ความชื้นของก๊าซไอเสียที่มีแหล่งกำเนิดมลพิษคงที่

ในการตรวจสอบการปล่อยก๊าซไอเสียแบบดั้งเดิม ความชื้นในก๊าซไอเสียเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญ และเป็นพารามิเตอร์ที่วัดได้ยากที่สุด การวัดความชื้นเองก็ได้รับผลกระทบจากปัจจัยอื่นๆ (ความดันบรรยากาศ อุณหภูมิ) การวัดความชื้นในก๊าซไอเสียยังต้องเผชิญกับปัญหาอุณหภูมิสูง ฝุ่นละอองสูง ความชื้นสูง ความดันลบ และการกัดกร่อนอีกด้วย

นอกจากนี้ การสอบเทียบความชื้นยังเป็นปัญหาที่ยาก เนื่องจากเป็นการยากที่จะผลิตเครื่องกำเนิดความชื้นอุณหภูมิสูง ซึ่งส่งผลกระทบต่อการวัดความชื้นของเครื่องมือวัดความชื้นแบบออนไลน์ ในการตรวจสอบและสอบเทียบเครื่องมือวัดความชื้นในก๊าซไอเสีย จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ที่สามารถสร้างแหล่งความชื้นมาตรฐานและมาตรฐานความชื้นได้ วิธีการวัดความชื้นที่สามารถทำการวัดความชื้นแบบสัมบูรณ์ได้สามารถใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงความชื้นได้ ก๊าซที่มีความชื้นที่ทราบค่าก็สามารถใช้เป็นเกณฑ์มาตรฐานสำหรับความชื้นได้เช่นกัน มาตรฐาน "วิธีการสุ่มตัวอย่างอนุภาคและก๊าซมลพิษในไอเสียของแหล่งมลพิษคงที่" (GB/T16157-1996) กำหนดวิธีการวัดความชื้นในก๊าซไอเสียไว้ 3 วิธี ได้แก่ วิธีการควบแน่น วิธีการชั่งน้ำหนัก และวิธีการใช้ลูกบอลแห้ง-เปียก ซึ่งใช้เป็นวิธีการอ้างอิงในการวัดความชื้นในก๊าซไอเสียและสามารถใช้ในการสอบเทียบเครื่องมือวัดความชื้นในก๊าซไอเสียได้ นอกจากนี้ เครื่องกำเนิดความชื้นยังสร้างความชื้นคงที่ที่อุณหภูมิและความดันที่กำหนด และยังสามารถใช้ในการสอบเทียบเครื่องวัดความชื้นในก๊าซไอเสียได้อีกด้วย

1. บทนำเกี่ยวกับวิธีการวัดความชื้นในก๊าซไอเสีย

วิธีการลูกบอลแห้ง-เปียก

วิธีการอ้างอิงความชื้นทั้งสามวิธีในมาตรฐาน GB/T16157-1996 ไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งานจริง วิธีการชั่งน้ำหนักและวิธีการควบแน่นมีความซับซ้อน เงื่อนไขการทดสอบสูง และใช้เวลาทดสอบนาน ส่วนวิธีการใช้ลูกบอลแห้ง-เปียกนั้นง่าย แต่มีข้อผิดพลาดสูง

ปัญหาหลักของการวัดความชื้นของก๊าซไอเสียด้วยวิธีลูกบอลแห้ง-เปียก คือ อุณหภูมิของก๊าซไอเสียสูง มักสูงกว่า 100°C แต่อุณหภูมิของลูกบอลแห้งไม่สามารถลดลงจนถึงอุณหภูมิของก๊าซไอเสียจริงได้

โดยปกติอุณหภูมิจะอยู่ระหว่างอุณหภูมิแวดล้อมและอุณหภูมิของก๊าซไอเสีย ส่งผลให้ความคลาดเคลื่อนในการวัดคงที่ จงหนิงเซิงเชื่อว่าเมื่อวัดความชื้นของก๊าซไอเสียโดยใช้วิธีลูกบอลแห้ง-เปียก ควรพิจารณาขั้นตอนต่อไปนี้: เมื่อตัวบ่งชี้อุณหภูมิคงที่และไม่สูงขึ้นอีกต่อไป จึงสามารถทำการอ่านค่าได้ (5-10 นาที) ท่อเชื่อมต่อระหว่างท่อเก็บตัวอย่างและเทอร์โมมิเตอร์แบบแห้งและเปียกควรสั้น และผนังท่อไม่ควรบางเกินไป เพื่อป้องกันไม่ให้อุณหภูมิของก๊าซไอเสียลดลงมากเกินไป ในสภาพอากาศหนาวเย็น ควรใช้ท่อเก็บตัวอย่างแบบมีระบบทำความร้อน

Chang-Ai ได้ปรับปรุงเทอร์โมมิเตอร์ทรงกลมแบบแห้ง-ชื้นและท่อเก็บตัวอย่างก๊าซไอเสียแบบให้ความร้อน เพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่ก๊าซไอเสียถึงจุดน้ำค้างและการควบแน่นของไอน้ำในท่อเก็บตัวอย่าง

ความชื้นของก๊าซไอเสียที่มีแหล่งกำเนิดมลพิษคงที่ 1

รูปที่ 1 โครงร่าง CI-PC39

จากการวัดอุณหภูมิของก๊าซไอเสียจริง ณ จุดวัด โดยการเปลี่ยนอุณหภูมิความร้อนของท่อเก็บตัวอย่าง จะช่วยหลีกเลี่ยงความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิของก๊าซไอเสียที่เข้าสู่ห้องลูกบอลแห้ง-เปียกและอุณหภูมิของก๊าซไอเสีย ณ จุดเก็บตัวอย่าง ได้มีการตรวจสอบความแม่นยำและความเสถียรของเครื่องวัดความชื้นแบบลูกบอลแห้ง-เปียกที่สร้างขึ้นเอง โดยใช้วิธีลูกบอลแห้ง-เปียกมาตรฐานและวิธีการชั่งน้ำหนัก ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าข้อมูลความชื้นที่วัดได้จากเครื่องวัดความชื้นนั้นเชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ มีการตอบสนองที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงความชื้นของก๊าซไอเสีย และสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องและเสถียร แม้ว่าวิธีการพ่นลมจะเป็นหลักการทำงานของลูกบอลแห้งและเปียก แต่ก็ไม่ใช่เครื่องมือวัดความชื้นทั่วไปที่คล้ายกับที่กรมอุตุนิยมวิทยาใช้วัดความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ เครื่องวัดความชื้นนี้เป็นการออกแบบใหม่หรือแม้แต่การออกแบบนวัตกรรมใหม่ เพื่อให้ได้ผลการวัดข้างต้น โดยมีรูปภาพผลิตภัณฑ์ที่เป็นตัวแทนแสดงในรูปที่ 1

วิศวกรรมการวัดของ Chang-Ai ประสบความสำเร็จในการนำไปประยุกต์ใช้ในกระบวนการวัดอุณหภูมิสูงและความชื้นสูง รวมถึงกระบวนการที่มีก๊าซกัดกร่อนและฝุ่นละออง ในหลายๆ กระบวนการ เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของผลิตภัณฑ์ การใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ หรือเพื่อให้บรรลุเป้าหมายในการลดการปล่อยมลพิษ จำเป็นต้องมีการตรวจสอบและควบคุมความชื้นของก๊าซในกระบวนการ CI-PC39 เป็นเครื่องวัดความชื้นในกระบวนการผลิตที่ตรงตามข้อกำหนดทางอุตสาหกรรมที่เข้มงวดที่สุด รวมถึงความทนทานต่อการกัดกร่อน การทำงานต่อเนื่อง และไม่ไวต่อสิ่งสกปรก

วิธีการควบแน่น

หลักการของวิธีการควบแน่นคือ การดึงก๊าซไอเสียปริมาตรหนึ่งจากปล่องควันมาผ่านคอนเดนเซอร์ และคำนวณปริมาณน้ำในก๊าซไอเสียตามปริมาณน้ำที่ควบแน่นและปริมาณไอน้ำในก๊าซอิ่มตัวที่ปล่อยออกมาจากคอนเดนเซอร์ ส่วนหลักการของวิธีการชั่งน้ำหนักคือ การดึงก๊าซไอเสียปริมาตรหนึ่งจากปล่องควันมาดูดซับความชื้นในก๊าซไอเสียโดยใช้สารดูดความชื้นผ่านท่อดูดความชื้นที่บรรจุสารดูดความชื้น และน้ำหนักของท่อดูดความชื้นในก๊าซไอเสียจะเป็นปริมาณน้ำที่อยู่ในปริมาตรก๊าซไอเสียที่ทราบ ทั้งสองวิธีมีหลักการคล้ายคลึงกัน โดยสามารถหาความเข้มข้นของมวลความชื้นในก๊าซไอเสียได้โดยตรงจากการชั่งน้ำหนักความชื้นแล้วหารด้วยปริมาตรตัวอย่าง จากนั้นจึงแปลงความเข้มข้นของมวลเป็นเปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร

วิธีการใช้ลูกบอลแห้ง-เปียกนั้นใช้งานง่ายและปรับตัวได้ดี เป็นวิธีอ้างอิงการวัดความชื้นในก๊าซไอเสียแบบออนไลน์ที่ใช้กันทั่วไป ส่วนวิธีการควบแน่นและวิธีการชั่งน้ำหนักนั้นมีความแม่นยำสูงกว่า แต่การทดสอบซับซ้อน ต้องใช้บุคลากรจำนวนมาก ใช้เวลาทดสอบนาน และไม่เหมาะสำหรับการวัดความชื้นในก๊าซไอเสียแบบออนไลน์ จึงใช้ได้เฉพาะเป็นวิธีการทดสอบในห้องปฏิบัติการและวิธีการวัดแบบออนไลน์เพื่อเปรียบเทียบเท่านั้น

วิธีการยับยั้ง

เมื่อวางสารใดๆ ไว้ระหว่างขั้วไฟฟ้าคู่หนึ่ง ค่าความจุระหว่างขั้วไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงไปเมื่อสารนั้นดูดซับไอน้ำ ปริมาณความชื้นในก๊าซไอเสียสามารถหาได้โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงค่าความจุของวัสดุดูดซับความชื้น ซึ่งเรียกว่าเซ็นเซอร์วัดความชื้นแบบคาปาซิทีฟ เครื่องมือวัดความชื้นแบบคาปาซิทีฟแบบดั้งเดิมมีปัญหาบางประการ เช่น ความไวของเซ็นเซอร์ ความคลาดเคลื่อนของความชื้น ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ และความเสถียรในระยะยาว

สิ่งประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับ เครื่องวัดความชื้นก๊าซไอเสีย อุณหภูมิสูงแบบออนไลน์ที่ทนต่อปริมาตร ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้รับสิทธิบัตร เป็นเครื่องวัดความชื้นแบบคาปาซิแตนซ์ที่ได้รับการปรับปรุง มีความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ดีและมีความไวสูง โดยใช้เซ็นเซอร์วัดความชื้นแบบคาปาซิแตนซ์ฟิล์มโพลีเมอร์

เซ็นเซอร์วัดความชื้นใช้เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบความต้านทานแพลทินัมเพื่อชดเชยอุณหภูมิ หลักการทำงานแสดงในรูปที่ 1 ไอน้ำจะผ่านอิเล็กโทรดด้านบนของเซ็นเซอร์วัดความชื้นแบบความจุฟิล์มโมเลกุลสูง และไปถึงฟิล์มพอลิเมอร์แอคทีฟโมเลกุลสูง เนื่องจากขนาดของเซ็นเซอร์เล็กและฟิล์มพอลิเมอร์บางมาก เซ็นเซอร์จึงสามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงความชื้นของสภาพแวดล้อมโดยรอบได้อย่างรวดเร็ว

ความชื้นของก๊าซไอเสียที่มีแหล่งกำเนิดมลพิษคงที่ 2

รูปที่ 2 แผนภาพบล็อกแสดงหลักการทำงานของมิเตอร์วัดน้ำที่มีความต้านทานและความจุ

ไอน้ำที่ถูกดูดซับในพอลิเมอร์จะเปลี่ยนคุณสมบัติทางไดอิเล็กทริกของเซ็นเซอร์และเปลี่ยนค่าความจุของเซ็นเซอร์ ทำให้สัญญาณเอาต์พุตของเซ็นเซอร์ความชื้นแบบคาปาซิทีฟถูกแปลงเป็นค่าแรงดันไฟฟ้า และส่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่แสดงอุณหภูมิผ่านเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเพื่อทำการชดเชยอุณหภูมิอัตโนมัติ เครื่องวัดความชื้นนี้สามารถวัดปริมาณน้ำได้ในช่วง 0~20%±2% ภายใต้อุณหภูมิควัน ≤180°C

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการวิจัยมากมายเกี่ยวกับการค้นหาสื่อตรวจจับความชื้นที่ดีกว่า ในบรรดาสื่อเหล่านั้น วัสดุพอลิเมอร์อินทรีย์ได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากมีความไวสูง ตอบสนองเร็ว และมีฮิสเทอรีซิสความชื้นน้อย วัสดุตรวจจับความชื้นหลักๆ มีสองประเภท ได้แก่ ซีรีส์ CAB (เซลลูโลสอะซิเตตบิวทิเรต) และซีรีส์ P (พอลิอิไมด์)

เซ็นเซอร์วัดความชื้นแบบคาปาซิทีฟที่ทำจากพอลิเมอร์อินทรีย์นั้น เดิมทีทำจากเซลลูโลสอะซิเตตและอนุพันธ์ของมัน ปัจจุบัน เซลลูโลสอะซิเตตถูกนำมาใช้มากที่สุด บริษัท Sakai ในประเทศญี่ปุ่นได้เปรียบเทียบคุณสมบัติของอนุพันธ์เซลลูโลสต่างๆ และศึกษาคุณสมบัติของค่าความจุ อุณหภูมิ และไอโซเทอร์มการดูดซับ ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่า ในการสร้างเซ็นเซอร์วัดความชื้นที่ไม่ดูดความชื้น ปริมาณน้ำจะต้องถูกจำกัด และต้องไม่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลเกิดขึ้น จึงเสนอว่า วัสดุเซลลูโลสอะซิเตต โดยเฉพาะอย่างยิ่งส่วนประกอบที่ทำจากอิเล็กโทรดทองคำพรุน ไม่เพียงแต่มีอัตราการตอบสนองที่รวดเร็ว แต่ยังมีฮิสเทอรีซิสจากการดูดความชื้นน้อยอีกด้วย

มัตสึกุจิเสนอการสังเคราะห์พอลิเมอร์ที่มีหมู่แอเซทิลีนอยู่ที่ปลายทั้งสองข้างของพอลิอิไมด์ ในสถานะพอลิเมอร์ที่มีหมู่แอเซทิลีน จะใช้สารละลายในการละลาย และเคลือบฟิล์มลงบนพื้นผิวเพื่อสร้างฟิล์ม จากนั้นเมื่อให้ความร้อนจะได้พอลิอิไมด์ที่มีโครงสร้างแบบสเตอริโอลิงก์ ซึ่งละลายน้ำได้ยาก เนื่องจากวัสดุจะไม่แยกตัวออกจากน้ำเมื่อแข็งตัว และยากที่จะเกิดรูพรุนขนาดเล็กบนฟิล์มที่แข็งตัวแล้ว จึงเป็นวัสดุที่ไวต่อความชื้นและทนต่อน้ำได้ดี ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบที่ไวต่อความชื้นของพอลิอิไมด์ที่ดัดแปลงแล้วมีอัตราการตอบสนองที่รวดเร็วและแทบไม่มีฮิสเทอรีซิส ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิมีขนาดเล็ก ทนต่อตัวทำละลาย (อะซิโตน) ได้ดี และมีความเสถียรดีขึ้นอย่างมาก

เฉิน ซิงจู ได้เสนอเซ็นเซอร์วัดความชื้นแบบฟิล์มไดอิเล็กทริกคอมโพสิตชนิดใหม่ ฟิล์มไดอิเล็กทริกนี้ประกอบด้วย PI (CAB) สองชนิดที่มีคุณสมบัติเอาต์พุตเชิงเส้นและอุณหภูมิแตกต่างกัน เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุ PI และ CAB เพียงอย่างเดียว วัสดุคอมโพสิตนี้มีฮิสเทอรีซิสน้อย ข้อผิดพลาดที่ไม่เป็นเชิงเส้นน้อย และสัมประสิทธิ์อุณหภูมิน้อย อีกทั้งยังมีการปรับปรุงอย่างเห็นได้ชัดในด้านความสามารถในการทำซ้ำและความเสถียรในระยะยาว ซึ่งเป็นแนวคิดใหม่สำหรับการออกแบบฟังก์ชันของวัสดุไดอิเล็กทริกในเซ็นเซอร์วัดความชื้นแบบคาปาซิทีฟ ภาพผลิตภัณฑ์ตัวอย่างแสดงในรูปที่ 3

ความชื้นของก๊าซไอเสียที่มีแหล่งกำเนิดมลพิษคงที่ 3

รูปที่ 3 แสดงลักษณะการทำงานของเซ็นเซอร์วัดจุดน้ำค้าง CI-XS200

ข้อดีหลักของวิธีการวัดแบบคาปาซิแตนซ์คือ ความไวสูง การตอบสนองรวดเร็ว ผลิตง่าย และสามารถย่อส่วนและรวมเข้ากับอุปกรณ์อื่นๆ ได้ง่าย ปัจจุบัน เครื่องมือวัดความชื้นในก๊าซไอเสียแบบออนไลน์ในประเทศจีนมีการใช้งานมากมาย แต่ความเสถียรในระยะยาวนั้นยังไม่ดีนัก และส่วนใหญ่มีปัญหาการเปลี่ยนแปลงค่าความแม่นยำในระยะยาวอย่างรุนแรง ทำให้เกิดความล้มเหลวและความเสียหาย เซ็นเซอร์วัดความชื้นแบบคาปาซิแตนซ์มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนต่ำกว่า ซึ่งมักต้องการสภาพแวดล้อมที่สะอาดกว่า ผลิตภัณฑ์บางชนิดยังคงมีปัญหาบางอย่าง เช่น ความล้มเหลวจากฟ้าผ่าและความล้มเหลวจากไฟฟ้าสถิต กล่าวโดยสรุปคือ นี่เป็นวิธีการที่อยู่ระหว่างการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง

วิธีจำกัดกระแสไฟฟ้า

จากการศึกษาเชิงทฤษฎีอย่างละเอียดผ่านการทดลองจำนวนมาก พบว่าการใช้เซ็นเซอร์วัดการไหลของไอออนสามารถวัดความชื้นได้อย่างแม่นยำ โดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับแคโทดและแอโนดของเซ็นเซอร์ ซึ่งสามารถวัดความชื้นได้ ผลการค้นพบนี้ช่วยแก้ปัญหาที่เซ็นเซอร์วัดความชื้นทั่วไปไม่สามารถใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงได้ (เช่น สูงกว่า 100°C)

แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ในการทำงานจะถูกจ่ายไปยังขั้วบวกและขั้วลบของเซอร์โคเนีย เพื่อสร้างสนามไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนไอออนออกซิเจนจากขั้วลบ ทำให้เกิดกระแสไอออนออกซิเจนไหลผ่านเซอร์โคเนียไปยังขั้วบวก เมื่อความเข้มข้นของออกซิเจนในบรรยากาศที่วัดมีค่าคงที่ ค่ากระแสของเซ็นเซอร์เซอร์โคเนียจะไม่เพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย แต่จะถึงค่าคงที่ ค่ากระแสคงที่นี้เรียกว่าค่ากระแสจำกัดของความเข้มข้นของออกซิเจน หรือเรียกว่าค่ากระแสจำกัดแรก ตามหลักการทำงาน เมื่อบรรยากาศที่วัดมีไอน้ำ การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายจะทำให้ไอน้ำแตกตัวเป็นไอออนออกซิเจน และเมื่อความเข้มข้นของไอน้ำในบรรยากาศที่วัดคงที่ เซ็นเซอร์เซอร์โคเนียจะให้ค่ากระแสคงที่ ซึ่งเรียกว่าค่ากระแสจำกัดที่สอง

ความชื้นของก๊าซไอเสียที่มีแหล่งกำเนิดมลพิษคงที่ 4

รูปที่ 4 ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสจำกัดและแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย

ความชื้นของก๊าซไอเสียที่มีแหล่งกำเนิดมลพิษคงที่ 5

รูปที่ 5 แผนภาพเส้นโค้งกระแสจำกัดขาออกของเซ็นเซอร์ใต้น้ำ

ปฏิกิริยาที่ขั้วแคโทดและแอโนดของเซนเซอร์มีดังนี้:

ด้านแคโทด ：O2+4e- →2O2- (4)

H2O+2e- →H2+O2- (5)

ด้านแอโนด：O2- → 1/2O2+2e- (6)

ตามกฎของฟิกส์ (Ficks rule) เกี่ยวกับขีดจำกัดการแพร่ของก๊าซของเซ็นเซอร์ กระแสจำกัดแรก I1 และกระแสจำกัดที่สอง I2 จะแสดงด้วยสูตรต่อไปนี้ ภายใต้เงื่อนไขที่ว่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของออกซิเจนเท่ากับสัมประสิทธิ์การแพร่ของไอน้ำ:

I1={-4FDSP/(RTL)}Ln(1-PO2/P) (7)

I2={-4FDSP/(RTL)}{(1+PH2O/2PO2)} (8)

PO2=0.21(P- PH2O) (9)

ในสูตร: F คือค่าคงที่ฟาราเดย์, D คือสัมประสิทธิ์การแพร่ของโมเลกุลก๊าซผสม, S คือพื้นที่ของรูแพร่, P คือความดันรวมของก๊าซผสม, PO2 คือความดันย่อย, PH2O คือความดันย่อยของไอน้ำ, R คือค่าคงที่ของก๊าซ, T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์, L คือความยาวของรูแพร่ของก๊าซ, 0.21 คือปริมาณออกซิเจนในอากาศ

ขอบเขตการใช้งานของการวัดความชื้นด้วยกระแสไอออน ได้แก่:

บริษัท Chang Ai จำกัด ร่วมมือกับ ดร. Zhang Yi Can (ชาวจีน ผู้ริเริ่มนำเซ็นเซอร์เซอร์โคเนียชนิดกระแสไฟฟ้าสูงเข้ามาในประเทศจีนเป็นคนแรก) และทีมงานของเขา รวมถึง Yang Bang Chao ผู้อำนวยการสถาบันไมโครอิเล็กทรอนิกส์และวัสดุแข็ง มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์เฉิงตู บุกเบิกการประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์กระแสไอออนในการวัดอุณหภูมิและความชื้นสูง ในปี 2549 บริษัทได้นำเครื่องมือวัดอุณหภูมิและความชื้นสูง GRL-12 ที่ใช้เซ็นเซอร์กระแสไอออนเข้ามาจำหน่ายเป็นครั้งแรก (ภาพที่ 5) และก่อนการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกสีเขียวปี 2551 บริษัทได้นำไปประยุกต์ใช้ในโรงงานผลิตถ่านโค้กในมณฑลชานซี และการตรวจสอบการปล่อยมลพิษของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนเป็นจำนวนมาก ซึ่งถือเป็นผลงานที่สร้างคุณูปการและความสำคัญต่อการรักษาสิ่งแวดล้อมของบริษัทในประเทศ ตลอดระยะเวลาการพัฒนามากกว่าสิบปี บริษัทฉางอ้ายได้พัฒนาเครื่องมือวิเคราะห์ความชื้นจำนวนมากโดยใช้เซ็นเซอร์การไหลของไอออน เช่น เครื่องส่งสัญญาณความชื้นซีรีส์ CI-PC18, เครื่องตรวจสอบความชื้นในดินซีรีส์ CI-PC19, เครื่องวิเคราะห์ความชื้น อุณหภูมิสูงซีรีส์ CI-PC168, ระบบตรวจจับความชื้นสำหรับอุตสาหกรรมอาหารซีรีส์ CI-PC193, ระบบวิเคราะห์ความชื้นอุณหภูมิสูงซีรีส์ CI-PC196 ซึ่งแสดงอยู่ในรูปที่ 6

ความชื้นของก๊าซไอเสียที่มีแหล่งกำเนิดมลพิษคงที่ 6

รูปที่ 6 โปรไฟล์เครื่องวัดความชื้นอุณหภูมิสูง CI-PC18

โครงสร้างเซ็นเซอร์:

ความชื้นของก๊าซไอเสียที่มีแหล่งกำเนิดมลพิษคงที่ 7

ความชื้นของก๊าซไอเสียที่มีแหล่งกำเนิดมลพิษคงที่ 8

รูปที่ 6 โครงสร้างเซ็นเซอร์วัดความชื้นแบบการไหลของไอออน 3 มิติ

ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในด้านการรักษาสิ่งแวดล้อม การพิมพ์และการย้อมสี ไม้ วัสดุก่อสร้าง อุตสาหกรรมการผลิตกระดาษ อุตสาหกรรมเคมี เส้นใย และเภสัชกรรม รวมถึงอุตสาหกรรมการแปรรูปและการเก็บรักษาอาหาร ยาสูบ ผัก และธัญพืช

วิธีการออกซิเจนแบบแห้ง-เปียก

เซ็นเซอร์ออกซิเจนของระบบ CEMS ใช้สำหรับวัดปริมาณออกซิเจนก่อนและหลังการลดความชื้นของก๊าซไอเสีย เมื่อคำนวณปริมาณความชื้นในก๊าซไอเสีย จะคำนวณความชื้นของก๊าซไอเสียตามสูตรต่อไปนี้:

Xsw=1-X,O2/XO2 (1)

ในสูตร (1) X และ O2 คือเปอร์เซ็นต์ปริมาตรของออกซิเจนในก๊าซไอเสียเปียก % และ Xo2 คือเปอร์เซ็นต์ปริมาตรของออกซิเจนในก๊าซไอเสียแห้ง %

ปัญหาหลักของการวัดออกซิเจนแห้งและออกซิเจนเปียกคือ จำเป็นต้องใช้เครื่องมือสองชนิดในการวัดออกซิเจนแห้งและออกซิเจนเปียกตามลำดับ ข้อผิดพลาดที่เกิดจากความแตกต่างของจุดเก็บตัวอย่างและข้อผิดพลาดในการเก็บตัวอย่างมีดังนี้: ข้อผิดพลาดของเครื่องมือทั้งสองจะซ้อนทับกัน ข้อผิดพลาดเหล่านี้ยากที่จะแก้ไขได้ด้วยวิธีนี้

การดูดซับรังสีอินฟราเรด

สเปกโทรสโกปีการดูดกลืนแสงเป็นเทคนิคสำคัญในการวัดความชื้นสมัยใหม่ ซึ่งรวมถึงการดูดกลืนแสงอินฟราเรดและอัลตราไวโอเลต ปัจจุบัน เทคโนโลยีการวัดโดยใช้สเปกตรัมการดูดกลืนแสงอินฟราเรดใกล้มีความก้าวหน้ามากขึ้น มีความแม่นยำ ความไว และช่วงการวัดที่ดีกว่าวิธีการวิเคราะห์ความชื้นแบบดั้งเดิม

วิธีการดูดซับอินฟราเรดใช้หลักการที่ว่าน้ำจะดูดซับแสงอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นเฉพาะอย่างมาก โดยปริมาณน้ำที่แตกต่างกันจะส่งผลต่อระดับการดูดซับแสง และเป็นไปตามกฎของแลมเบิร์ต-เบียร์ โดยการวัดค่าการส่งผ่านของก๊าซที่ความยาวคลื่นที่ดูดซับและความยาวคลื่นอ้างอิง อัตราส่วนของค่าการส่งผ่านของความยาวคลื่นทั้งสองจะเป็นฟังก์ชันของปริมาณไอน้ำในก๊าซ หวัน เจียหรง พบว่าความยาวคลื่นที่ดูดซับที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือ 1.45 ไมโครเมตร และ 1.94 ไมโครเมตร และความยาวคลื่นอ้างอิงที่ใช้กันทั่วไปคือ 1.73 ไมโครเมตร และ 2.1 ไมโครเมตร

วิธีการวัดความชื้นโดยใช้สเปกโทรสโกปีการดูดกลืนแสงอินฟราเรดใกล้มีสองประเภท ได้แก่ สเปกโทรสโกปีการลดทอนแบบเรโซแนนซ์ของไดโอดเลเซอร์ (CRDS) และสเปกโทรสโกปีการดูดกลืนแสงของไดโอดเลเซอร์แบบปรับได้ (TLDAS) ตัวเรโซเนเตอร์ของ CRDS มีโครงสร้างที่เรียบง่ายและขนาดเล็ก ทำให้สามารถเปลี่ยนก๊าซได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้น CRDS จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดแบบออนไลน์ ส่วน TDLAS เป็นเทคโนโลยีการวัดสเปกตรัมการดูดกลืนแสงที่ค่อนข้างเป็นที่ยอมรับ ซึ่งถูกนำมาใช้ในด้านการวัดความชื้นระดับจุลภาค และมีข้อดีคือมีความไวสูงและตอบสนองรวดเร็ว

อย่างไรก็ตาม วิธีการดูดซับอินฟราเรดที่ใช้ในการวัดความชื้นของก๊าซไอเสียจำเป็นต้องหลีกเลี่ยงการรบกวนจากความยาวคลื่นที่ไวต่อ CO2/SO2/NOX ซึ่งทำได้ยาก ประกอบกับราคาสูงของเครื่องมือ จึงทำให้วิธีการนี้ไม่ค่อยได้ใช้ในการวัดความชื้นของก๊าซไอเสีย

เครื่องกำเนิดความชื้นอุณหภูมิสูง

เนื่องจากอุณหภูมิของก๊าซไอเสียโดยทั่วไปจะสูงกว่า คือประมาณ 80°C ถึง 120°C ในขณะที่เครื่องกำเนิดความชื้นทั่วไปสร้างความชื้นคงที่ที่อุณหภูมิปกติ แม้ว่าจะสามารถสร้างความชื้นคงที่ได้ที่อุณหภูมิสูง แต่ก็ยากที่จะรับประกันได้ว่าอุณหภูมิจะคงที่ในระหว่างการใช้งาน การใช้เครื่องกำเนิดความชื้นที่อุณหภูมิปกติในการสอบเทียบเครื่องวัดความชื้นก๊าซไอเสียที่อุณหภูมิสูงมักไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้ ซึ่งเป็นข้อจำกัดอย่างมากต่อการวิจัยและการประยุกต์ใช้การวัดความชื้นที่อุณหภูมิสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซ็นเซอร์ความชื้นแบบคาปาซิทีฟ เซ็นเซอร์ความชื้นนั้นไวต่ออุณหภูมิ นอกเหนือจากความชื้นในสิ่งแวดล้อม และง่ายต่อการเกิดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพัฒนาเครื่องกำเนิดความชื้นที่ทนต่ออุณหภูมิสูง

เครื่องกำเนิดความชื้นอุณหภูมิสูงสามารถสร้างความชื้นที่เสถียรได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้น เป็นอุปกรณ์สอบเทียบที่สะดวกและใช้งานง่ายสำหรับเครื่องมือวัดความชื้นในก๊าซไอเสีย Zhang Wen Dong ได้พัฒนาชุดเครื่องกำเนิดความชื้นความแม่นยำสูงอุณหภูมิสูงโดยใช้หลักการของวิธีการอุณหภูมิคู่และความดันคู่ ได้ทำการทดสอบความเสถียรของอุณหภูมิที่ 50°C, 100°C และ 150°C เป็นเวลา 2 ชั่วโมง ผลการทดสอบความเสถียรของอุณหภูมิของถังน้ำมันเครื่องทำให้อิ่มตัวและห้องทดสอบอยู่ในช่วง 0.02°C ความไม่แน่นอนทางทฤษฎีสูงสุดของอุปกรณ์คือ ±1.09RH ความแม่นยำของอุปกรณ์ได้รับการตรวจสอบโดยผลการทดสอบของเครื่องวัดความชื้นแบบชั่งน้ำหนัก อุปกรณ์นี้สามารถใช้สำหรับการแก้ไขเซ็นเซอร์และตัวส่งสัญญาณความชื้นอุณหภูมิสูงได้

2. สรุป

การวัดความชื้นในก๊าซไอเสียเป็นปัญหาที่ได้รับการยอมรับ วิธีการใช้ลูกบอลแห้ง-เปียกซึ่งเป็นวิธีการอ้างอิงที่กำหนดไว้ในมาตรฐานแห่งชาติมีโอกาสเกิดข้อผิดพลาดได้ง่าย วิธีการควบแน่นและวิธีการชั่งน้ำหนักมีความแม่นยำสูง แต่การใช้งานซับซ้อน และสามารถใช้ได้เฉพาะในห้องปฏิบัติการเท่านั้น วิธีการวัดความชื้นในก๊าซไอเสียแบบออนไลน์ที่ใช้ในระบบ CEMS ในประเทศจีนคือวิธีการวัดค่าความจุและวิธีการวัดกระแสจำกัด ทั้งสองวิธีนี้จัดอยู่ในกลุ่มเซ็นเซอร์วัดความชื้นแบบอิเล็กทรอนิกส์ มีศักยภาพในการใช้งานสูง แต่ต้องปรับปรุงเรื่องการป้องกันมลพิษและความเสถียรในระยะยาว อย่างไรก็ตาม วิธีการวัดออกซิเจนแห้ง-เปียกมีข้อผิดพลาดสูง และวิธีการดูดซับอินฟราเรดมีราคาแพง จึงไม่ค่อยได้ใช้ นอกจากนี้ เครื่องกำเนิดความชื้นที่อุณหภูมิปกติก็ยากที่จะตอบสนองความต้องการการสอบเทียบของเครื่องมือวัดความชื้นในก๊าซไอเสีย การพัฒนาเครื่องกำเนิดความชื้นและอุณหภูมิสูงจึงเป็นสิ่งจำเป็นและเป็นปัญหาทางเทคนิคเช่นกัน