کالیبراسیون
مقدمه:
در نمونه برداری هوا بزرگترین عاملی که باعث خطا می شود، خطای ناشی از فلوی نمونه برداری است که موجب برآورد نادرست (کم یا زیاد) حجم هوای نمونه برداری می شود. از آنجا که برای تعیین غلظت، معمولأ مقدار آلاینده موجود در واحد حجم هوا اندازه گیری می شود بنابراین تنظیم و نگهداری فلوی صحیح و دقیق طی نمونه برداری نقش مهمی در برآورد صحیح غلظت دارد.
کالیبراسیون عبارتست از تعیین رابطه واکنش یا پاسخ دستگاه با مقادیر استاندارد از پارامتر مورد اندازه گیری . هدف از کالیبراسیون، به دست آوردن حجم (فلو) دقیق و صحیح در نمونه برداری و از بین بردن خطاهای در مقدار حجم قرائت شده می باشد.
1- انواع وسایل کالیبراسیون:
انواع کالیبراسیون : الف) کالیبراسیون فلو و حجم ب) کالیبراسیون راندمان جمع آوری ج)کالیبراسیون ثبات و بازیافت و د)کالیبراسیون پاسخ دهی سنسورها
انواع وسایل استاندارد :1- وسایل استاندارد اولیه 2- وسایل استاندارد میانی 3- وسایل استاندارد ثانویه
وسایل کالیبراسیون اولیه :ب وسایلی گفته می شود که نیازی به کالیبراسیون نداشته و جهت کالیبراسیون وسایل استاندارد میانی و ثانویه مورد استفاده قرار می گیرند و این وسایل عبارت اند از :بطری ماریوتی ، پیستون بدون اصطکاک ،تنفس سنج(اسپیرومتر) .
وسایل استاندارد میانی : وسایلی هستند که از آنها می توان برای کالیبره نمودن استانداردهای ثانویه استفاده می شود به شرط آن که خود آنها توسط استاندارد های اولیه کالیبره شده باشند مانند گازمترتر و گاز متر خشک.(امروزه وسایل استاندارد میانی را به عنوان وسایل کالیبراسیون ثانویه نیز در نظر می گیرند)
وسایل استاندارد ثانویه :وسایل هستند که به وسیله استانداردهای اولیه و میانی کالیبره می شوند و در صورتی که با دقت و به درستی مورد استفاده قرار گیرند از دقت و صحت برخوردارند مانند روتامتر ، وانتوری و اوریفیس .
1-1 وسایل کالیبراسیون اولیه :
- بطری ماریوتی: بطری ماریوتی جزء استاندارد های اولیه می باشد . این بطری وسیله ای تقریبا مشابه اسپیرومتر است و از ظرفی که دارای یک ورودی آب در بالای دستگاه ( ورودی هوا نیز در همان قسمت ورودی آب است ) و خروجی آب که در پایین آن قرار دارد تشکیل شده است .درون این بطری را با آب پر می کنند . زمانی که شیر خروجی آب باز باشد آب از دستگاه خارج شده و به همان مقدار حجم ، هوا از ورودی هوا داخل می شود . چنان چه حجم مقدار آب خروجی را داشته باشیم می توانیم حجم هوای وارد شده به دستگاه را محاسبه کرده و بدین وسیله دستگاه مورد نظر را از نظر حجم هوای آن کالیبره می کنیم.
- پیستون بدون اصطکاک (فلو متر حباب صابون ) : این وسیله از یک سیلندر و یک پیستون تقریبا بدون اصطکاک تشکیل شده است و برای کالیبراسیون در فلوهای 1 میلی لیتر بر دقیقه تا 1000 میلی لیتر بر دقیقه استفاده می شود .
با دانستن حجمی که حباب صابون در مدت زمان معینی طی می کند فلوی هوا محاسبه می گردد دقت فلومتر حباب صابون 1 % است هر چه فلو بیشتر باشد از دقت آن کاسته می شود زیرا هوا از خلال فیلم حباب صابون عبور و نفوذ می کند . نوعی از فلو متر حباب صابون ، فلو متر حباب صابون الکترونیکی است که مشابه فلومتر حباب صابون معمولی عمل کرده با این تفاوت که در این جا مان به طور دستی اندازه گیری می شود بلکه حس گرهای حساس به پرتوهای مادون قرمز وجود دارد که حباب را حس کرده و فلو را محاسبه می کند
1-2 وسایل استاندارد میانی:
- گازمترتر : ظرفی استوانه ای شکل است که در آن یک طبلک چهار یا شش پره ای قرار دارد و در آب نیمه غوطه ور است . در مرکز یا محیط هر بخش (اتاقک ) یک سوراخ وجود دارد هوا از مرکز وارد شده و از سوراخ محیطی خارج می شود هوایی که وارد اتاقک می شود باعث سبک شدن آن شده و پره ها را به سمت بالا حرکت می دهد .
پر و خالی شدن متناوب اتاقک ها باعث گردش طبلک می شود . تعداد گردش طبلک متناسب است با حجم هوایی که از گاز متر عبور کرده است . وسیله دارای صفحه ای مدرج است که نتیجه را توسط عقربه ای که حرکت دارد بر حسب واحد حجم بیان می کند . گاهی نیز این مقدار به صورت دیجیتال ارائه می شود . حجم آب در درون گاز متر باید مقدار معینی باشد که این مقدار توسط دریچه ای در قسمتی از دستگاه کنترل می شود . این وسیله دارای ترازی است که از طریق آن و پایه های دستگاه را تراز می نمایند . برای پر کردن آن باید آب را پس از تراز نمودن دستگاه از ورودی آب تا سرریز شدن آن از دریچه تنظیم به درون دستگاه ریخته شود.
- گاز متر خشک :گاز متر خشک شبیه کنتور گاز خانگی است این وسیله دارای دو کیسه است که به هم متصل می باشند و یک سیستم شمارش دارند وقتی هوا وارد دستگاه می شود کیسه ها به تناوب پر و خالی میشوند تعداد پر و خالی شدن کیسه ها به وسیله سیستم شمارنده تعیین می شود و به صورت حجم بیان می شود. این وسیله برای اندازه گیری فلوی عبوری در گستره ی 5 تا 5000 لیتر در دقیقه مناسب است .گاز متر خشک برای فلو های پایین دقت مطلوبی ندارد. برای کالیبره کردن آن از گاز متر تر کالیبره شده استفاده می شود .
1-3 وسایل کالیبراسیون ثانویه:
- روتامتر : روتامتر یا دستگاه سنجش دبی با سطح متغیر پر مصرف ترین وسیله ای است که برای اندازه گیری جریان هوا از آن استفاده می شود این دستگاه از یک لوله با قطر داخلی حساب شده ، یکنواخت ، شفاف و نیز یک جسم شناور جامد در داخل آن تشکیل شده است .جسم شناور توسط جریان هوا به طرف بالای لوله حرکت می کند، برای قرائت عدد مربوط به روتامتر باید بالاترین و پهن ترین قسمت از جسم شناور را در نظر گرفت و قرائت نمود.
روتامترها هم در آزمایشگاه ها و هم در وسایل نمونه برداری متداول ترین وسایل اندازه گیری فلو عبوری هستند . روتامتر های کوچک در تعیین فلو دقت کمتری دارند و روتامترهای بزرگتر ( بلند تر ) دقتشان بیشتر است . نوع متداول آن دقتی در حدود 5+/- درصد دارند . روتامتر ها به وسیله یک استاندارد اولیه نظیر فلو متر حباب صابون یا یک استاندارد میانی نظیر گازمتر خشک یا گازمترتر کالیبره می شوند .
- اوریفیس: ساده ترین فلومتر با فشار متغیر اورفیس یا صفحه روزنه دار با لبه مربع(Square-edged) یا لبه تیز( Sharp- edged) است. در اورفیس ها نقاط مختلفی برای نصب شیرهای اندازه گیری فشار در نظر گرفته شده است. روزنه ای کوچک در مسیر یک لوله حاوی هوا است به طوری که باعث تغییر فشار در دو طرف روزنه می گردد. اگر فشار استاتیک (فشاری که به جداره لوله وارد می گردد) در بالا دست روزنه بیشتر از فشار استاتیک در پایین دست روزنه باشد، اورفیس بحرانی خواهد بود.(0.53 P1
2 و S1/S2 >25) اورفیس بحرانی کاربرد زیادی در نمونه برداری داشته و از آن در نمونه برداری با میجت ایمپینجر و جاذب های سطحی در شرایطی که تامین فلوی ثابت بدون در نظر گرفتن تغییرات فشار مورد نیاز است استفاده می شود.
<>2- شرح آزمایش ها
2-1 کالیبراسیون پمپ نمونه بردارفردی با استفاده از فلومتر حباب صابون:
- وسایل مورد نیاز کالیبراسیون : پمپ نمونه برداری فردی ، فلو متر حباب صابون ، شلنگ رابط ، کرنومتر ،محلول آب و صابون، بشر.
- شرح آزمایش: ابتدا پمپ نمونه بردار فردی را توسط شیلنگ رابط به بورت حباب صابون وصل می کنیم سپس پمپ را روشن کرده و توسط پیچ مخصوص دبی پمپ را تنظیم می کنیم. دبی را یکبار روی 1 ، یکبار روی 2 و بار دیگر روی 3 لیتر بر دیقه تنظیم می کنیم. توسط کرنومتر مدت زمانی را که حباب صابون از صفر تا 500 سی سی را طی می کند یادداشت می کنیم. این آزمایش توسط دو فلومتر حباب و صابون انجام شد.
ما برای اطمینان از صحت آزمایش وبه دست آوردن ضریب تصحیح دقیق تر آزمایش را 3 بارتکرارکردیم. که اعداد به دست آمده به شرح زیر می باشد (زمان بر حسب ثانیه):
|
|
دبی 1 لیتر بر دقیقه |
دبی 2 لیتر بر دقیقه |
دبی 3 لیتر بر دقیقه |
|
حباب و صابون یک |
42/36=65/36و18/36و43/36 |
64/15=68/15و72/15و53/15 |
66/10=46/10و99/10و53/10 |
|
حباب و صابون دو |
58/38=72/38و55/38و48/38 |
60/17=39/17و81/17و62/17 |
51/13=53/13و63/13و37/13 |
حباب و صابون یک:
· دبی 1:
Ǭ823.72
سپس از فرمول زیر برای محاسبه ی ضریب تصحیح پمپ استفاده می کنیم.
Kfدبی دستگاه(واقعی)÷ دبی به دست آمده(ظاهری)
Kf ÷1= 0.8237
· دبی 2:
Ǭ1918.16
Kf دبی دستگاه(واقعی)÷ دبی به دست آمده(ظاهری)
Kf÷2= 0.959
· دبی 3:
Ǭ2814.26
Kf دبی دستگاه(واقعی)÷ دبی به دست آمده(ظاهری)
Kf÷3= 0.938
حباب و صابون دو:
· دبی 1:
Ǭ777.6
Kfدبی دستگاه(واقعی)÷ دبی به دست آمده(ظاهری)
Kf ÷1= 0.78
· دبی 2:
Ǭ1704.54
Kf دبی دستگاه(واقعی)÷ دبی به دست آمده(ظاهری)
Kf÷2= 0.85
· دبی 3:
Ǭ2220.58
Kf دبی دستگاه(واقعی)÷ دبی به دست آمده(ظاهری)
Kf÷3= 0.74
- نتیجه گیری: همانطور که مشاهده می شود اعداد بدست آمده در شرایط آزمایشی یکسان متفاوت می باشد این اختلافات به دلیل اشتباهات دستگاه واشتباهات فردی می باشد. و از آنجا که یک پمپ با دو فلومتر حباب و صابون بسیار متفاوت است، میزان خطا بالا بوده و فرسودگی دستگاه می تواند یکی از دلایل عمده ی این خطاها باشد. خطای دید هنگام خواندن اعداد دستگاه ،زمان سنج و... همچنین تاخیر یا تقدم در خاموش و روشن کردن دستگاه هاکه این اشتباهات در گروه اشتباهات فردی قرار می گیرد. لوله حباب صابون باید کاملاُ از مایع صابون لزج شده باشد تا کار با بیشترین صحت انجام شود. شل بودن لوله رابط درون پمپ نمونه برداری و وارد شدن آب درون پمپ می توانند عوامل این اختلافات باشند.
2-2 کالیبراسیون گازمترتر به وسیله ی بطری ماریوتی:
- وسایل مورد نیاز: گازمترتر، بطری ماریوتی، شیلنگ رابط، بالون ژوژه ی 1 و 2 لیتری
- شرح آزمایش: از صحت و سالم بودن ماریوتی اطمینان حاصل می کنیم و درون آن را پر از آب می کنیم . آن گاه خروجی گاز متر را توسط لوله رابط به ورودی بطری ماریوتی وصل می کنیم و از عدم وجود نشتی در مدار اطمینان حاصل می کنیم . ابتدا مقداری از آب بطری ماریوتی را خالی می کنیم تا هوا در مدار جریان یابد آن گاه مقدار نشان داده شده توسط گاز متر را یادداشت می کنیم . از خروجی بطری ماریوتی به وسیله استفاده از بالن ژوژه یا استوانه مدرج مقدار مشخصی آب خارج می کنیم . مقدار نشان داده شده بر روی گاز متر را قرائت کرده و از مقدار اولیه کم می کنیم و سپس مقدار ضریب خطای دستگاه را طبق رابطهK=V1/ V2 ( V1 حجم هوای خروجی از بطری ماریوتی و V2 حجم هوای خارج شده از گاز مترتر ) به دست می آوریم . جهت به دست آوردن ضریب خطای دقیق تر در حجم معنی از هوا و کمتر کردن خطای انسانی این مراحل را چندین بار تکرار می کنیم و از ضریب خطای به دست آمده میانگین می گیریم .
مدار کالیبراسیون را همان طور که در بالا ذکر شد می بندیم و از عدم نشتی هوا در آن اطمینان حاصل می کنیم . شیرهای ورودی و خروجی هوای گاز متر را باز می کنیم . با خارج نمودن آب از بطری ماریوتی هوا را در مدار به جریان می اندازیم . در این آزمایش برای عبور هوا از گاز متر و تعیین ضریب خطای آن در حجم های 5/0 ، 1 و 2 لیتر ( برای هر حجم سه مرتبه) آزمایش را انجام می دهیم .
بالون ژوژه ی 1 لیتری:
K=V1/ V2
K= 0.97/1 =0.97
بالون ژوژه ی 2 لیتری:
K=V1/ V2
K=1.98/2 =0.99
- نتیجه گیری: مقدار ضریب تصحیح بدست آمده، به عدد یک بسیار نزدیک می باشد. که این مقدار می تواند به دلیل فرسودگی واستفاده های مکرر از دستگاه بوجود آمده باشد. از این پس هنگامی که با این دستگاه کار می کنیم این مفدار ضریب تحیح بدست آمده را اعمال می کنیم.
2-3 کالیبراسیون گازمتر خشک به وسیله ی بطری ماریوتی:
- وسایل مورد نیاز: گازمترخشک، بطری ماریوتی، شیلنگ رابط، بالون ژوژه ی 2 لیتری
- شرح آزمایش: بطری ماریوتی را به وسیله ی یک شیلنگ رابط خروجی گازمترخشک به ورودی بطری ماریوتی متصل می شود یک بالون ژوژه در قسمت خروجی بطری ماریوتی قرار می گیرد . با بازکردن شیر خروجی آب داخل بطری ماریوتی به درون بالون ژوژه ی 2 لیتری میریزد و هوا جایگزین آن می شود در همین حین گازمترخشک شروع به اندازه گیری حجم هوای عبوری می کند.
اعداد قبل و بعد قرائت شده از گازمتر خشک عبارتست از 2487-2489 لیتر که اختلاف آن 2 لیتر می شود. و طبق رابطه ی زیر، ضریب تصحیح گازمتر خشک را بدست می آوریم :
K=V1/ V2
K= 2/2 =1
- نتیجه گیری: در اینجا ضریب تصحیح یک بدست آمده که نشان دهنده ی سالم بودن کامل گازمتر خشک می باشد. و از این پس برای کالیبره کردن دیگر وسایل با استفاده از این گازمتر خشک دیگر نیازی به اعمال ضریب تصحیح نمی باشد،در واقع ضریب تصحیح برابر یک بوده و تاثیری در محاسبات ندارد.
2-4 کالیبراسیون پمپ نمونه بردار فردی با استفاده از روتامتر:
- وسایل مورد نیاز: پمپ نمونه بردار فردی، روتامتر، شیلنگ رابط
- شرح آزمایش: پمپ را روی دبی یک تنظیم می کنیم و به روتامتر وصل می کنیم سپس دبی را از روی روتامتر خوانده سپس ضریب تصحیح پمپ را بدست می آوریم: (دبی روتامتر 1/1قرائت شده است)
دبی دستگاه(واقعی)÷ دبی به دست آمده(ظاهری) = ضریب تصحیح
=ضریب تصحیح1.1/1 =1.1
- نتیجه گیری: مقدار ضریب تصحیح بدست آمده، به عدد یک بسیار نزدیک می باشد. که این مقدار می تواند به دلیل فرسودگی واستفاده های مکرر از دستگاه بوجود آمده باشد. از این پس هنگامی که با این دستگاه کار می کنیم این مفدار ضریب تحیح بدست آمده را اعمال می کنیم. در اینجا، ضریب تصحیح بزرگتر از یک بوده و این مسئله نشان دهنده ی بزرگتر بودن فلوی ظاهری یا پمپ نمونه برداری از فلوی واقعی یا پمپ می باشد.
2-5 کالیبراسیون پمپ با حجم بالا با استفاده از اورفیس:
- وسایل مورد نیاز: پمپ با حجم بالا، مانومتر، اورفیس و صفحه ی روزنه دار
- شرح آزمایش: فلومتر پمپ با حجم بالا در اینجا گازمتر خشک است، و یک رکوردر وجود دارد که حجم هوا مدت زمان فعالیت پمپ را مشخص می کند و اگر به هر دلیلی پمپ قطع شود،با توجه به زمان ثبت شده در رکوردر می توان زمان قطع شدن پمپرا متوجه شد. اورفیس ها ظرف های روزنه داری هستند. با توجه به حجم نوع اورفیس (تعداد روزنه ها) متفاوت خواهد بود. اول هولدر دستگاه را از پایین باز کرده و فیلتر هولدر را جدا می کنیم و صفحه روزنه دار را بین صفحه تبدیل و استوانه اوریفیس کال قرار می دهیم. سپس اورفیس را جاگذاری می کنیم. مانومتر را توسط لوله پلاستیکی به استوانه اوریفیس کالیبراسیون وصل کنید. به دلیل وجود روزنه ها، فشار منفی ایجاد می شود، که این فشار منفی توسط مانومتر اندازه گیری می شود. اختلاف سطح(ΔH) ایجاد شده در مانومتر را قرائت کرده و آن را در منحنی استاندارد قرار می دهیم. سپس حجم واقعی را بدست می آوریم.با اعداد فلوی خوانده شده از پمپ و فلوی واقعی ،منحنی کار دستگاه که یک خط راست می باشد رسم می کنیم.
به دلیل در دسترس نبودن مانومتر سالم، این آزمایش انجام نشد.
2-6 ایجاد فلوی پایین (میلی لیتر بر دقیقه) با استفاده از پمپ نمونه بردار فردی:
- وسایل مورد نیاز: پمپ نمونه بردار فردی، روتامتر، پیچ تنظیم
- شرح آزمایش: گاهی اوقات میکرو پمپ ها در دسترس نبوده و ما برای ایجاد فلوی پایین باید از ست پمپ نمونه بردار فردی و روتامتر و پیچ تنظیم استفاده کنیم.روش کار به این شکل است که توسط شیلنگ رابط روتامتر را از قسمت خروجی پمپ به قسمت ورودی پمپ(1 لیتر بر دقیقه) وصل می کنیم. پیچ تنظیم را به این شیلنگ متصل کرده و پمپ را روشن می کنیم. سپس پیچ تنظیم را تغییر می دهیم تا روتامتر عدد 100 سی سی را نشان دهد.این عدد به معنی این است کهدر یک دقیقه 100 سی سی هوا از روتامتر و 900 سی سی دیگر از جای دیگر عبور می کند. حالا نمونه بردار را در قسمت ورودی روتامتر وصل می کنیم.
2-7 بررسی پیچ تنظیم بوسیله ی فلومتر حباب و صابون 100 سی سی:
- وسایل مورد نیاز: پمپ نمونه بردار فردی، فلومتر حباب و صابون، پیچ تنظیم
- شرح آزمایش: برای صحت فلوی تنظیم شده توسط پیچ، آن را با فلومتر با حباب و صابون مینی (100 سی سی) مقایسه می کنیم. ابتدا پمپ را توسط شیلنگ متصل به پیچ تنظیم را به فلومتر حباب و صابون وصل می کنیم. و مدت زمان عبور یک حباب را با کرونومتر اندازه گیری می کنیم.
- نتیجه گیری: زمان به دست آمده با مقدار پیش بینی شده( 60 دقیقه) بسیار متفاوت می باشد، این اختلاف به دلیل اشتباهات دستگاه واشتباهات فردی می باشد. که تمام دلایل ذکر شده در کالیبراسیون پمپ نمونه بردار فردی توسط فلومتر حباب و صابون ذکر شده است. امابه نظر می رسد این اختلاف شدید یکی به به دلیل درست تنظیم نبودن پیچ تنظیم باشد.همچنین از آنجا که در این کالیبراسیون حجم و فلو بسیار کمتر می باشد، درنتیجه نیاز به دقت بالاتری دارد و اشتباهات هرچند کوچک می تواند باعث ایجاد خطای زیادی می شود.
- توصیه می شود آزمایشات با حجم و فلوی پایین با دقت و ظرافت بیشتری انجام شود.
3-منابع:
- دکتر ش. باکند. روش های نمونه برداری از آلاینده های هوا
- دکتر ع. چوبینه. کلیات بهداشت حرفه ای
- دکتر ع. بهرامی. روش های نمونه برداری و تجزیه آلاینده های هوا
مطالب مشابه :
آلودگی هوا و کنترل آن (روش ها و وسائل نمونه برداری از هوا ) Air Sampling Instrument and Methods
بانک روشهای نمونه برداری از هوا در محیط های شغلی
نمونه برداری
دو شیوه اصلی برای نمونه برداری و جمع آوری آلاینده های هوا نمونه برداری از آلاینده
کالیبراسیون
روش های نمونه برداری از آلاینده های نمونه برداری از آلاینده های هوا. بررسی هوای محیط
مطالبی در مورد نمونه برداری از هوا
قابلیت: نمونه برداری از هوا به منظور سنجش میزان آلاینده های
شرح وسایل نمونه برداری
دو شیوه اصلی برای نمونه برداری و جمع آوری آلاینده های هوا کیسه های نمونه برداری از
شرح وسایل نمونه برداری
دو شیوه اصلی برای نمونه برداری و جمع آوری آلاینده های هوا نمونه برداری از حجم های
شرح انواع وسایل نمونه برداری
دو شیوه اصلی برای نمونه برداری و جمع آوری آلاینده های هوا نمونه برداری از حجم های
نمونه برداری
دو شیوه اصلی برای نمونه برداری و جمع آوری آلاینده های هوا کیسه های نمونه برداری از
گزارش کامل آزمایشگاه نمونه برداری از آلاینده های هوا
مهندسی ایمنی و بهداشت صنعتی ایران - گزارش کامل آزمایشگاه نمونه برداری از آلاینده های هوا
روشهای صحیح نمونه برداری از عوامل شیمایی
شده و با عبور هوا از آن آلایند های مورد نظر نمونه برداری از آلاینده های
برچسب :
نمونه برداری از الاینده های هوا