Este documento compara y contrasta los sensores de gas catalíticos y NDIR (infrarrojo no dispersivo), y describe un sensor de CO2 específico. Los sensores catalíticos son robustos, de bajo costo y fáciles de usar pero pueden envenenarse, mientras que los sensores NDIR son más precisos e inmunes a la contaminación pero más costosos. El documento también presenta un sensor de CO2 NDIR de FIGARO con alta precisión y bajo consumo.

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SENSORES de GAS CATALITICOS vs NDIR
En el diseño de un sistema de monitorización de seguridad para gases combustibles o en
aplicaciones similares, es importante saber decidir entre un sensor de gas de tecnología
catalítica o infrarroja. Ambas tecnologías presentan ventajas en función de los
requisitos de la aplicación final. Se requiere un análisis exhaustivo del entorno de trabajo
para asegurar un rendimiento óptimo, seguridad, fiabilidad y todo eso a un precio
adecuado.
Ambas tecnologías, sensores catalíticos y sensores de infrarrojo no dispersivo
(NDIR), detectan de forma fiable el gas en su límite explosivo inferior (LEL) o por
debajo de ese nivel (0 – 100% LEL).
1.- El sensor CATALÍTICO
Los sensores catalíticos están formados por dos elementos: un elemento DETECTOR (D)
que contiene un material catalizador y es sensible a los gases combustibles, y un elemento
COMPENSADOR (C), que no reacciona a los gases combustibles. Estos gases solamente
quemarán en el elemento DETECTOR, provocando un aumento de temperatura del mismo
y el consecuente aumento en el valor de su resistencia.
Fig. 1 Principio de funcionamiento del sensor catalítico

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Normalmente, se forma un puente de Wheatstone
con ambos elementos tal como muestra la figura 2.
Se ajusta una resistencia variable (VR) para
mantener el equilibrio del puente en condiciones de
aire limpio, sin presencia de gases combustibles. Al
detectarse estos gases, solamente la resistencia del
elemento DETECTOR aumentará su valor,
desequilibrando así el puente de Wheatstone y
generando así un voltaje medible en la señal de
salida (Vout). El voltaje de salida es directamente
proporcional a la concentración de gases
combustibles presentes.
VENTAJAS
 Robustez
 Manejo simple
 Facilidad de instalación, calibración y uso
 Durabilidad con un coste bajo del ciclo de vida
 Tecnología probada, con un fiabilidad y predictibilidad excepcionales
 Muy apropiado para gran variedad de aplicaciones
 Se calibra fácilmente para algún tipo de gases como el Hidrógeno que no
pueden ser detectados con tecnología NDIR
INCONVENIENTES
 Pueden resultar “envenenados” o inactivos por contaminación de otros gases
 Para detectar la pérdida de sensibilidad por contaminación de otros gases es
mediante una comprobación con el gas “objetivo” y un re-calibrado
 Un sensor en una zona con potenciales gases contaminantes debe ser recalibrado a
intervalos determinados por el fabricante
 Requiere de la presencia de oxígeno para la detección
 Una exposición prolongada a concentraciones altas del gas combustible puede
reducir el rendimiento del sensor
Fig. 2 Puente de Wheatstone

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2.- El sensor por Infrarrojo NDIR (Non Dispersive – Infrared)
El principio de funcionamiento se basa en el hecho de que los gases absorben energía de la
luz a una longitud de onda determinada, habitualmente en el rango de infrarrojos.
Solamente son útiles para la detección de gases compuestos por átomos de diferentes
tipos.
Cuando el gas circula entre la
fuente y el detector, el gas
absorbe radiación infrarroja y se
registra una disminución de la
corriente.
La concentración de gas es directamente proporcional a la cantidad de radicación
absorbida. Estos sensores miden dos longitudes de onda, una de referencia y otra de
la muestra del gas detectado. La diferencia entre ambas indica la concentración del gas
detectado.
Los elementos de este tipo de sensores son un emisor de infrarrojos, una cámara de
muestreo, un filtro de la longitud de onda y un detector de infrarrojos. La luz infrarroja se
dirige a través de la cámara de muestreo hacia el detector de infrarrojos. El detector
tiene un filtro óptico que solo permite el paso de la luz a la longitud de onda
determinada y que se corresponde con la longitud de onda que las moléculas del
gas seleccionado son capaces de absorber. Las moléculas de otros gases no pueden
absorber la luz a esta longitud de onda, así que su presencia no afecta al funcionamiento
del sensor, no lo “envenenan” o contaminan.
La intensidad de luz infrarroja que llega al detector es inversamente proporcional a la
concentración del gas “objetivo” en la cámara de muestreo. Cuando la concentración en la
cámara es cero, el detector recibe toda la intensidad de la luz. A medida que aumenta la
concentración de gas, la intensidad de luz infrarroja que llega al detector va disminuyendo.
La Ley de Beer-Lambert:
I = I0 * e (k c s) I = Intensidad de luz que llega al detector
I0 = Intensidad de luz medida en una cámara vacía, sin gas
k = coeficiente específico de absorción
c = concentración del gas objetivo
s = longitud del tramo de absorción

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VENTAJAS
 Muy alta precisión
 Inmune ante contaminación o envenenamiento de otros gases
 No requiere re-calibración por pérdidas de sensibilidad
 Puede operar sin la necesidad de Oxígeno
 Puede operar en presencia continuada de gas
 Bajo consumo de corriente
INCONVENIENTES
 Mayor coste que otras tecnologías
 No puede detectar Hidrogeno, Oxigeno u otros gases similares
 Puede afectarle la humedad y el polvo
3.- Sensor de CO2 – CDM7160
Desde MONOLITIC, dentro de nuestra línea de productos de sensores y a través de
nuestra representada FIGARO, presentamos el CDM7160:
Se trata de un sensor de CO2 con tecnología
NDIR de excelentes prestaciones, como una
alta precisión (50ppm +3% en el rango de
detección de 300 – 5000 ppm) y un bajo
consumo (10mA de media, 60mA de pico).
Incorpora dos elementos detectores que
permiten así medir la concentración absoluta
de CO2. Y ofrece diversos tipos de salida:
señal de alarma, salida PWM, RS232, I2C).