|
หลักการ Metal Oxide Semiconductor (MOS) สำหรับการตรวจวัดกลิ่น
เทคโนโลยี Metal Oxide Semiconductor (MOS) เป็นหนึ่งในหลักการที่นิยมใช้ใน Odor Detector / Odor Monitoring System สำหรับตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของกลิ่นและสารระเหยในอากาศ โดยอาศัยการเปลี่ยนแปลง ค่าความต้านทานไฟฟ้า (Electrical Resistance) ของสารกึ่งตัวนำประเภทโลหะออกไซด์ เมื่อพื้นผิวของเซนเซอร์สัมผัสกับโมเลกุลของก๊าซหรือสารก่อกลิ่น
วัสดุที่นิยมใช้เป็นชั้นตรวจจับ เช่น SnO₂ (Tin Oxide), ZnO (Zinc Oxide), WO₃ (Tungsten Oxide), In₂O₃ (Indium Oxide) และ NiO (Nickel Oxide)
หลักการทำงาน
- ภายใน MOS Sensor มี Heater ทำหน้าที่รักษาอุณหภูมิของชั้น Metal Oxide ให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมต่อการเกิดปฏิกิริยาบนพื้นผิว
- ในสภาวะ Clean Air โมเลกุลออกซิเจนในอากาศจะถูกดูดซับบนพื้นผิว Metal Oxide และจับอิเล็กตรอนจากวัสดุ Semiconductor ทำให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าและค่าความต้านทานของเซนเซอร์อยู่ในระดับหนึ่ง ซึ่งใช้เป็นค่าอ้างอิงหรือ Baseline
- เมื่อมี Odorous Gas หรือ VOCs เข้ามาสัมผัสเซนเซอร์ โมเลกุลของก๊าซจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่ถูกดูดซับอยู่บนพื้นผิว ส่งผลให้จำนวนอิเล็กตรอนและคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของ Metal Oxide เปลี่ยนแปลง จึงเกิดการเปลี่ยนแปลงของ Electrical Resistance
วงจรอิเล็กทรอนิกส์จะตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวและประมวลผลเป็นสัญญาณที่สัมพันธ์กับระดับของกลิ่น
Odor Gas → Surface Reaction → Resistance Change → Electrical Signal → Odor Measurement
MOS ตรวจวัด “กลิ่น” ได้อย่างไร?
- กลิ่นในอากาศส่วนใหญ่ไม่ได้เกิดจากสารชนิดเดียว แต่เป็นส่วนผสมของสารระเหยหลายชนิด เช่น VOCs รวมถึงสารประกอบที่มีกำมะถัน ไนโตรเจน หรือสารอินทรีย์อื่น ๆ
- MOS Sensor จึงเหมาะสำหรับใช้ตรวจสอบ การเปลี่ยนแปลงของภาพรวมกลิ่น (Odor Level / Odor Trend) โดยระบบสามารถนำ Response ของ Sensor มาประมวลผลและ Calibration กับตัวอย่างกลิ่นอ้างอิง เพื่อสร้างค่าที่ใช้สำหรับติดตามระดับกลิ่นของพื้นที่หรือกระบวนการผลิต
- ดังนั้นควรแยกให้ชัดเจนว่า Odor Detector แบบ MOS ไม่ได้เท่ากับเครื่องวิเคราะห์ก๊าซแบบ Selective Analyzer ที่สามารถระบุความเข้มข้นของสารแต่ละชนิดได้โดยตรง เพราะ MOS สามารถตอบสนองต่อก๊าซหลายชนิดและอาจเกิด Cross-Sensitivity ได้
จุดเด่นของ Metal Oxide Sensor
- MOS มีข้อดีในด้านโครงสร้างที่ไม่ซับซ้อน มีความแข็งแรง อายุการใช้งานค่อนข้างยาว ตอบสนองต่อสารก่อกลิ่นได้หลากหลาย และสามารถออกแบบเป็นระบบตรวจวัดกลิ่นแบบ Continuous Monitoring ได้
- จึงเหมาะสำหรับงาน เช่น โรงบำบัดน้ำเสีย โรงกำจัดขยะ โรงงานอุตสาหกรรม โรงงานอาหาร ฟาร์มปศุสัตว์ โรงงานปิโตรเคมี และพื้นที่ชุมชนรอบโรงงาน เพื่อเฝ้าระวังการเพิ่มขึ้นของระดับกลิ่นแบบต่อเนื่อง
ปัจจัยที่ต้องคำนึงถึง
เนื่องจากการตอบสนองของ MOS สามารถได้รับผลกระทบจาก อุณหภูมิ ความชื้น ชนิดของก๊าซ Cross-Sensitivity อายุของ Sensor และสภาพแวดล้อม ระบบ Odor Monitoring ที่ดีจึงควรมีการชดเชยสภาวะแวดล้อม การกำหนด Baseline และการสอบเทียบให้เหมาะสมกับกลิ่นจริงของแต่ละพื้นที่
สรุป
หลักการ Metal Oxide Semiconductor (MOS) คือการตรวจจับปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของก๊าซกับพื้นผิว Metal Oxide แล้วตรวจวัด การเปลี่ยนแปลงของค่าความต้านทานไฟฟ้า เพื่อนำมาประมวลผลเป็นระดับหรือแนวโน้มของกลิ่น
จุดแข็งสำคัญของเทคโนโลยีนี้คือสามารถตรวจวัดได้อย่างต่อเนื่องและตอบสนองต่อสารก่อกลิ่นได้หลากหลาย จึงเหมาะสำหรับ Odor Detector และ Continuous Odor Monitoring System ที่ต้องการเฝ้าระวังการเปลี่ยนแปลงของกลิ่นในพื้นที่อุตสาหกรรมและสิ่งแวดล้อมแบบ Real-Time
Metal Oxide Sensor → Detect Odor → Resistance Change → Signal Processing → Continuous Odor Monitoring
|
