Bài viết này trình bày nghiên cứu chế tạo cảm biến đo khí CO2 theo nguyên lý hấp thụ hồng ngoại cho đo vùng nồng độ thấp (0 10.000 ppm) để đáp ứng cho áp dụng trong hệ thống tự động giám sát và điều hòa nồng độ khí CO2 trong nhà.
Vật lý Nghiên cứu chế tạo cảm biến NDIR đo khí CO2 dải nồng độ thấp để áp dụng cho điều hịa khơng khí nhà giảm tác động xấu đến sức khỏe người Trịnh Mỹ Anh1, Đặng Lê Gia Hân1, Mai Ngọc Linh1, Phạm Duy Tân2, Bùi Xuân Khuyến2*, Hồ Trường Giang2 Trường THPT chuyên Hùng Vương Gia Lai, 48 Hùng Vương, Pleiku, Gia Lai; Học Viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam *Email: khuyenbx@ims.vast.ac.vn Nhận ngày 02/12/2021; Hoàn thiện ngày 18/01/2022; Chấp nhận đăng ngày 14/02/2022 DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.77.2022.120-127 TĨM TẮT Khí CO2 khơng tác nhân gây biến đổi khí hậu tồn cầu mà ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người Gần đây, nhà khoa học phát người bị phơi nhiễm thời gian dài với khí CO2 vùng nồng độ thấp (lân cận 5000 ppm) gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe thần kinh người Điều quan tâm sống đại người thường xuyên sống môi trường có khơng gian kín, thơng khí mơi trường nhà ngồi trời (ví dụ lớp học, nhà chung cư, văn phịng,…) Khí CO2 vùng nồng độ thấp dễ gặp phải có nguyên nhân từ nguồn phát thải thở người sống đó, từ bếp nấu ăn, Nguy hiểm hơn, vùng nồng độ CO2 thấp người khơng có khả tự nhận biết khơng có biểu triệu chứng cấp tính bị phơi nhiễm, khí CO2 khơng màu, khơng mùi khơng vị, gây tác động cách âm thầm, lâu dài từ từ Ảnh hưởng khí CO2 vùng nồng độ thấp tới sức khỏe người, đặc biệt trẻ nhỏ người trạng yếu, liên quan đến bệnh hô hấp, máu, thận, xương, thần kinh, giảm hiệu học tập lao động Bài báo trình bày nghiên cứu chế tạo cảm biến đo khí CO2 theo nguyên lý hấp thụ hồng ngoại cho đo vùng nồng độ thấp (0 10.000 ppm) để đáp ứng cho áp dụng hệ thống tự động giám sát điều hòa nồng độ khí CO2 nhà Cảm biến khí CO2 thiết kế chế tạo theo cấu hình khơng tán sắc (NDIR) sử dụng đầu thu hồng ngoại hai kênh Cảm biến thiết kế mà không cần thêm bơm mẫu khí vào buồng đo sử dụng lớp gốm xốp để khí mơi trường tự động khuếch tán vào/ra buồng đo Cảm biến chế tạo cho độ phân giải tốt đạt ppm, giới hạn phát (LoD) đạt 0,5 ppm độ lệch chuẩn đạt 10 ppm Từ khóa: Cảm biến khí NDIR; Ảnh hưởng CO2 tới sức khỏe người; CO2 vùng nồng độ thấp khơng khí nhà GIỚI THIỆU Ơ nhiễm mơi trường khơng khí từ tác nhân khí độc (ví dụ CO, CO2, NO, NO2, NH3, H2S, SO2,…) bụi mịn (PM10, PM2.5) ngày hữu sống đại [1, 2] Trong đó, CO2 khí có mặt thường xun phổ biến sống hàng ngày Theo tài liệu khoa học, nồng độ khí CO2 bầu khí (mơi trường khơng khí thơng thường sống) cỡ 300 500 ppm Theo quan an toàn lao động Hoa Kỳ (OSHA), giới hạn nồng độ CO2 cho phép người hít thở hay phơi nhiễm liên tục thời gian 5000 ppm 15 phút 30.000 ppm Tuy vậy, nghiên cứu gần đặc biệt quan tâm ảnh hưởng tới sức khỏe người phơi nhiễm khí CO2 vùng nồng độ thấp (500 5000 ppm), vùng nồng độ xuất phổ biến sống đại ngày người sống thường xun mơi trường kín, thơng gió với khơng khí ngồi trời, ví dụ phịng học, văn phòng làm việc, phòng chung cư,… [3] Những nơi thường xuyên có nguồn CO2 phát thải khí thở người sống đó, bếp nấu ăn, thiết bị máy móc q trình hoạt động,… Khí CO2 tương đối trơ, tồn lâu dài mơi trường khơng khí nhà Hơn nữa, nhu cầu sử dụng điều hòa ngày 120 T M Anh, …, H T Giang, “Nghiên cứu chế tạo cảm biến NDIR … sức khỏe người.” Nghiên cứu khoa học công nghệ thường xuyên sống đại để giảm tiêu thụ điện tạo tỷ lệ thơng gió thấp khơng khí bên ngồi bên nhà, dẫn đến tình trạng người bị phơi nhiễm nồng độ CO2 nhà phổ biến Các mơi trường có nồng độ khí CO2 vượt q 1000 ppm khơng gian mà người thường nhiều giờ, chiếm 60 80% thời gian mà họ sống làm việc Các nghiên cứu gần nhận thấy nồng độ CO2 nhà vùng nồng độ thấp (500 5000 ppm) tác động xấu đến thần kinh sức khỏe thể chất, làm giảm hiệu học tập làm việc người [3] Tài liệu khoa học công bố cho thấy chứng rõ ràng liên quan khí CO2 vùng nồng độ thấp đến bệnh cụ thể hô hấp, tổn thương mạch máu, thận, xương, bệnh thần kinh,… [4] Mặc dù thường để ý khí có độc tính cao (ví dụ NO2, NO, SO2, H2S, NH3, CO,…) phát thải từ q trình cơng nghiệp (như nhiệt điện, xi-măng, gốm, sắt thép,…) gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng tới sức khỏe người [2] Tuy vậy, ảnh hưởng khí thường xảy khu vực nhỏ (gần với nguồn phát thải), thời gian tác động không dài, triệu chứng cấp tính tác động đến số lượng người Trong ảnh hưởng khí CO2 âm thầm thời gian dài làm cho người khó nhận biết triệu chứng khơng cấp tính, chưa thực quan tâm thích đáng Ví dụ điển hình nghiên cứu khí CO2 ảnh hưởng đến sức khỏe người Kenichi công [3] công bố báo cáo tổng quan tạp chí quốc tế “Environment International” năm 2018 Bài báo dẫn chứng phát gần giảm hiệu suất định người bị phơi nhiễm với khí CO2 từ 600 đến 2500 ppm; tác động nồng độ CO2 cỡ 2000 ppm có liên quan đến phản ứng viêm nhiễm, dẫn đến tổn thương mạch máu người bị phơi nhiễm Ngoài ra, báo tổng quan cho thấy nghiên cứu điển hình việc tiếp xúc kéo dài với nồng độ CO2 từ 2000 đến 3000 ppm có liên quan đến ảnh hưởng xấu đến sức khỏe bao gồm căng thẳng, vơi hóa thận khử khoáng xương Satish cộng [5] nghiên cứu nhận thấy sụt giảm đáng kể hiệu suất nhận thức (ra định giải vấn đề) người bị phơi nhiễm nồng độ CO2 1000 ppm Nghiên cứu Maula cộng [6] thực 36 người tham gia thời gian điều kiện A (thông khí phịng với khơng khí ngồi trời tốc độ 28,2 lít/giây để có nồng độ CO2 phịng 540 ppm) điều kiện B (thơng khí phịng với khơng khí ngồi trời tốc độ 2,3 lít/giây để có nồng độ CO2 phịng 2260 ppm) Kết cho thấy điều kiện B có ảnh hưởng rõ ràng đến hiệu suất nhiệm vụ truy xuất thông tin gia tăng mệt mỏi Một nghiên cứu thú vị khác thực Petersen cộng [7] thực nghiệm với đối tượng học sinh tiểu học cho thấy việc tăng lượng cung cấp khơng khí ngồi trời vào phịng để giảm nồng độ CO2 từ 1500 ppm xuống 900 ppm cải thiện đáng kể hiệu suất học tập học sinh Hiện tại, nồng độ CO2 nhà số đánh giá chất lượng không khí nhà nước Nhật Bản, Canada, Singapore, Na Uy, Như vậy, nghiên cứu gần cho thấy tình trạng ảnh hưởng khí CO2 vùng nồng độ thấp tác động xấu đến người giảm hiệu suất làm việc, nhận thức, học tập, sức khỏe yếu tố khác chưa biết Do đó, cần có quan tâm thích đáng đưa giải pháp để giảm thiểu tác động xấu Cách tiếp cận đơn giản sử dụng kỹ thuật tự động điều hịa hay thơng gió khơng khí phịng khơng khí ngồi trời sử dụng loại linh kiện cảm biến khí CO2 có đủ mức độ tin cậy khả hoạt động liên tục Cảm biến khí nguyên lý hấp thụ hồng ngoại xem giải pháp tối ưu cho ứng dụng thiết bị hệ thống đo liên tục nồng độ khí CO2 dải nồng độ thấp (ppm) dải nồng độ cao (% thể tích) Ưu điểm cảm biến ngun lý hấp thụ hồng ngoại có tính chọn lọc tốt, thời gian đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao đến 10 năm hoạt động tin cậy [8] Cảm biến khí nguyên lý hấp thụ hồng ngoại hoạt động dựa tính chất hấp thụ vùng xạ hồng ngoại với bước sóng đặc trưng loại khí (với khí CO2 vùng 4,26 µm) [8 , 9] Vì vậy, cảm biến nguyên lý hấp thụ hồng ngoại phù hợp xây dựng mơ hình hệ thống tự động đo điều Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 77, 02 - 2022 121 Vật lý hịa nồng độ khí CO2 (vùng nồng độ 10.000 ppm) Tại Việt Nam, việc nghiên cứu chế tạo cảm biến khí CO2 khiêm tốn, ví dụ kể đến loại cảm biến theo cấu hình hấp thụ hồng ngoại chế tạo Viện Khoa học vật liệu cho đo khí CO2 dải nồng độ lớn 20 % thể tích áp dụng cho phân tích khí thải [10] Ngoài ra, cảm biến CO2 hoạt động theo nguyên lý thay đổi điện trở vật liệu dây nano ZnO phủ LaOCl thực nhóm tác giả Hieu cộng [11] Bài báo trình bày chế tạo cảm biến khí CO2 theo nguyên lý hấp thụ hồng ngoại cho dải nồng độ đo thấp 10.000 ppm để phù hợp cho xây dựng giải pháp giám sát nồng độ khí CO2 điều hịa khơng khí nhà cho giảm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người Điểm đặc sắc cảm biến thiết kế chế tạo với cấu hình khơng tán sắc (non-dispersive infrared, NDIR) với hai kênh thu hồng ngoại không cần bơm hút mẫu khí vào buồng đo THỰC NGHIỆM Khí CO2 hấp thụ phổ hồng ngoại đặc trưng vùng bước sóng lân cận 4,26 µm khơng trùng phủ với khí thơng thường khác mơi trường khơng khí Cường độ ánh sáng (hồng ngoại) từ nguồn Io sau qua môi trường chứa phân tử khí bị hấp thụ phần phần khơng bị hấp thụ I Sự suy giảm cường độ I so Io tuân theo định luật LambertBeer theo công thức: I = I o e − k l x (1) đó, k số đặc trưng hấp thụ hồng ngoại riêng khí CO2, l chiều dài buồng mẫu khí (hay quang trình mà xạ hồng ngoại qua mơi trường có chứa khí CO2), x nồng độ khí CO2 buồng mẫu Từ nguyên lý này, cấu trúc cảm biến khí dựa nguyên lý hấp thụ hồng ngoại thường thiết kế theo cấu hình khơng tán sắc hai kênh thu [9] Ở đó, cảm biến gồm nguồn phát xạ hồng ngoại, buồng chứa mẫu khí cần phân tích, hai kênh thu hồng ngoại để chuyển đổi xạ hồng ngoại từ nguồn phát qua buồng mẫu khí đến đầu thu để biến đổi thành tín hiệu điện lối ra, thiết kế nguyên lý hình 1a Hai kính lọc xạ hồng ngoại đặt trước hai kênh đầu thu, kính lọc cho vùng bước sóng xạ hồng ngoại bước sóng 4,26 µm (vùng khí CO2 hấp thụ cho kênh nhạy khí) bước sóng 3,9 µm (khơng bị khí hấp thụ cho kênh so sánh) Kỹ thuật sử dụng kính lọc quang gọi không tán sắc (non-dispersive infrared sensor – cảm biến NDIR) Khi hoạt động, điện lối kênh nhạy khí Usen điện lối kênh so sánh Uref x x Nồng độ khí CO2 (x) xác định gần qua giá trị điện áp U sen U ref tương ứng hai kênh theo công thức [9]: x U sen x = − ln b U0 x U ref sen U ref (2) 0 với b số, U sen U ref giá trị điện hai kênh tính cho trường hợp buồng mẫu khơng có khí CO2 (x = 0) Thực tế, cảm biến NDIR chế tạo theo nhiều cấu hình khác tùy vào dải nồng đo, độ phân giải lĩnh vực ứng dụng Trong cơng trình này, chế tạo cảm biến NDIR chế tạo theo cấu trúc minh họa hình cho dải nồng độ đo 10.000 ppm cảm biến khơng cần bơm mẫu khí vào buồng đo Trong cấu trúc này, đèn phát hồng ngoại dải rộng sử dụng từ hãng Heimann, Đức (mã ký hiệu linh kiện: HSL-EMIRS 200-60/55) đầu thu hồng ngoại hai kênh hãng Pyreos, Anh (mã ký hiệu linh kiện: PY-ITV-DUAL- 122 T M Anh, …, H T Giang, “Nghiên cứu chế tạo cảm biến NDIR … sức khỏe người.” Nghiên cứu khoa học công nghệ TO39) Các linh kiện thu/phát hồng ngoại sử dụng phù hợp cho chế tạo cảm biến khí nguyên lý hấp thụ hồng ngoại Bảng thể thông số kỹ thuật linh kiện phát hồng ngoại thu hồng ngoại sử dụng chế tạo cảm biến NDIR Bảng Các thông số kỹ thuật linh kiện thu/phát hồng ngoại sử dụng Thông số Giá trị Đơn vị HSL-EMIRS 200-60/55 Điện trở đốt nóng 72 Ω Công suất đầu vào 450 mW Thế hoạt động V 5,76,3 Dòng hoạt động 80-100 mA Đỉnh phát xạ 4,0 µm Vùng xạ µm 215 Thời gian sống >40000 PY-ITV-DUAL-TO39 Số kênh Kính lọc hồng ngoi 3,91 v 4,26 àm Kớch thc 1000 ì 1000 µm2 Độ đáp ứng 150000 V/W o Nhiệt độ hoạt động C - 40 85 o Nhiệt độ hoạt động C - 40 120 Để có dải nồng độ khí 10.000 ppm có độ phân giải phù hợp, chiều dài buồng mẫu khí cảm biến NDIR thử nghiệm độ lớn khác đến lựa chọn buồng mẫu khí hình trụ rỗng (làm từ hợp kim nhơm) cảm biến chế tạo có hình trụ rỗng, đường kính 15 mm, đường kính ngồi 22 mm chiều dài 60 mm, thể hình 1b Cảm biến có sử dụng ống gốm xốp hình trụ rỗng có chiều dài 20 mm, phận giúp khí từ mơi trường tự động khuếch tán vào buồng mẫu cảm biến mà không cần sử dụng bơm Đầu phát hồng ngoại (S) đầu thu hồng ngoại (D) đặt phía chân linh kiện gắn bo mạch PCB Các phận cấu thành cảm biến liên kết keo để tạo cấu trúc hoàn chỉnh (hình 1c) Khi hoạt động xạ hồng ngoại từ nguồn phát qua buồng mẫu khí đến đầu phản xạ phía quay ngược trở lại đầu thu (như quang trình cảm biến tăng lên lần giúp tăng độ nhạy) (a) 22 (b) (c) Đầu phản xạ Khí khuếch tán vào 15 Buồng chứa mẫu khí 20 Gốm xốp khuếch tán khí 60 Buồng chứa mẫu khí 22 32 8 Đế gắn đầu thu/phát hồng ngoại 15 S D 50 Bo mạch hàn linh kiện 70 Hình Nguyên lý cấu tạo (a), kích thước phận (b) cảm biến NDIR chế tạo (c) Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 77, 02 - 2022 123 Vật lý Cảm biến NDIR nghiên cứu khảo sát đặc trưng sử dụng bo mạch điện tử (được chế tạo Viện Khoa học vật liệu [10]) cho điều khiển linh kiện phát hồng ngoại việc cấp nguồn dịng (dạng xung vng, tần số Hz biên độ 100 mA) thu nhận tín hiệu điện áp Usen Uref lối tương ứng từ hai kênh thu hồng ngoại biến đổi theo nồng độ khí CO2 chuẩn Cảm biến NDIR tính tốn chuẩn hóa theo nồng độ khí CO2 chuẩn tạo từ hệ thiết bị tạo khí chuẩn Phịng Cảm biến thiết bị đo khí Viện Khoa học vật liệu Các nồng độ khí CO2 chuẩn dùng cho nghiên cứu 1500, 2500, 4000, 6000, 8000, 10000 12000 ppm mơi trường khí mang giống khơng khí thơng thường (với 21% O2 79 % N2) Nguyên tắc hệ tạo nồng độ khí CO2 chuẩn trộn lưu lượng khí gồm CO2, N2 O2 theo tỉ lệ điều khiển xác qua điều khiển lưu lượng MFC – Aalborg, Mỹ [10, 12] Hỗn hợp khí đưa liên tục vào buồng đo khí (chứa cảm biến NDIR) với lưu lượng tổng giữ 500 ml/phút, thể tích buồng đo 1000 ml Để tìm số b cho tính nồng độ khí CO2 theo cơng thức (2), số liệu điện lối thu kênh nhạy khí tương ứng với nồng độ khí CO2 chuẩn khảo sát dùng để tính khớp hàm qua phần mềm Origin, hàm toán học dùng sau [9]: FA = o x U sen − U sen = − e − b x o U sen (3) x với FA hệ số hấp thụ, U sen U sen điện áp kênh nhạy khí điều kiện tương ứng nồng khí CO2 giá trị nồng độ x khác KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình điện lối kênh nhạy khí Usen kênh so sánh Uref đáp ứng theo nồng độ CO2 chuẩn đưa vào buồng mẫu với giá trị 1500, 2500, 4000, 6000, 8000, 10000 12000 ppm Kết cho thấy điện kênh nhạy khí Usen sụt giảm tương ứng với nồng độ CO2 đưa vào hồi phục giá trị ban đầu khắt khí CO2 giá trị nồng độ ppm Trong đó, điện kênh so sánh không thay đổi theo biến thiên nồng độ CO2 buồng mẫu (điện so sánh đóng vai trị bù trừ nhiễu) Usen Điện lối (V) Uref th Hình Điện kênh nhạy khí (Usen) kênh so sánh (Uref) đáp ứng với nồng độ khí CO2 chuẩn Từ số liệu này, hình thể điểm thực nghiệm, đường khớp hàm độ hấp thụ FA theo nồng độ CO2 giá trị tính tốn cho số b = 2,907 cảm biến NDIR chế tạo Các số liệu thực nghiệm nồng độ khí CO2, giá trị điện hai kênh Usen Uref, giá trị tính tốn hàng số b liệt kê bảng Kết cho thấy đường tính tốn trùng khớp tốt với điểm thực nghiệm, chứng tỏ nồng độ khí CO2 chuẩn sử dụng phép tính tốn tin cậy Các số liệu thực nghiệm tương ứng nồng độ khí CO2 cho giá trị điện Thời gian (giây) 124 T M Anh, …, H T Giang, “Nghiên cứu chế tạo cảm biến NDIR … sức khỏe người.” Nghiên cứu khoa học công nghệ hai kênh Usen Uref Từ số liệu thực nghiệm này, thông số kỹ thuật cảm biến tính tốn liệt kê bảng Ngồi ra, cảm biến sau chuẩn hóa đo đối chứng với thiết bị đo khí thương mại (Thiết bị đo khí đa tiêu, E9000, Mỹ) cho thấy phù hợp tốt với giá trị nồng độ CO2 chuẩn đưa vào buồng đo ▪ Điểm thực nghiệm Đường khớp Độ hấp thụ (FA) b = 2,907 FA = − e−b x Nồng độ khí CO2 (%) Hình Độ hấp thụ (FA) phụ thuộc vào nồng độ khí CO2 khớp hàm tính giá trị b Bảng Các giá trị đo Usen, Uref tính tốn b tương ứng theo nồng độ khí CO2 khảo sát b xCO2 (ppm) U sen (V) U ref (V) 1500 2500 4000 6000 8000 10000 12000 4,8398 4,3015 4,0433 3,7888 4,6394 2,907 3,5571 3,4382 3,3759 3,3361 Bảng Thông số kỹ thuật cảm biến NDIR chế tạo Thơng số kỹ thuật Giá trị Cấu hình Khơng tán sắc NDIR Dải nồng độ CO2 010.000 ppm Độ phân giải ppm Giới hạn phát LoD 0,5 ppm Độ lệch chuẩn 10 ppm(*) Công suất 450 mW (*) tính cho chu kỳ nồng độ 6000 ppm Hình đáp ứng điện kênh nhạy khí Usen theo chu kỳ khí CO2 biến đổi từ 6000 ppm Kết thể cho tính lặp lại độ ổn định cao cảm biến chế tạo Giá trị độ lệch chuẩn cảm biến NDIR chế tạo tính tốn điều kiện chù kỳ nồng độ khí CO2 6000 ppm cho giá trị 10 ppm Giới hạn phát (LoD) tính tốn cho cảm biến NDIR nhận giá trị 0,5 ppm tính theo hệ số hấp thụ FA phụ thuộc vào nồng độ khí CO2 theo số liệu từ hình Với thông số kỹ thuật đạt được, cảm biến NDIR chế tạo phù hợp để áp dụng cho giám sát điều hịa khí CO2 mơi trường khơng khí nhà [3, 6] Để so sánh thêm, dẫn chứng cảm biến đo nồng độ khí CO2 thường dựa ba loại, cảm biến nguyên lý dẫn nhiệt, cảm biến nguyên lý điện hóa cảm biến nguyên lý hấp thụ hồng ngoại Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 77, 02 - 2022 125 Vật lý Điện lối Usen(V) [8, 13] Cảm biến nguyên lý dẫn nhiệt đo khí CO2 dựa độ dẫn nhiệt khí CO2 (0,017 W/mK) thấp so khí thơng thường khác khơng khí (ví dụ N2 0,026 W/mK O2 0,027 W/mK) [11] Tuy nhiên, cảm biến nguyên lý dẫn nhiệt phù hợp đo khí CO2 dải nồng độ lớn (0 100 % thể tích) Cảm biến ngun lý điện hóa đo khí CO2 dựa phản ứng hóa học điện cực linh kiện kiểu pin Galvanic để tạo tín hiệu điện lối (dịng điện điện điện cực) Cảm biến nguyên lý điện hóa phù hợp đo dải nồng độ thấp (mức ppm) khí CO2 mơi trường khơng khí Tuy vậy, cảm biến điện hóa có nhược điểm tín hiệu lối linh kiện không ổn định theo thời gian hoạt động, đó, thường phải chỉnh chuẩn, hiệu chỉnh định kỳ sau khoảng khoảng thời gian cỡ vài tháng [14] Điểm làm hạn chế khả áp dụng cảm biến điện hóa hệ thống giám sát khí cần có khả hoạt động ổn định liên tục theo thời gian dài Trong đó, cảm biến khí ngun lý hấp thụ hồng ngoại cho phù hợp áp dụng hoạt động liên tục hệ thống giám sát [8, 9] Thời gian (giây) Hình Đường đáp ứng điện lối kênh nhạy khí Usen theo chu kỳ 6000 ppm khí CO2 KẾT LUẬN Cảm biến khí CO2 nguyên lý hấp thụ hồng ngoại với cấu hình khơng tán sắc hai kênh thu (NDIR) chế tạo cho dải nồng độ 10.000 ppm Cảm biến thể độ nhạy cao với độ phân giải đạt ppm, giới hạn phát (LoD) đạt 0,5 ppm độ lệnh chuẩn đạt 10 ppm Cảm biến chế phù hợp đo liên tục nồng độ CO2 mơi trường khơng khí khơng cần bơm hút mẫu khí Do đó, cảm biến đáp ứng cho áp dụng xây dựng hệ đo giám nồng độ khí CO2 từ đưa tác động điều hịa khơng khí nhà nhằm giảm ảnh hưởng tới sức khỏe người sống làm việc mơi trường Lời cảm ơn: Nhóm tác giả xin cảm ơn tư vấn hỗ trợ khoa học GS Vũ Đình Lãm, Học Viện Khoa học Cơng nghệ; q trình thực nghiệm Phịng Cảm biến thiết bị đo khí, Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://www.vinmec.com/vi/tin-tuc/thong-tin-suc-khoe/o-nhiem-khong-khi-anh-huong-den-suc-khoecon-nguoi-nao/ [2] W.M Alberts, "Indoor air pollution: NO, NO2, CO, and CO2", The Journal of Allergy and Clinical Immunology, 94 (1994) 289-295 [3] Kenichi Azuma, Naoki Kagi, U Yanagi, Haruki Osawa, "Effects of low-level inhalation exposure to carbon dioxide in indoor environments: A short review on human health and psychomotor performance", Environment International, 121 (2018) 51-56 [4] https://baotainguyenmoitruong.vn/canh-bao-nong-do-co2-trong-nha-co-the-la-moi-nguy-hai-cho-suckhoe-289251.html [5] U Satish, M J Mendell, K Shekhar, T Hotchi, D Sullivan, S Streufert, W J Fisk, "Is CO2 an indoor pollutant? Direct effects of low-to-moderate CO2 concentrations on human decision-making 126 T M Anh, …, H T Giang, “Nghiên cứu chế tạo cảm biến NDIR … sức khỏe người.” Nghiên cứu khoa học công nghệ performance", Environmental Health Perspectives, 120 (2012) 1671-1677 [6] H Maula, V Hongisto, V Naatula, "The effect of low ventilation rate with elevated bioeffuent concentration on work performance, perceived indoor air quality, and health symptoms", Indoor Air 27 (2017) 1141-1153 [7] S Petersen, K.L Jensen, A.L Pedersen, H.S Rasmussen, "The effect of increased classroom ventilation rate indicated by reduced CO2 concentration on the performance of schoolwork by children", Indoor Air 26 (2016) 366-379 [8] Jane Hodgkinson, Ralph P Tatam, "Optical gas sensing: a review", Measurement Science and Technology, 24 (2013) 012004 [9] Robert Lee, Walt Kester, "Complete Gas Sensor Circuit Using Nondispersive Infrared (NDIR)", Analog Dialogue 50-10, (2016) [10] Báo cáo đề tài "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cảm biến để xây dựng hệ thống thiết bị đo nồng độ khí thải điều khiển trình đốt cháy nhiên liệu", mã số KC05.13/16-20, (2021) [11] Nguyen Van Hieu, Nguyen Duc Khoang, Do Dang Trung, Le Duc Toan, Nguyen Van Duy, Nguyen Duc Hoa, "Comparative study on CO2 and CO sensing performance of LaOCl-coated ZnO nanowires", J Hazardous Materials 244-245, 209-216 (2013) [12] P Romppainen, V Lantto, "Design and construction of an experimental setup for semiconductor gas sensor studies", Report S: Department of Electrical Engineering, University of Oulu, Oulu, Filand, 93 (1987) [13] https://labincubators.net/blogs/blog/thermal-conductivity-versus-infrared-co2-sensors [14] Igor Cretescu, Doina Lutic, Liliana Rosemarie Manea, "Electrochemical sensors for monitoring of Indoor and outdoor air pollution", http://dxdoiorg/105772/intechopen68512, (2017) ABSTRACT Fabrication of non-dispersive infrared sensor (NDIR) for detecting CO2 in indoor with low-level concentration towards human health safety applications Carbon dioxide (CO2) is known as a gas of global climate change and global warming as well as impacts on human health Recently, scientific literature and documents have been shown that exposure at the CO2 low-level concentration (5000 ppm) for a long-time can affect human health and psychomotor performance It is more serious in modern life when humans are usually in indoor environments with low ventilation rates such as school-rooms, office-rooms, buildings, etc In indoor environments, the low-level CO2 concentrations can be easy to obtain due to release from the processes like human metabolism, cooking, and fuel combustion On the other hand, it is more dangerous because carbon dioxide is a colorless, odorless, and tasteless gas that is undetectable to the human senses and causes long-term and silent effects on human health It can be related to respiratory, cardiovascular, kidney, bone, neurological, cognitive, and autism diseases, particularly in children and people with weak-physical conditions In this work, the infrared absorption gas sensor was fabricated for detecting CO2 in the range of lowlevel concentration (0 10.000 ppm), towards applications in monitoring and conditioning CO2 concentration in indoor environments The configuration of the sensor is a non-dispersive infrared (NDIR) structure with two infrared detectors A porous ceramic tube was used to gas self-diffusion from the environment into the gas-sampling chamber of the sensor The NDIR sensor showed good performance with a resolution of ppm, limitation of detection (LoD) of 0.5 ppm, and standard deviation of 10 ppm Keywords: NDIR gas sensor; CO2 effect on human health; CO2 low-level indoor impact Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 77, 02 - 2022 127 ... nồng độ đo thấp 10.000 ppm để phù hợp cho xây dựng giải pháp giám sát nồng độ khí CO2 điều hịa khơng khí nhà cho giảm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người Điểm đặc sắc cảm biến thiết kế chế tạo. .. thống tự động đo điều Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 77, 02 - 2022 121 Vật lý hòa nồng độ khí CO2 (vùng nồng độ 10.000 ppm) Tại Việt Nam, việc nghiên cứu chế tạo cảm biến khí CO2 khiêm... ppm độ lệnh chuẩn đạt 10 ppm Cảm biến chế phù hợp đo liên tục nồng độ CO2 môi trường khơng khí khơng cần bơm hút mẫu khí Do đó, cảm biến ? ?áp ứng cho áp dụng xây dựng hệ đo giám nồng độ khí CO2