หน่วยความขุ่น NTU vs FNU การสอบเทียบ และสเกล 4-20 mA

สมมติว่าโรงงานได้รับชุดบำบัดน้ำจากญี่ปุ่น ในดาต้าชีตของเครื่องวัดความขุ่นออนไลน์เขียนว่า "0–20 度 (formazin), 4–20 mA" และตั้งสัญญาณเตือนไว้ที่ "5 度" (度 อ่านว่า "do" แปลตรงตัวว่า "ดีกรี")

แต่โรงงานของคุณรายงานความขุ่นเป็น NTU และเครื่องในแล็บอ่านค่าเป็น FNU คำถามแรกที่ทุกคนถามคือ 1 度 เท่ากับกี่ NTU และค่า alarm นี้ยังใช้ได้หรือไม่

คำตอบสั้น ๆ คือ ไม่มีตัวคูณแปลงค่าเพียงตัวเดียวที่ใช้ได้ทุกกรณี ค่าความขุ่นขึ้นกับสารมาตรฐานที่ใช้สอบเทียบ (kaolin, formazin หรือเม็ดโพลิเมอร์) และขึ้นกับระบบแสงของเครื่อง (ความยาวคลื่นและมุมของตัวรับแสง) จะเปรียบเทียบสองค่าได้ก็ต่อเมื่อทั้งสองอย่างตรงกัน

การใช้หน่วยให้ถูกต้องยังรวมถึงการตรวจการสอบเทียบ และสเกล 4–20 mA ระหว่างเครื่องวัดกับระบบควบคุมด้วย

บทความนี้อธิบายหน่วยความขุ่นของญี่ปุ่น NTU กับ FNU (EPA 180.1 กับ ISO 7027) ความต่างระหว่างความขุ่นกับ SS หลักการวัดหลัก การสอบเทียบ สเกล 4–20 mA และการแก้ปัญหา ท้ายบทความมี checklist คำถามถึงซัพพลายเออร์ญี่ปุ่น และตัวอย่างอีเมล

สารบัญ

1. ความขุ่นวัดอะไร (และไม่ได้วัดอะไร)
2. หน่วยความขุ่น: 度 (do) ของญี่ปุ่น, NTU, FNU และ FAU
3. ความขุ่น vs SS (ของแข็งแขวนลอย)
4. หลักการวัดความขุ่น
5. เลือกวิธีวัดอย่างไร
6. การออกแบบ Sample Line ของเครื่องวัดความขุ่นออนไลน์
7. การสอบเทียบเครื่องวัดความขุ่น: Formazin, StablCal และสารมาตรฐานอื่น
8. สเกล 4–20 mA และการออกแบบ Alarm
9. แก้ปัญหาค่าความขุ่นตามอาการ
10. นำไปใช้ได้ทันที: Checklist ตรวจสเปกเครื่องวัดความขุ่นของญี่ปุ่น
11. คำถามถึงซัพพลายเออร์ญี่ปุ่น
12. ข้อจำกัดของบทความนี้
13. FAQ
14. แหล่งอ้างอิง

ความขุ่นวัดอะไร (และไม่ได้วัดอะไร)

ความขุ่น (turbidity) บอกว่าตัวอย่างน้ำทำให้แสงกระเจิงหรืออ่อนลงมากแค่ไหน ตะกอนดิน ของแข็งละเอียด และจุลินทรีย์ทำให้เส้นทางของแสงในน้ำเปลี่ยนไป เครื่องวัดความขุ่นจึงวัดการเปลี่ยนแปลงนั้นเทียบกับสารแขวนลอยอ้างอิง

ความขุ่นไม่ใช่จำนวนอนุภาค และไม่ใช่น้ำหนักของของแข็งในน้ำ ขนาด รูปร่าง และสีของอนุภาคล้วนเปลี่ยนการตอบสนองต่อแสง

น้ำที่มีอนุภาคสีขาวละเอียด กับน้ำที่มีอนุภาคสีเข้มขนาดใหญ่ อาจมีน้ำหนักของแข็งเท่ากัน แต่ให้ค่าแสงกระเจิงต่างกัน ดังนั้นความขุ่นเท่ากันไม่ได้แปลว่าสิ่งที่ปนอยู่เท่ากัน

ความขุ่นยังเป็นคนละเรื่องกับค่าการนำไฟฟ้า (ไอออนที่ละลายอยู่) และ pH (ความเป็นกรด-ด่าง) น้ำใสก็ยังมีไอออนมากได้ ระบบบำบัดน้ำจึงใช้พารามิเตอร์คุณภาพน้ำหลายตัวร่วมกัน ตามสิ่งที่ต้องการกำจัดและควบคุม

หน่วยความขุ่น: 度 (do) ของญี่ปุ่น, NTU, FNU และ FAU

ใบสเปกของญี่ปุ่นมักระบุความขุ่นเป็น 度 (do แปลว่า "ดีกรี") ตัวเลขอย่างเดียวไม่พอ ต้องรู้ด้วยว่า 度 นั้นอิงสารมาตรฐานอะไร เพราะ kaolin, formazin และเม็ดโพลีสไตรีนให้ค่าอ้างอิงคนละแบบ

• 度 (kaolin): 1 度 คือความขุ่นของน้ำบริสุทธิ์ 1 ลิตรที่มี kaolin มาตรฐาน 1 mg ค่า 1 mg/L นี้เป็นการเทียบกับสารมาตรฐาน ไม่ใช่ความเข้มข้นเชิงมวลที่แท้จริงของอนุภาคในตัวอย่าง
• 度 (formazin): formazin เป็นสารแขวนลอยโพลิเมอร์ที่ใช้สอบเทียบเครื่องวัดความขุ่น ยังคงเป็นการเทียบกับสารมาตรฐานเหมือนกัน แต่ 度 แบบ kaolin กับ 度 แบบ formazin ให้ค่าต่างกันในตัวอย่างเดียวกัน และอัตราส่วนระหว่างสองค่านี้ไม่คงที่
• 度 (polystyrene): สารมาตรฐานชนิดเม็ดโพลีสไตรีนใช้ในการตรวจน้ำประปาตามทางการของญี่ปุ่น วิธีตรวจที่รัฐมนตรีว่าการกระทรวงสิ่งแวดล้อมของญี่ปุ่นกำหนด ใช้อนุภาคมาตรฐานหลายขนาดผสมกัน

รูปที่ 1 สรุปหน่วยที่คุณจะเจอบนเครื่องวัดของญี่ปุ่นและของต่างประเทศ ให้อ่านแต่ละหน่วยคู่กับสารมาตรฐานและระบบแสงของมันเสมอ

รูปที่ 1: อ่านหน่วยความขุ่นคู่กับสารมาตรฐานและระบบแสงเสมอ

การสอบเทียบด้วยสารมาตรฐานเดียวกัน ไม่ได้รับประกันว่าจะตอบสนองต่อตัวอย่างจริงเหมือนกัน

หน่วย	สารมาตรฐานและระบบแสง	สิ่งที่ต้องตรวจก่อนเปรียบเทียบ
度 (kaolin)	เทียบกับ kaolin มาตรฐาน	ไม่เท่ากับความเข้มข้นเชิงมวลของอนุภาคในตัวอย่าง
度 (formazin), FTU	สารมาตรฐาน formazin ควรบันทึกการจัดวางระบบแสงไว้ในสเปกด้วย	ต้องให้วิธีตรวจจับตรงกัน ไม่ใช่แค่สารมาตรฐานตรงกัน
度 (polystyrene)	เทียบกับอนุภาคมาตรฐานชนิดโพลีสไตรีน	ใช้ในการตรวจน้ำประปาทางการของญี่ปุ่น ซึ่งต้องทำตามวิธีที่กำหนด
NTU	โดยทั่วไปใช้แสงขาว วัดแสงกระเจิงที่ 90°	ตรวจวิธีการ (เช่น EPA 180.1) และสเปกของเครื่อง
FNU	แสงอินฟราเรดใกล้ วัดแสงกระเจิงที่ 90°	สอดคล้องกับเงื่อนไขการวัดของ ISO 7027
FAU	แสงอินฟราเรดใกล้ วัดการลดทอน (ตัวรับแสงอยู่ในแนวลำแสง)	ใช้กับความขุ่นสูง ใช้แทน FNU ไม่ได้

เครื่องบางรุ่นยังคงแสดงหน่วยแบบเดิม จึงห้ามเดาระบบแสงจากหน่วยที่แสดงบนหน้าจอเพียงอย่างเดียว

NTU vs FNU: EPA 180.1 กับ ISO 7027-1

NTU (nephelometric turbidity unit) เป็นหน่วยของ nephelometer แบบแสงขาว โดยมี US EPA Method 180.1 เป็นอ้างอิงที่พบบ่อย ส่วน FNU (formazin nephelometric unit) เป็นของเครื่องอินฟราเรดใกล้ที่สร้างตาม ISO 7027-1

ทั้งสองวัดแสงกระเจิงที่ 90° และสอบเทียบด้วย formazin ความต่างหลักคือแหล่งกำเนิดแสง

ตารางด้านล่างสรุปเงื่อนไขทางแสง ค่าทั้งหมดมาจากแหล่งอ้างอิงท้ายบทความ หากใช้ในงานออกแบบหรือการปฏิบัติตามกฎหมาย ให้ตรวจเนื้อหามาตรฐานฉบับปัจจุบันอีกครั้ง

	EPA 180.1 (NTU)	ISO 7027-1 (FNU / FAU)
แหล่งกำเนิดแสง	หลอดทังสเตน อุณหภูมิสี 2200–3000 K (แสงขาว)	อินฟราเรดใกล้ 860 nm แบนด์วิดท์ไม่เกิน 60 nm (แหล่งข้อมูลรอง)
ตัวรับแสง	90° จากลำแสง (±30°) ความไวสูงสุดที่ 400–600 nm ความยาวทางเดินแสงรวมไม่เกิน 10 cm	FNU ที่ 90° (±2.5°) ส่วน FAU อยู่ในแนวลำแสง (วัดการลดทอน)
ช่วงวัด	0–40 NTU ค่าที่สูงกว่านี้ใช้การเจือจาง	แบบ nephelometry โดยทั่วไปตั้งแต่ต่ำกว่า 0.05 ถึง 400 FNU แบบวัดการลดทอนโดยทั่วไป 40–4,000 FAU
สีของตัวอย่าง	ได้รับผลจากสีของตัวอย่างมากกว่า	ได้รับผลจากสีน้อยกว่า เพราะสีที่ละลายอยู่ดูดกลืนแสงอินฟราเรดใกล้ได้น้อย
ที่นิยมใช้	น้ำดื่มและน้ำเสียในอเมริกาเหนือ	ยุโรปและเอเชียแปซิฟิก

ISO 7027-1 ถือว่า NTU กับ FNU มีค่าตัวเลขเทียบเท่ากัน ภายในวิธีวัดแสงกระเจิงแบบเดียวกัน ซึ่งไม่เหมือนกับการแปลงค่าระหว่างเครื่องที่มีระบบแสงต่างกัน

ในน้ำธรรมชาติ ขนาด รูปร่าง และสีของอนุภาคทำให้ค่าเปลี่ยน เครื่องแสงขาวกับเครื่องอินฟราเรดจึงมักอ่านค่าต่างกันในตัวอย่างเดียวกัน

ด้วยเหตุนี้ USGS และ ASTM D7315 จึงแนะนำให้รายงานแต่ละเทคโนโลยีด้วยหน่วยของตัวเอง (NTU, FNU, FNRU, FAU, FBU และอื่น ๆ) แต่เครื่องรุ่นเก่ามักแสดง "NTU" ไม่ว่าระบบแสงจะเป็นแบบใด ให้แยกพิจารณาสองกรณีนี้:

• เครื่องเดิม เปลี่ยนแค่ป้ายหน่วย: เปลี่ยนจอแสดงผลจาก NTU เป็น FNU แต่ระบบแสงไม่ได้เปลี่ยน
• เปลี่ยนเป็นเครื่องอื่น: เครื่องใหม่มีแหล่งกำเนิดแสงหรือมุมตัวรับแสงต่างไป ค่าที่อ่านในตัวอย่างจริงจึงอาจเปลี่ยน แม้จะสอบเทียบแล้ว

การแปลง 度 ของญี่ปุ่นเป็น NTU

ไม่มีตัวคูณกลางที่ตอบคำถามว่า "1 度 กี่ NTU" แม้ 度 ที่อิง formazin ก็จะเรียงตรงกับ NTU ได้ต่อเมื่อระบบแสงตรงกันด้วย ส่วน 度 แบบ kaolin หรือค่าที่วัดด้วยแสงส่องผ่านเป็นการวัดอีกแบบหนึ่ง สิ่งที่ทำได้คือ:

1. หาว่าค่าของญี่ปุ่นอิงสารมาตรฐานอะไร (kaolin, formazin หรือ polystyrene)
2. หาว่าเครื่องใช้ระบบแสงแบบใด (แสงส่องผ่าน, แสงกระเจิง 90°, อัตราส่วน, ทรงกลมรวมแสง หรือ surface scatter) และแหล่งกำเนิดแสงคืออะไร
3. หากเครื่องเก่าและเครื่องใหม่ต่างกัน ให้วัดตัวอย่างเดียวกันด้วยทั้งสองเครื่องช่วงหนึ่งแล้วเปรียบเทียบ

เกณฑ์ความขุ่นของน้ำประปา: ญี่ปุ่น 2 度 และตัวเลขเทียบจากไทย/สหรัฐฯ

ในญี่ปุ่น เกณฑ์มาตรฐานน้ำประปาด้านความขุ่นคือ 2 度 หรือต่ำกว่า ส่วน "เป้าหมายการบริหารคุณภาพน้ำ" ที่แยกต่างหากกำหนดไว้ที่ 1 度 หรือต่ำกว่า ทั้งสองเป็นคนละหมวด อย่าสับสน

การผ่านเกณฑ์ความขุ่นอย่างเดียวไม่ได้แปลว่าน้ำปลอดภัยพอจะดื่ม มาตรฐานน้ำดื่มยังครอบคลุมจุลินทรีย์ สารเคมี และพารามิเตอร์อื่นด้วย

ในไทย ข่าวประชาสัมพันธ์ของการประปาส่วนภูมิภาค (กปภ.) อ้างเกณฑ์ความขุ่นของน้ำประปาที่ 5 NTU (รายงานคุณภาพน้ำบางสาขาระบุเกณฑ์ภายในที่ต่ำกว่านี้) ส่วนของสหรัฐฯ กำหนดให้น้ำที่ออกจากการกรองรวม (combined filter effluent) ของระบบ conventional และ direct filtration ไม่เกิน 0.3 NTU ใน 95% ของการวัดรายเดือน และไม่เกิน 1 NTU ตลอดเวลา

ตัวเลขเหล่านี้ใช้กับจุดที่ต่างกัน และอิงวิธีวัดที่ต่างกัน จึงเอามาเทียบกับ 2 度 ของญี่ปุ่นตรง ๆ ไม่ได้ ให้ยืนยันเกณฑ์ที่ใช้จริงกับหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง

เกณฑ์ข้างต้นไม่ใช่เกณฑ์ผ่าน/ไม่ผ่านของน้ำทิ้งโรงงานหรือของเหลวในกระบวนการ การตรวจน้ำดื่มตามกฎหมาย ค่าควบคุมในกระบวนการ และใบอนุญาตน้ำทิ้ง ต่างก็ต้องทำตามขอบเขตและวิธีวิเคราะห์ที่กำหนดของตัวเอง

ความขุ่น vs SS (ของแข็งแขวนลอย)

ของแข็งแขวนลอยทั้งหมด (TSS ที่ญี่ปุ่นเรียกว่า SS) คือมวลของสารแขวนลอยต่อปริมาตรตัวอย่าง วิธีหาคือกรองตัวอย่างตามขั้นตอนที่กำหนด แล้วอบแห้งและชั่งน้ำหนักกากที่เหลือ ส่วนความขุ่นเป็นค่าทางแสง ทั้งสองจึงเป็นคนละค่ากัน

เครื่องวัดความขุ่นบางรุ่นแสดง SS เป็น mg/L แต่เครื่องไม่ได้อบหรือชั่งน้ำหนักอะไร เครื่องแปลงความขุ่นเป็น SS ด้วยสมการความสัมพันธ์ที่ได้จากตัวอย่างจริง

ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างสมมติ ให้ x คือความขุ่น (度) และ y คือ SS (mg/L) สมมติว่าตัวอย่างจริงให้ y = 2 + 1.5x สำหรับตัวอย่างชนิดและช่วงนั้น ค่าที่อ่านได้ 20 度 จะประมาณ SS ได้ 32 mg/L

สัมประสิทธิ์ 2 และ 1.5 เป็นตัวเลขที่ตั้งขึ้นเพื่ออธิบาย หากนำสมการที่สร้างจากน้ำโคลนในแม่น้ำไปใช้กับน้ำกระบวนการที่มีน้ำมันหรือสี ความต่างของอนุภาคจะกลายเป็นความคลาดเคลื่อนในการแปลงค่า

เมื่อสร้างสมการความสัมพันธ์ ให้วัดความขุ่นและ SS ของตัวอย่างเดียวกันเป็นคู่ ๆ ให้ครอบคลุมช่วงควบคุมทั้งหมด และตรวจปลายช่วงกับสภาวะผิดปกติด้วย ไม่ใช่เฉพาะช่วงที่ดูเป็นเส้นตรง

การเปลี่ยนสารเคมีหรือวัตถุดิบอาจเปลี่ยนความหมายของค่าที่อ่านได้ จึงควรบันทึกกระบวนการและช่วงที่ใช้ได้ไว้พร้อมสมการ

หลักการวัดความขุ่น

วิธีวัดความขุ่นมักแบ่งเป็น 4 แบบ คือ การเปรียบเทียบด้วยสายตา แสงส่องผ่าน แสงกระเจิง และทรงกลมรวมแสง ทุกวิธีเทียบตัวอย่างกับความขุ่นอ้างอิง แต่ดูองค์ประกอบของแสงต่างกันและเก็บแสงจากทิศทางต่างกัน

การเปรียบเทียบด้วยสายตา (visual turbidity) คือการเทียบตัวอย่างกับสารมาตรฐานในหลอดเปรียบเทียบที่เหมือนกัน ต้องควบคุมแหล่งกำเนิดแสง พื้นหลัง และทิศทางการมอง จึงไม่เหมือนกับการยกขวดขึ้นส่องกับแสงไฟ

ในญี่ปุ่น JIS K 0101 (น้ำอุตสาหกรรม) และ JIS K 0102 (น้ำเสียอุตสาหกรรม) ถูกรวมเข้าเป็นชุด JIS K 0102 แล้ว การทดสอบทางกายภาพและเคมีทั่วไป รวมถึงความขุ่น อยู่ใน JIS K 0102-1:2021 และ Amendment 1:2023

เครื่องวัดความขุ่นอัตโนมัติมีมาตรฐานของตัวเองคือ JIS K 0801 ควรยืนยันฉบับปัจจุบันและข้อกำหนดกับซัพพลายเออร์หรือสมาคมมาตรฐานญี่ปุ่น (JSA)

การตรวจน้ำประปาของญี่ปุ่นใช้วิธีที่รัฐมนตรีว่าการกระทรวงสิ่งแวดล้อมกำหนด การรู้หลักการวัดเป็นเรื่องหนึ่ง การปฏิบัติตามวิธีตรวจที่กำหนดเป็นอีกเรื่องหนึ่ง ให้วัตถุประสงค์ของการทดสอบเป็นตัวกำหนดว่าใช้วิธีไหน

ในเครื่องวัดแบบแสงทุกชนิด ตำแหน่งของแหล่งกำเนิดแสง ตัวอย่าง และตัวรับแสง เป็นตัวกำหนดค่าที่อ่านได้

วิธีแสงส่องผ่าน (Transmitted Light / Turbidimetry)

เครื่องแบบแสงส่องผ่านปล่อยแสงผ่านตัวอย่าง แล้ววัดว่าแสงไปถึงตัวรับฝั่งตรงข้ามเท่าไร อนุภาคทำให้แสงกระเจิงออกจากแนวตรง เมื่อความขุ่นสูงขึ้น แสงที่ไปถึงตัวรับจึงลดลง

เครื่องแบบนี้ใช้กับความขุ่นระดับกลางถึงสูง แต่ช่วงที่ใช้ได้ขึ้นกับความยาวทางเดินแสงและตัวรับแสง เพราะเครื่องอ่านการสูญเสียของแสง การดูดกลืนแสงจากสิ่งอื่นที่ไม่ใช่อนุภาค และคราบสกปรกบนหน้าต่างแสง จึงมีผลต่อค่าที่อ่านด้วย

รูปที่ 2: วิธีแสงส่องผ่านวัดแสงที่สูญเสียไปก่อนถึงฝั่งตรงข้าม

แสงที่สูญเสียไปเพราะสีของตัวอย่างหรือคราบบนหน้าต่าง จะรวมเข้ากับการสูญเสียที่เกิดจากอนุภาค

ในน้ำที่ใสมาก อนุภาคทำให้แสงส่องผ่านเปลี่ยนไปเพียงเล็กน้อย สัญญาณอาจจมหายไปในความสว่างพื้นหลังและความต่างระหว่างเซลล์ นี่คือเหตุผลที่วิธีนี้วัดความขุ่นต่ำได้ยาก

ในทางตรงข้าม เมื่อน้ำขุ่นมากจนแสงแทบไม่ผ่าน ก็แทบไม่เหลือการเปลี่ยนแปลงให้อ่าน คำว่า "เหมาะกับความขุ่นสูง" ไม่ได้แปลว่าไม่มีขีดจำกัด จึงต้องตรวจช่วงใช้งานที่มีผลของเครื่อง

• สี: น้ำที่มีสีแต่อนุภาคน้อย ก็ทำให้แสงส่องผ่านลดลงได้จากการดูดกลืนแสง ให้เทียบการตอบสนองของเครื่องบนตัวอย่างจริง จะได้ไม่เข้าใจผิดว่าสีที่เปลี่ยนคือความขุ่นที่เปลี่ยน
• สภาพเซลล์: รอยนิ้วมือ หยดน้ำ และรอยขีดข่วนเล็ก ๆ บนเซลล์ทำให้ค่าเลื่อน ก่อนสงสัยว่าตัวอย่างเปลี่ยน ให้วัดซ้ำด้วยเซลล์ที่สะอาด ทิศทางเดิมและเงื่อนไขเดิม
• ไม่ใช่การวิเคราะห์ทางเคมี: เครื่องวิเคราะห์แบบ colorimetric (เช่น เครื่องวิเคราะห์ซิลิกา) ก็วัดแสงส่องผ่านเหมือนกัน แต่อ่านสีที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมี เพื่อหาองค์ประกอบเฉพาะ

วิธีแสงกระเจิง (Scattered Light / Nephelometry)

เครื่องแบบแสงกระเจิงวัดแสงที่อนุภาคทำให้เบี่ยงทิศ โดยใช้ตัวรับแสงที่มุมคงที่ การออกแบบแบบ side-scatter ที่พบบ่อยจะตรวจจับแสงที่ 90° จากลำแสงตกกระทบ

ในน้ำที่ใสมาก อนุภาคที่เพิ่มขึ้นทำให้แสงกระเจิงเพิ่มขึ้นในแบบที่ตรวจจับได้ง่าย จึงใช้วิธีนี้วัดความขุ่นต่ำ สัญญาณที่อ่านเป็นคนละชนิดกับการลดลงเล็กน้อยของแสงส่องผ่าน

แสงกระเจิงไม่ใช่แค่แสงที่สะท้อนไปทิศเดียวเหมือนกระจก อนุภาคส่งแสงออกไปหลายทิศทาง มุมที่เครื่องเลือกอ่านจึงเปลี่ยนการตอบสนองต่อขนาดอนุภาคและคุณสมบัติอื่น

เมื่อความขุ่นสูงขึ้น แสงตกกระทบไปถึงบริเวณวัดได้น้อยลง และแสงกระเจิงก็อ่อนลงระหว่างทางไปยังตัวรับ ความสัมพันธ์ระหว่างความขุ่นกับแสงที่ตรวจจับได้จึงไม่เป็นสัดส่วนตรง ๆ อีกต่อไป

ค่าที่อ่านได้ยังไม่ถึง full scale ไม่ได้พิสูจน์ว่าการวัดถูกต้อง ให้ประเมินการตอบสนองของระบบ รวมถึง multiple scattering และเจือจางตามสเปกของเครื่องหรือวิธีทดสอบ

แสงอินฟราเรดใกล้ลดผลของสีในช่วงแสงที่มองเห็นได้ในบางกรณี แต่ความต่างของการดูดกลืนแสงและคุณสมบัติของอนุภาคยังคงอยู่ จึงควรทดสอบเครื่องกับตัวอย่างจริงของน้ำที่จะวัด

รูปที่ 3: แยกตัวรับแสงสำหรับแสงกระเจิงด้านข้างและแสงที่ส่องผ่านตรง

S วัดที่ 90° และ T วัดตามแนวลำแสง เครื่องแบบอัตราส่วนใช้ทั้งสองค่า

วิธีอัตราส่วน (แสงกระเจิง/แสงส่องผ่าน)

เครื่องแบบอัตราส่วน (ratio method) วัดทั้งแสงส่องผ่านและแสงกระเจิง แล้วใช้อัตราส่วนของสองค่า หากความสว่างของหลอดหรือสีของตัวอย่างมีผลต่อทั้งสองสัญญาณเท่ากัน อัตราส่วนจะตัดผลนั้นออกไปได้มาก

แต่ไม่ได้แปลว่าวิธีอัตราส่วนแม่นที่สุดสำหรับทุกตัวอย่าง ให้เลือกวิธีตามอนุภาค สีของตัวอย่าง ช่วงวัดที่ต้องการ และวิธีทดสอบที่กำหนด ASTM D7315 และ USGS รายงานการออกแบบแบบนี้ด้วยหน่วยของตัวเอง เช่น NTRU (แสงขาว) และ FNRU (อินฟราเรดใกล้)

ตัวอย่างง่าย ๆ ถ้าสัญญาณแสงกระเจิงเป็น 20 และแสงส่องผ่านเป็น 80 อัตราส่วนคือ 0.25 หากหลอดสลัวลงจนทั้งสองเหลือ 0.8 เท่า สัญญาณจะเป็น 16 และ 64 อัตราส่วนยังคงเป็น 0.25

ทีนี้ลองเพิ่มสัญญาณจากฟองอากาศ 4 เข้าไปที่ฝั่งแสงกระเจิงอย่างเดียว อัตราส่วนจะเป็น 24 ÷ 80 = 0.30 อัตราส่วนไม่ได้แก้ทุกสิ่งรบกวน แก้ได้เฉพาะสิ่งที่กระทบทั้งสองสัญญาณเท่ากัน

เครื่องจริงถูกสอบเทียบพร้อมการจัดวางระบบแสงและวิธีชดเชยของตัวเอง อย่าคิดว่าสูตร S/T ง่าย ๆ แปลว่าทุกรุ่นวัดช่วงเดียวกันได้แม่นเท่ากัน ให้เปรียบเทียบสมรรถนะของแต่ละรุ่น

ทรงกลมรวมแสง (Integrating Sphere) และ Surface Scatter

เครื่องแบบ integrating sphere เก็บแสงที่ผ่านตัวอย่างไว้ในทรงกลมที่ผนังด้านในสะท้อนแสงแบบกระจาย จึงเก็บแสงจากทิศทางได้กว้างกว่าเครื่องแสงกระเจิงมุมเดียว

เครื่องประเมินความขุ่นจากปริมาณ เช่น อัตราส่วนของแสงกระเจิงต่อแสงส่องผ่านทั้งหมด การจะเข้าใจหลักการ ให้ดูว่าเครื่องแยกและตรวจจับองค์ประกอบแสงอะไร ไม่ใช่ดูแค่ว่ามีทรงกลมอยู่

รูปที่ 4: ทรงกลมรวมแสงเก็บแสงด้วยการสะท้อนแบบกระจาย

แสงที่ออกจากตัวอย่างสะท้อนไปมาในทรงกลมแล้วไปถึงตัวรับแสง เป็นภาพตัดเชิงแนวคิดของเส้นทางแสง

เครื่องแบบ surface scatter ตรวจจับแสงที่กระเจิงบริเวณผิวน้ำหรือใกล้ผิวน้ำ โดยทั่วไปจากด้านบน ในแบบที่ส่วนแสงไม่ได้จุ่มในตัวอย่าง จะไม่มีปัญหาคราบสกปรกบนหน้าต่างเซลล์ที่สัมผัสน้ำ

ฟองหรือเศษลอยบนผิวน้ำยังมีผลต่อค่าที่อ่าน เอกสารทางเทคนิคเรื่องฟองอากาศของ Yokogawa อธิบายการประมวลผลสัญญาณที่ลดผลของฟองที่เกิดเป็นช่วง ๆ พร้อมเงื่อนไขที่ใช้ได้

ส่วนแสงที่ไม่สัมผัสน้ำ ไม่ได้แปลว่าเครื่องทั้งเครื่องไม่ต้องบำรุงรักษา ต้องรักษาการไหลของตัวอย่าง ระดับน้ำ และการระบายทิ้งให้คงที่ และไม่ให้ฟองสะสมบนผิววัด

เลือกวิธีวัดอย่างไร

เริ่มจากวัตถุประสงค์และช่วงความขุ่นที่ต้องการ การตรวจน้ำดื่ม การเฝ้าระวังน้ำดิบ การควบคุมน้ำกระบวนการ และการเฝ้าระวังน้ำเสียที่ขุ่นมาก ต้องการสมรรถนะและมีข้อจำกัดต่างกัน

หากกฎหมายหรือสัญญากำหนดวิธีวัด การปฏิบัติตามวิธีนั้นคือจุดเริ่มต้น เครื่องที่ช่วงวัดกว้างกว่าก็ยังให้ค่าที่ใช้ตัดสินแทนกันไม่ได้ หากใช้วิธีที่ต่างออกไป

สำหรับการเฝ้าระวังกระบวนการ ให้ดูว่าน้ำขุ่นได้ถึงระดับไหนตอน startup และตอนผิดปกติ ไม่ใช่แค่ตอนปกติ ช่วงวัดแคบที่ตั้งตามค่าปกติจะบันทึกไม่ได้ว่าเหตุผิดปกติรุนแรงแค่ไหน

เมื่อเปลี่ยนเครื่อง ให้วัดตัวอย่างเดียวกันด้วยเครื่องเก่าและเครื่องใหม่ช่วงหนึ่ง เพื่อตรวจความต่อเนื่องของข้อมูล การตรงกันที่สารมาตรฐานยังไม่พอ ให้บันทึกช่วงที่อนุภาคเปลี่ยนจริงด้วย เช่น ช่วงฝนตกหรือเปลี่ยนวัตถุดิบ

หากเปรียบเทียบแล้วพบความต่าง ให้ย้อนดูวิธีวัดที่ใช้ตั้งค่าควบคุมเดิมก่อนยกค่าไปใช้ต่อ การแยกให้ออกว่า "กระบวนการเปลี่ยน" หรือ "เครื่องตอบสนองต่างไป" ช่วยไม่ให้รับค่า alarm ที่ผิดมาใช้ต่อ

ในสเปก ควรระบุมากกว่าแค่ขีดจำกัดบนและล่างของความขุ่น:

• สารมาตรฐานที่ใช้สอบเทียบและวิธีทางแสง
• อุณหภูมิและความดันของน้ำที่จุดวัด
• สเกลของสัญญาณขาออก (ปลาย 4–20 mA แทนความขุ่นเท่าไร)
• พฤติกรรมของสัญญาณขาออกระหว่างการบำรุงรักษา

เมื่อมีรายการเหล่านี้ในสเปก ตั้งแต่ส่งมอบจนถึงการเปรียบเทียบเครื่องเคียงข้างกัน จะทำภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน

เปรียบเทียบวิธีวัด

ตารางสรุปว่าแต่ละวิธีอ่านแสงแบบไหน และเงื่อนไขที่ต้องตรวจ

วิธี	แสงที่อ่าน	การใช้งานทั่วไป	เงื่อนไขที่ต้องตรวจ
เปรียบเทียบด้วยสายตา	ลักษณะที่เห็นของสารมาตรฐานและตัวอย่าง	การทดสอบเปรียบเทียบตามขั้นตอนที่กำหนด	แสงสว่าง พื้นหลัง เงื่อนไขการมอง
แสงส่องผ่าน	การสูญเสียของแสงที่ส่องผ่านตรง	เฝ้าระวังความขุ่นระดับกลางถึงสูง	สี คราบบนหน้าต่าง ความยาวทางเดินแสง
แสงกระเจิง	แสงที่กระเจิงที่มุมคงที่	การวัดที่รวมถึงความขุ่นต่ำ	ความยาวคลื่น มุมตัวรับแสง multiple scattering
ทรงกลมรวมแสง	แสงส่องผ่านและแสงกระเจิงที่เก็บด้วยทรงกลม	วัดตัวอย่างตามวิธีที่กำหนด	ทรงกลม ระบบแสง เงื่อนไขการสอบเทียบ
อัตราส่วน (กระเจิง/ส่องผ่าน)	อัตราส่วนของแสงกระเจิงต่อแสงส่องผ่าน	เฝ้าระวังที่ลดผลของสี	สิ่งรบกวนที่ไม่กระทบทั้งสองสัญญาณเท่ากัน
Surface scatter	แสงที่กระเจิงใกล้ผิวน้ำ	วัดต่อเนื่องโดยไม่มีหน้าต่างสัมผัสน้ำ	ฟอง เศษลอย การไหล ระดับน้ำ

เลือกวิธีให้เหมาะกับตัวอย่าง:

• ความขุ่นต่ำ: ความเสถียรของจุดศูนย์ การกันแสงภายนอก และเซลล์ที่สะอาดคือหัวใจ ให้ดูว่าค่าที่อ่านแกว่งเท่าไรรอบค่าเป้าหมาย ไม่ใช่ดูแค่หลักสุดท้ายที่จอแสดง
• ความขุ่นสูง: แสงผ่านเข้าไปได้ลึกแค่ไหน การจัดวางตัวรับแสง และความเร็วในการตกตะกอน ล้วนสำคัญ เมื่อออกแบบการเฝ้าระวัง ให้กำหนดด้วยว่าค่าเกินช่วงจะค้างที่ขีดจำกัดบนหรือส่งสัญญาณความผิดปกติ
• น้ำที่มีสี: ประเมินกรณีอนุภาคเพิ่มกับกรณีสีที่ละลายเพิ่มแยกกัน แม้มีการชดเชยแล้ว การตอบสนองก็ยังเปลี่ยนเมื่อสีหรืออนุภาคเปลี่ยน จึงควรทดสอบทั้งน้ำปกติและน้ำช่วงผิดปกติ
• หยดน้ำมันหรือ floc: ความแรงของการกวนเปลี่ยนสภาพตัวอย่างได้ ให้บันทึกเงื่อนไขการทดสอบ และจัดการตัวอย่างตั้งแต่เก็บจนถึงวัดให้เหมือนกันทุกครั้ง

การออกแบบ Sample Line ของเครื่องวัดความขุ่นออนไลน์

เครื่องวัดความขุ่นออนไลน์วัดเฉพาะน้ำที่ไปถึงเซ็นเซอร์ หากอนุภาคตกตะกอนหรือเกาะอยู่ใน sample line เครื่องจะเห็นน้ำที่ไม่ใช่น้ำในกระบวนการจริง

เลือกจุดเก็บตัวอย่างที่น้ำในกระบวนการไหลอย่างเป็นตัวแทน มุมถังกับท่อทางออกพาอนุภาคต่างกัน จึงต้องตรวจจุดน้ำนิ่งและการตกตะกอนด้วย ไม่ใช่ดูแค่ว่าติดตั้งง่าย

sample line ที่ยาวและเล็กทำให้ตัวอย่างมาถึงช้า และเพิ่มโอกาสที่อนุภาคจะตกตะกอนหรือเกาะผนัง ให้วางแผนความยาว ขนาดท่อ และอัตราการไหลร่วมกัน และเว้นเส้นทางสำหรับล้างและตรวจการอุดตันไว้ด้วย

รูปที่ 5: sample line ต้องรักษาให้อนุภาคเป็นตัวแทนและกำจัดฟองอากาศ

ให้มองตั้งแต่จุดแยกจากท่อกระบวนการจนถึงท่อระบายทิ้งเป็นระบบวัดเดียวกัน การตกตะกอน ฟองอากาศ และน้ำค้างในท่อล้วนกระทบค่าที่อ่าน

เป็นผังเชิงแนวคิด ให้ทำตามช่วงอัตราการไหลและความดันของเครื่องรุ่นนั้น ออกแบบตัวแยกฟองอากาศไม่ให้อนุภาคตกตะกอนในนั้น

ก๊าซที่ละลายอยู่หลุดออกมาเมื่อความดันตก หรืออากาศถูกดูดเข้าที่ปั๊มและข้อต่อ จะเกิดเป็นฟองที่ทำให้แสงกระเจิง ค่าที่อ่านอาจพุ่งขึ้น ทั้งที่อนุภาคในน้ำไม่ได้เพิ่ม

การกำจัดฟองทำได้โดยทำให้การไหลและความดันคงที่ และใช้ตัวแยกฟองที่ออกแบบมาสำหรับเครื่องรุ่นนั้น แต่ถ้าปล่อยให้ตัวอย่างนิ่งนานเกินไป อนุภาคก็ตกตะกอนด้วย ซึ่งเปลี่ยนความขุ่นที่ต้องการวัด

การไหลมากขึ้นไม่ได้ดีเสมอไป การไหลแรงเกินทำให้เกิดฟองและผิวน้ำไม่นิ่ง ให้รักษาอัตราการไหลและความดันในช่วงที่เซ็นเซอร์กำหนด และปรับจนตัวอย่างไหลเข้าอย่างสม่ำเสมอที่ค่านั้น

ความหน่วงของ sample line ทำให้ alarm ช้าลงด้วย หากท่อและเซลล์เก็บน้ำไว้มาก การเปลี่ยนแปลงในกระบวนการจะใช้เวลากว่าจะแสดงผล แม้เซ็นเซอร์จะตอบสนองเร็วก็ตาม

เมื่อเทียบผลแล็บกับค่าออนไลน์ ให้จับคู่ตัวอย่างที่เก็บเวลาเดียวกัน และคิดความหน่วงจากจุดเก็บตัวอย่างถึงเซลล์ด้วย จะได้ไม่สรุปว่า "เครื่องคลาดเคลื่อน" ทั้งที่สองค่ามาจากน้ำคนละส่วนขณะที่น้ำกำลังเปลี่ยน

การสอบเทียบเครื่องวัดความขุ่น: Formazin, StablCal และสารมาตรฐานอื่น

การสอบเทียบคือการทำให้การตอบสนองของเครื่องตรงกับสารมาตรฐานที่กำหนด ไม่ใช่การปรับเครื่องจนตัวอย่างแสดงค่าที่ต้องการ ให้บันทึกชนิด ค่า และ lot ของสารมาตรฐานทุกครั้ง

1. เริ่มจากความสะอาด ทำความสะอาดส่วนแสงและเส้นทางตัวอย่าง แล้วรอให้ค่าเสถียรบนน้ำศูนย์ (zero water) ที่กำหนด หากตั้งศูนย์ขณะหน้าต่างสกปรก คราบนั้นจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของค่าอ้างอิง
2. ทำ span ด้วยสารมาตรฐานที่กำหนด ใช้สารละลายมาตรฐานหรือแผ่นมาตรฐาน (standard plate) ที่ผู้ผลิตหรือวิธีทดสอบระบุ ตัวเลือกที่พบบ่อยคือ formazin, stabilized formazin (เช่น Hach StablCal) และอนุภาคมาตรฐานชนิดโพลีสไตรีน สำหรับการเฝ้าระวังน้ำประปาต่อเนื่อง วิธีของญี่ปุ่นยอมให้สอบเทียบด้วยแผ่นมาตรฐานได้ด้วย ให้ยืนยันว่าแผ่นให้ค่าตรงกับสารละลายมาตรฐานก่อนนำไปใช้
3. ตรวจที่ค่าใกล้ค่าควบคุม สองจุดที่ตรงกัน (ศูนย์กับค่าสูง) ไม่ได้พิสูจน์ว่าเครื่องใช้ได้ในช่วงระหว่างกลาง ให้ตรวจการตอบสนองใกล้ค่าที่ควบคุมจริง
4. บันทึกก่อนและหลัง บันทึกค่าก่อนและหลังทำความสะอาด และก่อนและหลังสอบเทียบแยกกัน จะรู้ว่าแค่ล้างก็กลับมาเป็นปกติ หรือศูนย์และความไวก็เลื่อนด้วย และใช้กำหนดรอบการบำรุงรักษา

การเจือจางสารมาตรฐาน

เมื่อเตรียมสารมาตรฐานหลายระดับด้วยการเจือจาง ให้โยงค่าของสารตั้งต้น ปริมาตรที่ตวง และปริมาตรสุดท้ายเข้าด้วยกัน ปริมาตรสุดท้ายคือปริมาตรรวมหลังเติมน้ำจนถึงขีดบอกปริมาตร

รูปที่ 6: เตรียมสารมาตรฐาน 10 度 จากสารตั้งต้น 100 度

ตวงสารตั้งต้น 10 mL แล้วเติมให้ได้ปริมาตรรวม 100 mL จะได้ 10 度 ในการทำงานจริงให้ทำตามสารมาตรฐานและขั้นตอนที่กำหนด

สมมติว่าสารแขวนลอยสม่ำเสมอและเจือจางตามปริมาตร

C₂ = C₁ × V₁V₂

C₂ = 100 × 10100 = 10 度

C₁: ค่าของสารตั้งต้น (度) C₂: ค่าหลังเจือจาง (度) V₁: ปริมาตรสารตั้งต้นที่ตวง (mL) V₂: ปริมาตรรวมหลังเจือจาง (mL) ใช้สำหรับเตรียมสารมาตรฐาน ไม่ใช่สำหรับแปลงค่าตัวอย่างจริงระหว่างวิธีวัด

การเติมน้ำ 100 mL ลงในสารตั้งต้น 10 mL ได้ปริมาตรประมาณ 110 mL ไม่ใช่ 100 mL การเติมน้ำจนถึงขีดกับการเติมน้ำปริมาตรคงที่เป็นคนละวิธี

สารแขวนลอยที่ตกตะกอนระหว่างเก็บ หากตวงเฉพาะชั้นบน ค่าจะผิด ให้ทำตามวิธีผสมและวันหมดอายุที่กำหนด และไม่ให้ภาชนะหรือเครื่องมือนำอนุภาคแปลกปลอมเข้าไป

การเตรียม formazin จากสารเคมีตั้งต้นเกี่ยวข้องกับสารอันตราย หนึ่งในนั้นคือ hydrazine sulfate ซึ่งมีพิษสูง และ formazin เองก็อาจมี hydrazine sulfate ตกค้าง อย่าเตรียมจากบันทึกการบำรุงรักษาทั่วไป ให้ทำตามวิธีทดสอบที่กำหนด เอกสารข้อมูลความปลอดภัย (SDS) และขั้นตอนจัดการสารเคมีของโรงงาน

สเกล 4–20 mA และการออกแบบ Alarm

เมื่อเครื่องส่งค่าไปยังระบบควบคุม ช่วงที่แสดงผลและช่วงที่ส่งสัญญาณต้องตรงกัน กรณี 4–20 mA ทั้งเครื่องวัดและระบบรับต้องตกลงกันว่าปลายแต่ละด้านแทนความขุ่นเท่าไร

ในกรณีสมมติ ตั้ง 0–20 度 ให้ตรงกับ 4–20 mA ดังนั้น 12 mA คือจุดกึ่งกลาง เท่ากับ 10 度 หากฝั่งรับยังตั้งไว้ที่ 0–100 ค่า 12 mA เดิมจะแสดงเป็น 50

ตรวจป้ายหน่วยด้วย หาก transmitter ส่งออกเป็น 度 แบบ formazin แต่แท็กในระบบควบคุมเขียนว่า NTU ตัวเลขอาจดูถูก แต่ฐานของค่าไม่เหมือนกัน และสัญญาณที่ถูกต้องก็ไม่ได้พิสูจน์ว่าการสุ่มตัวอย่างหรือระบบแสงถูกต้อง จึงต้องตรวจฝั่งตัวอย่างและฝั่งสัญญาณแยกกัน

ประเด็นที่ต้องดูเมื่อตั้ง alarm:

• ช่วงวัด: ให้ครอบคลุมระดับตอน startup และตอนผิดปกติ ไม่ใช่แค่ค่าปกติ
• สัญญาณเกินช่วงและสัญญาณผิดปกติ: ถามว่าเอาต์พุตค้างที่ขีดบนหรือไปที่กระแสผิดปกติ transmitter บางรุ่นใช้ระดับสัญญาณตาม NAMUR NE 43 แต่ค่ากระแสจริงขึ้นกับอุปกรณ์และการตั้งค่า จึงควรยืนยันกับซัพพลายเออร์
• การเฉลี่ยและการกำจัดฟอง: การกรองที่แรงขึ้นซ่อนสไปก์สั้น ๆ ได้ แต่ทำให้การเปลี่ยนแปลงจริงล่าช้าด้วย ให้ตั้งเวลาตอบสนองและการลดสัญญาณเตือนผิดให้เหมาะกับวัตถุประสงค์ของ alarm
• สถานะการบำรุงรักษา: บันทึกความผิดปกติของเครื่องและสถานะการล้างควบคู่กับความขุ่น หากค่าปกติกับค่าช่วงบำรุงรักษาถูกบันทึกในระบบควบคุมแบบเดียวกัน ภายหลังจะมีคนอ่านการเปลี่ยนของคุณภาพน้ำผิด
• ค่าชั่วขณะ (instantaneous value): ความขุ่นบอกสภาพน้ำ ณ ขณะนั้น การรวมค่าตามเวลาไม่ได้ให้มวลของอนุภาค หากต้องการปริมาณมลสาร (load) ต้องนิยามอัตราการไหลและความเข้มข้นให้ชัด

แก้ปัญหาค่าความขุ่นตามอาการ

ให้ไล่จากอาการไปหาสาเหตุที่น่าจะเป็น จุดที่ต้องดูบ่อยคือฟองอากาศ คราบสกปรก สารมาตรฐาน และ sample line

อาการ	ตรวจก่อน	หมายเหตุ
สไปก์สั้น ๆ	ฟองอากาศ อนุภาคใหญ่ที่ผ่านมา แสงภายนอก	หากสไปก์ตรงกับการเปลี่ยนของอัตราการไหลหรือความดันในกระบวนการ ให้สงสัย sample line
ค่าค่อย ๆ เลื่อน (drift)	คราบหรือสิ่งสะสมบนหน้าต่าง สภาพสารมาตรฐาน อายุแหล่งกำเนิดแสง	บันทึกค่าก่อนล้าง จะได้ไม่เสียสาเหตุไปจากการรีเซ็ตศูนย์และ span พร้อมกัน
ต่ำเฉพาะหลังล้างใหม่ ๆ	น้ำล้างค้างในเซลล์ทำให้ตัวอย่างเจือจาง	บันทึกเวลาที่สลับกลับมาเป็นตัวอย่างและเวลาที่ใช้จนค่านิ่ง และทำเครื่องหมายช่วงล้างแยกไว้
ต่างจากผลแล็บในอัตราส่วนคงที่	ฐานของสารมาตรฐาน วิธีทางแสง การตั้งช่วงเอาต์พุต	ยืนยันว่าสองฝั่งวัดปริมาณเดียวกันก่อนปรับความไว
ทำซ้ำตัวอย่างเดิมแล้วค่าไม่นิ่ง	การตกตะกอน การรวมตัวเป็น floc ทิศทางเซลล์ ฟองอากาศ	กำหนดขั้นตอนการผสมและเวลารอก่อนวัดให้คงที่
ความสัมพันธ์เพี้ยนหลังเปลี่ยนกระบวนการ	คุณสมบัติของอนุภาคหรือสีเปลี่ยน	อย่าเพิ่งสรุปว่าเครื่องเสีย ให้วัดความขุ่นและพารามิเตอร์อื่นที่จำเป็นบนตัวอย่างจริงอีกครั้ง

นำไปใช้ได้ทันที: Checklist ตรวจสเปกเครื่องวัดความขุ่นของญี่ปุ่น

ใช้รายการนี้เมื่อได้รับดาต้าชีต P&ID หรือข้อมูลการใช้งานจากญี่ปุ่น

• หน่วย: 度, NTU, FNU, FTU หรือ FAU และป้ายหน่วยตรงกับระบบแสงจริงหรือไม่
• สารมาตรฐาน: kaolin, formazin, stabilized formazin, อนุภาคชนิดโพลีสไตรีน หรือแผ่นมาตรฐาน
• ระบบแสง: แสงส่องผ่าน, แสงกระเจิง 90°, อัตราส่วน, ทรงกลมรวมแสง หรือ surface scatter และแหล่งกำเนิดแสง (แสงขาวหรืออินฟราเรดใกล้)
• มาตรฐานอ้างอิง: JIS K 0102-1, JIS K 0801, วิธีตรวจน้ำประปาของญี่ปุ่น, EPA 180.1 หรือ ISO 7027-1
• ช่วงวัด: ครอบคลุมระดับปกติ ตอน startup และตอนผิดปกติ
• เอาต์พุต: ปลาย 4–20 mA พฤติกรรมเมื่อเกินช่วง กระแสผิดปกติ และพฤติกรรมระหว่างบำรุงรักษา
• ระบบควบคุม: ฝั่งรับตั้งช่วงและป้ายหน่วยเดียวกัน
• Alarm: ค่าที่ตั้ง วิธีที่ใช้เป็นฐาน และการตั้งค่าเฉลี่ยหรือกำจัดฟอง
• Sample line: จุดเก็บตัวอย่าง ช่วงอัตราการไหลและความดัน ตัวแยกฟองอากาศ เวลาหน่วง และท่อระบายทิ้ง
• การสอบเทียบ: ค่าสารมาตรฐาน ความถี่ การตรวจที่ค่าใกล้ค่าควบคุม และรูปแบบบันทึก
• การแสดงค่า SS (ถ้ามี): สมการความสัมพันธ์ ตัวอย่างที่ใช้สร้าง และช่วงที่ใช้ได้

คำถามถึงซัพพลายเออร์ญี่ปุ่น

ควรถามก่อนส่งของ หรือก่อนย้ายค่า alarm ใด ๆ เข้าระบบของโรงงานเอง

• ค่าความขุ่นอิงสารมาตรฐานอะไร: kaolin, formazin หรือ polystyrene
• เครื่องใช้หลักการวัดและแหล่งกำเนิดแสงแบบไหน สร้างตาม JIS K 0801, ISO 7027-1 หรือวิธีอื่น
• เครื่องแสดงและส่งสัญญาณเป็น NTU หรือ FNU ได้หรือไม่ ถ้าได้ จะเปลี่ยนระบบแสง หรือเปลี่ยนแค่ป้ายหน่วย
• 4 mA และ 20 mA ตรงกับค่าความขุ่นเท่าไร เมื่อเกินช่วงและเมื่อผิดปกติ เครื่องส่งกระแสเท่าไร
• ระหว่างล้างและสอบเทียบ เอาต์พุตทำอย่างไร (hold, ค่าล่าสุด หรือค่าสด)
• แนะนำสารมาตรฐานและจุดสอบเทียบอะไร และบ่อยแค่ไหน
• ค่า alarm ตั้งอย่างไร โดยอิงวิธีและหน่วยอะไร
• หากเครื่องแสดง SS เป็น mg/L สมการความสัมพันธ์สร้างจากตัวอย่างอะไร และใช้ได้ในช่วงใด

ตัวอย่างอีเมลถึงซัพพลายเออร์ (ภาษาอังกฤษ)

ปรับใช้อีเมลสั้น ๆ ด้านล่างได้ แทนที่ส่วนในวงเล็บเหลี่ยมด้วยข้อมูลของคุณ

Subject: Turbidity meter [tag no.] – units, calibration, and 4–20 mA scaling

Dear [Name],

We are integrating the turbidity meter [model / tag no.] into our control system, and our plant reports turbidity in [NTU / FNU]. Could you please confirm the following?

1. The standard behind the "度" value (kaolin, formazin, or polystyrene) and the measurement principle and light source.
2. Whether the meter can output in NTU or FNU, and whether this changes the optics or only the display label.
3. The turbidity values at 4 mA and 20 mA, and the output current when over range, in fault, and during maintenance.
4. The recommended calibration standard, calibration points, and frequency.
5. The basis for the alarm setpoint of [value] 度.

Thank you for your help.

Best regards,
[Your name]
[Company]

ข้อจำกัดของบทความนี้

• เงื่อนไขทางแสงของ EPA 180.1 และ ISO 7027-1 สรุปจากแหล่งข้อมูลสาธารณะและเอกสารของผู้ผลิต หากใช้ในงานออกแบบหรือการปฏิบัติตามกฎหมาย ให้ตรวจมาตรฐานฉบับปัจจุบัน
• การตรวจตามกฎหมายต้องใช้วิธีที่หน่วยงานกำกับยอมรับ (เช่น วิธีที่ระบุใน 40 CFR ของสหรัฐฯ หรือวิธีตรวจน้ำประปาของญี่ปุ่น) บทความนี้ไม่ได้ตัดสินว่าโรงงานของคุณต้องใช้วิธีไหน เกณฑ์ของไทยที่ยกมาเป็นเพียงตัวอย่าง ควรยืนยันกับหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง และบทความนี้ไม่ได้ยืนยันการเทียบกับมาตรฐาน มอก. (TIS)
• ไม่ได้ยืนยันฉบับปัจจุบันและข้อกำหนดของ JIS K 0801 ให้ถามซัพพลายเออร์
• สมการและตัวเลขในตัวอย่างคำนวณทั้งหมด (สมการ SS, อัตราส่วน S/T, กรณี 4–20 mA) เป็นตัวเลขสมมติ
• ความขุ่นอย่างเดียวไม่ครอบคลุมสารที่ละลายอยู่ น้ำหล่อเย็นและน้ำบอยเลอร์ต้องมีพารามิเตอร์ควบคุมของตัวเอง เช่น cycles of concentration และการควบคุม blowdown

FAQ

ความขุ่น 1 度 ของญี่ปุ่น เท่ากับกี่ NTU

ไม่มีตัวคูณแปลงตายตัวที่ใช้ได้กับน้ำทุกชนิด ให้เปรียบเทียบค่าเฉพาะเมื่อสารมาตรฐานและระบบแสงตรงกัน การเปลี่ยนป้ายหน่วยบนเครื่องเดิม เป็นคนละกรณีกับการเปลี่ยนไปใช้เครื่องที่มีแหล่งกำเนิดแสงหรือมุมตัวรับแสงต่างออกไป

NTU กับ FNU เหมือนกันหรือไม่

ในเชิงตัวเลข ใช่ ISO 7027-1 ถือว่าเทียบเท่ากันภายในวิธีวัดแสงกระเจิงแบบเดียวกัน แต่ในตัวอย่างจริงไม่จำเป็นต้องตรงกัน NTU มาจากเครื่องแสงขาว ส่วน FNU มาจากเครื่องอินฟราเรดใกล้ ขนาดอนุภาคและสีอาจทำให้อ่านค่าต่างกัน

ความขุ่นเป็น mg/L เหมือนกับ TSS เป็น mg/L หรือไม่

ไม่เหมือน ความขุ่นที่อิง kaolin ซึ่งแสดงเป็น mg/L กับมวลของของแข็งแขวนลอยที่ชั่งน้ำหนักจริงเป็นคนละปริมาณ หากต้องการประมาณ TSS จากความขุ่น ให้ใช้สมการที่สร้างจากตัวอย่างของโรงงานเอง และใช้ภายในช่วงที่ใช้ได้

ทำไมเครื่องวัดความขุ่นออนไลน์ถึงอ่านค่าสูงขึ้นอย่างกะทันหัน

นอกจากอนุภาคเพิ่มขึ้นจริง สาเหตุที่พบบ่อยคือฟองอากาศ เศษลอย แสงภายนอก และการเปลี่ยนแปลงใน sample line ให้เทียบสไปก์กับข้อมูลกระบวนการช่วงเวลาเดียวกัน และวัดซ้ำ เพื่อแยกว่าน้ำเปลี่ยนจริงหรือการวัดมีปัญหา

สอบเทียบผ่านแล้ว ทำไมค่าหน้างานยังต่างกัน

การตรงกันที่สารมาตรฐานไม่ได้รับประกันว่าตอบสนองต่ออนุภาคและสีของตัวอย่างจริงเหมือนกัน ซึ่งต่างกันตามวิธีวัด เวลาที่เก็บตัวอย่างและการตกตะกอนก็มีผลด้วย ให้วัดตัวอย่างเดียวกันภายใต้เงื่อนไขเดียวกันก่อนเปรียบเทียบ

แหล่งอ้างอิง

• หน่วยความขุ่นในญี่ปุ่น (度 แบบ kaolin และ formazin, นิยาม kaolin 1 mg/L, เงื่อนไขทางแสงของ EPA): Yokogawa, "Turbidity definitions and units" (ภาษาญี่ปุ่น)
• ระบบแสงของ NTU กับ FNU การเรียกชื่อหน่วย ผลของสี วิธีตามกฎหมาย: US EPA, "Field Turbidity Measurements" operating procedure
• ตารางหน่วย (NTU, FNU, FAU, FNRU, FBU) และภูมิภาคที่ใช้: Thermo Fisher Scientific, "Turbidity Units – A Cloudy Issue"
• หน่วยที่ USGS ใช้รายงาน: USGS Office of Water Quality Technical Memorandum 2004.03
• ช่วงวัดและระบบแสงของ EPA Method 180.1: NEMI, EPA-NERL 180.1 method summary; Health Canada, Guideline Technical Document – Turbidity
• ขอบเขตของ ISO 7027-1 ความเทียบเท่า NTU/FNU และช่วงวัด: ISO 7027-1:2016; Standard Norge, ISO 7027-1:2016
• ความยาวคลื่นและมุมตัวรับแสงของ ISO 7027 (แหล่งข้อมูลรอง): Hanna Instruments, HI88713 ISO turbidity meter
• NTU และ FNU ในน้ำธรรมชาติ: US Bureau of Reclamation / California DWR memo on NTU and FNU; Campbell Scientific, turbidity units FAQ (ภาษาญี่ปุ่น)
• เกณฑ์ความขุ่นของน้ำประปาญี่ปุ่น: กระทรวงสิ่งแวดล้อมญี่ปุ่น มาตรฐานคุณภาพน้ำดื่ม (ภาษาญี่ปุ่น)
• เกณฑ์ความขุ่นของน้ำประปาไทยที่ กปภ. อ้างถึง (5 NTU): การประปาส่วนภูมิภาค ข่าวสุ่มตรวจน้ำประปา สาขากาญจนดิษฐ์ (26 ต.ค. 2566)
• วิธีตรวจน้ำประปาของญี่ปุ่น: ประกาศฉบับที่ 261 วิธีตรวจคุณภาพน้ำ (ภาษาญี่ปุ่น)
• เกณฑ์ combined filter effluent ของสหรัฐฯ: eCFR, 40 CFR 141.551
• ชุด JIS K 0102: JEMAI การรวมและแยกเล่มชุด JIS K 0102 (ภาษาญี่ปุ่น); สมาคมมาตรฐานญี่ปุ่น JIS K 0102-1:2021 (ภาษาญี่ปุ่น); JIS K 0102-1 Amendment 1:2023 (ภาษาญี่ปุ่น)
• วิธีอัตราส่วน: HORIBA, light transmission and scattering method (ภาษาญี่ปุ่น); Yokogawa, technical information on transmitted-scattered light turbidimeters (ภาษาญี่ปุ่น)
• เครื่องแบบ surface scatter และฟองอากาศ: Yokogawa, bubble countermeasures for surface-scatter turbidimeters (ภาษาญี่ปุ่น)
• ความขุ่นกับ SS และการแปลงเป็น SS: Yokogawa, difference between turbidity and SS (ภาษาญี่ปุ่น); Kasahara Chemical Instruments, SS conversion using sample correlation (ภาษาญี่ปุ่น)
• StablCal และอันตรายของ formazin: Hach, StablCal turbidity standard; Hach Method 10258
• ระดับสัญญาณ NAMUR NE 43: Test & Measurement Tips, "What's the difference between live zero and dead zero?"