Nâng cao độ tin cậy của thiết bị
TS Dương Thành Nam và các đồng nghiệp thuộc Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển công nghệ cao, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vừa được cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích “Hệ thống kiểm định, hiệu chuẩn thiết bị đo nồng độ khối lượng bụi PM10, PM2,5”.
Giải pháp hữu ích đề cập đến việc phát triển một hệ thống tiên tiến, hiện đại phục vụ kiểm định và hiệu chuẩn các thiết bị đo bụi trong môi trường không khí xung quanh. Hệ thống được thiết kế nhỏ gọn, linh hoạt, với khả năng tạo môi trường khí đồng nhất và độ chính xác cao trong kiểm định, giúp nâng cao chất lượng giám sát không khí, bảo vệ sức khỏe con người.
Nghiên cứu của nhóm là hệ thống kiểm định, hiệu chuẩn thiết bị đo nồng độ khối lượng bụi PM10, PM2,5 trong môi trường không khí. Đây là một giải pháp độc đáo và sáng tạo trong lĩnh vực đo lường, phục vụ mục tiêu nâng cao chất lượng, độ tin cậy của các thiết bị đo bụi sử dụng trong giám sát môi trường không khí.
Hệ thống có khả năng kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ bụi, đáp ứng các yêu cầu khắt khe trong kiểm định và hiệu chuẩn.
Hệ thống này gồm 4 thành phần chính. Đầu tiên là cơ cấu tạo dòng khí sạch, có chức năng lọc thô, lọc tinh, kiểm soát các thông số khí đầu vào như nhiệt độ và độ ẩm. Tiếp theo là cơ cấu tạo dòng hạt bụi PM, được thiết kế để tạo ra các hạt bụi chuẩn với nồng độ trong khoảng từ vài μg/m³ đến 500 μg/m³.
Các hạt bụi này sau đó được đưa vào tháp trộn bụi PM, nơi chúng được phân bố đồng đều nhờ sử dụng dòng chảy rối. Thành phần cuối cùng là thiết bị đo tham chiếu, cho phép so sánh và hiệu chuẩn các thiết bị đo bụi cần kiểm định.
Hệ thống kiểm định, hiệu chuẩn thiết bị đo nồng độ khối lượng bụi (PM10, PM2,5) gồm 4 phần riêng biệt: Cơ cấu tạo dòng khí sạch; cơ cấu tạo dòng hạt của bụi PM; tháp trộn hạt bụi PM với các đầu lấy mẫu đẳng động học (isokinetic); và thiết bị đo tham chiếu.
Cơ cấu tạo dòng khí sạch có tác dụng tách ẩm, lọc thô, lọc tinh, kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm của không khí trước khi đưa vào tháp trộn bụi PM. Cơ cấu tạo dòng hạt bụi PM có tác dụng tạo các dòng hạt chuẩn và đưa vào tháp trộn bụi.
Tháp trộn bụi được thiết kế tương đương với một phòng sạch, tại đây các hạt PM chuẩn ổn định sẽ được đưa về môi trường đồng nhất, cân bằng trong điều kiện nhiệt độ, độ ẩm tương đối được kiểm soát. Thiết kế dựa trên nguyên lý dòng chảy nhằm hạn chế tối đa sự thất thoát hạt trong quá trình vận chuyển hạt đến các đầu lấy mẫu cũng như đảm bảo sự phân bố đồng đều của hạt PM trong tháp.
Dòng chảy trong tháp trộn là dòng chảy rối, đặc trưng theo trường vận tốc, thu được bằng các phép đo và mô phỏng, hỗn loạn với biên dạng vận tốc gần như bằng phẳng trong vùng lấy mẫu. Đặc tính dòng chảy hỗn loạn được khảo sát bằng phép đo vận tốc và mô phỏng động lực học chất lỏng tính toán (CFD) chỉ ra dòng chảy hỗn loạn (rối) tại vị trí lấy mẫu hạt PM.
Vận tốc sẽ biến thiên lớn nếu dòng chảy là dòng chảy tầng. Để cải thiện sự đồng đều của việc phân phối hạt PM, 3 vòi phun khí (air jet) được đặt trong tháp trộn thử nghiệm, gần lỗ phun bụi, nhằm tạo ra các tia khí đối nghịch dẫn đến sự hỗn loạn của dòng chảy, tạo ra khu vực lấy mẫu với luồng không khí đi xuống được xác định rõ ràng.
Hiệu quả trong giám sát không khí
TS Dương Thành Nam cho biết, thiết bị đo nồng độ khối lượng bụi được đặt bên ngoài tháp trộn bụi PM. Các hạt bụi được hút qua các đầu lấy mẫu đặt trong tháp trộn, được chuyển đến thiết bị cần kiểm định, hiệu chuẩn và thiết bị tham chiếu. Áp suất trong tháp trộn và tốc độ dòng chảy qua các thiết bị được giám sát.
Có thể lấy nhiều mẫu đồng thời để xác định đặc điểm của hạt PM thử nghiệm, bao gồm nồng độ và phân bố kích thước của hạt. Phải đảm bảo rằng hạt PM giống nhau (kích thước và nồng độ) được cung cấp cho cả thiết bị cần kiểm định, hiệu chuẩn và thiết bị tham chiếu.
Trong quá trình lấy mẫu, phải hạn chế ảnh hưởng đến dòng chảy trong tháp, sự khác biệt nhỏ về vận tốc dòng chảy sẽ gây ra sự tích tụ hoặc tiêu tán hạt PM dẫn đến lấy mẫu không chính xác. Do đó, các đầu lấy mẫu đẳng động học (isokinetic) được sử dụng và đặt trong tháp trộn.
TS Nam kỳ vọng sáng chế đem lại hiệu quả cao trong giám sát chất lượng không khí. Giải pháp hữu ích mang lại những hiệu quả nổi bật trong lĩnh vực kiểm định và hiệu chuẩn thiết bị đo nồng độ khối lượng bụi PM10, PM2,5.
Trước tiên, hệ thống cho phép thực hiện các phép đo với độ chính xác cao, đáp ứng được các yêu cầu nghiêm ngặt của các tiêu chuẩn đo lường quốc gia và quốc tế. Nhờ khả năng tạo ra môi trường khí đồng nhất với các hạt bụi chuẩn ổn định, hệ thống đảm bảo kết quả kiểm định và hiệu chuẩn đáng tin cậy, giúp nâng cao chất lượng của các thiết bị đo bụi.
Hệ thống có tính linh hoạt và nhỏ gọn, dễ dàng tích hợp vào các phòng thí nghiệm tiêu chuẩn mà không yêu cầu không gian lớn hay các điều kiện vận hành phức tạp. Với khả năng kiểm soát nồng độ bụi từ vài μg/m³ đến 500 μg/m³ và lưu lượng lên đến ít nhất 40 L/min, hệ thống có thể kiểm định, hiệu chuẩn nhiều loại thiết bị đo bụi khác nhau, bao gồm cả các thiết bị lấy mẫu trọng lượng cũng như thiết bị đo tự động.
Hệ thống này còn hỗ trợ phương pháp cân bằng trọng lượng với cân vi lượng, mở rộng khả năng ứng dụng cho nhiều loại thiết bị đo bụi khác nhau. Điều này giúp tăng hiệu suất và giảm chi phí vận hành trong quá trình kiểm định, hiệu chuẩn.
Hệ thống tích hợp chương trình điều khiển tự động, giúp giám sát và điều chỉnh toàn bộ quá trình hoạt động một cách chính xác, hiệu quả. Nhờ đó, người vận hành có thể dễ dàng theo dõi, phân tích dữ liệu và đảm bảo điều kiện kiểm định luôn ổn định.
Giải pháp này không chỉ đáp ứng nhu cầu kiểm định, hiệu chuẩn thiết bị đo bụi, mà còn có thể sử dụng trong các nghiên cứu khoa học và đánh giá hiệu suất của các thiết bị sol khí khác. Điều này giúp mở rộng phạm vi ứng dụng trong giám sát chất lượng không khí, từ môi trường xung quanh, trong nhà đến nơi làm việc, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và nâng cao chất lượng môi trường sống.
