联系我们   Contact
搜索   Search

智能农业传感器选型之CO2传感器(深舍原创)

发布:2016-05-29 13:28      点击:

 
随着农业的发展,土地的集约化使用,以及不同人群的特殊需要,非季节性植物的需求会越来越普遍。在植物的生产中,光合作中的重要程度不言而喻。光合作用的主要反应物,就是光线,水,二氧化碳。在专业术语中叫二氧化碳肥料。以此可见,二氧化碳在大棚和温室种植中的重要程度。本文将为您讲解二氧化碳传感器的选型以及主要参数。

根据自行设计的OTC-1型开顶式气室及连续3年试验资料,在评述该套设备性能的基础上,分析了CO2浓度倍增对4种作物生长发育和产量的影响。结果表明:CO2浓度倍增,作物发育进程加快,株高增加,经济产量和生物产量增长明显,且C3作物的增长幅度大于C4作物;冬小麦、棉花品质呈良性变化,玉米品质可能有所下降,大豆品质变化不明显

所以二氧化碳浓度不是越高越高,但在合适的区间内,和较合适的温湿度环境下,二氧化碳浓度和产量,农作物品质都是成正比的,但到达某个值后,增产效果不明显。加上目前补充CO2的技术都有成本因素,所以,将二氧化碳导入大棚种植就是非常有必要了。

大量的CO2供作物吸收大大促进了作物的光合作用。几种大棚作物不同生育期对CO2浓度的需求详见下表 通过二氧化碳气体检测仪监测结果

品种 苗期 ppm 开花期ppm 结果期 ppm 结果盛期ppm
黄瓜 1500 2500 3500 4500
辣椒 1500 3000 3800 4600
西葫芦 1000 2000 2800 3500
西瓜 1500 2600 3700 4800
西红柿 1200 2200 3400 5100
芸豆 900 1800 2400 3300
土豆 1800 2900 4200 3800
西芹 800   1200 1600
草莓 1200 2600 3600 4600
葡萄 1400 2800 4100 5500

由上表可见,主流的植物的浓度范围是 800~5500 ppm, 这为我们选型提供了依据。

几个典型参数:

 

参数 参数范围 备注
温度 0~45℃ 因为需要预热,所以请保持冰点以上
湿度 0~98%,无冷凝 需做简单的防水处理
供电电压 5VDC (± 10% ) 普通单片机的供电电压
量程 5000ppm或10000ppm 5000ppm在大部分时间够用,但10000ppm会导致精度下降,若要精度不下降,单价会上升很多
精度 ±75ppm 或当前读数的± 3% , 以±75ppm为目标
通道数 2 单通道产品在此应用场景下无法保证长期精度
年累积漂移 <20ppm  
使用年限 >10年  
分辨率 1ppm  

农业大棚中对传感器的尺寸没有过多要求,主要是选对量程以及保证精度,因为将CO2浓度控制在100ppm左右偏差,所以整个传感器的误差的不能超过100ppm.

量程:
由我们找到的典型植物生长过程中对CO2浓度的需求来看,我们将量程定在5000ppm较为合适,仅有葡萄和西红柿需要的CO2浓度超过5000PPM,而且都在结果的高峰期。市售主流传感器的量程一般为2000,5000,10000,50000ppm;

关于精度
传感器的误差来自于三部分,零点误差,线性误差以及年度漂移。 在传感器做了温度和湿度补偿的情况下,我们暂时不将这块的误差当作重点。 CO2传感器的主流技术采用的是红外线NDIR技术,这种技术由于光源和接收管的衰减,会发生漂移,有一些年度漂移能达到100到200ppm.

关于通道数以校准技术:
上一段关于精度的描述中,我们讲到了漂移,这个漂移主要是零点漂移。 我们需要一个基准来将误差校正回来,这时候,早期技术是一种叫ABC LOGIC的算法,大概是连续14天测量的每日最低值,将其中最低的值当作400ppm(大气环境中的CO2浓度)。这个技术几乎没有成本,但是,因为农业大棚中这个浓度几乎永远是在1000多以上,所以这个校正算法在农业大棚中是无法使用的。 另外一个技术是叫双通道校正技术,就是永远有一路是测量,另外一路是校正,每时每刻都有可能在校准,所以这个技术能保证年漂移20ppm左右。


所以,农业大棚中,如果看重精度,必须要上双通道二氧化碳传感器。

市售双通道二氧化碳传感器并不多,总共不超过5个品牌在对外销售,可以参考美国airaware出品的ESM-5K,点击图片即可前往。

ESM-5K

 

  • 上一篇:没有了
  • 下一篇:没有了