NDIR-датчик CO₂

Углекислый газ сильно поглощает инфракрасный свет с длиной волны около 4,2 мкм. Если посветить через пробу воздуха и измерить, сколько света поглотилось, получится концентрация CO₂. На этом построены почти все точные датчики CO₂ — от MH-Z19 до Sensirion SCD41.

Обновлено 1 ноября 2026 г.Редакция GAW

Содержание

Две схемы
Точность и калибровка
Чем NDIR лучше дешёвых датчиков

NDIR-датчик (non-dispersive infrared, недисперсионный инфракрасный) — газоанализатор, который определяет концентрацию газа по поглощению инфракрасного излучения в характерной для этого газа полосе. Для углекислого газа это полоса около 4,2 мкм. По заметке Sensirion, NDIR стал основным методом измерения CO₂, а «недисперсионным» его называют потому, что нужную длину волны выделяет узкополосный фильтр, а не призма или дифракционная решётка.

Две схемы

	Трансмиссионный NDIR	Фотоакустический NDIR
Что измеряется	свет, прошедший через газ	энергия, поглощённая газом
Приёмник	ИК-фотоприёмник на другом конце камеры	микрофон в камере
Сигнал при росте CO₂	падает	растёт амплитуда волны давления
Особенности	нужна оптическая длина в сантиметры, чувствителен к смещению оптики	компактнее; пример — Sensirion SCD4x

В трансмиссионном датчике показание сравнивают с опорным при известной концентрации, и, как пишет Sensirion, оно сильно зависит от точного положения излучателя и приёмника — механические и тепловые напряжения камеры искажают результат.

Точность и калибровка

Концентрацию выражают в ppm. Для SCD4x Sensirion даёт выходной диапазон 0–40 000 ppm и точность, например, ±(50 ppm + 5 %) у SCD40 в диапазоне 400–2000 ppm и ±(30 ppm + 3 %) у SCD43 до 5000 ppm. Нуль датчика со временем уходит, поэтому у SCD4x есть два механизма калибровки:

ASC — автоматическая самокалибровка. Включена по умолчанию и рассчитана на то, что за каждую неделю работы датчик хотя бы 3 минуты видит наружный воздух с 400 ppm. Концентрации ниже 400 ppm при включённой ASC ухудшают точность.
FRC — принудительная перекалибровка по внешнему эталону, когда ждать ASC нельзя.

Чем NDIR лучше дешёвых датчиков

Металлооксидные датчики реагируют на многие газы сразу и не отличают их друг от друга. NDIR избирателен — он смотрит на полосу поглощения конкретного газа — и поэтому даёт абсолютную концентрацию CO₂. Подключение MH-Z19C и SCD41, а также сравнение с MQ-135 — в статье о датчиках газа.

Частые вопросы

Почему NDIR называется недисперсионным?

Потому что в нём нет дисперсионного элемента — призмы или дифракционной решётки, — который разложил бы свет в спектр. Нужную полосу около 4,2 мкм выделяет узкополосный оптический фильтр, а остальные длины волн отсекаются. Так объясняет название Sensirion в заметке о NDIR-датчиках.

Чем фотоакустический NDIR отличается от обычного?

Тем, что измеряется не прошедший, а поглощённый свет. Излучатель работает импульсами, поглощённый свет усиливает колебания молекул CO₂, и в камере возникает волна давления, которую регистрирует микрофон. Чем больше CO₂, тем больше амплитуда. Обычному трансмиссионному датчику нужна оптическая длина в сантиметры, поэтому фотоакустический, как SCD41, получается заметно меньше.

Что такое ASC у датчика CO₂?

Автоматическая самокалибровка: алгоритм считает, что датчик время от времени видит чистый наружный воздух, и подстраивает ноль по минимальным показаниям. У Sensirion SCD4x она включена по умолчанию и рассчитана на то, что хотя бы раз в неделю работы датчик не менее 3 минут видит воздух с 400 ppm. В помещении, где так не бывает, ASC отключают и калибруют вручную (FRC).

Источники

Sensirion. Characteristics of NDIR Sensors: Transmissive and photoacoustic NDIR sensing (Info Note, D1) — NDIR — преобладающий метод измерения CO₂: молекулы CO₂ сильно поглощают ИК-свет около 4,2 мкм; дисперсионный элемент не нужен — узкополосный фильтр пропускает только нужные длины волн, отсюда название; трансмиссионный NDIR: излучатель и фотоприёмник на концах оптической камеры, чем больше CO₂, тем меньше света; опорное значение зависит от положения излучателя и приёмника, механические и тепловые напряжения искажают показания, нужна длина оптического пути порядка сантиметров; фотоакустический NDIR: импульсный излучатель, поглощение вызывает волну давления в камере, её амплитуда растёт с концентрацией и измеряется микрофоном; камеру можно сильно уменьшить, взаимное положение излучателя и микрофона не критично, такие датчики механически и термически устойчивее
Sensirion. SCD4x — Breaking the size barrier in optical CO2 sensing: Datasheet, Version 1.7, April 2025 — фотоакустический NDIR PASens; выходной диапазон 0–40 000 ppm; точность SCD40 при 400–2000 ppm ±(50 ppm + 5 %); SCD41 при 400–1000 ppm ±(50 ppm + 2,5 %); SCD43 при 400–5000 ppm ±(30 ppm + 3 %); разд. 3.8: принудительная перекалибровка (FRC) и автоматическая самокалибровка (ASC); ASC по умолчанию включена и предполагает, что датчик хотя бы раз в неделю накопленной работы не менее 3 минут видит наружный воздух с 400 ppm; концентрации ниже 400 ppm при включённой ASC ухудшают точность

Нашли ошибку?