techno - tpa 214a_p38-45.pdfcover story teo oy december 2010-january 2011, vol.37 no.214 043

logylogyTechno

>>> 038 December 2010-January 2011, Vol.37 No.214

เครองวดคารบอนไดออกไซดแมนยำ� ทนท�น เชอถอไดย�วน�น

คณวชย ตนตพมพกล

คณศวพงษ ตงสจรต

บรษท เมเชอรโทรนกซ จำ�กด

ผลตภณฑ

ดานสงแวด

ลอม

ยอดเยยม

จากกลม

ประเทศย

โรป

ปจจบนความใสใจในดานสงแวดลอม และความตระหนกในผลกระทบจากภาวะโลกรอน รวมถงการวจยทางดานนเวศวทยาและ สงแวดลอมจำานวนมาก มความจำาเปนในการตรวจวดกาซคารบอนไดออกไซดกลางแจงเพมมากขน

logylogyTechnoCover Story

December 2010-January 2011, Vol.37 No.214 039 <<<

>> บทบาทของคารบอนไดออกไซดในโลกปจจบน

การเปลยนแปลงการหายใจของดนเพยงเลกนอย มผลกระทบใหญอยางใหญหลวงตอปรมาณ CO2 ในชนบรรยากาศ และตอระบบนเวศของโลก

ปาไมมบทบาทสำาคญตอระบบนเวศของโลก การวจยทางชววทยา ชวยใหเขาใจบทบาทของ CO2 ทมตอพชและสตว

ผลผลตในเรอนกระจก สามารถเพมขนได 30 เปอรเซนต ดวยสดสวน CO2 ทเหมาะสม ปรมาณ CO2 ทพอด ขนอยกบชนดของพชและปรมาณแสงในเรอนกระจก

คารบอนไดออกไซดถกใชในการเตมลงในเครองดม ซง CO2 เปนกาซททำาใหเกดฟองในเครองดม สวนในอตสาหกรรมเบยรและไวน CO2 เปนผลผลตขางเคยงทไดจากการหมก โดย CO2จะถกอดเขาไปในระหวางการบรรจขวด เพอไลกาซออกซเจน

การเฝาระวงระดบของ CO2 และความชนในโรงเรอนเลยงสตว สามารถเพมอตราเจรญเตบโต การบรโภคอาหาร และคณภาพของผลผลต

logylogyTechno Cover Story


เหตผลทสำาคญทสดของการดแลรกษาคณภาพอากาศในอาคารใหดกคอ ความรสกสบาย และสขภาพของผอยอาศย การประหยดพลงงาน และสภาพทดของอาคารและโครงสราง

การระบายอากาศทไมดพอ หมายถง คณภาพอากาศทแย และสภาพแวดลอมทอดอด

>> คารบอนไดออกไซด (CO2) คออะไร?

คารบอนไดออกไซด (carbon dioxide - CO2) คอ กาซทไมมส ประกอบดวย คารบอน 1 อะตอม และออกซเจน 2 อะตอม อยในสถานะกาซทอณหภมสงกวา -78.5 องศาเซลเซยส และอยในสถานะของแขง (ทรจกกนในชอ นำาแขงแหง) ทอณหภมตำากวา -78.5 องศา-เซลเซยส CO2 เปลยนสถานะจากของแขง เปนกาซโดยการระเหด

ในธรรมชาต พชใช CO2 ในกระบวนการสงเคราะหแสง ทซง CO2 และนำาถกผสมกนโดยมแสงอาทตยเปนพลงงาน ไดผลผลตเปนนำาตาล (และออกซเจน) เขยนเปนสตรเคมไดตามน

สงเคราะหแสง (photosynthesis)

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

หายใจ (respiration

ในความเปนจรง อากาศในเรอนกระจก จำาเปนตองม CO2

เพอรกษาการเจรญเตบโตของพช เพราะพชสามารถเตบโตไดเรวขน 50 เปอรเซนต ทความเขมขนของ CO2 สง สวนปฏกรยาทตรงขามกบการสงเคราะหแสง คอ การหายใจ ซงมอยในสงมชวตทกชนด

นอกเหนอจากบทบาททสำาคญในการสงเคราะหแสง การหายใจ และวฏจกรคารบอนแลว CO2 ยงมใชในงานอตสาหกรรมหลายชนด CO2 ในรปของแขงและของเหลวถกใชในตเยนและ เครองทำาความเยน ในอตสาหกรรมเครองดม CO2 ทำาใหเกดฟองในเครองดม และปองกนไมใหแบคทเรย และเชอราเจรญเตบโตใน

Concentration Effect

350-450 ppm คาปกตในบรรยากาศ

600-800 ppm คณภาพอากาศในอาคารทยอมรบได

1000 ppm คณภาพอากาศในอาคารทพอทนได

5000 ppm รบไดชวเวลาหนง จำากดไมเกน 8 ชวโมง

600-30000 ppm ตองระวง ไดรบในชวงสน ๆ เทานน

3-8% หายใจถขน วงเวยนศรษะ

สงกวา 10% คลนไส อาเจยน หมดสต

สงกวา 20% หมดสตอยางรวดเรว ตาย

ตารางท 1 ผลกระทบของความเขมขน CO2 ตอมนษย

เครองดม ในเบยรและไวน CO2 ทฟงกระจายในอากาศเปนมตรกบสงแวดลอม และการทมนไมทำาปฏกรยาในธรรมชาต จงถกใชเปนกาซเฉอยในกระบวนการอตสาหกรรมตาง ๆ ใชในการบรรจภณฑ เครองดบเพลง และอน ๆ CO2 ยงเกดจากกระบวนการเผาไหมของวสดทมองคประกอบของคารบอน

>> ผลกระทบของ CO2

CO2 ในบรรยากาศมความหนาแนนประมาณ 350-450 ppm CO2 เปนกาซทไมเปนพษ และไมตดไฟ แตกไมเออตอการดำารงชวต และหากไดรบ CO2 ในปรมาณสงจะกอใหเกดความเสยงตอชวต ผลกระทบของ CO2 ตอชวตสรปไวในตารางท 1



CO2 Physical Properties

นำาหนกโมเลกล 44.01 g/mol

ความหนาแนนสถานะกาซ (1013 bar, 15°C) 1.87 kg/m3

ความหนาแนนสถานะของแขง 1562 kg/m3

ความถวงจำาเพาะ (อากาศ = 1) (1.013 bar, 21 °C) 1.521

ปรมาตรทสถานะกาซ ของนำาแขงแหง 1 kg 0.518 m3

อณหภมและความดนวกฤต 31°C, 73.825 bar

อณหภมและความดน Triple Point -56.6°C, 5.185 bar

อณหภมจดระเหด -78.5°C

ตารางท 2 คณสมบตทางกายภาพของ CO2

▲ รปท 2 สวนประกอบของ Vaisala CARBOCAP® Sensor

1. ตวกำ�เนดแสงอนฟร�เรด

2. ตวกรอง FPI แบบปรบจนได

3. ตวตรวจจบอนฟร�เรด

>> Vaisala CARBOCAP®

เทคโนโลยของเซนเซอรตรวจวดคารบอนไดออกไซด

Vaisala CARBOCAP® เปนเซนเซอรแบบ Non-disper-sive Infrared (NDIR) ททำาจากซลกอน สำาหรบการตรวจวดกาซคารบอนไดออกไซด มหลกการทำางานโดยใช NDIR ลำาแสงเดยว 2 ความยาวคลน แบบเดยวกบทใชในเครองวดและวเคราะห NDIR สมรรถนะสง ราคาแพง แตใน Vaisala CARBOCAP® แทนทจานหมนฟลเตอรดงเดม ดวย Fabry-Perot Interferometer (FPI) ซงทำาจากชนซลกอนขนาดเลก ควบคมดวยไฟฟาแทน ทำาใหการวด 2 ความยาวคลน ทำาไดงายมาก ดวยโครงสราง Solid-state

คณลกษณะเดนของ Vaisala CARBOCAP®

● เปนเซนเซอรแบบ Non-dispersive Infrared (NDIR) ททำาจากซลกอน● มการวดคาอางองในตว เสถยรภาพสง● ไมมชนสวนเคลอนไหวได ทนทานยอดเยยม

▲ รปท 1 ก�รดดกลนย�นแสงอนฟร�เรด (IR) ของก�ซแตละชนด

เพอความปลอดภยตอผททำางานในสถานทเสยงตอการรวไหลของ CO2 จำาเปนตองตดตงเครองวด CO2 แบบ Transmitter ใกลจดทเสยงใหมากทสดเทาทเปนไปได CO2 หนกกวาอากาศ มนจงไหลลงตำา และเออคางอยทพนแทนทออกซเจน การตดตง Transmitter จงควรมการประเมนความเสยงเสมอ

>> ลกษณะทางกายภาพของ CO2

CO2 มคณสมบตดดกลนแสงในยานอนฟราเรด ดงรปท 1 คณสมบตการดดกลนน สามารถนำามาใชในการตรวจวดปรมาณ ความเขมตอปรมาตรของ CO2 ได เทคโนโลย CARBOCAP® ของ Vaisala ใชเซนเซอร ชนด Non-dispersive Infrared Sensors ททำาจาก ชนซลกอนในการวดการดดกลนของ CO2

การดดกลนอนฟราเรดของ CO2 เปนสวนหนงของการตอบ-สนองสำาหรบภาวะเรอนกระจก ภาวะเรอนกระจกเปนคณสมบตของบรรยากาศของดาวเคราะหใด ๆ ทสงผลใหอณหภมพนผวดาว-เคราะหสงขนกวา เมอไมมบรรยากาศ การดดกลนแสงอาทตยของกาซใด ๆ กตาม ทำาใหเกดภาวะเรอนกระจก กาซสำาคญทมผลตอภาวะเรอนกระจกบนโลก คอ ไอนำา CO2 และมเทน ซงดดกลนแสงในยานอนฟราเรด คณสมบตตาง ๆ ของ CO2 รวบรวมไวในตารางท 2



ในงานสงแวดลอม มรน GMP343 เปนโพรบวดคารบอนได-ออกไซด ซงใชเทคโนโลย Vaisala CARBOCAP® รนใหม ในการวด CO2 โดยวธ Diffusion Based ทสามารถวด CO2 ในดน และวดการหายใจของสงมชวตในดนได

รน GMT220 เปนเครองวดคารบอนไดออกไซดแบบ Trans-mitter ทออกแบบมาสำาหรบการวด CO2 ในสภาพแวดลอมททารณและชน เชน ในเรอนกระจก และขนตอนกระบวนการผลตในโรงงานอตสาหกรรม

ในงาน HVAC มทงรนทตดตงในทออากาศ และรนตดตงทผนง ราคาคมคา เหมาะกบความตองการในงานควบคมการระบายอากาศ และงานทเกยวของ ดวยเทคโนโลย CARBOCAP® ของ Vaisala ทใหเสถยรภาพสง ระยะยาว การตรวจสอบเพอสอบเทยบจงจำาเปนเพยงทก 5 ป

▲ รปท 5 GMT220 Series เครองวดค�รบอนไดออกไซด แบบ Transmitter

▲ รปท 4 GMP343 โพรบวดค�รบอนไดออกไซด ชนดทนท�นตอสภ�พแวดลอม

>> หลกการท�างาน

ตวกำาเนดแสงอนฟราเรดตดตงอยทปลายดานหนง สองแสงผานไปยงกระบอกกาซ ซงกาซคารบอนไดออกไซดทปรากฏในกระบอก จะดดกลนแสงทความยาวคลนจำาเพาะ ตวกรอง FPI จะถกจนดวยไฟฟายอมใหความยาวคลนเฉพาะของคารบอนไดออกไซดผานไปยงตวตรวจจบสญญาณความเขมอนฟราเรดทปลายอกดาน

หลงจากนน ตวกรอง FPI จะยายคาไปทความยาวคลนทไมมการดดกลน เพอเปนคาสญญาณอางอง อตราสวนของคาทงสอง คอ คาสญญาณทมการดดกลน กบคาสญญาณอางอง แสดงถงคาการดดกลนแสงของกาซ ซงกคอ ความหนาแนนของกาซ สญญาณอางองจะชดเชยผลกระทบทเกดจากอายการใชงาน และการปนเปอนทอาจม ทำาใหเซนเซอรมเสถยรภาพดเยยมในระยะยาว

Vaisala CARBOCAP® มสเถยรภาพดเยยม ทงในดานเวลาและอณหภม ตวเซนเซอรมความแมนยำา ทนทาน และขนาดทเลก ชวยใหระบบการตรวจวดมขนาดทเลกลงได ดวยโครงสรางทไมซบ-ซอน ทำาใหเครองวดของ Vaisala มคณภาพสง ในราคาทยอมรบได ทสำาคญ Vaisala CARBOCAP® มความคมคาในระยะยาว ประหยดคาใชจายในการบำารงรกษานานป

>> การใชงานเครองวดกาซคารบอนไดออกไซด

เครองวดกาซคารบอนไดออกไซดทกตวของ Vaisala เหมาะสำาหรบการตรวจวดในงานสงแวดลอม รวมทงงานอตสาหกรรม และงานระบบปรบอากาศ (HVAC) มทงแบบตดตงกบท แบบมอถอ และยงมแบบโมดล OEM ดวย

▲ รปท 3 โครงสร�งทเรยบง�ยของ Vaisala CARBOCAP® Sensor

ชวยใหไดสมรรถนะดเยยม เชอถอไดย�วน�น

IR light sourceIR detector

Signal processing

Sample in Sample out

Interference filter



▲ รปท 6 GM70 เครองวดค�รบอนไดออกไซดแบบมอถอ

▲ รปท 7 ก�รวดค�รบอนไดออกไซดในง�นวจยด�นนเวศวทย�ดวยเครองตรวจวดแบบมอถอ

▲ รปท 8 GMP343 เหม�ะกบก�รใชง�นกล�งแจง ส�ม�รถตดตงโดยไมจำ�เปนตองมอปกรณ

ปกปอง

Vaisala รน GM70 เปนเครองวดคารบอนไดออกไซดแบบมอถอ ทเหมาะสำาหรบการตรวจวดเฉพาะจด เชน งานหองปฏบต-การ อาคารทพกผโดยสาร ระบบขนสงมวลชน เรอนกระจก ฟารมเหด โรงเบยร โรงงานนำาอดลม และในโรงงานผลตทตองการเครองมอตรวจวด CO2 เฉพาะจด รวมถงงานดานนเวศวทยาทตองการความคลองในการปฏบตงาน

>> Vaisala GMP343 CARBOCAP® Carbon Dioxide Probe โพรบวดคารบอนไดออกไซด รนใหม ทนทานตอ สภาพแวดลอมททารณ

ทผานมา การวดกาซคารบอนไดออกไซด หรอ CO2 กลางแจงทมอาณาบรเวณกวาง จำาเปนตองใชเครองมอตรวจวด และวเคราะหทมสมรรถนะสง ราคาแพง และขนาดใหญเทอะทะ และทสำาคญ เครอง-มอโดยสวนใหญไมเหมาะกบการใชงานกลางแจงทมสภาพแวดลอมทสมบกสมบน ในการตรวจวดจงจำาเปนตองตดตงระบบสมวด สถานอปกรณ ระบบจายไฟฟา และอน ๆ เขาไวดวยกน ทำาใหมคาใชจายสง

ปญหาสำาคญของการวด CO2 กลางแจง คอ ขาดตวเซนเซอร CO2 ทใชพลงงานไฟฟาตำา และทนทานตอสภาพแวดลอมกลางแจงททารณไดด โดยทราคาไมแพง โพรบวดคารบอนไดออกไซดของ Vaisala รน GMP343 ใชเซนเซอรวด CO2 ทเปนเทคโนโลยเฉพาะ ทเรยกวา CARBOCAP® ชวยใหการตรวจวดในงานสงแวดลอมทำาไดโดยงาย

>> เทคโนโลยในการตรวจวด

โพรบรน GMP343 ใชเทคโนโลยการตรวจวดเฉพาะของ Vaisala ทเรยกวา CARBOCAP® ซงใชการตรวจวดการดดกลนแสงอนฟราเรด ดวยชนซลกอน Fabry-Perot Interferometer (FPI) ททำาหนาทเปนตวกรองแถบความยาวคลนปรบจนได

ตว FPI น นอกจากจะวดการดดกลนในแถบความยาวคลนของ CO2 แลว ยงตรวจวดในแถบอางองไดดวย ทำาใหสามารถหาคาปรมาณ CO2 ทคงทได และโดยการใชตวตรวจจบ IR ตวเดยว



▲ รปท 10 GMP343 เปนโพรบวดแบบเปด เพอใหก�ซไหลผ�นเซนเซอรอย�งอสระ

ในการวดการดดกลนและวดคาอางอง จงไมมคาคาดเคลอนทเกดจากการใชตวตรวจจบ IR ค ทพบเปนปกตในเซนเซอร ชนด NDIR (nondispersive infrared sensor) ทว ๆ ไป

การวดคาอางองแทจรง ทำาใหไดเซนเซอรทมเสถยรภาพทด ทงเสถยรภาพตอระยะเวลา และเสถยรภาพทางอณหภม ทำาใหมผลทดตอเสถยรภาพของการไหล ซงจำาเปนมากสำาหรบเซนเซอรชนดวดกาซทฟงกระจาย (diffusion based sensors)

ถงแมพนฐานเทคโนโลยในการวดของ GMP343 จะเปน Vaisala CARBOCAP® Sensor ทอธบายไป แตตวฐาน NDIR ใน GMP343 มความซบซอนกวา ซงชวยเพมสมรรถนะและความทนทานสงใหยงขน

>> โครงสรางใหมของโพรบวดคารบอนไดออกไซด

โครงสรางของโพรบวดคารบอนไดออกไซด Vaisala CARBO-CAP® รน GMP343 แสดงในรปท 9 มความแตกตางจากเซนเซอร CARBOCAP® เดม ทใชในรนอน ๆ ดงน

● ตวโพรบวดเปนแบบเปด เพอใหกาซไหลผานเซนเซอรอยางอสระ โดยการฟงกระจาย

● ตวกำาเนดแสง FPI และตวรบแสง รวมอยทดานเดยวกน ในพนทถกปดดวยกระจก Sapphire ทมการอนความรอน ปดผนกปองกนระดบ IP67/ Nema 6

● ดานตรงขาม มแผนกระจกสะทอนโฟกสทเคลอบพเศษดวยโลหะทอง ทอนใหความรอนได

● มตววดอณหภมของกาซตดตงไวในตวโพรบวดดวย

▲ รปท 9 โครงสร�งของ GMP343

>> คณสมบตของโพรบ

เมอเปรยบเทยบกบเครองมอวดและวเคราะหทว ๆ ไป เครองวดคารบอนไดออกไซด Vaisala CARBOCAP® รน GMP343 มความพเศษเหนอกวาดงน

● ราคาประหยดกวา ● เปนการวดแบบ Diffusion Based● กนไฟนอย● ใชไดในสภาพแวดลอมทสมบกสมบน ทารณ● มเสถยรภาพทดในระยะยาว● ขนาดเลก นำาหนกเบา● สามารถเพมประสทธภาพไดอยางยอดเยยม ● ไมตองการภาคจายไฟภายนอก เมอใชงานรวมกบ

Portable Indicator/Datalogger

IP67 (Nema 6) sealed housing

Miniature filament lamp (electrically pulsed)

FPI detector

Temperature sensor

Light absorbed by gas

Heated sapphire window

Heated gold plated and specially coated mirror



สนใจโปรดตดตอสอบถามรายละเอยดเพมเตมไดท

บรษท เมเชอรโทรนกซ จำ�กด2425/2 ถนนลาดพราว ระหวางซอย 67/2-69 แขวงสะพานสอง เขตวงทองหลาง กรงเทพฯ 10310

โทรศพท 0-2514-1000, 0-2514-1234 แฟกซ 0-2514-0001, 0-2514-0003

Internet: http://www.measuretronix.com e-mail: [email protected]

▲ รปท 11 GMP343 ใชตรวจวดก�รห�ยใจของพชและสงมชวตในดน

การวดกาซแบบฟงกระจาย (diffusion based sampling) ใชไดดในงานสงแวดลอมหลายอยาง โดยเฉพาะกรณทการปมตวอยางกาซอาจสรางปญหาในการวด หรอทำาใหเกดความคลาดเคลอน

ตวอยางเชน การวด CO2 ในดน การปมตวอยางกาซบางครงเกดความดนตำากวาปกต ทำาให CO2 จากดนเพมขนกะทนหน ประโยชนสำาคญของเซนเซอรแบบ Diffusion-based คอ ซบซอนนอย กนไฟนอย ตองการการบำารงรกษานอย สามารถนำาไปใชงานไดโดยไมตองมวสดปองกน ไมตองควบคมอณหภม

โพรบวดคารบอนไดออกไซด Vaisala CARBOCAP®

รน GMP343 เปนเครองมอชนดใหม ในการตรวจวด CO2 ในงานนเวศวทยา เปนเครองมอสำาหรบงานวจยในสภาพแวดลอมททารณ มเสถยรภาพระยะยาว ใชไฟนอย และใชงบประมาณไดอยางมประสทธภาพ

techno - tpa 214a_p38-45.pdfcover story teo oy december 2010-january 2011, vol.37 no.214 043

Documents