سنسورها و ابزارهای کدورت

سنسورها و ابزارهای کدورت میزان نور عبوری از یک نمونه را اندازه گیری می کنند. 

نمایش تمام سازندگان سنسورها و ابزارهای کدورت

اندازه گیری کدورت

کدورت به طور رسمی به عنوان اندازه گیری نفوذ ناپذیری تابش الکترومغناطیسی از طریق یک نمونه تعریف می شود. ابزارهای کدورت شرح داده شده در این راهنما در درجه اول برای تجزیه و تحلیل هوا و دود استفاده می شوند. این انواع رسانه ها را می توان به طور غیررسمی بسته به تیرگی آنها به عنوان "روشن" یا "کثیف" توصیف کرد.

اندازه گیری کدورت تا حد زیادی به غلظت ذرات داخل یک نمونه بستگی دارد. هنگامی که تابش الکترومغناطیسی - در این مورد نور مرئی یا تابش مادون قرمز - به سمت یک نمونه ساطع می شود، جامدات معلق پراکنده می شوند، منعکس می شوند و تابش را جذب می کنند و از عبور آن جلوگیری می کنند. سنسورهای کدورت مقدار نور عبوری را اندازه گیری می کنند و آن را به مقدار مربوطه تبدیل می کنند.

اصول اندازه گیری

ذرات درون یک نمونه معمولا تابش ساطع شده را جذب یا پراکنده می کنند. به طور کلی، ذراتی که کوچکتر از طول موج تابش ساطع شده هستند، آن را جذب می کنند، در حالی که ذرات بزرگتر از طول موج آن را پراکنده می کنند. سناریوی دوم برای اندازه گیری کدورت ارجح است. از آنجایی که اندازه ذرات در انتشارات صنعتی معمولاً بین 0.1 تا 50 میکرون است، سنسورهای کدورت معمولاً از طول موج‌های کوتاه بین 0.38 تا 0.75 میکرومتر استفاده می‌کنند.

پراکندگی نور در دو نمونه مختلف. نمونه بالایی نسبت به پایین مات کمتری دارد و نور کمتری را پراکنده می کند (و بیشتر منتقل می کند).

یک فرمول نسبتا ساده برای عبور نور در زیر ذکر شده است.

کجا:

T = درصد انتقال

I = شدت نور عبوری

I 0 = شدت نور فرودی

با توجه به قانون بیر-لامبرت، انتقال نیز می تواند به صورت زیر محاسبه شود:

کجا:

e = پایه لگاریتم طبیعی

n = تعداد ذرات در واحد حجم

a =میانگین سطح پیش بینی شده ذره

q =ضریب انقراض ذرات

l = طول مسیر پساب

توجه به این نکته ضروری است که Naq ضریب تضعیف کدورت نمونه است که ممکن است در متون مرجع یا استانداردها یافت شود.

کدورت ( O ) به عنوان درصد را می توان با کم کردن میزان عبور از 100٪ پیدا کرد:

چگالی نوری، که گاهی اوقات خاموشی  ( D ) نامیده می شود، یک پارامتر مفید است که می تواند از اندازه گیری های کدورت محاسبه شود:

ارقام چگالی نوری مقادیر کوچکی هستند که به طور دقیق گذر و شفافیت را توصیف می کنند. به عنوان مثال، چگالی نوری 1.0 نشان‌دهنده کدورت تقریباً 90٪ و گذردهی حدود 10٪ است. زمانی که چگالی نوری به 2.0 می رسد، گذردهی بسیار کوچک است و گفته می شود که نمونه کاملاً مات است. با فرض توزیع نسبتاً نرمال اندازه ذرات، چگالی نوری یک رابطه خطی با غلظت ذرات دارد.

اصول متره

توجه به این نکته مهم است که ابزارهای کدورت سعی می کنند مشاهده نمونه توسط چشم انسان را تکرار و کمیت کنند. از آنجایی که چشم انسان فتوپیک است و حداکثر حساسیت آن در حدود 0.55 میکرومتر است، منابع نور در ابزارهای کدورت نیز باید دارای توزیع فتوپیک باشند. به عنوان مثال، منابع رشته‌ای دارای حساسیت حداکثری در حدود 1.0 میکرومتر هستند و به دلیل آب جذب شده و تشخیص ضعیف ذرات زیر میکرون، خطاهایی ایجاد می‌کنند.

بیشتر حسگرها در محدوده مادون قرمز ساطع می کنند، زیرا طول موج جذب اکثر ذرات آلاینده رایج - از جمله CO، CO 2 و هیدروکربن ها - در این محدوده قرار دارد.

نمودار زیر ویژگی‌های انتقال ذرات مختلف هوا، از جمله جذب مادون قرمز مربوطه را نشان می‌دهد. با جمع‌آوری این داده‌ها با اندازه‌گیری‌های کدورت گرفته‌شده در طول‌موج‌های مختلف، می‌توان غلظت ذرات تقریبی را تعیین کرد. ویژگی های ذرات هیدروکربن ها (CH 4 ) و دی اکسید کربن (CO 2 ) برای نظارت بر کدورت دود از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

برنامه های کاربردی

رایج ترین استفاده برای ابزارهای مات، اندازه گیری انتشار گازها است. همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است، اکثر نهادهای حاکم محدودیت هایی را برای شفافیت انتشارات تعیین می کنند. بنابراین، ابزارهای کدورت به پشته های اگزوز در وسایل نقلیه، ساختمان های صنعتی و سایر منابع برای نظارت بر انتشارات متصل می شوند.

سنسورهای کدورت را می توان به همان شیوه برای نظارت بر شرایط تجهیزات استفاده کرد. تجزیه و تحلیل احتراق سوخت موتور از طریق نظارت بر کدورت یک روش عالی برای تعیین نیاز به تعمیر و نگهداری یا تنظیم است.

سه نوع انتشار (از چپ): 20٪، 40٪، و 80٪ کدورت. پشته در سمت چپ، تنها پشته ای است که در محدوده های تعیین شده محلی عمل می کند، در حالی که پشته در سمت راست، انتشار بسیار کثیفی در نظر گرفته می شود.

یک کاربرد کمتر رایج برای سنسورهای مات، اندازه گیری هوای محیط است. اقلیم شناسان می توانند از این مقدار کدورت برای محاسبه دید افقی استفاده کنند.

استانداردها

طراحی، استفاده و آزمایش ابزارهای کدورت توسط استانداردها و مشخصات خاص منتشر شده کنترل می شود. نمونه هایی از استانداردهای اصلی عبارتند از:

• ASTM D 6216 رویه استاندارد برای تولیدکنندگان مانیتورهای شفاف برای تأیید انطباق با مشخصات طراحی و عملکرد

• BS EN 15267 کیفیت هوا: گواهی سیستم های اندازه گیری خودکار (سری)

• BS EN 14181 انتشار منابع ایستگاه: تضمین کیفیت سیستم‌های اندازه‌گیری خودکار

ابزارهای نظارت بر پشته

سنسورهای کدورت مورد استفاده برای نظارت بر پشته دستگاه‌های آنلاینی هستند که به جریان فرآیند چسبانده می‌شوند. اینها معمولاً به عنوان انتقال سنج شناخته می شوند . آنها معمولاً از یک فرستنده تشکیل شده اند که تابش ساطع شده را از طریق جریان هدایت می کند و یک گیرنده که تابش ارسالی را اندازه گیری می کند. هر دو جزء نیاز به اتصال به یک واحد کنترل دارند که انتشار را از فرستنده و خروجی داده از گیرنده آغاز می کند. این خروجی ممکن است به شکل مقادیر محاسبه‌شده مختلف از جمله درصد کدورت، درصد عبور، چگالی نوری یا چگالی غبار باشد.

تصاویر زیر دو آرایش سنسور کدورت متفاوت را نشان می دهد. تصویر سمت چپ فرستنده و گیرنده ای را نشان می دهد که دارای یک بخش لوله است که می تواند در پشته اگزوز گنجانده شود. تصویر سمت راست یک تنظیم مشابه را نشان می دهد که به انتهای یک پشته متصل شده است به طوری که نیازی به بخش لوله اضافی نیست.

اکثر مترها برای نمایش مقادیر درصد کدورت یا چگالی نوری کالیبره شده اند. دستگاه های تخصصی تر می توانند مقادیر مرتبط مانند بارگیری گرد و غبار را خروجی دهند.

ابزارهای Opacity معمولاً دارای نوعی قابلیت ثبت اطلاعات هستند که در واحد کنترل تعبیه شده است. ذخیره سازی داده های کوتاه مدت برای کنترل فرآیند مفید است، در حالی که داده های بلند مدت را می توان برای گزارش انتشار گازهای گلخانه ای جمع آوری کرد. بسیاری از واحدها/مترهای کنترل نیز حاوی یک آلارم یکپارچه هستند که در صورت رسیدن به تعداد غیرقابل قبولی از اندازه گیری های بالا فعال می شود.

Single-Pass در مقابل Double-Pass

انتقال سنج ها ممکن است به عنوان ابزارهای تک یا دو گذر طراحی شوند. ابزارهای تک گذر یک بار تشعشع را از طریق یک جریان فرآیند منتقل می کنند و از یک فرستنده و یک گیرنده در طرف مقابل پشته تشکیل می شوند. در حالی که استفاده از این دستگاه ها ساده و مقرون به صرفه است، اما کالیبراسیون آنها بدون استفاده از منبع نور دوم که به طور خاص برای کالیبراسیون طراحی شده است دشوار است.

فرستنده های دو گذر با فرستنده و گیرنده در یک سمت پشته طراحی شده اند. انتشارات از منبع نور با استفاده از یک بازتابنده تنظیم شونده خودکار به گیرنده منتقل می شود و به طور موثر مسیر نور فرستنده سنج را دو برابر می کند و حساسیت آن را دو برابر می کند. دستگاه های دو گذر برخی از مشکلات کالیبراسیون ذاتی در ابزارهای تک گذر را حذف می کنند و ابزار ساده تری برای تشخیص آلودگی در پنجره فرستنده گیرنده فراهم می کنند.

سیستم انتقال سنج دو گذر تمام اجزایی که در بالا توضیح داده شد در فرستنده گیرنده و پروب یافت می شوند.

اندازه گیری آفلاین

در حالی که سنسورها و مترهای آنلاین رایج ترین هستند، دستگاه های آفلاین نیز برای کاربردهای تخصصی ساخته می شوند.

به عنوان مثال، پشته های شعله بدون دود معمولاً برای تکمیل احتراق و کنترل مقدار دود تولید شده نیاز به تزریق بخار دارند. از سنسورهای مادون قرمز می توان برای کمک به اتوماسیون تخلیه بخار استفاده کرد. در این چیدمان، یک سنسور در فاصله ای (تا 1000 متر) از شعله قرار می گیرد و به دقت کالیبره می شود تا اشعه مادون قرمز را مستقیماً در شعله ساطع کند. خروجی سنسور کدورت را می توان برای افتراق شعله های کثیف و دودی که انتقال را کاهش می دهد با شعله های تمیز سوز که تمایل به انتقال تشعشعات بیشتری دارند استفاده کرد. اگر سیستم تشخیص دهد که بخشی از شعله کثیف است، بخار بیشتری آزاد می شود تا خروجی دود از بین برود.

یک سنسور کدورت که برای کنترل خودکار یک پشته شعله ور بدون دود استفاده می شود.

منبع

globalspec