Error ของเครื่องตรวจวัดฝุ่นละอองแบบพกพา
อุปกรณ์แต่ละชนิดก็มักจะมีจุดอ่อนของระบบที่ต่างกันออกไป ในทางวิศวกรรมระบบ เราต้องตรวจสอบไปถึงทิศทางว่าอุปกรณ์ต่างๆที่ซื้อมาใช้นั้น มีจุดอ่อน ที่จะเกิด Error ไปในทิศทางไหน และเราอาจเลือกอุปกรณ์ตรวจวัดที่ละเอียดน้อยกว่า เที่ยงตรงน้อยกว่า แค่เพราะว่า ทิศทางการเบี่ยงเบนของมันเป็นไปในทิศทางที่ปลอดภัยกับระบบ เครื่องวัดฝุ่นละอองแบบพกพา กลายเป็น Gadget ใหม่ที่ “ของมันต้องมี” และมีคนเอามาวัดฝุ่นกันสนุกสนาน ตอนแรกผมก็กะพักเฉยๆ เพราะเดือนมกราคมที่ผ่านมาก็อุตส่าห์อัพเพจทุกวันแล้ว ก็จะอยู่แบบขี้เกียจๆ ไปสักเดือน แต่ก็ดันมีคนส่งเพจที่วัดฝุ่นในห้องน้ำมาให้ดู
ลิงค์นี้
https://www.facebook.com/458900904186428/posts/2026904917386011/
โดยเหมือนเพจจะสรุปประมาณเนี่ย น้ำมันจับฝุ่นไม่ได้ เพราะยิ่งเปิดน้ำรอ กลายเป็นฝุ่นยิ่งเยอะ เราก็เลยต้องมาแกะดูว่า ด้วยขนาดอันแสนกะทัดรัดนี้ ข้างในมันมีอะไรบ้าง และอะไรทำให้ปริมาณฝุ่นที่วัดในห้องน้ำที่เปิดฝักบัวไว้ดันสูงขึ้นได้
หัวใจสำคัญของเครื่องวัดฝุ่นละออง ใช้หลักการกระจัดของแสงโดย ฉายแสงเลเซอร์ ผ่านท่อที่ sample อากาศเข้ามา ฝุ่นละอองในอากาศจะทำให้เกิดการกระจัดของแสง แผ่ออกไปในทุกทิศทาง อีกด้านของตัวกำเนิดแสง จะมีเซนเซอร์วัดแสง และแปรผลออกมาเป็นความเข้มข้นของอนุภาคในอากาศ
1. ตัวขนาดของอนุภาค สามารถวัดได้จากปริมาณลักษณะการกระจัดของแสง ปริมาณการกระจัดของแสงนั้นตรงไปตรงมา มีปริมาณอนุภาคมากก็เกิดการดูดซับและกระจัดของแสงมาก [1]
2. ลักษณะ การกระจัดของแสง อนุภาคขนาดเล็กกว่าจะมีการเคลื่อนไหวแบบบราวเนี่ยนมากกว่า และทำให้มีการเปลี่ยนของความถี่การวัดของแสงต่อช่วงเวลามากกว่า
ข้อมูลทั้งสองส่วนนี้จึงประกอบกันออกมาเป็น สัดส่วนอนุภาคตามความถี่ของการกระจัดของแสงเทียบเป็นปริมาณอนุภาคขนาดต่ำกว่า 2.5 ไมครอน อ่านค่าออกมาเป็นไมโครกรัมต่อ ลบม อากาศ
ทีนี้ ด้วยหลักการวัดอนุภาคตรงนี้ มันจะมีปัญหาที่ร้ายแรงขึ้นมาอยู่อย่างหนึ่ง เพราะการวัดนี้ จริงๆแล้วเป็นการวัดขนาดอนุภาคไม่ใช่ตัวน้ำหนัก ฝุ่นที่ทำให้เกิดการกระจัดของแสงนั้น ถ้าเป็นฝุ่นคาร์บอน มันจะดูดซับน้ำได้ และฝุ่นจะดูใหญ่ขึ้นกว่าที่เป็น และกรณีที่มีละอองน้ำปน ในวันที่ความชื้นสูง น้ำ ก็จะถูกวัดเป็นอนุภาคในเครื่องวัดฝุ่นแบบพกพาด้วยหลักการ Light Scattering เช่นกัน
เคสปัญหานี้น่าจะมีรายงานกับเยอะในต่างประเทศ จนถึงกับมีการทดสอบความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์วัดฝุ่น PM2.5 แบบพกพาอยุ่หลายแลบ และจากการทดสอบ ก็สรุปได้ว่า เครื่องมือวัดฝุ่นด้วยหลักการ Light scattering มี Error จากความชื้นได้ถึง +/-100% โดยเฉพาะเมื่อทำการวัดฝุ่นที่มีสมบัติดูดซับความชื้นได้ และยิ่งถ้าฝุ่นเป็นสารที่มีน้ำหนักมากด้วยละก็[2]
แต่ทั้งนี้ มันก็มี Sensor วัดฝุ่นแบบที่มีการวัดความชื้นประกอบด้วย เครื่องมือ Light Scatter ที่มี Sensor วัดความชื้นมาปรับแก้ค่า จะวัดฝุ่นได้โดยมี Error จากความชื้นน้อยกว่า แต่มันก็ยังมีข้อผิดพลาดจากที่ชนิดฝุ่นในแต่ละพื้นที่ไม่เหมือนกัน อะปกรณ์ที่มี Sensor วัดความชื้นประกอบ ยังคงต้องทำการ Calibrate กับอุปกรณ์วัดฝุ่นแบบ Gravimetric ก่อน ถึงจะอ่านค่าได้แม่นยำ แต่ทั้งนี้ ถ้าเจอละอองน้ำปนมาก็จบเห่อยู่ดี
สรุปสำหรับคนที่เอาเครื่องวัดฝุ่นไปวัดหลายๆพื้นที่ที่เขาสเปรย์น้ำแล้วตกใจว่าฝุ่นดันเยอะ ก็คือไม่ต้องตกใจนะครับ มันแค่แปลว่าเครื่องของคุณไม่ได้มีตัววัดความชื้น และคุณอาจวัดฝุ่นใกล้ไป อนึ่ง การดักฝุ่นด้วยน้ำ คุณต้องสเปรย์น้ำให้ผ่านอากาศด้วยนะ ไม่ใช่แค่เปิดฝักบัวเฉยๆ เพราะอากาศมันไม่ได้ไหลเวียนเข้าไปหาน้ำ เวลาฉีดน้ำดักฝุ่น ต้องฉีดให้ครอบคลุม ถ้าตั้งฉีดนิ่งๆอยู่กับที่ มันก็ได้ผลน้อย และสิ้นเปลืองน้ำนั่นแล
-------------------------------------------
[1] http://support.airvisual.com/…/1136839-how-do-the-pm2-5-sen…
[2] https://www.tandfonline.com/…/pdf/10.…/02786826.2015.1100710
[3] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5679553/
รูปแสดงการวัดฝุ่น PM2.5 ด้วยเครื่องมือวัด Light Scattering สีฟ้า Light Scattering + RH adjust สีส้ม และ Gravimetric ที่เป็นตัววัดที่เชื่อถือได้จริงๆ สีแดง โดยรูปบน เป็นค่าที่วัดได้ก่อนการ Calibrate และรูปล่างเป็นการวัดหลังการ Calibrate แล้ว จะเห็นได้ว่า เครื่องวัดฝุ่นด้วยวิธี Light Scattering + RH sensor นี่ไม่ได้ขี้เหร่เลย แต่ถ้าเป็นเครื่องวัด Light Scattering เฉยๆนี่ คงใช้วัดได้เฉพาะฝุ่นในบ้านและฝุ่นในรถที่ความชื้นค่อนข้างคงที่เท่านั้นละนะครับ
