การศึกษาเบื้องต้นของ Ceramic sensor สำหรับเป็นตัวตรวจสอบการรั่วของแก๊ส

Abstract

การศึกษาเบื้องต้นของ Ceramic sensor สำหรับเป็นตัวตรวจสอบการรั่วของแก๊สได้ดำเนินการทั้งสำรวจด้านการตลาด การศึกษาเทคโนโลยีการผลิต และศึกษาสมบัติของตัวตรวจสอบแก๊สรั่วในห้องทดลอง ผลการสำรวจการตลาดปรากฏว่า ตัวตรวจสอบแก๊สประเภทที่นิยมใช้กันมากที่สุดคือ Catalytic combustion sensor 74% รองลงมาได้แก่ Electrochemical sensor 15% และ Semiconductor sensor 4% ส่วนประเภทกิจการที่มีการใช้ตัวตรวจสอบแก๊สมาก 2 อันดับแรกคือ อุตสาหกรรมปิโตรเลียมและปิโตรเคมี 88% และกิจการอื่นๆ 11% ซึ่งมูลค่าของตัวตรวจสอบแก๊สที่ใช้รวมกันในทุกกิจการที่สำรวจอยู่ระหว่าง 8-43 ล้านบาท (864 เครื่อง) ซึ่งจากการคาดการณ์ความต้องการตัวตรวจสอบแก๊สทั้งหมด ในอุตสาหกรรมและกิจการที่เกี่ยวข้อง มีมูลค่าประมาณ 41-200 ล้านบาท (400 เครื่อง) เทคโนโลยีการผลิตตัวตรวจสอบแก๊สที่ใช้ในปัจจุบันมี 3 วิธีคือ การขึ้นรูปแบบเซรามิกส์ดั้งเดิม การขึ้นรูปแบบฟิล์มหนาและการขึ้นรูปแบบฟิล์มบาง ซึ่งเทคโนโลยีที่น่าสนใจในการวิจัยและพัฒนาการผลิตในเชิงพาณิชย์คือการขึ้นรูปแบบฟิล์มหนา เนื่องจากการถ่ายทอดเทคโนโลยีจากห้องปฏิบัติการไปยังอุตสาหกรรมเป็นไปได้ง่าย เครื่องมือมีราคาไม่แพง และผลิตเป็นจำนวนซ้ำๆ ได้ ผลการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี และโครงสร้างจุลภาคของวัสดุหลักใน Sensing element ซึ่งเป็นชิ้นส่วนที่เกิดปฏิกิริยาตอบสนองต่อแก๊ส จำนวน 2 ชนิดคือ ชนิดท่อกลวงทรงกระบอกและชนิดแท่งสี่เหลี่ยมตัน พบว่ามีองค์ประกอบทางเคมีที่คล้ายกันโดยจะประกอบด้วย Sn Al และ Si ยกเว้นธาตุ Pd ที่พบในเฉพาะท่อกลวงทรงกระบอกเท่านั้น เมื่อวิเคราะห์สารประกอบในท่อกลวงทรงกระบอกพบว่ามี SnO2 88.75% Al2O3 1.5% SiO2 9.0% และมีธาตุ Pd 1.1% สำหรับโครงสร้างจุลภาคจะมีลักษณะเป็นก้อนเกิดจากการจับตัวกันของอนุภาค SnO2 ขนาดของเกรนจากตัวอย่างชนิดท่อกลวงทรงกระบอก มีค่า 0.021 ไมครอน จากการวัดความต้านทานของตัวตรวจสอบแก๊สรั่วพบว่า ค่าความต้านทานในบรรยากาศของเชื้อเพลิง และแก๊สอะเซทิลีนมีค่าลดลง ในขณะที่คสามต้านทานในบรรยากาศของออกซิเจน จะมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับความต้านทานในบรรยากาศในห้องปกติ สำหรับผลจากการศึกษาความไวในการตอบสนองต่อแก๊สเชื้อเพลิงและแก๊สอะเซทิลีน พบว่าตัวตรวจสอบแก๊สรั่วประเภท Semiconductor sensor ที่ใช้ในการศึกษานี้มีความไวในการตรวจสอบระหว่าง 98-99%