Process instrumentation unit 08

การวดัและควบคมุกระบวน

การเชิงวเิคราะห์วชิา อุปกรณ์วดัและควบคุมในกระบวนการ

Process Instrumentation

การวัดและควบคุมกระบวนการเชิงวิเคราะห์ หรือ กระบวนการตรวจวัด

และควบคุมคุณสมบัติทางเคมี

กระบวนการที่มีการตรวจวัดและควบคุมคุณสมบัติทางเคมี

แล้วนําผลที่ได้ไปทําการวิเคราะห์เพื่อสั่งการให้กระบวนการปรับสภาพ

การทํางานต่อไป ซึ่งโดยรวมถูกเรียกว่า “กระบวนการเชิงวิเคราะห์

(analytical process)”

PAT.M.

ดร.ปรัชญา มงคลไวย์

Dr.PRATYA MONGKOLWAI

การวดัและควบคมุกระบวน

การเชิงวเิคราะห์วชิา อุปกรณ์วดัและควบคุมในกระบวนการ

Process Instrumentation

หัวข้อ

1.การตรวจวัดค่าความนําทางไฟฟ้า

2.การตรวจวัดและควบคุมค่า pH

3.การตรวจวัดค่าความถ่วงจําเพาะ และความหนาแน่น

4.การตรวจวัดความชื้น

PAT.M.

1.การตรวจวัดค่าความนําทางไฟฟ้า

การตรวจวัดค่าความนําไฟฟ้า- ชนิดของอิเล็กโตรไลท์

- ความเข้มข้นของสารละลาย

- อุณหภูมิของสารละลาย

กระบวนการเป็นลักษณะอิเล็ก

โตรไลท์ หรือสารละลายอันเกิด

จาก น้ํา กรด หรือ เกลือ เป็นต้น หน่วยเป็นโมห์ (mho) หรือ A/V

Conductivity measurement

คือ การวัดคุณสมบัติในการ

นํากระแสไฟฟ้า ที่มีลักษณะเป็น

สารละลายอิเล็กโตรไลท์ค่าความนําเขียนแทนด้วย

PAT.M.

1.การตรวจวัดค่าความนําทางไฟฟ้า

อิเล็กโทรด (electrode)

เมื่อมีความต่างศักย์ไฟฟ้า

ตกคร่อมระหว่าง Plate ก็

จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลจาก

อิเล็กโทรดด้านหนึ่งไปยังอีก

ด้านหนึ่ง

Plate ตัวนําหรอืเรยีกว่าอิเล็กโทรด

K

ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของสารละลาย

อยู่ระหวา่ง plate

พบว่ากระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นมีค่าเป็นสัดส่วนโดยตรง

กับสภาพความนําไฟฟ้าของสารละลายเอง

PAT.M.

1.การตรวจวัดค่าความนําทางไฟฟ้า

อิเล็กโทรด (electrode)

PAT.M.

2.การตรวจวัดและควบคุมค่า pH

การตรวจวัดและควบคุมค่า pH

-กรด (acid)

-กลาง (neutral)

-ด่าง, เบส (alkaline, base)

คือ หน่วยวัดระดับความเข้มข้นของ

ไฮโดนเจน (H) ในสารละลาย

(potential of Hydrogen ion)

ระดับ pH

2.1 หลักการพื้นฐาน

2.2 อิเล็กโทรดสําหรับวัดค่า pH

หัวข้อย่อย

PAT.M.

2.การตรวจวัดและควบคุมค่า pH

2.1 หลักการพื้นฐาน

ประจุไฟฟ้า หรือ อิออน (ion)

แบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด

อิออนไฮโดนเจน (hydrogen ion, H+)

อิออนไฮดรอกไซด์ (hydroxyi ion, OH-)

-กรด (H+) > (OH-)

-กลาง (H+) = (OH-)

-ด่าง (H+)< (OH-)

M+ คือ ปริมาณ อิออนบวก

A- คือ ปริมาณ อิออนลบ

MA คือ ปริมาณ อิอิอนกลาง

PAT.M.

2.การตรวจวัดและควบคุมค่า pH

2.1 หลักการพื้นฐาน

PAT.M.

2.การตรวจวัดและควบคุมค่า pH

2.1 หลักการพื้นฐาน

PAT.M.

2.การตรวจวัดและควบคุมค่า pH

2.2 อิเล็กโทรดสําหรับวัดค่า pH

ประกอบด้วย

อิเล็กโทรดแอคทีฟ

(active electrode)

อิเล็กโทรดอ้างอิง

(reference electrode)

ทําหน้าที่เป็น sensor ตรวจวัดปริมาณอิออน

ไฮโดรเจน ของสารละลายเป้นแรงดันไฟฟ้า

เอาต์พุต

ทําหน้าที่เป็นแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงให้กับ

อิเล็กโทรดแอคทีฟ

อิเล็กโทรดอ้างอิง

(reference electrode) อิเล็กโทรดแอคทีฟ

(active electrode) PAT.M.

2.การตรวจวัดและควบคุมค่า pH

2.2 อิเล็กโทรดสําหรับวัดค่า pH

ประกอบด้วย

อิเล็กโทรดแอคทีฟ

(active electrode)

อิเล็กโทรดอ้างอิง

(reference electrode)

ทําหน้าที่เป็น sensor ตรวจวัดปริมาณอิออน

ไฮโดรเจน ของสารละลายเป้นแรงดันไฟฟ้า

เอาต์พุต

ทําหน้าที่เป็นแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงให้กับ

อิเล็กโทรดแอคทีฟ

PAT.M.

3.การตรวจวัดค่าความถ่วงจําเพาะ และความหนาแน่น

ค่าความถ่วงจําเพาะ

และค่าความหนาแน่น

SG, (specific gravity)

(density)

3.1 ไฮโดรมิเตอร์ (hydro meter)

3.2 เทคนิคปริมาตรคงที ่(fixed-volume method)

3.3 เทคนิคผลต่างความดัน (different-pressure method)

3.4 เทคนิคนิวเคลียร์ (nuclear method)

เทคนิคการตรวจวัด

PAT.M.

3.การตรวจวัดค่าความถ่วงจําเพาะ และความหนาแน่น

3.1 ไฮโดรมิเตอร์ (hydro meter)

- นิ ย ม ใ ช้ ใ น ก า ร ต ร ว จ ส อ บ

สถานการณ์คายปะจุ (dicharge)

ของเซลกรดตะกั่ว ของแบตเตอรี่

เมื่อแบตเตอรี่มีการคายปะจุ ค่า

SG ของสารละลายในแบตเตอรี่ก็

จะมีค่าลดลงตาม

SG

SGความสัมพันธ์ระหว่างค่า SG กับ

แรงดันไฟฟ้าการคายปะจุ VBATT

PAT.M.

3.การตรวจวัดค่าความถ่วงจําเพาะ และความหนาแน่น

3.1 ไฮโดรมิเตอร์ (hydro meter)

PAT.M.

3.การตรวจวัดค่าความถ่วงจําเพาะ และความหนาแน่น

3.1 ไฮโดรมิเตอร์ (hydro meter)

PAT.M.

3.การตรวจวัดค่าความถ่วงจําเพาะ และความหนาแน่น

3.2 เทคนิคปริมาตรคงที ่(fixed-volume method)

บางครั้งเรียกว่า “มิเตอร์ระยะขจัด”

(displacement meter)ปริมาตรเท่าเดิม แต่ SG

เปลี่ยนแปลง

PAT.M.

3.การตรวจวัดค่าความถ่วงจําเพาะ และความหนาแน่น

3.3 เทคนิคผลต่างความดัน (different-pressure method)ความสัมพันธ์ระหว่างผลต่างความดันกับค่า SG ของกระบวนการ เป็นดังนี้

โดยที่ dP คือ ผลต่างความดัน (differential pressure) ระหว่างระดับความสูง h

ใช้การตรวจวัด

ระดับแบบใช้

ฟองอากาศ

PAT.M.

3.การตรวจวัดค่าความถ่วงจําเพาะ และความหนาแน่น

3.4 เทคนิคนิวเคลียร์ (nuclear method)

โครงสร้างหลักประกอบด้วย

แหล่งกําเนิดรังสีแกมมา ติดตั้งไว้

ที่ ผ นั ง ท่ อ ส่ ง จ่ า ย ด้ า น น อ ก

จากนั้นตัวรับรังสีแกมมาจะทํา

ก า ร เ ป ลี่ ย น แ ป ล ง รั ง สี ใ ห้

กลายเป็นสัญญาณทางไฟฟ้า

PAT.M.

4.การตรวจวัดความชื้น

การตรวจวัดความชื้น

4.1 การตรวจวัดความชื้นสัมบูรณ์

(absolute humidity)

4.2 การตรวจวัดความชื้นสัมพัทธ์

(relative humidity, RH)

4.3 จุดกลั่นตัว (dew point)

คือ มวลของไอน้ําต่อหน่วยของปริมาตรอากาศ

คือ ปริมาณไอน้ําจริง เมื่อเทียบกับปริมาณไอน้ํา

สูงสุดในอากาศ

ค่าอุณหภูมิที่อากาศหรือก๊าซ เกิดการกลั่นตัว

เป็นหยดน้ํา

PAT.M.

4.การตรวจวัดความชื้น

4.1 การตรวจวัดความชื้นสัมบูรณ์

(absolute humidity)

คือ มวลของไอน้ําต่อหน่วยของปริมาตรอากาศ

W คือ ค่าความชื้นสมบูรณ์

Pw คือ ความหนาแน่นเชิงมวลของน้ํา

Pa คือ ความหนาแน่นเชิงมวลของอากาศ

ในหลักการคุณสมบัติตัวเก็บปะจุไฟฟ้า

PAT.M.

4.การตรวจวัดความชื้น

4.2 การตรวจวัดความชื้นสัมพัทธ์

(relative humidity, RH)

แบบไซโครเมตริก

(psychrometric detector)

แบบไฮโกรเมตริก

(hygrometric detector)

แบบค่าความจุไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์

(electronic capacitance detector)

อาศัยการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพของ

วัสดุจําพวกไฮโกรสโคปิค (hygroscopic) เช่น เส้นผม,

ฝ้าย, เยื่อกระดาษเป็นต้น

ใช้หลักการเปรียบเทียบ

อุณหภูมิของ สองสภาวะ

ใช้หลักการตัวเก็บปะจุไฟฟ้า

ผสมกับหลักการไฮโกรเมตรกิ

PAT.M.

4.การตรวจวัดความชื้น

4.3 จุดกลั่นตัว (dew point)

หรือ ลิเทียมคลอไรด์

(lithium chloride)

ตัวนําไฟฟ้า

ตัวตรวจวัด

ห่อหุ้มด้วยใยแก้ว

PAT.M.

1.การตรวจวัดค่าความนําไฟฟ้า- ชนิดของอิเล็กโตรไลท์

- ความเข้มขน้ของสารละลาย

- อุณหภูมิของสารละลาย

หน่วยเป็นโมห์ (mho) หรือ A/V

Conductivity measurement

คือ การวัดคุณสมบัติในการ

นํากระแสไฟฟ้า ที่มีลักษณะเป็น

สารละลายอิเล็กโตรไลท์ค่าความนําเขยีนแทนด้วย

2.การตรวจวัดและควบคุมค่า pH

-กรด (acid) (H+) > (OH-)

-กลาง (neutral) (H+) = (OH-)

-ด่าง, เบส (alkaline, base) (H+)< (OH-)

คือ หน่วยวัดระดับความเข้มข้นของ

ไฮโดนเจน (H) ในสารละลาย(potential of Hydrogen ion)

ระดับ pH

ตรวจวัดโดย

อิเล็กโทรด

สําหรับวัดค่า pH

M+ คือ ปริมาณ อิออนบวก

A- คือ ปริมาณ อิออนลบ

MA คือ ปริมาณ อิอิอนกลาง

3. ค่าความถ่วงจําเพาะ และค่าความหนาแน่น

- ไฮโดรมิเตอร์ (hydro meter)

- เทคนิคปริมาตรคงที่ (fixed-volume method)

- เทคนิคผลต่างความดัน (different-pressure method)

- เทคนิคนิวเคลียร์ (nuclear method)เทคนิคการ

ตรวจวัด4. การตรวจวัดความชื้น

4.1 การตรวจวัดความชื้นสัมบูรณ์

(absolute humidity)

4.2 การตรวจวัดความชื้นสัมพัทธ์

(relative humidity, RH)

4.3 จุดกลั่นตัว (dew point)

คือ มวลของไอน้ําต่อหน่วยของปริมาตรอากาศ

คือ ปริมาณไอน้ําจริงเทียบกับปริมาณไอน้ําสูงสุดในอากาศ

ค่าอุณหภูมิที่อากาศหรือก๊าซ เกิดการกลั่นตัวเป็นหยดน้ํา

แบบไซโครเมตริก

(psychrometric detector)

แบบไฮโกรเมตริก

(hygrometric detector)

แบบค่าความจุไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์

(electronic capacitance detector)PAT.M.

ตาํราหลกัที่ใชส้อน

PAT.M.

-รศ.ดร.วรพงศ์ ตั้งศรีรัตน์, “การวัดและควบคุมกระบวนการ

(Process Control and Instrumentation)”, สํานักพิมพ์

ส.ส.ท.(สมาคมสง่เสริมเทคโนโลยี ไทย-ญี่ปุ่น), 2550.