群里最近有不少朋友买了二氧化碳监测的仪器，我买的昨天也到了，观察了下数据。
测试条件是我10平米左右的书房。
- 只要关上窗户和门，二氧化碳浓度半小时就从430ppm飙升至1092ppm。
- 只关上门，保持窗户打开，二氧化碳浓度也能维持在500ppm以内。这应该是门缝还保留了一点对流。
在 GB/T 18883-2022 《室内空气质量标准》中，对二氧化碳的室内空气质量指标及要求是：≤1000ppm(1小时平均)。
而欧洲暖通空调协会(REHVA)也有一个关于二氧化碳的“Ventilation traffic light”指示：
小于1000ppm为绿色，空气清新无需操作。
1000至2000ppm为黄色，处于卫生临界点，建议开窗换气。
超过2000ppm则为红色，属于卫生不可接受范围，必须强制通风。
所以有条件的朋友可以考虑买入一个便携的二氧化碳监测仪器，最好有阈值报警功能的，可以及时提醒通风。更好的方式是，室内保持通风，窗户开一条小缝也是有帮助的。
目前市面上大多数二氧化碳监测仪都是基于NDIR(非色散红外)原理。这个测量办法与 GB/T 18204.2 中提到的“不分光红外分析法”是一个意思。
NDIR的原理是，当特定波段的红外光穿过气室时，二氧化碳分子会产生共振，吸收掉一部分光能。此时在接收端根据残余的光能产生微弱的毫伏级电压，经过换算从而判断出二氧化碳浓度。(虽然根据比尔-朗伯定律，光强的衰减与浓度是指数关系，但在传感器量程范围内，经过算法补偿可以获得较好的线性输出。)
所以这类仪器的构造就是不分光的发射端、气室/气道、4260nm的窄带滤光片、接收端、信号处理电路。外界的空气进入仪器的气室，其中的二氧化碳吸收特定波长的红外光，接收端与处理电路计算出二氧化碳浓度。
从原理上不难发现，仪器并不是直接“测量”出具体的二氧化碳浓度，只是通过光强的衰减来拟合出一个二氧化碳浓度。而光强的衰减因素还有很多，比如灯珠老化了，比如气道内或是传感器表面沾上了灰尘。如果仪器只是靠光强的衰减来判断二氧化碳浓度，那就会“不准”。
这也意味着NDIR仪器需要“校准”。校准的原理就是拿到室外空气流通的地方，此时读出的二氧化碳浓度被校准为大气中二氧化碳浓度的经验值。所以我昨天建议买了仪器的朋友，到货后可以根据说明书执行一次校准，使用一段时间后也要进行校准。
同为NDIR原理的二氧化碳检测仪，内部设计上可能还会有所不同，成本也就不一样。
比方说为了避免空气中的灰尘进入仪器内部，会在进风处增加PTFE防尘膜，这种防尘膜可以让二氧化碳分子进入，但可以隔绝灰尘、水雾等会干扰测量或造成脏污的粒子。另外进气后会设计一个“迷宫风道”，让直线飞的粒子没办法顺利到达检测的气室，而二氧化碳可以顺利扩散进去。
另外，虽然接收端设计的4260nm窄带滤光片是“金标准”，因为二氧化碳分子在这个波段附近有一个极强、极干净的振动吸收峰。但单靠一路接收来判断，是有缺陷的。单接收端无法分辨光强的衰减是源于二氧化碳的吸收，还是源于红外光源的老化、光路的灰尘污染或电路的温漂。所以，更加准确的仪器，会采用两路接收。一路是4260nm(会被二氧化碳吸收)，另一路是3900nm(完全不被二氧化碳吸收)。如果3900nm的参考光也变弱，仪器就知道是灯珠老化或者进灰了，计算的时候就可以把这部分误差处理掉。
设计“两路接收”体现在设备上也有很多办法。一种是两个滤光片配合两个接收芯片，另一种是只有一个接收芯片，但是通过双光源或是双滤光片分时来检测。再高级一点的，可以引入MEMS Fabry–Perot 技术，随时改变检测的波段，除了测量参考值，还能用于测量其他气体的浓度。
但不管传感器设计得有多少，之前提到的校准环节还是不可以省略。