HIỆU CHUẨN CẢM BIẾN QUAN TRẮC: QUY TRÌNH, VAI TRÒ VÀ NHỮNG ĐIỀU CẦN BIẾT

Trong các hệ thống quan trắc môi trường tự động, cảm biến là bộ phận trực tiếp ghi nhận các thông số về chất lượng không khí, nước mặt, nước ngầm hoặc nước cấp. Tuy nhiên, sau một thời gian vận hành, kết quả đo của cảm biến có thể bị sai lệch do điều kiện môi trường, bụi bẩn, hóa chất, sự lão hóa của linh kiện hoặc các yếu tố khác.

Hiệu chuẩn cảm biến quan trắc là một trong những công việc quan trọng nhằm kiểm tra và điều chỉnh thiết bị, giúp kết quả đo duy trì độ chính xác và độ tin cậy trong quá trình vận hành.

1. Định nghĩa về Hiệu chuẩn cảm biến quan trắc

Hiệu chuẩn cảm biến quan trắc là quá trình so sánh giá trị đo của cảm biến với giá trị của chuẩn đo lường hoặc thiết bị chuẩn có độ chính xác phù hợp, từ đó xác định mức độ sai lệch của thiết bị.

Tùy từng loại cảm biến, quá trình hiệu chuẩn có thể bao gồm việc:

• Kiểm tra tình trạng hoạt động của cảm biến;
• Kiểm tra độ ổn định của tín hiệu;
• So sánh kết quả đo với giá trị chuẩn;
• Xác định sai số;
• Điều chỉnh hoặc thiết lập lại cảm biến nếu cần;
• Ghi nhận kết quả hiệu chuẩn;
• Đánh giá khả năng tiếp tục sử dụng của thiết bị.

Cần phân biệt hiệu chuẩn với việc chỉ vệ sinh hoặc kiểm tra thiết bị. Vệ sinh giúp loại bỏ bụi bẩn, cặn bám; trong khi hiệu chuẩn nhằm đánh giá mối quan hệ giữa giá trị đo của thiết bị và giá trị chuẩn.

2. Vì sao cần hiệu chuẩn cảm biến quan trắc?

Độ chính xác của dữ liệu là yếu tố quan trọng đối với mọi hệ thống quan trắc môi trường. Một cảm biến bị sai lệch có thể dẫn đến dữ liệu không phản ánh đúng điều kiện thực tế.

Hiệu chuẩn định kỳ giúp:

• Duy trì độ chính xác của phép đo: Qua thời gian sử dụng, cảm biến có thể xuất hiện hiện tượng trôi tín hiệu hoặc thay đổi đặc tính đo. Hiệu chuẩn giúp phát hiện và đánh giá mức độ sai lệch.
• Nâng cao độ tin cậy của dữ liệu: Dữ liệu quan trắc được sử dụng để đánh giá chất lượng môi trường, phân tích xu hướng và phục vụ công tác quản lý. Vì vậy, dữ liệu cần có độ tin cậy phù hợp với mục đích sử dụng.
• Phát hiện cảm biến xuống cấp: Trong quá trình hiệu chuẩn, những cảm biến có dấu hiệu bất thường, phản hồi chậm hoặc sai số lớn có thể được phát hiện sớm để bảo trì hoặc thay thế.
• Hạn chế gián đoạn hệ thống: Kiểm tra và hiệu chuẩn định kỳ giúp doanh nghiệp chủ động bảo trì thiết bị thay vì chờ đến khi cảm biến xảy ra lỗi hoàn toàn.

3. Những cảm biến quan trắc cần hiệu chuẩn

Tùy thuộc vào hệ thống quan trắc, các loại cảm biến khác nhau sẽ có yêu cầu hiệu chuẩn khác nhau.

3.1 Cảm biến quan trắc nước

Một số cảm biến thường gặp:

• Cảm biến pH;
• Cảm biến ORP;
• Cảm biến oxy hòa tan (DO);
• Cảm biến độ dẫn điện (EC);
• Cảm biến độ đục;
• Cảm biến nhiệt độ;
• Cảm biến clo dư;
• Các cảm biến đa chỉ tiêu.

Đối với các cảm biến tiếp xúc trực tiếp với nước, cặn bẩn, rong rêu hoặc hóa chất có thể ảnh hưởng đáng kể đến kết quả đo.

3.2 Cảm biến quan trắc không khí

Hệ thống quan trắc không khí có thể sử dụng các thiết bị đo:

• PM_2.5;
• PM₁₀;
• CO;
• SO₂;
• NO₂;
• O₃;
• Các khí ô nhiễm khác;
• Nhiệt độ và độ ẩm;
• Tốc độ và hướng gió;
• Áp suất khí quyển.

Phương pháp hiệu chuẩn sẽ phụ thuộc vào nguyên lý đo và thiết kế của từng thiết bị.

4. Khi nào cần hiệu chuẩn cảm biến quan trắc?

Không nên chỉ hiệu chuẩn cảm biến khi thiết bị đã phát sinh lỗi. Việc hiệu chuẩn cần được đưa vào kế hoạch vận hành và bảo trì của hệ thống.

Một số trường hợp cần xem xét hiệu chuẩn:

• Theo chu kỳ do nhà sản xuất quy định;
• Trước khi đưa thiết bị vào vận hành;
• Sau một thời gian vận hành nhất định;
• Sau khi sửa chữa hoặc thay thế linh kiện quan trọng;
• Khi kết quả đo có dấu hiệu bất thường;
• Khi cảm biến có dấu hiệu trôi tín hiệu;
• Sau khi cảm biến tiếp xúc với môi trường có nồng độ chất ô nhiễm cao;
• Khi kết quả đo khác biệt đáng kể so với thiết bị hoặc phương pháp tham chiếu.

Chu kỳ hiệu chuẩn cụ thể không nên áp dụng cứng nhắc cho mọi loại cảm biến, mà cần căn cứ vào hướng dẫn của nhà sản xuất, đặc tính thiết bị, điều kiện môi trường và yêu cầu của chương trình quan trắc.

5. Quy trình hiệu chuẩn cảm biến quan trắc

Mặc dù mỗi loại cảm biến có quy trình riêng, một quy trình hiệu chuẩn cơ bản thường bao gồm các bước sau:

Bước 1: Kiểm tra cảm biến

Kiểm tra ngoại quan, dây kết nối, đầu đo, nguồn cấp và tình trạng hoạt động của cảm biến.

Nếu cảm biến bị bám cặn hoặc bụi bẩn, cần vệ sinh theo đúng hướng dẫn của nhà sản xuất trước khi tiến hành hiệu chuẩn.

Bước 2: Chuẩn bị thiết bị và dung dịch chuẩn

Tùy loại cảm biến, cần chuẩn bị:

• Thiết bị chuẩn;
• Dung dịch chuẩn;
• Thiết bị đo tham chiếu;
• Dụng cụ vệ sinh;
• Thiết bị ghi nhận dữ liệu.

Dung dịch hoặc chuẩn sử dụng phải phù hợp với loại cảm biến và còn trong thời hạn sử dụng.

Bước 3: Đưa cảm biến vào điều kiện chuẩn

Cảm biến được đặt trong môi trường hoặc dung dịch có giá trị chuẩn đã biết.

Ví dụ, đối với cảm biến pH, có thể sử dụng các dung dịch đệm pH phù hợp theo hướng dẫn kỹ thuật của thiết bị.

Bước 4: Chờ tín hiệu ổn định

Sau khi cảm biến tiếp xúc với môi trường chuẩn, cần chờ tín hiệu ổn định trước khi ghi nhận giá trị.

Thời gian ổn định phụ thuộc vào loại cảm biến và yêu cầu của nhà sản xuất.

Bước 5: So sánh với giá trị chuẩn

Giá trị đo được từ cảm biến được so sánh với giá trị chuẩn để xác định mức độ sai lệch.

Nếu sai lệch nằm ngoài giới hạn cho phép, cần thực hiện điều chỉnh hoặc hiệu chuẩn lại.

Bước 6: Điều chỉnh cảm biến

Tùy thiết kế, thiết bị có thể cho phép người vận hành thực hiện hiệu chỉnh điểm đo, hệ số hoặc đường chuẩn.

Việc điều chỉnh cần được thực hiện theo tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất, tránh tự ý thay đổi các thông số không được phép.

Bước 7: Kiểm tra lại

Sau khi hiệu chỉnh, tiến hành kiểm tra lại cảm biến bằng chuẩn phù hợp để đánh giá kết quả.

Bước 8: Ghi nhận và lưu hồ sơ

Kết quả hiệu chuẩn cần được ghi nhận, bao gồm các thông tin như:

• Tên thiết bị;
• Mã thiết bị;
• Loại cảm biến;
• Ngày thực hiện;
• Giá trị chuẩn;
• Giá trị trước hiệu chuẩn;
• Giá trị sau hiệu chuẩn;
• Sai số;
• Người thực hiện;
• Thiết bị hoặc chuẩn sử dụng;
• Kết luận về tình trạng cảm biến.

6. Hiệu chuẩn cảm biến pH

Cảm biến pH là một trong những loại cảm biến phổ biến trong hệ thống quan trắc chất lượng nước.

Việc hiệu chuẩn thường sử dụng các dung dịch đệm có giá trị pH xác định. Tùy yêu cầu của thiết bị và khoảng đo, có thể thực hiện hiệu chuẩn một điểm, hai điểm hoặc nhiều điểm.

Quy trình tổng quát:

Vệ sinh điện cực → Chuẩn bị dung dịch đệm → Đưa điện cực vào dung dịch → Chờ ổn định → Hiệu chỉnh → Kiểm tra lại → Ghi nhận kết quả

Điện cực pH cần được bảo quản đúng cách vì tình trạng của điện cực ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng phép đo.

7. Hiệu chuẩn cảm biến DO

Cảm biến DO được sử dụng để xác định hàm lượng oxy hòa tan trong nước.

Tùy nguyên lý đo, thiết bị có thể sử dụng phương pháp hiệu chuẩn khác nhau. Một số cảm biến DO hiện đại sử dụng nguyên lý quang học, trong khi các thiết bị khác có thể sử dụng nguyên lý điện hóa.

Khi hiệu chuẩn cần đặc biệt chú ý đến:

• Nhiệt độ;
• Áp suất;
• Độ sạch của đầu đo;
• Tình trạng màng hoặc bộ phận cảm biến;
• Điều kiện môi trường chuẩn.

8. Hiệu chuẩn cảm biến độ đục

Cảm biến độ đục thường hoạt động dựa trên nguyên lý quang học. Bụi bẩn, cặn bám hoặc tình trạng xuống cấp của bộ phận quang học có thể ảnh hưởng đến kết quả.

Khi hiệu chuẩn cần:

1. Vệ sinh đầu đo;
2. Kiểm tra tình trạng cảm biến;
3. Chuẩn bị chuẩn độ đục phù hợp;
4. Đặt cảm biến trong chuẩn;
5. Chờ tín hiệu ổn định;
6. So sánh với giá trị chuẩn;
7. Điều chỉnh nếu cần;
8. Kiểm tra lại kết quả.

9. Hiệu chuẩn cảm biến quan trắc không khí

Đối với hệ thống quan trắc không khí tự động, việc hiệu chuẩn cần được thực hiện phù hợp với nguyên lý đo và loại thiết bị.

Đối với thiết bị đo khí, có thể sử dụng khí chuẩn có nồng độ xác định để kiểm tra đáp ứng của thiết bị.

Đối với thiết bị đo bụi như PM_2.5 và PM₁₀, phương pháp kiểm tra và hiệu chuẩn phụ thuộc vào nguyên lý đo, thiết kế thiết bị và phương pháp tham chiếu/đối chứng được áp dụng.

Do đó, không nên áp dụng cùng một quy trình hiệu chuẩn cho tất cả cảm biến quan trắc không khí.

10. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hiệu chuẩn cảm biến

Kết quả hiệu chuẩn không chỉ phụ thuộc vào bản thân cảm biến mà còn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố.

Chất lượng chuẩn: Chuẩn sử dụng phải phù hợp, được bảo quản đúng cách và có thông tin truy xuất cần thiết.

Điều kiện môi trường: Nhiệt độ, độ ẩm, áp suất hoặc các yếu tố môi trường khác có thể ảnh hưởng đến kết quả tùy loại cảm biến.

Tình trạng cảm biến: Cảm biến bị bẩn, lão hóa, hư hỏng hoặc phản hồi chậm có thể không đạt yêu cầu dù đã thực hiện hiệu chuẩn.

Người thực hiện: Người thực hiện cần hiểu nguyên lý hoạt động của thiết bị và tuân thủ đúng hướng dẫn kỹ thuật.

Thiết bị tham chiếu: Thiết bị chuẩn hoặc thiết bị tham chiếu cần có độ chính xác phù hợp với phép kiểm tra.

11. Sự khác nhau giữa hiệu chuẩn và kiểm định

Hiệu chuẩn và kiểm định không hoàn toàn giống nhau.

Hiệu chuẩn tập trung vào việc xác định mối quan hệ giữa kết quả đo của thiết bị và giá trị chuẩn, qua đó đánh giá sai lệch và đặc tính đo.

Trong khi đó, kiểm định là hoạt động đánh giá sự phù hợp của phương tiện đo theo yêu cầu và quy định áp dụng đối với loại phương tiện đo đó.

Vì vậy, khi triển khai hệ thống quan trắc, doanh nghiệp cần xác định rõ yêu cầu pháp lý và yêu cầu kỹ thuật áp dụng cho từng thiết bị, thay vì đồng nhất hai khái niệm này.

Kết luận

Hiệu chuẩn cảm biến quan trắc là công việc quan trọng nhằm duy trì độ chính xác và độ tin cậy của dữ liệu trong các hệ thống quan trắc môi trường.

Từ cảm biến pH, DO, độ đục, EC trong hệ thống quan trắc nước đến các thiết bị đo PM_2.5, PM₁₀ và khí ô nhiễm trong hệ thống quan trắc không khí, mỗi thiết bị có nguyên lý đo và yêu cầu hiệu chuẩn riêng.

Một chương trình quản lý hiệu quả cần kết hợp kiểm tra – vệ sinh – hiệu chuẩn – bảo trì – theo dõi dữ liệu, đồng thời lưu trữ đầy đủ hồ sơ để có thể truy xuất quá trình vận hành thiết bị.

Doanh nghiệp khi lựa chọn đơn vị thực hiện hiệu chuẩn nên quan tâm đến năng lực kỹ thuật, thiết bị chuẩn, quy trình thực hiện, khả năng cung cấp hồ sơ và mức độ phù hợp với yêu cầu của hệ thống quan trắc.

Xem thêm: Các tin tức, thông báo về Mecie

---

CÔNG TY TNHH MÁY VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHIỆP HÓA CHẤT - MÔI TRƯỜNG MECIE 
☎ Hotline: 0961.628.998 
✉ Email: [email protected] 
 KV Miền Bắc: Số 57 đường Louis XII - LK45, KĐT mới Hoàng Văn Thụ, Phường Hoàng Mai, TP Hà Nội, Việt Nam.
 KV Miền Nam: Tòa nhà Fideco, 28 Phùng Khắc Khoan, phường Tân Định, Thành phố Hồ Chí Minh.