Тайное хобби портативных газоанализаторов CO2

Когда на заправке сотрудник усердно драет окна машины, то кого-то эта угодливость раздражает, кому-то наоборот льстит, что хотя бы в этой части его старенькую иномарку родом из прошлого тысячелетия, мойщик своим ловким движением швабры уравнивает с последней моделью элитного авто.
Совсем чуть-чуть добавленной частички внимания, а как приятно ! Приятно, даже если умом понимаешь, что все это мытье, как и дежурная улыбка и быстрое обслуживание уже давно включено в себестоимость, заложено в литр топлива и за все эти приятности водители расплачиваются из своего кармана.
Сегодня мы тоже расскажем о “бесплатной дополнительной опции”, которую предоставляют бытовые газ-детекторы и это будет их необъявленная функция. А вся история замешана на датчиках, метрологии и ограниченной селективности определения газа.

Тайное “хобби” бытовых газоанализаторов

Погрешность датчиков = выявление других газов

В анализаторах-сигнализаторах-течеискателях газа, в общем во всех приборах, которые этот газ определяют (одни просто мигают, другие звучат, а третьи даже отображают на дисплее цифровое значение), есть такой параметр как селективность.

Справочно

Селективность анализатора газа – это способность реагировать строго на определенный тип газа

То есть, если написано, что это детектор формальдегида, значит формальдегида, если угарного газа, то значит угарного газа. Ну и т.д. Селективность или избирательность, в равной мере играет важную роль и для углекислого газа и для горючих газов, и для хладагентов.

Немножко углубимся в типы датчиков и их точность.
Существует разнообразие сенсоров в промышленных моделях - например бывают оптические, инфракрасные, акустические, ультразвуковые. Но в бытовых измерительных приборах нашли широкое применение 2 вида датчиков.

1. Полупроводниковый. Чем больше концентрация газа, тем больше он влияет на изменение сопротивления полупроводника, которое пропорционально проходящему току.
2. Электрохимический. А здесь при взаимодействии с газом происходит химическая реакция.

Вторые более точны, поскольку, устройство электрохимического датчика "заточено" специально под определенный тип газа. А это значит, что химические компоненты датчика подобраны таким образом, что будут реагировать только на CO2. И CO, пропан или хлор в воздухе с этим же компонентом реагировать не будут. Но как мы увидим, это лишь мечта. Почти недостижимая. Во всяком случае все упирается в "потолок" бюджета, который готовы выделить потребители.
Полупроводниковый в этой части более универсальный. То есть будет реагировать на разные газы. На один больше. На другой меньше. Это уже не совсем то, чего мы ожидаем. Но зато более дешевый.
Кстати, практически такая же картина наблюдается и для алкотестеров. Те же датчики и те же особенности.
"Зачем нам эта теория ?! Вы обещали рассказать про тайное хобби. А сами пошли в какие-то газоизмерительные дебри."
Да, переходим к основной теме. Пора. Но без вступления было не обойтись.
Итак, возьмем бытовые газовые детекторы углекислого газа.

Они тоже производятся и с полупроводниковыми и с электрохимическими датчиками.
Однако ! Если у вас на столе стоит такой прибор или висит на стене в зале или в детской комнате у ребенка удобно расположился на тумбочке и например Вы делаете генеральную уборку сами или приглашаете клиннинговую компанию, но в любом случае делаете свое очистительное дело на совесть с активным применением бытовой химии, дезинфицирующих средств, то последние конечно же имеют ярко выраженный запах.

Каждый химический продукт, который витает в газообразном виде в воздухе, влияет на датчик CO2 по разному. Один вносит погрешность в 1%, другой в 10%, третий в 30 %. Четвертый вообще не влияет.
В общем ситуация не предсказуема. Не документируемая.
Так что приборы, ни у кого не спрашивая, ведут свою тайную, газоизмерительную жизнь.
У них есть основная “работа” – измерять CO2. А есть хобби – также обнаруживать и другие газы в помещении.
Возьмем например французского короля Карла IX, который "прославился" тем, что при его правлении была Варфоломеевская ночь, выразившаяся в резне гугенотов. Так вот, на работе он был король, а его хобби была соколиная охота.
Но вернемся к хобби наших приборов.
Все остальные газы, витающие в воздухе, кроме co2, измерить в цифрах невозможно. Поскольку это не предусмотрено конструкцией, а значит этим цифрам доверять нельзя.
В чем это выражается ?
Например, если в помещении отсутствуют напрочь любые газы, кроме обычного состава атмосферы (кислород, азот, углекислый газ, инертные газы), то показания прибора, измеряющего CO2, будут самые точные. Но это скорее, исключение из правил. Лабораторные условия, а не реальные жилищные. Обычно же имеется следующее:

• Мебель, деревянные полы, пластик дают "добавку" формальдегида.
• Курильщики в офисе бегая через каждый час на улицу, чтобы затянуться сигаретой, приносят молекулы никотина.
• Уборщица повозила тряпкой с доместосом, чтобы на всякий случай убрать следы мышей и тараканов и протерла стол полиролью.
• Щепетильная секретарь в страхе перед коронавирусом непрерывно брызгает спиртовым раствором на руки.

Дальше продолжите сами.
В итоге, все указанные явления поднимают показания CO2 на десятки PPM. А бывает, что и в разы.

Мы наблюдали интересный случай. Положили рядом с прибором воздушные шарики. Они имеют довольно резкий и неприятный резиновый запах. Их довольно быстро "унюхал" и газоанализатор углекислого газа, сразу показав, что CO2 выросло. Хотя это не правда. Это дали свой искажающий вклад шарики.
Значит, наш прибор реагирует не только на тот газ, на который он рассчитан. Интересно, что чем дороже датчик, т.е. чем выше его селективность, качество изготовления, тем меньше наблюдаются описанные нами эффекты. Почему ?

Экономический аспект

"Как же так ?! Нас это не устраивает. Нам нужен такой прибор, который бы был настроен, откалиброван исключительно на тот газ, который нам нужен. Без всяких там доместосов, спреев для рта или праздничных шаров !"
Да нет проблем. Инженеры способны практически на все. Не вопрос, разработать сенсор, который бы не реагировал на резину, даже если шариками обмотать на Новый Год весь прибор, как елку.
Но ! Сколько будет стоить такой датчик. Как и в целом прибор ? 5, 10, 50 тыс. грн. ?

Чудес не бывает

За экстра точность придется заплатить экстра деньги. В разы больше.

Что будет следствием ? Такие супер дорогие приборы будут иметь нулевой спрос на рынке бытовых измерителей.
Все хотят “очень точно”. Но никто не хочет за “очень точно” платить “очень много”.
Поэтому достигнут компромисс. Продаются приборы, которые показывают более менее точно основную измеряемую величину, а остальные газы влияют на показания, завышая их и позволяя косвенно судить о присутствии (но не об измерении) других газов в воздухе.

А в чем плюс ?

Надеемся мы откровенно написали о том, что не следует питать иллюзии. Тем более, чтобы предупредить вопросы о том, что “а чего цифры так растут ?”.
То есть не документируемые возможности это по факту минус с точки зрения метрологии. Влияют дополнительные факторы - другие газы, а это конечно же ведет к увеличению погрешности.
Хотя если говорить строго, то и производителей в этом обвинять нельзя. Они могут защититься таким понятием как "нормальные условия". То есть они вполне обоснованно могут заявить – "прибор должен эксплуатироваться в среде, где нет посторонних газов". И будут правы.
Но все же. Можем ли мы выжать что-то, для себя, полезного, из этого казалось бы негатива ?

Да, мы не можем точно измерить, какой именно газ является возмутителем. Зато по косвенным факторам мы иногда способны идентифицировать его. Это может распыленные или испаряющиеся бытовые химикаты, о которых мы уже рассказали выше или например прибор среагировал на отраву для крыс, обильно рассыпанную в доме, если грызуны достали хозяев.
Но с другой стороны, если каждый день смотреть на цифры CO2, то постепенно и довольно быстро визуально привыкаешь к определенному диапазону колебаний вверх-вниз значений в течение дня.
Пример. Утром уровень CO2 максимальный в помещении. Вся семья дома – надышали. Поэтому после сна воздуха тяжелый, спертый и хочется проветрить комнаты.
Днем, когда кто на работе, кто на учебе, концентрация CO2 падает в разы. Вечером, когда все возвращаются - опять повышается.
Интересно, что даже среди бытовых моделей есть даталоггеры, которые способны сохранять в памяти набор значений и следовательно позволяют отследить изменения % углекислого газа в воздухе за период.

Так вот, если к привычным значениям, уже знакомым, на которые даже не останавливается глаз, прибавляется солидная цифровая добавка плюсом, значит что-то в атмосфере квартиры/офиса/склада/завода изменилось.
Пример. Привезли новые шкафы, столы или другую мебель, которая пахнет краской-лаком. А если и не пахнет для нечувствительного человечьего носа, то даже казалось бы далекий от химического анализа детектор CO2 обнаружит обновку, хотя это всего лишь его дополнительное хобби.
То есть такой вот, неожиданный, бесплатный экологический мониторинг воздуха в помещении !