在培养箱内测量CO2一直存在着诸多难以解决的问题，比如传感器的稳定性、温度和压力对读数准确性的影响以及采样过程中的冷凝等等。利用一系列先进并实用的装置进行测量便可以更加有效地解决这些难题。

●培养箱内CO2的测量存在如传感器稳定性、温度和压力对读数准确性产生影响以及采样过程中的冷凝等棘手的问题，维萨拉公司利用其在此方面丰富的研究经验，不断完善其产品，使这些难题得到更好的解决，带给用户更多的便利。

具有长期稳定性

维萨拉CARBOCAP传感器由3大部件构成：光源、干涉计和红外探测器。光源用于向红外探测器照射，使光到探测器的传输距离保持固定，从而对光强度进行测量。法布里-珀罗干涉计排除掉所有其它波长，从而使到达红外探测器的光强度只随传感器内CO2的量而变化。

传感器工作期间，法布里-珀罗干涉计有规律地在两个波长之间往复调谐。在可被CO2吸收的波长，探测到的光强度随光通道中CO2的浓度按比例减少，非可吸收波长上测得光强度则作为对比的基线。光源、法布里-珀罗干涉计或红外探测器的性能如发生任何改变，均会对两种测量值产生同等影响，保持两种测量值的差值，从而校准传感器，这对于传感器的长期稳定性至关重要。光强度会随CO2浓度变化而变化，使用纯氮（0ppm CO2）对仪表进行校准并参照已知CO2浓度值，即可判定红外线强度与CO2浓度之间的确切关系。

CARBOCAP传感器设计简易耐用，只使用1个光源和1个红外探测器。此设计避免了双光束型传感器多部件构造导致的细微误差。CARBOCAP传感器采用的法布里-珀罗干涉计由硅材料通过微加工工艺制成，不存在移动部件，因而比机械式“调制盘”设计可靠性更高。

内部补偿获准确读数

几乎所有的非分散红外线仪器都会测量摩尔浓度（光束通路上的分子数）。多数使用者倾向于体积百分比输出，因此这种CO2测量仪器通过使分子数与特定的已知CO2体积浓度相关联，调整为显示体积百分比。因为气体是可压缩的，其摩尔浓度会随周围环境的气压和温度而变化，这意味着输出值会受温度和压力影响。随着海拔的上升，气压会下降，相同空间的CO2分子数会减少，尽管其相对于其它气体的百分比保持不变。

由于NDIR传感器在光程中“计算分子数”，如要准确显示CO2百分比，则必须根据压差对测量值进行调整，否则仪器会显示错误的偏低读数。如测量条件与校准条件（1013hPa，25℃）存在明显出入，则需对CO2测量值进行补偿。表1和表2所示为根据理想气体定律得出的，未补偿的压力和温度对测量的影响程度。要详细理解补偿的必要性，有必要首先了解气体活动的规律。任何混合气体，其总压力为各组成气体的压力之和。此即为道尔顿定律，其公式为：Ptotal=P1+P2+P3...混合气体中任何气体的量均可用压力来表示。例如空气，其主要成分是N2、O2、CO2和H2O，因此其总气压为这些气体的分压力之和。各气体的分压力则是由其体积浓度和系统的总压力所致。在各个海拔高度的大气中，此百分比大致保持恒定。

海平面的平均大气压约为1013hPa，因此，CO2的压力即为1013hPa的0.04%，即为0.405hPa。尽管在较高海拔大气中CO2所占比例依然为0.04%，但随海拔上升气压有所下降，而气压下降时摩尔浓度也会降低。由于非分散红外线传感器主要测量摩尔浓度，故需要体积百分比或ppmv读数时，需要进行补偿。温度补偿也很重要，因为随着气温下降摩尔浓度会增加。

与校准条件有出入的，且在温度和压力条件下的CO2测量值需要经过修正方可达到要求的精度。这种简单的体积百分比读数修正可依照理想气体定律采用如下公式完成：

Ccorrected(%/ppm)=Cmeasured(%/ppm)×(1013×(t(℃)+273))/(298K×p(hPa))

使用维萨拉CARBOCAP GM70型手持式CO2测量仪时，可根据GM70的用户菜单轻松设定测量点的环境温度和压力。补偿过程在内部完成，仪表显示的是经过修正的测量值。此内部修正过程还考虑了由实际气体规律，以及仪器的电子和光学部件造成的影响。GM70的内部修正精度比按理想气体定律修正的精度更高。

进行温度补偿的另一种方法是在进行CO2测量的同时，在MI70上再接一个维萨拉HUMICAP温湿度探头。此探头测得的温度可设定为自动补偿CO2读数。维萨拉CARBOCAP CO2变送器GMT220系列和维萨拉CARBOCAP CO2模块GMM 220系列也可实现内部补偿功能，并可通过连接电脑修改设置。GMT220系列和GMM 220系列可通过配备COM适配器（部件号19040 GM）的串口电缆与电脑相连。维萨拉CARBOCAP CO2模块GMM111系列最多可测量浓度为0%的CO2，但其不具备内部补偿功能。

有效避免冷凝

GM70具备两种采样方式：扩散式和泵吸式。泵吸式用于对无法进行扩散式直接测量的空间进行采样。从潮湿环境中进行气体采样时，必须要注意防止探头内的NDIR传感器表面和泵的腔室内产生冷凝。培养箱和环境试验箱的测量是具有挑战性的，因为所采样的气体通常从高温高湿的环境转入室温环境时，易发生冷凝。

通过采用Nafion（高氟化离子交换树脂）材料制成的采样管（作为附件提供），可避免管道和采样系统内发生冷凝。此管的核心技术是采用了去水作用极佳的Nafion。水分通过一种 “全蒸发”的过程沿膜壁蒸发到周围空气中。Nafion材料通过“一级动力反应”吸收水分起到去水作用。在进行干燥时，湿交换器将水蒸气从湿气流中排入周边空气中。当样本的湿度水平与周围环境湿度相当时，干燥过程即完成。由于干燥过程是以“一级动力反应”的方式进行的，因而与周围环境湿度达到一致的速度会非常快，通常在100~200ms。此功能使该采样管成为湿气样本进入室温环境时的理想选择。

使用GM70泵从培养箱采样时，Nafion管道可消除采样系统中可能出现的湿气冷凝。使用时应注意：

应在培养箱与外界环境的临界位置安装Nafion采样管。Nafion采样管探入外界环境20cm即足以将水蒸气从提取的样气中排入外界环境。采样管的其它部分可以是氯丁橡胶或其它材料。用软管卡具或其它方式将管连上，避免外界空气进入样气。样气管的总长应尽可能短。

如通过培养箱门进行采样，则将Nafion管插入培养箱，并轻轻关上培养箱门，检查箱门密闭时是否损坏采样管，管周边密闭是否充分。

从箱/腔室内采样气时，可将采样管插入该箱内数厘米。如采样的箱内可能发生冷凝，则应特别小心，以免冷凝水进入采样管内。

可将CO2探头从GM70泵中拔出，检查探头是否有冷凝。重新插入探头时，勿将探头全部插入，而应将两个O型圈与探头的平滑面契合，以实现紧密连接。

如通过孔洞或培养箱的其它端口进行采样，将Nafion插入并密封周边。

如通过软管扣件/采样口进行采样，则应采用极短的氯丁橡胶管将Nafion管的扣件与培养箱的扣件相连。无需让样气通过氯丁橡胶管，因为氯丁橡胶管内可能会导致冷凝。

作为预防措施，应使GM70泵始终高于箱采样口。如采样管路中发生冷凝，此措施将能防止液态水损坏CO2传感器。

使用Nafion管进行样气干燥时，干样气的CO2浓度会略高于湿样气。这是稀释现象所致，培养箱中CO2的浓度被水蒸气占据并“稀释”。如将这些水蒸气从样气中去除，则其他气体(包括CO2)所占据的空间将会相应增加。表3所示为进行样气干燥时的气体浓度稀释系数。横轴为培养箱内样气的露点（气压为1013hPa时)，纵轴为测量点上样气的露点。测量点上样气的露点可用湿度探头（HMP75B、HMP76B或HMP77B）来测量。

举例说明：某样气从露点温度为40℃的环境被采样到露点温度为10℃的环境中，测得的气体浓度为5.32%。在露点温度为40℃的环境中，此样气对应的CO2浓度为5%(5.32%×0.939=5.00%)，原因是水分增加致使样气被稀释。