Огляд вимірника вуглекислого газу CO2

Більшість з нас чималу частину часу проводять на роботі в офісах, у майстернях з паяльником, та інших закритих приміщеннях, де найчастіше відсутня якась природна вентиляція. Особливо ситуація з надходженням свіжого повітря ззовні посилилася в останні роки з повсюдним приходом пластикових вікон, які практично "не дихають". У приміщеннях, де знаходяться люди, завжди присутня якась частина вуглекислого газу (CO2), який видихає людина. І якщо приміщення періодично не провітрювати, його концентрація поступово зростає.

Концентрація CO2 (діоксид вуглецю) вимірюється у пропроміллі (ppm). За містом та у сільській місцевості концентрація вуглекислого газу зазвичай становить 350 ppm, у місті 400 ppm, у центрі міста 450 ppm. Цифри сильно відрізняються і залежить від щільності транспортного потоку, сили вітру та інших чинників. Наприклад, у Москві, на жвавих магістралях рівень CO2 може досягати значень 800-900 ppm.

При високій концентрації діоксиду вуглецю у людини з'являються дискомфорт, головний біль, сонний стан, нудота та ін. симптоми. Небезпека в тому, що поріг погіршення стану часом дуже важко помітити і ця величина індивідуальна для кожної людини. Тому для підтримки нормального самопочуття у приміщенні важливо не перевищувати поріг концентрації CO2, що становить приблизно 800-900 ppm. У середньому, одна людина за 3 години перебування у закритому приміщенні 20 кв.м підвищує рівень концентрації вуглекислого газу до позначки 1500 ppm. А якщо там знаходиться троє людей, то всього за 1 годину.

Існує кілька методів вимірювання концентрації вуглекислого газу. У портативних пристроях набув поширення NDIR метод недисперсійної інфрачервоної спектрометрії. NDIR-сенсор - цеспектрометр, що вимірює поглинання світла єдиної довжини хвилі в залежності від концентрації газу, що вимірюється. Для вуглекислого газу використовується ІЧ-світлодіод із довжиною хвилі 4 мкм.

Донедавна CO2 вимірювальні прилади були занадто дорогими для побутового застосування. У всьому світі виробників побутових вимірювачів CO 2 можна перерахувати на пальцях. Проте вони є і вже продаються на AliExpress і eBay: CO2 Monitor . Правда вартість навіть найпростіших моделей починається з позначки 100 $, а гідних приладів і зовсім від 200 $. Багато з них застосовується саме NDIR метод вимірювання вуглекислого газу.

Нещодавно на вітчизняному ринку з'явилося недороге рішення "Детектор вуглекислого газу" від широко відомої в радіоаматорських колах компанії МастерКіт. Цей матеріал присвячений невеликому огляду цього вимірника. Як і у всіх товарів від МастерКит, у даного вимірювача присутній свій унікальний код - МТ8057.

Детектор упакований у таку коробку:

На звороті наведено інформацію про вуглекислий газ та його рівні в приміщеннях.

Країна виготовлення приладу – Китай. Забігаючи вперед повідомлю, що нагуглив два прилади зовні практично повністю ідентичні оглядачеві: - ZGm053U - CO2mini RAD-0301

У коробці знаходиться самий вимірювач, USB-кабель та інструкція українською мовою.

На лицьовій стороні вимірювача ми бачимо екран для відображення рівня CO2 та температури, а також три світлодіодні індикатори: зелений, помаранчевий та червоний для порогової індикації. На мою думку, це дуже вдале рішення - простого погляду (особливо ввечері чи вночі) достатньо для швидкої оцінки рівня концентрації CO2. Після тижневоїексплуатації приладу, я для себе зазначив, що насамперед звертаю увагу саме на дані індикатори, а не цифри на екрані приладу. У налаштуваннях приладу для кожного світлодіода можна задати рівні CO2.

Також це добрий варіант для конструювання DIY-пристроїв, скажімо для керування припливною вентиляцією, побутовими провітрювачами та іншою кліматичною технікою. Можна підпаятися до світлодіодів або використовувати фоторезистори (або фотодіоди), розмістивши їх навпроти світлодіодів вимірювача. Налаштувавши рівні увімкнення світлодіодів, можна вмикати або вимикати припливну вентиляцію при досягненні певного порога. Це може бути значно дешевше, ніж окремий модуль вимірювання CO2.

До речі про сенсори СО2. Може здатися, що купити сенсор для вимірювання СО2 і самому зібрати такий прилад можна заощадити. Але окремі сенсори також не відрізняються прийнятним цінником: http://www.co2meter.com/collections/co2-sensors

Зі зворотного боку приладу приклеєна наклейка з назвою, короткими характеристиками та серійний номер, а також 2 кнопки для налаштувань.

Я коли замовляв вимірювач, чесно сказати чекав на прилад більшого розміру. Але рибор виявився досить компактним.

Маса становила 64 р.

Дані на екрані читаються досить чітко. Показання СО2 та температури:

Живиться пристрій від USB-шини 5 Вольт. Кабель – microUSB. На корпусі пристрою під роз'єм USB є деяке поглиблення, через що не кожен micro-USB кабель можна підключити. Принаймні з наявних у мене в наявності 3-х кабелів, жоден не увійшов до кінця. Тому з рідним кабелем потрібно бути акуратним і не втрачати його, інакше потім доведеться думати, як підключити його до звичайного кабелю.

Живлення від батарейок не передбачено, що трохи засмутило мене. Для автономного використання доведеться використовувати Power Bank із USB-виходом.

Відклавши задню кришку отримуємо доступ до нутрощів приладу.

Як видно з осцилограми вище, напруга на лампу подається 5 Вольт.

Форма імпульсу для лампи - наростаюча, мабуть, для продовження терміну служби лампи. Тривалість імпульсу – приблизно 300 мс.

Якість складання та паяння досить хороша.

Може виникнути закономірне питання тривалість роботи сенсора. У виробника ZyAura можна знайти відповідь на цій сторінці:

Наскільки тривалий є NDIR життя? Ви використовуєте двосторонній канал(beam) NDIR (нероздільні Infrared), thermopile від PerkinElmer, який уможливлює тривалий термін stability of measurement; it has longer durability than single channel design so the device has durable life more than 5

Тобто. час життя детектора становить 5-10 років. Калібрувати датчик необхідно приблизно раз на три роки.

Для вимірювачів є спеціальний софт для відображення графіків, а також проведення калібрування. Завантажити софт можна на цій сторінці. Не забудьте після завантаження перейменувати файл ZG.eye на ZG.exe. Для чого так зробили – незрозуміло, особливо з огляду на те, що все знаходиться в архіві.

Жовта лінія на наведеному вище графіку - температура (шкала справа). Нижня лінія – рівень CO2. Кімната приблизно 12 кв.м. 1 людина. Пластикові вікна. Приблизно о 14-35 було відчинено вікно. Як видно з графіка, температура стала падати і за нею відразу ж став знижуватися рівень СО2 до прийнятного значення, через 10 хвилин повністю перейшовши в безпечну (на графіці зеленим кольором)зону. Приблизно о 14-50 вікно було закрито і температура і СО2 почали поступово зростати.

Для операційних систем Linux існує OpenSource софт, викладений на GitHub. На жаль під ОС Debian мені не вдалося скомпілювати додаток, т.к. постійно лаялося відсутність пакета, хоча він було встановлено. Але теоретично, це дає можливість підключити вимірник по USB-інтерфейсу до різних Linux-мікрокомп'ютерів (Raspberry Pi, CubeBoard, BeagleBone) і керувати пристроями (через GPIO) або скидати дані на який-небудь сервер, використовувати для системи "Розумний дім" і т.д. .п. Тут вже відкривається безліч можливостей.

Потрібен вимірювач СО2 чи ні – кожен вирішить сам, особисто я витрачених на нього грошей не шкодую і навіть подумую прикупити другий, один для дому, один в офіс, де я працюю.

Плюси вимірювача вуглекислого газу MT8057:

Низька ціна в порівнянні з аналогічними приладами
Наявність "світлофора" - три різнокольорові індикатори
Використання сучасного NDIR-сенсора, а не хімічного
Великий інтервал часу для калібрування
Підключення до комп'ютера по USB для побудови графіків
Наявність OpenSource софту для Linux-систем

Мінус MT8057 :

Відсутність вбудованого джерела живлення
Нештатне заглиблення у корпусі під Micro-USB роз'єм
Невисока точність 100ppm, але цілком достатня для домашнього застосування
Хотілося б ще присутність датчика вологості