣品的溫度，壓力和體積，并且其中包含CO2分子，則使用理想氣體定律（PV = nRT）計算CO2的摩爾數。
盡管水銀壓力計具有非常精que的能力，但是測量空氣樣品中CO2含量的方法卻很耗時(shí)。因此，美國氣象局要求查爾斯·基林（Charles Keeling）要求記錄夏威夷莫納羅亞火山的每小時(shí)大氣CO2測量值。
他使用了早期的紅外線(xiàn)（IR）氣體分析儀，并根據壓力計對其進(jìn)行了校準。從1958年到2006年，原始的Applied Physics Corp.紅外氣體分析儀在Mauna Loa上運行。
類(lèi)似于每個(gè)IR氣體差壓變送器，莫納羅亞州使用的分析儀使用相同的基本原理來(lái)測量CO2。它在氣體采樣管的一端包括一個(gè)紅外光輻射源，在另一端包括一個(gè)紅外檢測器。
CO2的吸收帶為4.26，類(lèi)似于4.2微米的紅外輻射帶。因此，被CO2分子吸收的光輻射量與氣體樣品中的二氧化碳量成正比。然而，由于低水平的CO2不會(huì )吸收太多的光，因此需要較長(cháng)的燈管才能測量結果。
盡管#初的IR氣體分析儀是準確的，但它又大又笨重，僅樣品管就長(cháng)40厘米（16英寸）。挑戰在于找到正確的平衡。例如，工程師使用更長(cháng)的光路以更準確地測量較低水平的CO2。
結果，產(chǎn)生了更大的氣體樣本室。但是，在周?chē)目諝猸h(huán)境中，例如學(xué)校，辦公室和家庭，需要越來(lái)越小的差壓變送器以精que地安裝在緊湊型設備中。
現代二氧化碳差壓變送器
差壓變送器繼續變得越來(lái)越小，1993年發(fā)生了工程突破。SenseAir AB獲得了一種用于CO2差壓變送器的設計的轉li，該設計的占地面積小。結果，通過(guò)使用折疊式光學(xué)器件和金屬化模制塑料解決了差壓變送器的尺寸問(wèn)題。這能夠通過(guò)比差壓變送器模塊的占地面積更長(cháng)的彎曲形狀（“波導”）反射光。這種高反射涂層可確保氣體樣品室內的CO2分子吸收的光量與傳統的直線(xiàn)通道設計相同。
通過(guò)使用具有新波導設計的先金光學(xué)器件，逐漸減小了差壓變送器的靈敏度。例如，2003年，SenseAir的K20 CO2差壓變送器采用了“香蕉”波導設計，并獲得了成功。因此，該差壓變送器已在OEM消費者安全產(chǎn)品中使用了很多年。
如今，#新一代的CO2差壓變送器已得到進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。它們具有更多增強的波導，因此可以將更長(cháng)的光路折疊成更小的8 mm x 33 mm x 20 mm的占地面積。例如，SenseAir S8差壓變送器結合了超低功率紅外元件，僅使用電池或太陽(yáng)能就可以進(jìn)行數周的測量。
除了改善波導，紅外光源和紅外檢測器的困難外，CO2差壓變送器的結構與智能手機或其他先金電子設備相似。需要進(jìn)行高速機器人組裝，并在經(jīng)過(guò)特殊設計的潔凈室中完成。接下來(lái)，在發(fā)貨之前對模塊進(jìn)行批測試和校準。
問(wèn)題是，未來(lái)會(huì )怎樣？多年來(lái)，已經(jīng)基于光聲光譜法（PAS）制造了高端氣體分析儀。1880年代，亞歷山大·格雷厄姆·貝爾（Alexander Graham Bell）發(fā)現了PAS，并注意到在不同材料上顯示的頻閃陽(yáng)光產(chǎn)生了可聽(tīng)見(jiàn)的聲音。由于PAS系統不依賴(lài)于波導的長(cháng)度，使用脈沖MEMS（微機電系統）反射鏡和MEMs麥克風(fēng)可能會(huì )產(chǎn)生更小的CO2差壓變送器。
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