เครื่องมือวัดทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ในอุตสาหกรรม

1. เครื่องมือวัดทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ในอุตสาหกรรมเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ในอุตสาหกรรม โดย วิชา อาญาเมือง

2. เครื่องมือวัด (Instrumentation) เครื่องมือวัดทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์

3. มัลติมิเตอร์ (Multimeter) อะนาลอก (Analog) ดิจิตอล (Digital)

4. มัลติมิเตอร์แบบเข็ม (Analog multimeter) ใช้วัดหาค่าทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ได้แก่ - ค่าแรงดันไฟฟ้า - ค่ากระแสไฟฟ้า - ค่าความต้านทาน

5. ส่วนประกอบของมัลติมิเตอร์แบบเข็มส่วนประกอบของมัลติมิเตอร์แบบเข็ม หน้าปัดมิเตอร์ แสดงสเกล เข็มมิเตอร์ จุดเสียบวัดสัญญาณ Output สวิตช์เลือกย่านวัด เสียบสายขั้วบวก เสียบสายขั้วลบ

6. ส่วนประกอบของสเกลหน้าปัดส่วนประกอบของสเกลหน้าปัด 1. สเกลอ่านค่าความต้านทาน2. สเกลอ่านค่าแรงดันไฟตรง และแรงดันไฟสลับ3. สเกลอ่านค่าแรงดันไฟตรงที่มี 0 อยู่กึ่งกลาง4. สเกลอ่านค่าแรงดันไฟสลับสูงสุด 2.5 V 5. สเกลอ่านค่าอัตราขยายกระแส ของทรานซิสเตอร์ (hFE) 6. สเกลอ่านเดซิเบล (dB) 7. สเกลอ่านค่าแรงดันไฟตรง (LV) เมื่อตั้งย่านวัดกระแสที่โอห์ม8. สเกลอ่านค่ากระแสไฟตรง (LI) เมื่อตั้งย่านวัดกระแสที่โอห์ม9. สเกลอ่านค่าเมื่อทดสอบแบตเตอรี่10. กระจกเงา11. หลอด LED บอกการต่อวงจร

7. ส่วนประกอบของสเกลหน้าปัด (ต่อ) สเกลค่าคามต้านทาน สเกลอ่านค่าแรงดันและกระแส

8. สวิตช์เลือกย่านการวัดสวิตช์เลือกย่านการวัด วัดค่าแรงดันไฟฟ้า AC วัดค่าแรงดันไฟฟ้า DC วัดค่ากระแสไฟฟ้า DC วัดค่าความต้านทาน

9. การใช้ดีซีโวลท์มิเตอร์ (DC Voltage) ทั้งหมด 7 ย่าน คือ 0.1 V, 0.5V, 2.5V, 10V, 50V, 250V และ 1,000V

10. การใช้ดีซีโวลท์มิเตอร์ (DC Voltage)

11. การใช้ดีซีโวลท์มิเตอร์ (DC Voltage)

12. การใช้ดีซีโวลท์มิเตอร์ (DC Voltage)

13. การใช้ดีซีโวลท์มิเตอร์ (DC Voltage)

14. การใช้ดีซีโวลท์มิเตอร์ (DC Voltage)

15. การใช้ดีซีโวลท์มิเตอร์ (DC Voltage)

16. การใช้ดีซีโวลท์มิเตอร์ (DC Voltage)

17. การใช้ดีซีโวลท์มิเตอร์ (DC Voltage)

18. การใช้ดีซีแอมป์มิเตอร์ (DC Current) ทั้งหมด 4 ย่าน คือ 50uA, 2.5mA, 25mA และ 0.25 mA

19. การใช้ดีซีแอมป์มิเตอร์ (DC Current)

20. การใช้ดีซีแอมป์มิเตอร์ (DC Current)

21. การใช้ดีซีแอมป์มิเตอร์ (DC Current)

22. การใช้ดีซีแอมป์มิเตอร์ (DC Current)

23. การใช้โอห์มมิเตอร์ วัดค่าความต้านทาน ทั้งหมด 5 ย่าน คือ x1, x10, x100, x1k และ x10k

24. การใช้โอห์มมิเตอร์ วัดค่าความต้านทาน 10 x100kΩ = 1000kΩ = 1MΩ ตัวคูณ (ย่านวัด) ค่าที่อ่านได้จากสเกล

25. การใช้โอห์มมิเตอร์ วัดค่าความต้านทาน 24 x1kΩ = 24kΩ อ่านว่า 24 กิโลโอห์ม ตัวคูณ (ย่านวัด) ค่าที่อ่านได้จากสเกล

26. การใช้โอห์มมิเตอร์ วัดค่าความต้านทาน 44 x10Ω = 440Ω ตัวคูณ (ย่านวัด) ค่าที่อ่านได้จากสเกล

27. การใช้โอห์มมิเตอร์ วัดค่าความต้านทาน 95 x1Ω = 95Ω ตัวคูณ (ย่านวัด) ค่าที่อ่านได้จากสเกล

28. ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ (Digital Multimeter) ดิจิตอล (Digital)

29. ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ (Digital Multimeter)

30. ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ (Digital Multimeter) หน้าจอแสดงค่าที่วัดได้เป็นตัวเลข

31. เซนเซอร์แบบต่างๆ ตรวจวัดความเข้มแสง ตรวจวัดความร้อน/อุณหภูมิ ตรวจวัดไอออน ตรวจวัดแก๊ส ตรวจวัดสนามแม่เหล็ก ตรวจวัดความดัน/แรงดัน

32. Light sensors Light dependent resistor (LDR) Photo diode Photo transistor Light sensor IC Solar cell Photo tube Photo multiplier tube LED as light sensor 32

33. Light dependent resistor (LDR) Light dependent resistor (LDR) สร้างจากสารประกอบแคดเมียมซัลไฟด์ ซึ่งจะมีความต้านทานต่ำลงเมื่อได้รับแสง ความต้านทานของ LDR ไม่ได้เป็นเชิงเส้นตรงกับความเข้มแสง แต่จะเป็นเชิงลอการิทึม ความไวแสงขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นแสง ความเร็วในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนความเข้มแสงจะช้ากว่า photo diode / photo transistor 33

34. Photo diode Photo diode จะเปลี่ยนแสงไฟเป็นกระแสไฟฟ้า โดยค่ากระแสไฟฟ้าจะแปรผันโดยตรงกับความเข้มแสง กระแสที่ได้ที่ความยาวคลื่นของแสงแตกต่างกันจะไม่เท่ากัน นั่นคือ sensitivity ของไดโอดต่อแสงที่ความยาวคลื่นต่างกันจะไม่เท่ากันดังรูปตัวอย่างเช่น photo diode เช่น เบอร์ BPX65 34

35. Photo transistor Photo transistor จะเปลี่ยนแสงไฟเป็นกระแสไฟฟ้า และมีการขยายสัญญาณด้วย โดยค่ากระแสไฟฟ้าจะแปรผันโดยตรงกับความเข้มแสง เช่น TR เบอร์ Photo transistor จะตอบสนองต่อแสงที่บางความยาวคลื่นได้มากเป็นพิเศษ เช่น นำมาใช้เป็นตัวรับแสงอินฟาเรดในรีโมทคอนโทรลของเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ 35

36. Light sensor IC มีการนำ Photo diode/transistor มาประกอบกับวงจรขยายสัญญาณ รวมเป็นไอซีซึ่งทำให้การใช้งานง่ายขึ้น และมี sensitivity และ linearity สูงขึ้น เช่นไอซี OPT101 จะให้สัญญาณ voltage output ช่วง 0-5 V ที่แปรผันโดยตรงกับความเข้มแสง 36

37. Solar cell Solar cell จะเปลี่ยนแสงเป็นกระแสไฟฟ้า ได้เช่นเดียวกัน โดยค่ากระแสไฟฟ้าจะแปรผันโดยตรงกับความเข้มแสง เนื่องจากมีพื้นที่รับแสงขนาดใหญ่จึงสามารถใช้ผลิตไฟฟ้าได้ 37

38. Photo tube& Photo multiplier tube Photo tube อาศัยหลักการ photoelectric effect นั่นคือแสงจะชนให้อิเล็กตรอนที่ผิวของโลหะบางชนิดหลุดออกมาได้ อิเล็กตรอนดังกล่าวจะเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้าเกิดเป็นกระแสไฟฟ้าขึ้น กระแสไฟฟ้าที่ได้แปรผันโดยตรงกับความเข้มแสง โลหะดังกล่าวต้องอยู่ในหลอดสุญญากาศ PMT จะมีการเพิ่มจำนวนอิเล็กตรอนโดยทำการเร่งอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาไปชนกับแผ่นโลหะชิ้นถัดๆ ไปซึ่งมีความต่างศักย์สูงขึ้นตามลำดับ ทำให้สามารถเพิ่มจำนวนอิเล็กตรอนขึ้นอย่างมหาศาล ทำให้วัดกระแสได้มากแม้จะมีแสงตกกระทบน้อยมาก (ให้ sensitivity สูงมาก) 38

39. LED as light sensor รอยต่อ PN ของ LED สามารถเปลี่ยนแสงเป็นกระแสไฟฟ้าได้ โดยมีความจำเพาะกับความยาวคลื่นแสงที่ LED ให้ออกมา กระแสไฟฟ้าจะแปรผันโดยตรงกับความเข้มแสง แต่จะได้กระแสน้อยเพราะมีพื้นที่รับแสงเล็กมาก มีการนำมาใช้ในเครื่องคัลเลอริมิเตอร์อย่างง่าย 39

40. เซนเซอร์ตรวจวัดความร้อน/อุณหภูมิเซนเซอร์ตรวจวัดความร้อน/อุณหภูมิ Thermister = Thermo + resistorเป็นตัวต้านทานชนิดหนึ่งที่ความต้านทานจะแปรค่าตามอุณหภูมิ สร้างจากวัสดุที่มีค่า temperature coefficient สูง Thermocoupleเป็นอุปกรณ์ที่มีการต่อโลหะ 2 ชนิดเข้าด้วยกัน เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าขึ้นที่รอยต่อ Temperature sensor ICมีการรวมวงจรขยายสัญญาณเข้ากับ thermister ทำให้ได้ sensitivity และ linearity สูงขึ้น เช่นไอซีเบอร์ LM35 เป็นต้น 40

41. เซนเซอร์ตรวจวัดไอออน Ion selective electrode (ISE) ส่วนใหญ่ใช้หลักการวัดศักย์ไฟฟ้าของเมมเบรนหรือเยื่อแลกเปลี่ยนไอออน เมื่อไอออนเกิดการเกาะจับที่ขั้วไฟฟ้าจะทำให้ความต่างศักย์ของขั้วเปลี่ยนแปลงไป การวัดศักย์ที่เปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยนี้ต้องใช้โวลต์มิเตอร์ที่มีความต้านทานสูงมากๆ เพื่อไม่ให้เกิดการดึงกระแสจากขั้ว 41

42. เซนเซอร์ตรวจวัดแก๊ส มักจะอาศัยหลักการตรวจวัดความนำไฟฟ้าที่เปลี่ยนไปของสารกึ่งตัวนำบางชนิดเมื่อเกิดการจับกับโมเลกุลของแก๊ส หรือเกิดปฏิกิริยากับแก๊ส เช่น สารประกอบดีบุกออกไซด์ เป็นต้น FIGARO TGS 822 – เป็นเซนเซอร์ชนิดดีบุกออกไซด์ที่ใช้วัดไอระเหยของสารอินทรีย์ เช่น ใช้ตรวจวัดแอลกอฮอล์ในลมหายใจ ซึ่งเซนเซอร์จะมีความนำไฟฟ้าต่ำใน clean air แต่จะนำไฟฟ้าได้สูงขึ้นเมื่อได้รับไอระเหยหรือแก๊ส 42

43. เซนเซอร์ตรวจวัดสนามแม่เหล็กเซนเซอร์ตรวจวัดสนามแม่เหล็ก การวัดสนามแม่เหล็กจะใช้หลักการ Hall effect UGN3503 magnetic field sensor เป็นไอซีที่รวมเอาหัววัด วงจรขยายสัญญาณ ไว้ด้วยกัน ไอซีจะให้ output voltage 2.5V เมื่อไม่มีสนามแม่เหล็กและโวลต์จะเปลี่ยนแปลง 1.3 mV / Gauss ซึ่งที่ -1000 G (north pole) จะได้ 2.5-1.3 = 1.2 V และที่ -1000 G (south pole) จะได้ output 2.5+1.3 = 3.8 V โดยมี linearity ดีกว่า 0.1% 43

44. เซนเซอร์ตรวจวัดความดัน/แรงดันเซนเซอร์ตรวจวัดความดัน/แรงดัน การตรวจวัดความดัน/แรงดันมักใช้วัสดุเพียโซอิเล็กตริก ซึ่งเปลี่ยนแรงกดเป็นกระแสไฟฟ้าได้ เซนเซอร์วัดแรงดันจะเป็นไอซีที่รวมเอาตัววัดและอุปกรณ์ขยายสัญญาณไว้ด้วยกัน เช่น MPX2100AP pressure sensor ซึ่งจะให้ output voltage แปรผันโดยตรงกับแรงดัน โดยวัดได้สูงสุดถึง 100 kPa (ความกดอากาศที่ระดับน้ำทะเล 101.3 kPa) เซนเซอร์นี้สามารถใช้วัดระดับความสูงจากระดับน้ำทะเลได้ 44

45. แบบฝึกหัด 1. การควบคุมหมายถึงอะไร ? 2. เซนเซอร์หมายถึงอะไร ? 3. ประโยชน์ของเครื่องมือวัดคืออะไร ? 5. จงออกแบบการนำเซนเซอร์ ไปใช้งานในระบบการผลิต น้ำดื่มบรรจุขวด โดยเขียนแบบประกอบพร้อม อธิบายกระบวนการทำงานงานของระบบผลิตด้วย ?