溶解二氧化碳浓度传感器能实时捕捉水体中溶解态CO₂含量，其核心是通过特定技术将CO₂浓度转化为可测量的电信号或光学信号，再经数据处理输出精准数值。目前主流原理分为电化学法与光学法两类，不同原理的传感器在结构设计、检测精度上各有特点，广泛适配水环境、生物医药、食品饮料等不同场景。以下从两类核心原理、关键组件作用及环境影响因素三方面，解析其工作机制。
一、电化学法：通过离子反应转化电信号
电化学法是溶解二氧化碳浓度传感器的传统技术路径，核心原理是“CO₂与电解液反应生成离子，通过检测离子浓度间接计算CO₂含量”，主要分为电位法与电流法，其中电位法应用广泛。
（一）电位法：利用pH变化推导CO₂浓度
电位法传感器内置pH敏感电极、参比电极与CO₂选择性膜，三者共同构成检测体系。当水体中的CO₂分子接触传感器时，会通过透气性良好的选择性膜进入内部电解液，发生反应：CO₂+H₂O⇌H₂CO₃⇌H⁺+HCO₃⁻。反应生成的H⁺会改变电解液的pH值，pH敏感电极能实时检测这一变化——pH值与CO₂浓度呈对数关系，即CO₂浓度越高，H⁺浓度越高，pH值越低。参比电极则提供稳定的基准电位，确保pH检测的准确性。传感器将pH变化转化为电位信号，再通过内置芯片根据预设校准曲线计算出溶解CO₂浓度，最终输出数据。这种原理的传感器响应速度较快，精度可达±1ppm，适用于污水处理、水产养殖等中低精度场景。
（二）电流法：通过电解反应检测CO₂
电流法传感器结构更复杂，核心是“CO₂在电极表面发生电解反应，产生与浓度相关的电流信号”。传感器内部设有工作电极、对电极与电解液，CO₂透过选择性膜后，在工作电极上被还原：CO₂+2H⁺+2e⁻→CO+H₂O。反应过程中产生的电流大小与CO₂浓度成正比，传感器通过检测电流强度，结合校准数据计算CO₂浓度。电流法精度更高，但响应速度较慢，且需定期更换电解液，多用于生物医药等高精度场景。
二、光学法：基于光谱吸收的直接检测
光学法是近年来兴起的新技术，核心原理是“利用CO₂分子对特定波长光的吸收特性，通过检测光强变化计算浓度”，无需化学反应，具有稳定性高、寿命长的优势，主要分为非分散红外法与荧光猝灭法。
（一）非分散红外法（NDIR）：利用分子特征吸收
NDIR传感器包含红外光源、气室、滤光片与检测器。其关键在于CO₂分子对特定波长红外光有强烈吸收，且吸收强度与浓度呈线性关系。检测时，传感器先将水体中的CO₂通过气液分离膜提取到密闭气室中，红外光源发射包含4.26μm波长的光，经过滤光片后，仅该波长的光进入气室。CO₂分子会吸收部分光强，剩余光强被检测器接收——CO₂浓度越高，光强衰减越多。传感器通过对比入射光与出射光的强度差，结合校准曲线计算溶解CO₂浓度。这种原理的传感器抗干扰力强，精度可达±0.5ppm，响应速度约60秒，适用于食品饮料、环境监测等场景，但体积较大，通常用于固定安装。
（二）荧光猝灭法：利用荧光强度变化
荧光猝灭法传感器依赖“CO₂对特定荧光物质的猝灭效应”，核心组件是荧光探头与激发光源。探头表面涂有对CO₂敏感的荧光试剂，当激发光源照射探头时，荧光试剂会发出特定波长的荧光。若水体中存在CO₂，分子会与荧光试剂结合，导致荧光能量被吸收，荧光强度减弱——CO₂浓度越高，荧光强度衰减越明显。传感器通过检测荧光强度变化，结合预先标定的关系曲线，计算出溶解CO₂浓度。该原理的传感器体积小巧，响应速度快，且无需维护，适用于便携检测、无土栽培等场景，但精度略低，易受强光干扰。
三、关键组件与环境影响因素
无论哪种原理，传感器的精准度都依赖核心组件的性能：选择性膜需确保仅CO₂透过，避免其他气体干扰；电极或光学元件需定期校准，防止漂移；信号处理芯片需具备抗干扰力，减少温度、压力对数据的影响。
环境因素也会影响检测结果：温度升高会加快CO₂的溶解与反应速度，多数传感器内置温度补偿模块，实时修正温度对浓度计算的影响；水体压力增大会提高CO₂溶解度，部分传感器需配备压力传感器进行补偿；水体中的浊度、油污会遮挡光学传感器的光路，或污染电化学传感器的膜，需定期清洁探头，确保检测正常。
四、原理选择与应用适配
不同原理的传感器适配不同场景：电化学法成本低、体积小，适合水产养殖、污水处理等低成本场景；光学法稳定性好、寿命长，适合食品饮料、生物医药等高精度或长期监测场景。例如，细胞培养需实时精准控制CO₂浓度，多选用电流法或NDIR光学传感器；野外水体快速检测则优先选择荧光猝灭法便携传感器。
综上，溶解二氧化碳浓度传感器的原理围绕“信号转化”展开——电化学法将CO₂浓度转化为电信号，光学法转化为光学信号，再通过数据处理输出精准结果。理解不同原理的特点，结合应用场景的精度、成本需求选择适配传感器，才能充分发挥其监测价值，为水质调控、生产优化提供可靠数据支撑。
