Gas Sensor คืออะไร? คู่มือเลือกเซ็นเซอร์แก๊สสำหรับอุตสาหกรรม
ในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี โรงกลั่นน้ำมัน และโรงงานผลิตที่มีความเสี่ยงสูง การตรวจวัดก๊าซรั่วไหลไม่ได้เป็นเพียงข้อกำหนดทางกฎหมาย แต่เป็นปราการด่านแรกในการรักษาชีวิตและทรัพย์สิน หัวใจสำคัญของระบบตรวจจับเหล่านั้นคืออุปกรณ์ขนาดเล็กที่เรียกว่า Gas Sensor หรือ เซ็นเซอร์แก๊ส ซึ่งทำหน้าที่แปลงปริมาณความเข้มข้นของก๊าซทางเคมีให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า บทความนี้จะเจาะลึกเทคโนโลยีของ Industrial Gas Sensor เพื่อให้วิศวกรและผู้เกี่ยวข้องสามารถเลือกใช้งานได้อย่างถูกต้องและแม่นยำ
Gas Sensor คืออะไร
Gas Sensor (เซ็นเซอร์แก๊ส) คืออุปกรณ์ Transducer ที่ทำหน้าที่ตรวจจับการมีอยู่และความเข้มข้นของก๊าซในบรรยากาศ โดยจะแปลงปฏิกิริยาทางเคมีหรือกายภาพระหว่างเซ็นเซอร์กับก๊าซเป้าหมาย ให้กลายเป็นสัญญาณไฟฟ้า (Electrical Signal) เช่น กระแสไฟฟ้า (mA) หรือความต้านทาน (Resistance) เพื่อส่งต่อไปยังหน่วยประมวลผลหรือ Gas Detector (เครื่องวัดแก๊ส) เพื่อแสดงผล แจ้งเตือน หรือสั่งการระบบ Safety Shutdown
ความแม่นยำของระบบ ความปลอดภัยโรงงาน ขึ้นอยู่กับคุณภาพและการเลือกประเภทของ Sensor ให้ตรงกับชนิดของก๊าซ (Target Gas) ไม่ว่าจะเป็นก๊าซติดไฟ ก๊าซพิษ หรือปริมาณออกซิเจน
หลักการทำงานของเซ็นเซอร์แก๊ส
เทคโนโลยีการตรวจจับก๊าซมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เพื่อลดข้อจำกัดเรื่อง Cross-sensitivity (การตอบสนองต่อก๊าซอื่นที่ไม่ใช่เป้าหมาย) และเพิ่มอายุการใช้งาน โดยหลักการทำงานที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมมีดังนี้:
Electrochemical Sensor
เป็นเทคโนโลยีมาตรฐานสำหรับตรวจวัด Toxic Gas (ก๊าซพิษ) เช่น H2S, CO, CL2 และ O2 Sensor หลักการทำงานอาศัยปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า (Electrochemical reaction) ภายในเซลล์ที่มีขั้วไฟฟ้า (Electrode) และสารละลายอิเล็กโทรไลต์ เมื่อก๊าซซึมผ่านเมมเบรนเข้าไปทำปฏิกิริยา Oxidation หรือ Reduction ที่ขั้วไฟฟ้า จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลซึ่งแปรผันตรงกับความเข้มข้นของก๊าซ
- จุดเด่น: ความไวสูง (High Sensitivity), ใช้พลังงานต่ำ, ตรวจจับได้ในระดับ ppm หรือ ppb
- ข้อจำกัด: อายุการใช้งานจำกัด (ประมาณ 2-3 ปี), ไวต่ออุณหภูมิและความชื้นสูง
Catalytic Bead Sensor (Pellistor)
นิยมใช้สำหรับตรวจจับ Combustible Gas (ก๊าซติดไฟ) ในช่วง 0-100% LEL (Lower Explosive Limit) โครงสร้างประกอบด้วยขดลวดความร้อนสองชุด (Active และ Reference) เคลือบด้วยสารเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) เมื่อก๊าซติดไฟสัมผัสกับ Active Bead จะเกิดการเผาไหม้ระดับไมโคร ทำให้อุณหภูมิและความต้านทานเปลี่ยนไป วงจร Wheatstone Bridge จะตรวจจับความแตกต่างนี้
- จุดเด่น: ราคาคุ้มค่า, ทนทาน, ตอบสนองต่อก๊าซติดไฟได้เกือบทุกชนิด
- ข้อจำกัด: ต้องมีออกซิเจนในการทำงาน, เสี่ยงต่ออาการ "Sensor Poisoning" จากสารซิลิโคนหรือซัลเฟอร์
Infrared (NDIR) Sensor
Infrared Sensor หรือ NDIR (Non-Dispersive Infrared) ใช้หลักการดูดกลืนแสงย่านอินฟราเรดของโมเลกุลก๊าซ ก๊าซแต่ละชนิดจะดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่นเฉพาะตัว (เช่น Hydrocarbon ดูดกลืนที่ 3.3-3.4 µm) เซ็นเซอร์จะวัดปริมาณแสงที่หายไปและคำนวณเป็นความเข้มข้น
- จุดเด่น: ไม่ต้องการออกซิเจนในการทำงาน (เหมาะกับถัง Inert gas), ไม่เกิด Sensor Poisoning, อายุการใช้งานยาวนาน (5 ปีขึ้นไป), Fail-safe
- ข้อจำกัด: ราคาสูงกว่า Catalytic, ไม่สามารถตรวจวัด Hydrogen (H2) ได้เนื่องจาก H2 ไม่ดูดกลืนแสง IR
Photoionization Detector (PID)
ใช้สำหรับตรวจวัดสารอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) ที่เป็นพิษในระดับต่ำมาก (ppm/ppb) โดยใช้หลอด UV ยิงพลังงานโฟตอนเพื่อทำให้โมเลกุลก๊าซแตกตัวเป็นไอออนบวกและลบ กระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการแตกตัวจะถูกวัดค่า
ประเภทของ Gas Sensor ตามการใช้งาน
เซ็นเซอร์ตรวจจับก๊าซติดไฟ (Combustible Gas)
เน้นการป้องกันการระเบิด (Explosion Protection) โดยวัดค่าเป็น %LEL ก๊าซที่พบบ่อยได้แก่ Methane (CH4), Propane, Butane และ Hydrogen การเลือกใช้ระหว่าง Catalytic Bead Sensor หรือ Infrared Sensor ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม หากมีสารปนเปื้อนพวกซิลิโคน ควรเลือกใช้ IR เพื่อความเสถียร
เซ็นเซอร์ตรวจจับก๊าซพิษ (Toxic Gas)
เน้นความปลอดภัยต่อสุขภาพผู้ปฏิบัติงาน วัดค่าในหน่วย ppm (Parts Per Million) ตามค่ามาตรฐานความปลอดภัย เช่น TWA (Time Weighted Average) ก๊าซอันตรายที่พบบ่อยในโรงงานคือ Hydrogen Sulfide (H2S), Carbon Monoxide (CO), Ammonia (NH3) และ Chlorine (CL2)
เซ็นเซอร์ตรวจวัดออกซิเจน (O2 Sensor)
มีความสำคัญ 2 ด้าน คือ 1. ตรวจสอบการขาดออกซิเจน (Oxygen Deficiency) ในพื้นที่อับอากาศ (Confined Space) ซึ่งอาจทำให้หมดสติ และ 2. ตรวจสอบปริมาณออกซิเจนเกิน (Oxygen Enrichment) ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงในการติดไฟ
วิธีเลือก Gas Sensor ให้เหมาะกับโรงงาน
การเลือก ตัวตรวจจับแก๊ส ที่เหมาะสม ต้องพิจารณาปัจจัยทางวิศวกรรมดังนี้:
พิจารณาประเภทก๊าซที่ต้องการตรวจวัด
ระบุชนิดก๊าซให้ชัดเจน หากต้องการวัดก๊าซไฮโดรคาร์บอนรวม อาจใช้ Catalytic Bead แต่หากต้องการวัดเฉพาะเจาะจง (Specific) เพื่อหลีกเลี่ยง False Alarm จากก๊าซอื่น ควรพิจารณาเทคโนโลยีที่จำเพาะเจาะจงมากขึ้น
สภาพแวดล้อมการติดตั้ง
- อุณหภูมิและความชื้น: Electrochemical sensor อาจเสื่อมสภาพเร็วในที่แห้งจัดหรือร้อนจัด
- ฝุ่นและสิ่งสกปรก: พื้นที่หน้างานที่มีฝุ่นเยอะอาจต้องใช้ Dust Filter หรือเลือกใช้ IR Sensor ที่ทนทานกว่า
- สารพิษต่อเซ็นเซอร์: หากในกระบวนการผลิตมีสารประกอบซิลิโคน ตะกั่ว หรือซัลเฟอร์ ห้ามใช้ Catalytic Bead
มาตรฐานและ Certification (ATEX, IECEx)
สำหรับพื้นที่เสี่ยงต่อการระเบิด (Hazardous Area) เช่น Zone 1 หรือ Zone 2 อุปกรณ์ Gas Detector และ Sensor ต้องได้รับรองมาตรฐาน ATEX หรือ IECEx เพื่อยืนยันว่าเป็นอุปกรณ์ประเภท Intrinsically Safe หรือ Explosion Proof ป้องกันการเกิดประกายไฟจากตัวอุปกรณ์เอง
การบำรุงรักษาและ Calibration
แม้จะเลือก เซนเซอร์ก๊าซ คุณภาพสูง แต่ การ Calibration (สอบเทียบ) เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ตามระยะเวลาที่กำหนด (เช่น ทุก 3-6 เดือน) เพื่อแก้ค่าความคลาดเคลื่อน (Drift) ตามธรรมชาติของเซ็นเซอร์
นอกจากนี้ควรทำ Bump Test ก่อนการใช้งานทุกครั้ง โดยเฉพาะเครื่องมือวัดแบบพกพา เพื่อตรวจสอบว่าเซ็นเซอร์ยังตอบสนองต่อก๊าซและระบบแจ้งเตือนทำงานปกติหรือไม่
สรุป - ทำไมต้องเลือก Gas Sensor คุณภาพ
การลงทุนใน Gas Sensor และระบบ ตรวจจับก๊าซรั่ว ที่มีคุณภาพสูงและเหมาะสมกับหน้างาน ไม่เพียงแต่ช่วยให้โรงงานผ่านมาตรฐานความปลอดภัย แต่ยังช่วยลดต้นทุนการหยุดผลิต (Downtime) จาก False Alarm และที่สำคัญที่สุดคือการปกป้องชีวิตพนักงาน ASE (Analytical Systems Engineering) พร้อมให้คำปรึกษาด้านการเลือกใช้เครื่องมือวัดอุตสาหกรรมด้วยความเชี่ยวชาญระดับสากล
