การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการตรวจสอบความชื้น (ความชื้น) ในก๊าซไอเสียแบบออนไลน์

>> วิธีวัดอุณหภูมิกระเปาะเปียก-กระเปาะแห้ง

วิธีการวัดอุณหภูมิกระเปาะเปียกและกระเปาะแห้งเป็นการวัดความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศโดยอาศัยผลต่างระหว่างอุณหภูมิกระเปาะเปียกและกระเปาะแห้ง โมเลกุลของน้ำจะระเหยจากพื้นผิวกระเปาะเปียกกลายเป็นไอน้ำ ซึ่งจำเป็นต้องดูดซับความร้อนแฝงของการระเหย การระเหยอย่างต่อเนื่องจะดูดซับความร้อนจากพื้นผิวและทำให้กระเปาะเปียกเย็นลง ระดับการเย็นลงนั้นขึ้นอยู่กับความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศโดยรอบ ความดันบรรยากาศ และความเร็วลม หากความดันบรรยากาศและความเร็วลมคงที่ ความชื้นสัมพัทธ์จะสูงขึ้น อัตราการระเหยของน้ำจากพื้นผิวกระเปาะเปียกจะต่ำลง และอุณหภูมิพื้นผิวของกระเปาะเปียกซึ่งเป็นผลต่างระหว่างอุณหภูมิกระเปาะเปียกและกระเปาะแห้งจะน้อยลง ในทางกลับกัน หากผลต่างระหว่างอุณหภูมิกระเปาะเปียกและกระเปาะแห้งมากขึ้น ความชื้นสัมพัทธ์ก็จะสูงขึ้น ดังนั้น โดยการวัดผลต่างระหว่างอุณหภูมิกระเปาะเปียกและกระเปาะแห้ง และกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างความชื้นสัมพัทธ์และผลต่างของอุณหภูมินี้ จะสามารถคำนวณความชื้นสัมพัทธ์ได้2,3

>> หลักการวัดความชื้นด้วยวิธีกระเปาะเปียก-กระเปาะแห้ง

ตามหลักการถ่ายเทความร้อนและความชื้น เมื่อถึงสมดุลความร้อนและความชื้น ปริมาณการถ่ายเทความร้อน Q1 จากอากาศไปยังกระเปาะเปียกจะเท่ากับความร้อนแฝง Q2 ที่จำเป็นสำหรับการระเหยของความชื้นจากผ้ากอซ นั่นคือ: Q1 = Q2 (1)

ตามหลักการถ่ายเทความร้อน: Q1=α（t-tw）F (2)

ในสูตร: α คือสัมประสิทธิ์การแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างอากาศกับผิวน้ำของกระเปาะเปียก หน่วยเป็น W/m²·℃; t คืออุณหภูมิของกระเปาะแห้ง หน่วยเป็น °C; tw คืออุณหภูมิของกระเปาะเปียก หน่วยเป็น °C; F คือพื้นที่ผิวของกระเปาะเปียก หน่วยเป็น m²

ตามหลักการถ่ายเทความชื้นและกฎการระเหยของดาลตัน มวลของน้ำที่ระเหยจะแปรผันตรงกับการขาดความอิ่มตัวของไอน้ำของอากาศโดยรอบและพื้นที่การระเหย และแปรผันผกผันกับความดันบรรยากาศในขณะนั้น ดังนั้น อัตราการแลกเปลี่ยนความชื้น[4] สามารถแสดงได้ดังนี้:

ในสูตร: W คืออัตราการแลกเปลี่ยนความชื้น หน่วยเป็น kg/s; r คือความร้อนแฝงของการระเหย หน่วยเป็น J/kg; β คือสัมประสิทธิ์การแลกเปลี่ยนความชื้น หน่วยเป็น kg/(m²·s·Pa); F คือพื้นที่ผิวของกระเปาะเปียก หน่วยเป็น m²; B คือความดันบรรยากาศจริง หน่วยเป็น Pa; P´q,b คือความดันย่อยของไอน้ำอิ่มตัวที่อุณหภูมิกระเปาะเปียก หน่วยเป็น Pa; Pq คือความดันย่อยของไอน้ำในอากาศ หน่วยเป็น Pa

ได้มาจากสูตร (1), (2) และ (3):

ในสูตร: สัมประสิทธิ์ไซโครมิเตอร์ ในการวัดทางวิศวกรรม ค่า A สามารถหาได้จากตารางที่อิงตามความดันบรรยากาศและความเร็วลมที่พัดผ่านกระเปาะเปียก หรือสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรเชิงประจักษ์: P คือความดันบรรยากาศ หน่วยเป็นกิโลปาสคาล; t คืออุณหภูมิกระเปาะแห้ง หน่วยเป็นองศาเซลเซียส; tw คืออุณหภูมิกระเปาะเปียก หน่วยเป็นองศาเซลเซียส

ดังนั้น ความชื้นสัมพัทธ์จึงเป็นดังนี้:

วิธีการวัดอุณหภูมิแบบกระเปาะเปียก-กระเปาะแห้งที่ใช้ในการตรวจสอบก๊าซไอเสียจากแหล่งมลพิษโดยทั่วไปจะใช้เทอร์โมคัปเปิลสองตัวที่เหมือนกันเป็นองค์ประกอบตรวจจับอุณหภูมิ ตัวหนึ่งสำหรับวัดอุณหภูมิกระเปาะแห้งและอีกตัวสำหรับวัดอุณหภูมิกระเปาะเปียก องค์ประกอบตรวจจับอุณหภูมิกระเปาะแห้งจะอยู่ภายในกระแสของก๊าซไอเสียหลัก ในขณะที่องค์ประกอบตรวจจับอุณหภูมิกระเปาะเปียกจะห่อด้วยผ้ากอซที่เชื่อมต่อกับภาชนะบรรจุน้ำ กระเปาะเปียกและก๊าซไอเสียโดยรอบจะถูกพิจารณาว่าเป็นระบบเดียวกัน โดยไม่คำนึงถึงการนำความร้อนแบบแผ่รังสี อุปกรณ์วัดปริมาณความชื้นอัตโนมัติที่ใช้หลักการกระเปาะแห้ง-กระเปาะเปียกจะใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ในการควบคุมเซ็นเซอร์ที่วัดและรวบรวมพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิพื้นผิวของกระเปาะเปียกและกระเปาะแห้ง รวมถึงความดันคร่อมพื้นผิวกระเปาะเปียกและความดันสถิตของไอเสีย อุปกรณ์จะคำนวณความดันไอน้ำอิ่มตัวที่อุณหภูมิพื้นผิวกระเปาะเปียก และเมื่อรวมกับความดันบรรยากาศขาเข้า จะคำนวณปริมาณความชื้นของก๊าซไอเสียโดยอัตโนมัติโดยใช้สูตร

1-ปล่องไฟ;

2. เทอร์โมมิเตอร์แบบแห้ง;

3. เทอร์โมมิเตอร์แบบเปียก;

4. ท่อเก็บตัวอย่างหุ้มฉนวน;

5. เกจวัดแรงดันสุญญากาศ;

6-โรตามิเตอร์;

7. ปั๊มดูดอากาศ

>> วิธีการพ่นแบบอัตราการไหลคงที่

วิธีการพ่นแบบอัตราการไหลคงที่ (กระเปาะเปียก-แห้ง) หลักการพื้นฐานของการวัดความชื้นแบบกระเปาะเปียก-แห้งคือ เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ (5) วัดอุณหภูมิของก๊าซไอเสียเป็นอุณหภูมิกระเปาะแห้ง และเซลล์วัด (3) บรรจุน้ำในปริมาณที่กำหนด น้ำในถังน้ำ (1) ถูกส่งไปยังเซลล์วัดอย่างต่อเนื่องโดยปั๊มสายยาง (2) ระดับน้ำในเซลล์วัดจะถูกตรวจสอบโดยเซ็นเซอร์ และความดันภายในเซลล์ก็ถูกตรวจจับโดยเซ็นเซอร์เช่นกัน เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำในการวัดและตรวจสอบของเหลว เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ (6) ถูกติดตั้งอยู่ภายในเซลล์วัดและต้องวางไว้ต่ำกว่าผิวน้ำ จากนั้นก๊าซไอเสียจะถูกพ่นอย่างต่อเนื่องด้วยอัตราการไหลคงที่โดยตรงเหนือผิวน้ำในเซลล์วัด และอุณหภูมิที่ตรวจพบจะถูกนำมาใช้เป็นอุณหภูมิกระเปาะเปียก (ดูรูปที่ 2) จากหลักการถ่ายเทความร้อนและอุณหพลศาสตร์ สามารถอนุมานสูตรทางคณิตศาสตร์ต่อไปนี้ได้:

ในสูตร

U—ความชื้นสัมพัทธ์ (%)

etw—ความดันไอน้ำอิ่มตัวที่อุณหภูมิกระเปาะเปียก;

et—ความดันไอน้ำอิ่มตัวที่อุณหภูมิกระเปาะแห้ง;

P—ความดันบรรยากาศ;

∆t—ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างอุณหภูมิกระเปาะแห้งและอุณหภูมิกระเปาะเปียก;

A—ค่าคงที่ที่สัมพันธ์กับความเร็วลม

จากสูตรทางคณิตศาสตร์ข้างต้น เราสามารถเห็นได้อย่างชัดเจนว่าวิธีการพ่นกระแสคงที่สำหรับการวัดความชื้นในก๊าซไอเสียนั้นทำได้โดยการวัดอุณหภูมิของก๊าซไอเสียทางอ้อม ผลิตภัณฑ์ตัวอย่างแสดงในรูปที่ (3)

เทคโนโลยีการวัดอุณหภูมิค่อนข้างพัฒนาแล้วและเชื่อถือได้ แม้ในสภาวะการทำงานที่ยากลำบากอย่างยิ่ง ก็สามารถเปลี่ยนเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิในสถานที่ได้อย่างสะดวก ถึงแม้ว่าหลักการทำงานของเทอร์โมมิเตอร์แบบเปียก-แห้งจะใช้การพ่นแบบคงที่ แต่ก็ไม่เหมือนกับไฮโกรมิเตอร์ที่หน่วยงานด้านอุตุนิยมวิทยาใช้กันทั่วไปในท้องตลาดเพื่อวัดความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ ไฮโกรมิเตอร์นี้ได้บรรลุผลการวัดดังกล่าวด้วยการออกแบบใหม่ที่ล้ำสมัยและปฏิวัติวงการ

วิธีการควบแน่น

หลักการของวิธีการควบแน่นมีดังนี้: นำก๊าซไอเสียปริมาณหนึ่งจากปล่องควันมาผ่านเครื่องควบแน่น จากนั้นคำนวณปริมาณความชื้นในก๊าซไอเสียโดยการรวมปริมาณน้ำที่ควบแน่นและปริมาณไอน้ำที่มีอยู่ในก๊าซอิ่มตัวที่ปล่อยออกมาจากเครื่องควบแน่น

● คอนเดนเซอร์ ดูรูปที่ (1)

● อุปกรณ์เก็บตัวอย่างฝุ่นปล่องไฟ: ประกอบด้วยเครื่องเก็บตัวอย่างฝุ่นปล่องไฟ (สามารถวัดค่า tr, tv, Pr, Qrw, ตั้งเวลา n และมีฟังก์ชันการทำให้ก๊าซแห้ง), ท่อเก็บตัวอย่าง และปั๊มลม

● เชื่อมต่อคอนเดนเซอร์เข้ากับท่อน้ำเย็นหรือวางลงในน้ำแข็งโดยตรง จากนั้นเชื่อมต่อระบบทั้งหมดตามที่แสดงในรูปที่ 2 และตรวจสอบระบบทั้งหมดเพื่อหาการรั่วไหลของก๊าซ

● วิธีการตรวจสอบการรั่วไหลของแก๊ส: อุดท่อยางระหว่างท่อเก็บตัวอย่างและคอนเดนเซอร์ จากนั้นเริ่มปั๊มลม เมื่อแรงดันลบที่แสดงโดยมาตรวัดความดันก่อนเครื่องวัดการไหลถึง 6.6 kPa (50 mmHg) ให้ปิดผนึกท่อยางระหว่างเครื่องวัดการไหลและปั๊มลม และหยุดปั๊ม หากเข็มของมาตรวัดความดันไม่ลดลงเกิน 0.2 kPa (1.5 mmHg) ภายใน 1 นาที แสดงว่าระบบปิดสนิท

จากสมการปฏิกิริยาของอิเล็กโทรดข้างต้น จะเห็นได้ว่าไม่มีการสึกหรอของเซลล์อิเล็กโทรไลต์หรืออิเล็กโทรด ดังนั้นผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนอิเล็กโทรดหรือเซลล์อิเล็กโทรไลต์ระหว่างการใช้งาน เพียงแต่ต้องเติมน้ำกลั่นและอิเล็กโทรไลต์เป็นระยะ (อิเล็กโทรไลต์จะลดลงเนื่องจากการระเหยตามธรรมชาติ) ซึ่งแตกต่างจากเซ็นเซอร์ออกซิเจนของเซลล์เชื้อเพลิงที่กล่าวถึงข้างต้น ซึ่งโดยทั่วไปต้องเปลี่ยนทุก 1 ถึง 2 ปี

ในการแนะนำเซนเซอร์ออกซิเจนชนิดเซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์ จำเป็นต้องเน้นย้ำว่าห้ามใช้ในแอปพลิเคชันที่ก๊าซที่วัดมีส่วนประกอบที่เป็นกรด เซนเซอร์ออกซิเจนแบบอิเล็กโทรไลต์ Delta F ใช้สารละลาย KOH ที่เป็นด่างเป็นอิเล็กโทรไลต์ เพื่อเอาชนะการรบกวนที่เกิดจากก๊าซที่เป็นกรดและป้องกันการกัดกร่อนของอิเล็กโทรด จึงได้ออกแบบอิเล็กโทรดเสริม Stab-EL คู่หนึ่งไว้ภายในเซนเซอร์ หน้าที่ของอิเล็กโทรดเสริมเหล่านี้คือการกำจัดก๊าซที่เป็นอันตรายเหล่านี้หลังจากที่ก๊าซตัวอย่างที่มีก๊าซที่เป็นกรดเข้าสู่เซลล์อิเล็กโทรไลต์ ซึ่งจะช่วยป้องกันความเสียหายต่อเซนเซอร์และรับประกันความแม่นยำของการอ่านค่าของเครื่องวิเคราะห์

รูปที่ 6-4 แผนภาพแสดงโครงสร้างของเซ็นเซอร์วัดปริมาณออกซิเจนแบบ Delta F