รายงานชิ้นที่ 1 วิชาเครื่องมือวัดอิเล็กทรอนิกส์ในงานอุตสหกรรม

a

รายงาน เรื่อง อุปกรณ์ตรวจรู้ความดันและอุปกรณ์แปลงสัญญาณ จัดทำโดย ชื่อ-สกุล นายสิทธิศักดิ์ สวัสดิสุข รหัสนักศึกษา 6131050006 ระดับชั้น ประกาศนียบัตรวิชาชีพชั้นสูง 2 เสนอ ชื่อ-สกุล ครูณภรรทร อินอุทัย รายงานเล่มนี้เป็นส่วนหนึ่งของวิชาเครื่องมือวัดอิเล็กทรอนิกส์ในอุตสหกรรม ภาคเรียนที่ 2 ปีการศึกษา 2562 วิทยาลัยการอาชีพนาทวี

b

คำนำ รายงานเรื่อง “อุป กรณ์ตรวจรู้ความดันและอุปกรณ์แปลงสัญญาณ” ฉบับนี้ เป็นส่ว นหนึ่งของวิชา เครื่องมือวัดอิเล็กทรอนิกส์ในอุตสหกรรม รหัสวิชา 3105-2104 ชั้นประกาศนียบัตรวิชาชีพชั้นสูง มีจุดประสงค์เพื่อ ศึกษาความรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์ตรวจรู้ความดันและอุปกรณ์แปลงสัญญาณ ซึ่งรายงานฉบับนี้มีเนื้อหาเกี่ยวกับ ความหมาย หลักการและการนำมาใช้งานของตัวอุปกรณ์ การจัดทำรายงานฉบับนี้สำเร็จตามวัตถุประสงค์ไปด้วยดี ข้าพเจ้าขอขอบพระคุณคุณครูณภรรทร อินอุทัย ที่ให้คำแนะนำและความรู้ในการทำรายงานฉบับนี้ ข้าพเจ้าหวังไว้อย่างยิ่งว่ารายงานฉบับจะเป็นมีประโยชน์ต่อผู้ที่ สนใจและผู้ที่นำไปใช้ให้เกิดผลสัมฤทธิ์ตามความคาดหวัง

ผู้จัดทำ นายสิทธิศักดิ์ สวัสดิสุข 5 พ.ย. 2562

c

สารบัญ เซนเซอร์วัดความดัน ประเภทของ Pressure Sensor ในงานอุตสาหกรรม ประเภทของเครื่องวัดแรงดัน เซนเซอร์แปลงความดัน PRESSURE TRANSMITTER หลักการทำงานของ Pressure Switch ประเภทของ Pressure Switch สวิตช์ความดัน วิธีการเลือก Pressure Switch สวิตช์ความดัน สิ่งที่ต้องพิจารณาในการเลือก Pressure Switch ชนิดของสวิตช์ ตั้งค่า Pressure Switch สวิตช์ความดัน อย่างไรให้ถูกวิธี การตั้งค่าสวิตช์ความดัน Pressure Switch ขั้นตอนการตั้งค่า Pressure Switch สวิตช์ความดัน นำไปใช้งานแบบใดได้บ้าง อ้างอิง

1 1 3 6 8 9 13 13 13 14 14 15 16

1

เซนเซอร์วัดความดัน เซนเซอร์วัดความดันเป็นอุปกรณ์ที่ตรวจจับความดันและแปลงค่าเป็นสัญญาณไฟฟ้าอะนาล็อกซึ่งจะความ แรงสัญญาณจะเปลี่ยนไปตามความดันที่ได้รับ ความดันจะถูกกำหนดเป็นแรงต่อหน่วยพื้นที่ซึ่งของเหลวมีแรง กระทำต่อพื้นที่รอบข้าง เนื่องจากความดันถูกเปลี่ยนเป็นสัญญาณไฟฟ้า เซนเซอร์จึงมีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ทรานสดิวเซอร์ความดัน มีหน่วยในการแสดงผลได้หลากหลายในตัวเดียว เช่น mbar, bar, kPa, kgf/cm2, psi, mmHg, inHg เป็น ต้น และมีส ัญญาณเอ๊าท์พุทแบบต่างๆให้เลือกใช้งาน เช่น NPN, PNP, 4-20 mA เป็นต้น เหมาะสำหรับลูกค้าทุกประเภทอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะเป็นกลุ่มอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ , อาหารและยา, เคมี, ยานยนต์ ฯลฯ

ประเภทของ Pressure Sensor ในงานอุตสาหกรรม 1. Pressure Gauge (เกจวัดความดัน) สามารถวัดความดันได้ทั้งความดันเกจ ความดันสัมบูรณ์ และ สุญญากาศ โดยจะแสดงผลเป็นแบบอนาล็อคหรือแบบเข็ม ข้อดีคือ มีราคาถูก ติดตั้งง่าย แต่ข้อเสียคืออ่านค่าได้ อย่างเดียว ไม่ละเอียด และไม่สามารถประยุกต์ใช้งานอย่างอื่นได้ เกจวัดความดันจะอาศัยหลักการยืดตัว/โก่งตัว ของวัสดุที่มีสมบัติยืดหยุ่นหรือเรียกว่า “เครื่องมือวัดความดันแบบอิลาสติก” ทำงานโดยอาศัยการแปลงความดันที่ อุปกรณ์ได้รับให้อยู่ในรูปการเคลื่อนที่ ประเภทของเกจวัดความดัน มีดังนี้ - เกจวั ด ความดั น แบบบู ร ์ ด อง (Bourdon Gauge) โดยเกจวั ด ความดั นแบบบู ร ์ด องจะมี ลักษณะเป็นขดทองแดงกลวง มีพื้นที่หน้าตัดเป็นวงรีซึ่งเมื่อมีความดันเข้าไปภายในท่อ ขดบูร์ดองจะพยายามยืดตัว ออกเป็นวงกลม จึงทำให้ดึงแขนที่ต่อกับเข็มชี้หมุนเลื่อนขึ้นแสดงความดันที่เกิดขึ้น

2

- เกจวัดความดันแบบเบลโลว์ (bellow) โครงสร้างของเบลโลว์มีลักษณะคล้ายลูกฟูก ภายใน กลวงสามารถยืดหยุ่นตัวได้ ปลายด้านหนึ่งปิดยึดติดกับเข็มชี้วัดระยะ ปลายอีกด้านหนึ่งเปิดเพื่อเป็นช่องทางเข้า ของความดัน (pressure) ที่ต้องการวัด ภายในเบลโลว์อาจติดตั้งสปริงหรือตัวหยุดการเคลื่อนที่ เพื่อป้องกันความ เสียหายจากการรับค่าความดันเกินพิกัด เมื่อเบลโลว์ได้รับความดันจากภายนอกทำให้ความดันภายในสูงขึ้น ส่งผล ให้เบลโลว์เกิดการยืดตัวออกในทิศทางเดียวกับทิศทางของความดันที่เข้าไปในเบลโลว์

2. Pressure Switch คือ สวิตซ์ควบคุมความดัน โดยใช้การตัดหรือต่อวงจรไฟฟ้าเมื่อความดันถึงจุดที่เรา กำหนดไว้ Pressure switch นี้สามารถใช้งานควบคุมแรงดันทั่วไป ยกตัวอย่างเช่น การตัดต่อการทำงานของปั้มนํ้า Pressure Switch Sensor ประเภทนี้ไม่ต้องอาศัยแรงดันไฟเลี้ยงเนื่องโดยส่วนใหญ่ใช้ระบบกลไก (Mechanic) ใน การทำงานโดยจะมีสัญญาณ Output เป็น Contact On/Off ใช้เพื่อตัดต่อระบบเพียงเท่านั้น ซึ่งแบ่งหลักการ ทำงานนี้ได้เป็นสองแบบ - Piston: ทำงานโดยใช้กระบอกสูบขนาดเล็กด้านในซึ่งอีกด้านหนึ่งจะเชื่อมต่อเข้ากับกลไกสวิตซ์ สามารถปรับตั้งสปริงเลือกช่วงในการทำงานได้ เหมาะกับงานที่มีแรงดันสูงๆ เช่น วัดแรงดันของระบบไฮดรอลิกใน ระบบเครื่อง Press โลหะ เป็นต้น

ที่มา: http://web.applied.com/base.cfm?page_id=4492

3

- Diaphragm: ส่วนใหญ่จะเป็นแผ่นยางไดอะแฟรมทำจากวัสดุ NBR เมื่อมีแรงดันมากระทำกับ แผ่นไดอะแฟรมซึ่งอีกด้านจะต่อกับกลไกสวิตช์จะทำงานในแรงดันที่เราตั้งไว้ เหมาะกับงานที่มีแรงดันไม่สูงมาก เช่นแรงดันของลม ในระบบนิวเมตริค

ที่มา: http://web.applied.com/base.cfm?page_id=4492 3. Pressure Transmitter คือ อุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดความดันและแปลงสัญญาณออกมาเป็นสัญญาณ มาตรฐานที่มีทั้งสัญญาณ Analog 4-20mA, 0-10VDC เพื่อนำไปควบคุมขบวนการทำงานต่างๆในอุตสาหกรรม แบ่งประเภทย่อย ตามหลักการทำงานได้ดังนี้ - Strain Gauge: หลักการทำงานคืออาศัยการยืดหดตัวของ Strain gauge ที่ยึดติดอยู่กับแผ่น ไดอะแฟรมและต่อวงจรไปยังวงจร วิทสโตนบริดจ์ (Wheatstone Bridge) เพื่อแปลงความดัน (pressure) ไปเป็น สัญญาณทางไฟฟ้า - Thin Film: เป็นเซ็นเซอร์ลักษณะแผ่นฟิล์มบางๆ ที่จะรับแรงกดแล้วแสดงค่าแรงดัน ออกมา นิยมใช้กับงานที่มีแรงดันต่ำ - Thick Film: ไดอะแฟรมจะผลิตจากวัสดุ เช่น เซรามิก เหมาะกับงานที่แรงดันสูง มีความ แข็งแรงมากกว่าประเภท Thin Film นิยมใช้ในงานไฮดรอลิค

เราสามารถแบ่งประเภทของเครื่องวัดแรงดันออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่ - ประเภทที่มีหน้าจอแสดงผล ซึ่งประเภทนี้จะมีด้วยกัน 2 แบบ คือแบบอนาล็อค (แบบเข็ม) กับแบบ ดิจิตอล

4

- ประเภทที่เป็นตัวเซ็นเซอร์อย่างเดียว ได้แก่ Pressure Switch กับ Pressure Transmitter

อุปกรณ์นี้สามารถนำไปใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ ได้มากมาย ไม่ว่าจะเป็น -

ใช้วัดแรงดันน้ำจะนิยมใช้กับตัวปั๊มนํ้า ใช้วัดแรงดันลมกับเครื่องมือที่เป็นสว่านลม, นิวเมตริกหรือกระบอกลม ใช้วัดแรงดันไอนํ้าในหม้อนํ้า (boiler) ใช้วัดแรงดันนํ้ามันในกระบอกไฮดรอลิค

เซนเซอร์ตรวจวัดความดัน (Pressure Sensor) การวัดความดันที่มีค่าต่ำมากๆ จะให้ผลค่อนข้องคลาดเคลื่อน ซึ่งต้องปรับปรุงขอบเขตความสามารถใน การวัดรวมไปถึงผลตอบสนองต่อความถี่สูง (high frequency response) และความทนทาน ซึ่งทั้งหมดที่ขึ้นอยู่ กับขั้นตอนและกรรมวิธีในการผลิตส่วนที่ใช้วัดความดัน ซึ่งไม่มีส่วนเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ส่วนอื่นโดยมีหลักการดังนี้ ตัวแปรที่ใช้วัดการเปลี่ยนแปลงของความดัน อธิบายได้โดยดูจากการนำไฟฟ้าของส่วนที่เป็นไดอะแฟรมวัด ความดันกับขดลวดทั้ง 2 ขดลวดถูกพั นและติดตั้ง โดยมีแนวแกนทั้ง 2 ขัดกับระนาบของไดอะเฟรม ขดลวดทั้ง 2 ต่อกันส่วนไดอะแฟรมจะสามารถเคลื่อนที่ได้อิสระเพื่อตอบสนองผลของการเปลี่ยนแปลงความดัน ขอลวดได้รับ กระแสสลับขนาด 5 Vrms ที่มีความถี่ 3 หรือ 4 KHz ขดลวดทั้ง ต่อเข้าสายสัญญาน สายเดียวกัน จึงถือว่าไม่มี ความต้านทานความดัน ไดอะแฟรมจะเคลื่อนจากขดลวดอันใดอันหนึ่ง เมื่อ sensor ได้รับการเปลี่ยนแปลงความ ดัน ไดอะแฟรมจะเลื่อนจากขดลวดหนึ่ง ไปยังอีกอันหนึ่ง ไดอะแฟรมเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติทางด้านสนามแม่เหล็ก เมื่ออยู่ใกล้ขดลวดใดจะทำให้ความหนาแน่นของฟักซ์แม่เหล็ก รอบๆขดลวดสูงขึ้น เมื่อสนามแม่เหล็กรอบขดลวด สูงขึ้น จะส่งผลให้ เพิ่มความสามารถในการนำไฟฟ้า ในขณะเดียวกันขดลวดอีกอันก็ลดความต้านทาน เป็นผลให้ ขดลวดทั้ง 2 มีคุณสมบัติ ไม่สมดุลกัน ส่งผลให้มีสัญญาณขนาดเล็กส่งมาจากสายสัญญาณ การเปลี่ยนแปลงของ ความต้านทานของขดลวด มีผ ลเป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของไดอะแฟรม ดังนั้นแอมพลิจูดของ สัญญาน ซึ่งเป็นผลที่ได้จากการเปลี่ยนแปลงความดันเฟสของสัญญาณจะบอกให้รู้ถึงทิศทางการเคลื่อนที่ของ

5

ไดอะแฟรม ดั้งนั้นแอมพลิจูดของสัญญาณจึงเป็นผลที่ได้จากการเปลี่ยนแปลงความดันเฟสของสัญญาณจะบอกให้ รู้ ถึงทิศทางการเคลื่อนที่ของไดอะแฟรม เอาท์พุตที่ได้จากวงจรวัดการเปลี่ยนแปลงมีขนาดเต็มสเกลได้ 20 mV/V หรืออาจมากกว่า เนื่องจากเอาพุตที่ได้ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนนีของไดอะแฟรม สเกลของค่าความดันที่วัดได้จะขึ้นอยู่ กับความกว้างของพื้นที่ที่ไดอะแฟรมเคลื่อนที่ ในบางครั้งจำเป็นต้องวัดแรงดันของไหลที่อุณหภูมิซึ่งต่างไปจากปกติ อาจมากหรือน้อยกว่าปกติเราหลีกเลี่ยงวิธีการที่จะสร้างอุปกรณ์ตรวจวัดความดันชนิดพิเศษที่ทนต่ออุณหภูมิได้โดย การแยก sensor วัดความดันออกห่างจากจุดที่ต้องการวัดโดยให้แรงดันผ่านหลอดหรือท่อสั้นๆ

จากกราฟแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ของขนาดความยาวของท่อกับอุณหภูมิเมื่อต้องการวัดความดัน ที่อุณหภูมิต่างกัน

6

มีข้อสรุปในการใช้งานดังนี้ - ท่อที่ใช้จะทำการป้องกันรังสีความร้อนที่แผ่มายังเครื่องวัดโดยแรงดันที่ต้องการวัดจะผ่านจากท่อ โดยตรงมาจดถึงเครื่องมือวัด - วัสดุที่เราต้องการวัดความดันจะต้องมีค่าสัมประสิทธ์ความจุความร้อนน้อยกว่า0.4 BTU/sq hr/ft/deg F. - อากาศโดยรอบเครื่องมือวัด จะต้องไม่เกิน 100 องศาฟาเรนไฮต์ - อัตราการถ่ายเทความร้อน ที่ปลายท่อเท่ากับ 1.44 BTU/sq ft/r/deg F. - ในการวัดความดัน จะไม่มีของไหลผ่านท่อมายังเครื่ องมือและเนื่องจากการควบคุมอุณหภูมิที่ปลายท่อ เครื่องมือวัดจึงไม่ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมินอกจากว่าของไหลที่จะวัดมีอุณหภูมิสูงมากเกินไป

เซนเซอร์แปลงความดัน PRESSURE TRANSMITTER เซนเซอร์แปลงความดัน Pressure Transmitter เป็นสวิตช์แปลงค่าแรงดัน เซนเซอร์แปลงความดัน เป็นสัญญาณไฟฟ้า ให้ความแม่นยำสูง สามารถใช้กับก๊าซที่ไม่มีฤทธิ์กัดกร่อน สามารถใช้ได้ทั้งของเหลว สินค้า คุณภาพจากยุโ รป ขนาดกะทัดรัด ผลิตจากวัส ดุที่แข็งแรงทนทาน เหมาะสำหรับการใช้งานอุตสาหกรรมที่ หลากหลาย ทนอุณหภูมิที่สู ง บ้างรุ่น เป็นสวิตช์แปลงค่าแรงดัน อุปกรณ์วัดแรงดันก๊าซ, อากาศ, ของเหลว และ แปลงเป็นสัญญาณทางไฟฟ้า โดยมีย่านในการวัดมีหน่วย Bar และ PS เซนเซอร์แปลงความดัน PRESSURE TRANSMITTER รุ่น PS SERIES คุณลักษณะ

7

PS 5 Series เป็นสวิตช์แปลงค่าแรงดัน สามารถใช้ได้ทั้งของเหลวและก๊าซที่ไม่มีฤทธิ์กัดกร่อน • • • • • •

ช่วงความดันมีให้เลือก (-1) ~ 0, 0 ~0.5, 0~1, 0 ~ 3.5, 0 ~10 (kfg/cm≤) ความดันสูงสุดที่ทนได้ เช่น -2, 1, 2, 7, 20 (kfg/cm≤) ไฟเลี้ยง 12 ~ 24 VDC ±10 % เอาต์พุตเป็นแบบ PNP มี 2 เอาต์พุต อุณหภูมิใช้งาน -20 ~80°C ความชื้น 35 ~ 85% RH ขนาดเกลียว R1/4 (PT1/4) เป็นทองเหลืองชุบนิเกิล

PS-20 Series เป็นสวิตช์แปลงค่าแรงดัน ขนาดเล็ก สะดวก ใช้งานง่าย เป็นสวิตซ์ความดันเกจ มี LED สีแดง แสดงผลเมื่อ เอาต์พุตทำงาน สามารถใช้กับก๊าซที่ไม่มีฤทธิ์กัดกร่อน • • • • • • •

ใช้ไฟเลี้ยง 10.8 - 30 VDC เอาต์พุตเป็น NPN/PNP Open Collector (1 เอาต์พุต) อุณหภูมิใช้งาน -10 - 60°C ความชื้นใช้งาน 35 - 85% RH ช่วงความดันมีให้เลือก 2 ช่วง คือ -100 ถึง 0kPa, -100 ถึง 300kPa ความแม่นยำ ±3% F.S. Max 0 - 50°C : อ้างอิง 25°C ความเร็วในการตอบสนอง 1 mS

เซนเซอร์แปลงความดัน PRESSURE TRANSMITTER รุ่น ECOS 8498 คุณลักษณะ

8

เป็นสวิตช์แปลงค่าแรงดัน อุปกรณ์วัดแรงดันก๊าซ, อากาศ, ของเหลว และแปลงเป็นสัญญาณทางไฟฟ้า โดยมีย่านในการวัดมีหน่วย Bar และ PSI มีเอาท์พุทให้เลือกแบบกระแสอะนาลอกเอาท์พุท และแรงดันอะนาลอก เอาท์พุท ได้ผ่านการทดสอบตามมาตรฐาน EMC/IEC 6100 อุปกรณ์วัดแรงดันก๊าซ, อากาศ, ของเหลว และแปลง เป็นสัญญาณทางไฟฟ้า ย่านการวัดสามารถรองรับได้ทั้งหน่วย Bar และ PSI (วัดในย่านติด - ได้) มีเอาท์พุทเป็น แบบอะนาล็อกเอาท์พุท 4-20 mA, 0-5VDC, และ 0-10VDC อุปกรณ์ผ่านการทดสอบตามมาตรฐาน EMC/IEC 6100 เซนเซอร์แปลงความดัน PRESSURE TRANSMITTER รุ่น TK คุณลักษณะ

สามารถเลือกเอาต์พุตใช้งานเป็น แรงดัน/กระแส ได้ Pressure Transmitter (อุปกรณ์ตรวจวัดแรงดัน) มี ความหลากหลายให้เลือกในการต่อใช้งาน โครงสร้างผลัตจากแสตนเลส AISI 430F และ 17-4PH ระดับป้องกัน : IP65 / 67 เหมาะสำหรับ งานที่มีการส่งสัญญาณไปในระยะทางไกล หรืองานที่มี ระบบควบคุม และ ระบบ Hydraulic ยังสามารถนำไปใช้ในระบบงานคอมเพรสเซอร์ , งานที่เกี่ยวข้องกับการกดและการเคลื่อนที่ของ Hydraulic • ย่านการวัด : 0-3 ถึง 0-500 bar และ -1..+1 ถึง -1..+10 • สัญญาณเอาต์พุต : 4-20 2 "/ 0.1-5.1VDC / 0.1-10.1VDC 0-5VDC / 0-10VDC / 15VDC / 1-10VDC

หลักการทำงานของ Pressure Switch ตามการออกแบบนี้จะมีสวิตช์ไฟฟ้าแยกกัน 2 สวิตช์ แต่ละอันจะทำงานโดยผลักคันโยกที่ทนต่อลูกสูบ ซึ่ง ตำแหน่งนี้จะถูกควบคุมด้วยแรงไฮดรอลิกและแรงสปริง ความดันที่สวิตช์ทำงานนั้นถูกเลือกโดยการหมุนปรับสกรู เพื่อเพิ่มหรือลดแรงสปริง สวิตช์จะทำงานด้วยสปริง (when the unit is assembled) ดังนั้นคอนแทค NO จะถูก ปิดและในทางกลับกัน เมื่อความดันที่ตั้งไว้ผลักดัน(แตะ)ถึงลูกสูบจะบีบอัดสปริงและปล่อยให้คันกดเลื่อนลงเป็นผล

9

ให้สวิตช์เลื่อนไปกลับสู่สภาวะปกติ โดยการใช้งาน 2 สวิตช์ร่วมกับรีเลย์ไฟฟ้า ความดันของระบบอาจจะคงอยู่ ในช่วงสูงและต่ำที่หลากหลาย

คอนแทคที่อยู่ใน Pressure switch อาจจะเป็น NO หรือ NC ถ้าความดันอยู่ต่ำกว่าจุด setpoint โดยคอนแทคใน สวิตซ์แบบ NO (Normally Open) จะยังเปิดอยู่จนกว่าความดันจะเพิ่มสูงขึ้นกว่าจุด setpoint จากนั้นส่วนที่ทำ การตรวจจับจะทำให้คอนแทคเปลี่ยนไปที่ตำแหน่งปิด คอนแทคจะเปิดอีกครั้งเมื่อความดันลดต่ำลงกว่ าจุด setpoint คอนแทคในสวิ ต ซ์ แ บบ NC (Normally Close) จะยั ง ปิ ด อยู ่ จ นกว่ า ความดั น จะเพิ ่ ม สู ง ขึ ้น กว่าจุด setpoint จากนั้นคอนแทคจะเปลี่ยนไปเปิดและยังคงเปิดอยู่จนกว่าความดันจะลดลงต่ำกว่าจุด setpoint ดังนั้น Pressure switches ส่วนมากจะมีคอนแทค 2 คอนแทค มี 1 NO และที่เหลือเป็น NC ดังนั้นสวิตซ์จะทำงานได้ ไม่ ว่าจะใช้คอนแทคแบบใดในการติดตั้งแบบพิเศษ

ประเภทของ Pressure Switch สวิตช์ความดัน สวิตช์ความดันประกอบด้วยส่วนประกอบการตรวจจับและสวิตช์ไฟฟ้า สวิตช์จะเปิดและปิดหน้าสัมผัสที่ ความดันเฉพาะที่เรียกว่าจุดที่ตั้งไว้ (set point) จุดที่ตั้งอาจถูกแก้ไขหรือปรับได้ การเลือกสวิตช์ความดันที่มีจุด สวิตช์ในช่วงความดันใช้งานที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้มั่นใจถึงความแม่นยำและอายุการใช้งานที่ยาวนาน คุณสมบัติและความสามารถที่แม่นยำนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของสวิตช์ความดัน Pressure Switch จะแบ่งออกเป็น 2 ชนิดหลักๆ ได้แก่ แบบ Electromechanical และแบบ Solid state Electromechanical Pressure Switch Pressure Switch แบบ Electromechanical ที่พบส่วนมากจะประกอบด้วยส่วนของการตรวจจับและ สวิตช์ไฟฟ้าแบบ snap-action สามารถใช้ส่วนตรวจจับได้หลายประเภท แต่มีสิ่งหนึ่งที่เหมือนกัน คือ สิ่งนี้เคลื่อนที่

10

เพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดันในระบบ โดยการเคลื่อนที่ของมันส่งผลโดยตรงต่อการเปิดและการ ปิดของหน้าสัมผัสของสวิทซ์แบบ snap-action Differential pressure switches จากรูปจะเห็นว่ามีความดัน 2 พอร์ต พอร์ตหนึ่งสำหรับความดันต่ำและอีกพอร์ตสำหรับความดันสูง ทั้ง ความดันต่ำและความดันสูงจะไหลเข้าไปหาส่วนเซ็นเซอร์เหมือนกัน กรณีสวิตช์แบบไดอะแฟรม เนื่องจากมีพื้นผิว ที่เท่ากันในแต่ละด้าน สวิตช์จะอยู่ในภาวะสมดุลเมื่อความดันเท่ากัน เมื่อความดันในด้านความดันสูงเพิ่มขึ้นหรือ ความดันในด้านต่ำลดลง ส่วนสูบลมจะเลื่อนขึ้น และความดัน differential ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าจะเปิดใช้งานสวิตช์ snap

Diaphragm Switches สวิทช์ไดอะแฟรมใช้ไดอะแฟรมโลหะที่มีรอยเชื่อมเพื่อเปิดใช้งานสวิทช์ จะมีพอร์ตความดันอยู่ 1 พอร์ตใน ตำแหน่งด้านล่าง เมื่อมีการอัดความดันเข้าไปจนทำให้ไปดันแทบสวิตช์ให้เกิดการทำงาน

11

Bourdon tube Switches สวิตช์หลอด Bourdon ใช้หลอด bourdon แบบปิดผนึกสำหรับการสั่งงานสวิตช์ ภายในหลอดจะถูก ความดันตัดขวางจึงต้องเปลี่ยนเป็นรูปทรงกลม เมื่อความดันถูดอัดเข้าไป ส่วนปลายหลอดจะเคลื่อนที่ไปดันสวิตช์ ให้ทำงาน

Diaphragm piston Switches สวิทช์ลูกสูบไดอะแฟรมติดตั้งไดอะแฟรมยางซึ่งทำหน้าที่เกี่ยวกับลูกสูบ ลูกสูบจะทำหน้าที่เป็นสวิตช์ มี สปริงที่จะผลักให้สวิตช์ทำงาน

12

Piston Switches สวิตช์ลูกสูบใช้ลูกสูบเพื่อเปิดใช้งานสวิตช์โดยตรง ความดันจะถูกอัดเข้าไปดันส่วนลูกสูบ จนไปดันสปริง ภายในให้สวิตช์ทำงาน

Solid state Pressure Switch Pressure Switch แบบ Solid State อาจมีจุดสวิตช์อย่างน้อยหนึ่งจุด สวิตช์นี้ไม่เพียงแต่เปิดและปิด วงจรสวิตช์ความดันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงจอแสดงผลดิจิตอล และให้ เอาต์พุตแบบอนาล็อกและดิจิตอล รุ่นที่มีใน ปัจจุบันส่วนใหญ่สามารถตั้งโปรแกรมได้อย่างสมบูรณ์และสามารถเชื่อมต่อกับ PLC หรือคอมพิวเตอร์ได้ สวิตช์ ความดันแบบโซลิด สเตด มีพิกัดแรงดันการทำงานและการตอบสนองความถี่ที่หลายหลาก มีความทนทานต่อการ กระแทกและการสั ่ น สะเทื อ น มี ค วามแม่ น ยำถึ ง ± 0.25% เมื ่ อ เปรี ย บเที ย บกั บ Pressure Switch แบบ Electromechanical แล้ว Pressure Switch แบบ Solid State มีอายุการใช้งานนานกว่ามาก

13

วิธีการเลือก Pressure Switch สวิตช์ความดัน สิ่งสำคัญสำหรับการเลือกสวิตช์ความดันก็คือ ความเข้าใจถึงความต้องการของคุณเองก่อนตัดสินใจเลือก ไปใช้งาน ในการเลือกนั้นจะมีค่าต่างๆ ที่คุณต้องพิจารณาตามความเหมาะสม ไม่ว่าจะเป็น ชนิดของเซ็นเซอร์ ความเร็วรอบ อายุการใช้งาน ช่วงความดัน และความแม่นยำ เพียงเท่านี้คุณก็จะได้สวิตช์ความดันที่เหมาะสมไปใช้ กับงานของคุณได้ สิ่งที่ต้องพิจารณาในการเลือก Pressure Switch หากจะเลือก Pressure Switch สวิตช์ความดัน ไปใช้งานนั้นคุณต้องมีค่าที่ต้องดูในการเลือกแต่ละครั้ง ดังต่อไปนี้ ชนิดของสวิตช์ เรารู้แล้วว่า Pressure Switch นั้นแบ่งเป็น 2 ประเภทคือ แบบ Electromechanical และแบบ Solid state ถ้าต้องใช้กับงานที่ต้องมีการกระแทกหรือสั่นสะเทือนบ่อยควรเลือกสวิตช์ความดันแบบโซลิด สเตต เพราะ สวิตช์แบบนี้จะทนทาน มีอายุการใช้งานยาวนาน ส่วนถ้าเลือกสวิตช์ความดันแบบ Electromechanical สวิตช์แบบนี้จะมีหลายแบบมาก ไม่ว่าจะเป็นแบบ Diaphragm Switches, Bourdon tube Switches, Diaphragm piston Switches และ Piston Switches โดย แต่ละแบบจะมีคุณสมบัติที่แตกต่างทั้งแรงดันใช้งานและค่าความแม่นยำ รวมถึงวัสดุที่ใช้ • Pressure Nominal หรือ PN PN คือ ค่าความดันใช้งานของท่อ มีหน่วยเป็นบาร์ (bar) โดยมี ให้เลือกหลายค่า เช่น 80 bar, 150 bar, 300 bar หรือ 600 bar • Adjustable Range Adjustable Range คื อ ช่ ว งค่ า ความดั น ที ่ ส ามารถปรั บ ค่ า ได้ ข อง Pressure Switch แต่ละรุ่น มีหน่วยเป็นบาร์ (bar) โดยมีให้เลือกหลายค่า เช่น 0.2 – 2 bar, 0.5 – 8 bar หรือ 1 – 16 bar • Materials Body ประเภทวัสดุของตัวสวิตช์ความดันจะมีหลากแบบให้เลือกตามความเหมาะสม ทั้ง Brass ทองเหลือง, Steel เหล็ก หรือ Stainless steel สแตนเลส • Connection เกลียวเชื่อมต่อ ส่วนเกลียวที่ใช้เชื่อมต่อจะมีหลายขนาดให้เลือก ทั้งแบบ R1/8″ และ R1/4″ หรือ G1/8″A • Tolerance ค่าพิกัดเผื่อ เป็นค่าที่มีความแตกต่างกันระหว่างค่าต่ำสุดและค่าสูงสุด สำหรับ ป้องกันความผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น โดยค่าที่วัดได้ควรอยู่ระหว่างค่านี้ บวกหรือลบไม่เกินค่านี้ เช่น +/-0.2 แสดงว่า ค่าที่วัด เมื่อบวกหรือลบแล้วควรไม่เกิน 0.2

14

• Metering Substances วัตถุที่วัด เราต้องรู้ว่าสวิตช์ความดันจะไปติดตั้งกับวัสดุแบบใด อยู่ใน สภาพแวดล้อมแบบไหน เช่น ติดตั้งในน้ำ ติดตั้งในน้ำมัน และติดตั้งกับก๊าซ ดังนั้นการเลือกวัสดุ จึงต้องเลือกให้เหมาะสมว่าจะใช้ทองเหลือง เหล็ก หรือสแตนเลส แนะนำว่าหากติดตั้งในน้ำไม่ ควรเลือกใช้สวิตช์ที่วัสดุเป็นเหล็ก เพราะอาจทำให้เกิดสนิม

ตั้งค่า Pressure Switch สวิตช์ความดัน อย่างไรให้ถูกวิธี บทความนี้จะเป็นเนื้อหาที่อธิบายถึงการตั้งค่าสวิตช์ความดันหรือเรียกว่า การเทียบก็ได้ โดยในการตั้งค่านี้ จะทำเพื่อตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาดในจุด set point และ deadband ของสวิตช์ความดัน ซึ่งเป็นส่วนที่ สำคัญมาก ช่วยป้องกันไม่ให้อุปกรณ์ได้รับความเสียหายขณะใช้งานได้ การตั้งค่าสวิตช์ความดัน Pressure Switch การตั้งค่านี้เป็น การเทียบค่าที่แม่นยำของสวิตช์ความดัน เป็นขั้นตอนสำคัญในการรับรองคุณภาพ กระบวนการและการใช้งานอุปกรณ์อย่างปลอดภัย การตั้งค่านี้คล้ายกับการเทียบมาตรวัดความดัน แต่ตรงนี้ แรงดันไฟฟ้าหรือความต่อเนื่องของชุดหน้าสัมผัสสวิตช์จำเป็นต้องอ่านด้วยดิจิตัล มั ลติมิเตอร์หรือเครื่องเทียบ จุดประสงค์ของการเทียบครั้งนี้ คือ ตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาดในจุด set point และ deadband ของสวิตช์ ความดัน การเทียบนี้สามารถช่วยประหยัดเวลา ช่วยลดขั้นตอน และลดจำนวนอุปกรณ์ที่คุณต้องนำไปใช้ในงานได้ Setpoint คืออะไร คือ ความดันที่สวิตช์ความดันต้องใช้ในการทำงาน สวิตช์ความดันอาจถูกตั้งค่าให้ทำงานกับแรงดันที่ เพิ่มขึ้นหรือแรงดันที่ตกลง สวิตช์ส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำงานที่จุด setpoint ความดันเกจ บางการใช้ งานนั้นจำเป็นต้องตั้งค่าความดันสัมบูรณ์ ซึ่งสัมพันธ์กับความดันที่เป็นศูนย์สัมบูรณ์และจำเป็นต้องมีสวิตช์ความดัน สัมบูรณ์ โดยทั่วไปควรเลือกช่วงของสวิตช์ให้จุด setpoint อยู่ระหว่าง 25% ถึง 75% ของช่วงนี้

15

Deadband คืออะไร คือ การตั้งค่าที่กำหนดจำนวนการเปลี่ยนแปลงความดันที่จำเป็นในการรีเซ็ตสวิตช์ให้เป็นสถานะปกติ หลังจากที่มีการทริป ความแตกต่างของ deadband หรือการรีเซ็ต หรือการสวิตช์นั้นคือความแตกต่างระหว่าง ความดัน ที่เพิ่มขึ้น และลดลงขณะที่ส วิตช์ความดั นทำงาน สำหรับค่าเอาต์พุทคงที่ของสวิตช์โ ดยทั่ว ไปจะมี ค่าประมาณ 1 – 3% ของช่วงสวิตช์ สำหรับเอาต์พุทสวิตช์ที่ปรับค่าได้ อาจจะถูกปรับจากประมาณ 5 – 12% ของ ช่วงสวิตช์ ขั้นตอนการตั้งค่า

ขั้นตอนที่ 1 เชื่อมต่อ Pressure Switch เข้ากับเครื่องปรับความดันและเกจวัด ขั้นตอนที่ 2 เมื่อใช้มัลติมิเตอร์ให้ตั้งค่าเป็นแบบต่อเนื่อง เพื่อตรวจสอบและยืนยันว่าหน้าสัมผัสสวิตช์เป็นไปตามที่ระบุ ไว้ ทั้งแบบ NO (Normally open) และ NC (Normally close). ขั้นตอนที่ 3 เชื่อมต่อโอห์มมิเตอร์หรือดิจิตัล มัล ติมิเตอร์ เข้าไประหว่างหน้าสัมผัส NO และขั้ว C ของสวิตช์ มิเตอร์ ควรอ่านค่าได้ว่า “เปิดวงจร” ปรับตัวควบคุมความดันเพื่อเพิ่มแรงดันไปที่จุด set point ของ Pressure Switch จนกว่าหน้าสัมผัสจะเปลี่ยนแปลง มอเตอร์จะอ่านค่าได้ว่า “Short circuit หรือลัดวงจร” จากนั้นจดบันทึกค่า ความดันที่อ่านได้ ค่าความดันนี้ก็คือจุด set point ของสวิตช์สำหรับแรงดัน “ที่เพิ่มขึ้น”

16

ขั้นตอนที่ 4 เพิ่มความดันไปยังสวิตช์ให้ถึงพิกัดสูงสุด แล้วค่อยๆ ลดความดันลงจนกว่าสวิตช์จะเปลี่ยนจาก NO เป็น NC อีกครั้ง จากนั้นจดบันทึกค่าความดันที่อ่านได้ ความดันนี้คือ การตั้งค่าสวิตช์ความดัน “ตก” ถ้าพบข้อผิดพลาด ให้ปรับจุด set point โดยการปรับสกรูแล้วทำซ้ำจนกว่าจะได้ค่าที่ต้องการ ขั้นตอนที่ 5 จากค่าที่อ่านได้ มีค่าความดันที่แตกต่างกันระหว่างการตั้งค่าความดันที่เพิ่มขึ้นและการตั้งค่าความดันตก สิ่งนี้เรียกว่า “Deadband”ของสวิตช์ Deadband นี้ คำนวณแล้วจะได้เท่ากับหรือน้อยกว่า Deadband ของ ผู้ผลิตสินค้า แต่โดยส่วนมาก Deadband จะยึดตามค่าที่ผู้ผลิตระบุไว้ ไม่ควรใช้เกินค่าที่ผู้ผลิตระบุไว้ Pressure Switch สวิตช์ความดัน นำไปใช้งานแบบใดได้บ้าง มาถึงบทความสุดท้ายของ Pressure Switch กันแล้ว ในบทความนี้จะเป็นการนำเสนอการนำสวิตช์ความ ดันไปใช้งาน เราจะมาดูกันว่าจะนำสวิตช์ความดันนี้ไปใช้ติดตั้งร่วมกับอุปกรณ์แบบใด ในงานแบบใดกันแน่ ติดตั้งกับปั๊มลม นำ Pressure Switch ไปใช้กับปั๊มลม เมื่อเปิดสวิทช์การทำงานของเครื่อง ถ้าอากาศยังมีความดันต่ำกว่า ที่กำหนด Pressure Switch ก็จะต่อวงจรไฟฟ้าผ่านไปยังมอเตอร์ ทำให้มอเตอร์หมุนและไปขับให้ปั๊มอัดอากาศ ทำงานตามไปด้วย และเมื่ออากาศภายในถังบรรุอากาศมีความดันสูงตามพิกัดที่กำหนด Pressure Switch ก็จะ ตัดวงจรไฟฟ้าทำให้มอเตอร์หยุดทำงานและปั๊มอัดอากาศก็จะหยุดทำงานด้วย แต่เมื่ออากาศภายในถังบรรจุอากาศ ถูกนำไปใช้งาน และความดันในถังบรรจุอากาศต่ำลงจนถึงตำแหน่งที่กำหนดไว้ Pressure Switch จะต่อวงจรให้มอเตอร์แ ละปั๊มอากาศทำงานต่อไป การทำงานของปั๊มอัดอากาศจะ ทำงานสลับกันไปเช่นนี้ตลอดเวลาโดยอัตโนมัติ ดังนั้นถ้าต้องการให้เครื่องอัดอากาศหยุดทำงานจะต้องปิดสวิทช์ ควบคุมการทำงาน

17

กล่าวคือ Pressure Switch มีป ระโยชน์ในการใช้ควบคุม ความดัน ไม่ ให้ส ูงเกิน ไปจนถึง ขีด อัน ตราย นอกจากนั้นยังช่วยประหยัดพลังงานด้วย เช่น เชื้อเพลิงที่ใช้ในการเผาไอน้ำ พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในการขับมอเตอร์ ปั๊มน้ำ

18

อ้างอิง ข้อมูลและเนื้อหาของรายงานฉบับนี้ได้ศึกษาค้นคว้ามาจาก : • • • •

https://www.factomart.com/th/factomartblog/type-of-pressure-sensor/ https://www.factomart.com/th/pressure-sensor/ https://www.cpe.ku.ac.th/~yuen/204471/sensor/temp_pres/ https://mall.factomart.com/principle-of-pressure-switch/