6. Cấu trúc của luận văn
1.4.2 Phương pháp đo động
Phương pháp đo động là phương pháp khá phổ biến khi nghiên cứu cảm biến khí. Trong phương pháp này, điện trở của cảm biến được ghi liên tục theo thời gian, trong khi một lưu lượng khí nhất định luôn luôn được thổi qua buồng đo. Khí phân tích sẽ được đưa vào thông qua một van chuyển, nhưng vẫn đảm bảo lưu lượng khí tổng cộng thổi qua buồng đo là không đổi. Trong phương pháp này, nồng độ khí C (ppm) cần đo sẽ được tính theo công thức:
𝐶 = 𝐶0 × 𝑓
𝑓+𝐹 (1.19)
Trong đó: f (sccm) và F (sccm) lần lượt là lưu lượng khí chuẩn và khí mang; C0 (ppm) là nồng độ khí chuẩn.
Thông thường, khí mang là không khí sạch, trong các thiết kế hệ trộn khí, khí này đồng thời đóng vai trò là khí so sánh (đo đường nền) vừa là khí pha loãng thành các nồng độ khí cần đo. Đối với phương pháp đo động, thời gian đáp ứng và hồi phục của cảm biến hầu như không phụ thuộc vào thể tích bình đo mà phụ thuộc vào lưu lượng khí thổi qua bình. Ngoài ra, thời gian đáp ứng và hồi phục còn phụ thuộc vào bản chất của lớp nhạy khí cũng như tương tác giữa khí phân tích và bề mặt lớp nhạy khí. Đối với phương pháp đo tĩnh, thời gian đáp ứng và thời gian hồi phục phụ thuộc một cách đáng kể vào thể tích bình đo. Bình đo có thể tích càng lớn thì thời gian đáp ứng và hồi phục càng lớn.
1.4.2.1 Cấu tạo buồng đo khí
Buồng đo khí là một trong những bộ phận quan trọng trong hệ đo khí, đối với hệ đo động thì buồng đo thường cấu tạo bởi các bộ phận chính sau: Lò nhiệt để gia nhiệt cho cảm biến; ống dẫn khí vào và khí ra; bộ phận kết nối điện cực của cảm biến với tín hiệu điện (Hình 1.11). Vật liệu làm lò nhiệt, ống dẫn khí vào và khí ra thường được chọn làm bằng inox.
Hình 1.10. Cấu tạo buồng đo khí cho phương pháp đo động[18].
1.4.2.2 Cấu tạo của hệ trộn khí
Thiết kế xây dựng hệ trộn khí hết sức quan trọng, vì nó đảm bảo độ chính xác, độ ổn định và độ lặplại của phép đo. Trong hệ đo động thì khí được trộn theo tỷ lệ thể tích bằng các bộ điều khiển lưu lượng khí (MFC). Vai trò của hệ trộn khí là tạo ra được một nồng độ khí mong muốn từ một chai khí chuẩn có nồng độ xác định và khí mang để khảo sát độ nhạy khí của cảm biến. Khi khảo sát ở nồng độ khí cao, người ta thường chọn phương pháp trộn khí một lần (Hình 1.12(a)). Còn khi khảo sát ở nồng độ thấp hơn người ta có thể sử dụng phương pháp trộn khí hai lần (Hình 1.12(b)). Hình 1.12 (a) là sơ đồ nguyên lí của hệ trộn khí một lần sử dụng ba bộ điều khiển lưu lượng MFC, Bộ điều khiển MFC-1 dùng để điều khiển lưu lượng (f) khí chuẩn, MFC-2 (F) dùng để điều khiển lưu lượng khí mang (thường là không khí) để
trộn với nhau. Thay đổi điện áp điều khiển MFC-1 và MFC-2 là có thể điều khiển lưu lượng khí đầu ra của hai bộMFC này theo các tỷ lệ mong muốn, nghĩa là thay đổi được nồng độ khí đo mong muốn để khảo sát cảm biến và được tính theo công thức (1.19). Tổng lưu lượng khí đầu ra của hai bộ điều khiển lưu lượng MFC-1, MFC-2 luôn luôn không đổi và bằng ở đầu ra của bộ điều khiển lưu lượng MFC-3 ở mọi nồng độ khí cần đo trong cùng một lần đo để đảm bảo áp suất khí thổi vào bề mặt của cảm biến luôn không đổi khi chuyển từ khí đo sang khí mang (khí nền) bằng cách nhấn vào van đảo chiều từ “trạng thái 1” sang “trạng thái 2” như trên Hình 1.12(a). Mặc khác, để đảm bảo độ lặp lại của phép đo thì trước và sau các bộ điều khiển lưu lượng MFC phải đảm bảo áp suất khí không thay đổi bằng cách lắp vào trước và sau các bộ điều khiển lưu lượng MFC bằng các van điều áp.
Để đo được các nồng độ khí thấp hơn và có nhiều giá trị nồng độ khí khác nhau thì hệ trộn khí phải thiết kế hệ đo trộn khí hai lần (Hình 1.12(b)). Sự khác nhau của hệ trộn một lần so với hệ trộn hai lần là sử dụng thêm hai bộ điều khiển lưu lượng MFC-4(f) và MFC-5(F) để trộn lần một. Đầu ra của bộ MFC-4 và MFC-5 được đưa vào một bình trộn trung gian với nồng độ xác định theo công thức (1.19) và bình trộn này đóng vai trò như một chai khí chuẩn với nồng độ xác định để đưa vào trộn lần hai giống như hệ trộn một lần. Đầu ra của hệ trộn hai lần cũng đưa vào đầu vào ① 𝑣à ② của van đảo chiều để chuyển từ khí đo sang khí nền[18].
Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lí của hệ trộn khí: (a) trộn một lần và (b) trộn hai lần[19].
1.5 HỢP CHẤT HỮU CƠ DỄ BAY HƠI (VOCs) 1.5.1 Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs)