บทที่ 5 เรื่อง ทรานสดิวเซอร์ชนิดความดัน

บทท่ี 5 เรื่อง ทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั สาระสาคญั ทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั เป็นทรานสดิวเซอร์ท่ีทาหนา้ ที่ในการวดั ความดนั แตกตา่ งกนั ตามความ ดนั ท่ีทาการวดั ถูกนามาใชง้ านในดา้ นอุตสาหกรรม ทาหนา้ ที่เปลี่ยนความดนั ไปเป็นการเคลื่อนที่ทางกล ส่งผา่ นไปทาใหท้ รานสดิวเซอร์ทางไฟฟ้ าชนิดตา่ งๆ ทางานได้ ทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ท่ีถูกผลิตมาใช้ งาน มีดว้ ยกนั หลายประเภทหลายรูปแบบแต่มีการทางานที่เหมือนกนั คือ ใชค้ วามดนั ไปใชค้ วบคุมการ ทางานสามารถแยกออกเป็นประเภทพ้นื ฐานโดยรวม ตามการใชอ้ ุปกรณ์รับความดนั ส่งตอ่ ไปใชง้ านใน ระบบ แยกออกไดเ้ ป็น 7 ประเภท คือ ประเภทไดอะแฟรม ประเภทลูกสูบ ประเภทแคปซูล ประเภทหลอด บูรดอน ประเภทหลอดยดื ตึง ประเภทเดือย-แรงบิด ประเภทกอ้ นวสั ดุวงบนแขนโลหะ ทรานสดิวเซอร์ชนิด ความดนั สามารถทางานดว้ ยตวั เองไดโ้ ดยลาพงั และนาไปต่อร่วมทางานกบั อุปกรณ์อ่ืนๆ ได้ เช่น นาไปใช้ งานร่วมกบั ทรานสดิวเซอร์ชนิดท่ีเปล่ียนแปลงการเคล่ือนท่ีใหเ้ ป็นไฟฟ้ า หรือ เปลี่ยนการเคลื่อนท่ีใหเ้ ป็น ความตา้ นทาน เป็นตน้ สาระการเรียนรู้ 1. หลกั การเบ้ือนตน้ ของความดนั และการวดั ความดนั 2. ชนิดของการวดั ความดนั 3. ลกั ษณะทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั 4. การใชง้ านทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั 5. การประยุกต์ทรานสดวิ เซอร์ชนิดความดนั สมรรถนะประจาหน่วย 1. อธิบายหลกั การเบ้ือนตน้ ของความดนั และการวดั ความดนั 2. จาแนกชนิดของการวดั ความดนั 3. อธิบายลกั ษณะทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั 4. อธิบายการใชง้ านทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ผลการเรียนรู้ 1. เพ่ือใหม้ ีความรู้ความเขา้ ใจในหลกั การเบ้ือนตน้ ของความดนั และการวดั ความดนั 2. เพอ่ื ใหม้ ีความรู้ความเขา้ ใจในชนิดของการวดั ความดนั

3. เพอ่ื ใหม้ ีความรู้ความเขา้ ใจในลกั ษณะทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั 4. เพ่ือใหม้ ีความรู้ความเขา้ ใจในการใชง้ านทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. อธิบายหลกั การเบ้ือนตน้ ของความดนั และการวดั ความดนั 2. จาแนกชนิดของการวดั ความดนั 3. อธิบายลกั ษณะทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั 4. อธิบายการใชง้ านทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั

1. หลกั การเบอื้ นต้นของความดันและการวดั ความดนั ความดนั (P) ก็คือแรง(F) ที่ถูกใชไ้ ปตอ่ หน่วยของพ้ืนที่ผวิ (A) ซ่ึงส่วนมากแลว้ แรงจะเขา้ ไปเก่ียวขอ้ ง กบั งานจาพวกกลศาสตร์ หรืออาการเคลื่อนไหวต่างๆ เม่ือมีวตั ถุของแขง็ สองชิ้นมาสัมผสั กนั ความดนั ถูกใช้ โดยวตั ถุชิ้นใดชิ้นใดชิ้นหน่ึง สามารถเขียนเป็นสมการออกมาไดเ้ ป็น P = dF/dA เมื่อ P คือ ความดนั dF คือ แรงหรือน้าหนกั (มวล x อตั ราเร่ง) ท่ีกระทาไปบนพ้ืนผวิ dA คือ พ้นื ท่ีที่สมั ผสั กบั แรงท่ีจ่ายให้ ในเรื่องกลศาสตร์ของไหล (Fluid Mechanics) ความดนั ก็ถูกนิยามไวใ้ นทานองเดียวกนั สาหรับ ความมุง่ หมายในการพจิ ารณา ของไหลเก่ียวขอ้ งกบั ของเหลวและกา๊ ซ โดยไม่เกี่ยวขอ้ งกบั ของแขง็ อยา่ งไรก็ ตามในการควบคุมของไหล จะตดั ส่วนท่ีเป็นของแขง็ ทิง้ ไปท้งั หมดหรือบางส่วนกไ็ ด้ โดยถือเอาปริมาตรใน ตาแหน่งของภาชนะของเหลวถา้ ไม่ถูกบรรจุจนเตม็ ภาชนะจะถูกแสดงใหเ้ ห็นที่วา่ งท่ีผวิ ของเหลว ส่วนก๊าซ จะเกิดกระจดั กระจายไปในทุกๆ ส่วนเตม็ ปริมาตร(Volume) ของภาชนะ เม่ือก๊าซถูกบรรจุลงในภาชนะที่แคบ อณู (Molecules) ของก๊าซจะกระจายไปผลกั ดนั โดยรอบภาชนะ ในทุกทิศทาง เกิดการชนกนั ของอณูและเคล่ือนท่ีไปปะทะผนงั ภาชนะ เป็นผลทาใหพ้ ้นื ท่ีผวิ ของภาชนะเกิด แรงตา้ น ความดนั ในภาชนะคือแรงที่ถูกแยกออกโดยพ้นื ท่ีผวิ ของภาชนะ ความดนั ภายในภาชนะมีคา่ เทา่ กนั ในทุกหนทุกแห่ง สาหรับมวล(Mass) ของกา๊ ซความดนั ภายในภาชนะเกิดการเปล่ียนแปลง ตามการ ตอบสนองของค่าปริมาตรภายในภาชนะท่ีเปล่ียนแปลง และอุณหภมู ิของก๊าซตอ้ งเหมาะสม มีความสมั พนั ธ์ ร่วมกนั กบั กฎของกา๊ ซดงั น้ี ปริมาตรของก๊าซเป็นอตั ราส่วนกลบั กบั ความดนั และเป็นอตั ราส่วนโดยตรงกบั อุณหภูมิสมั บูรณ์เขียนเป็นสมการไดเ้ ป็น PV = คา่ คงท่ี x T และกฎของก๊าซของอุดมคติไดเ้ ป็น PV = nRT เม่ือ P คือ ความดนั V คือ ปริมาตร n คือ มวล R คือ ค่าคงที่ของอณูกา๊ ซ T คือ อุณหภูมิ ความดนั ณ จุดที่ก๊าซมีปริมาตรไม่ถูกกกั ไวใ้ นภาชนะ และเป็นจานวนที่เหลือ เช่น อากาศในช้นั บรรยากาศ จะข้ึนอยกู่ บั ความหนาแน่นและระดบั ความสูงของกา๊ ซ ที่อยเู่ หนือจุดทาการวดั เพราะก๊าซ สามารถยดื หยนุ่ ตวั ได้ ความหนาแน่นของก๊าซเปล่ียนแปลงโดยตอบสนองตามตาแหน่งหรือตามความสูง อุณหภมู ิแตกตา่ งไปในลกั ษณะตรงขา้ มที่อากาศมีความสูงคงท่ีจะมีผลตอ่ ความหนาแน่นของก๊าซ

ตวั อยา่ งเช่น ความดนั บรรยากาศลดลงดว้ ยการเพิ่มระยะความสูง มีความสมั พนั ธ์แบบไมเ่ ป็นเชิงเส้น เพราะวา่ ความหนาแน่นของอากาศและอุณหภูมิลดลงดว้ ยการเพมิ่ ความสูง ความดนั ก๊าซจะพยายามดนั ไปที่ จุดเดียวกนั ในทุกทิศทางรอบจุดท่ีทาการวดั สาหรับจานวนของเหลวไมม่ ีการจากดั ขอบเขต ของเหลวทาใหเ้ กิดความดนั ท่ีจุดใดๆ ข้ึนอยกู่ บั ความหนาแน่นและความสูงของของเหลวในระดบั ท่ีวดั เช่น น้ามีความดนั เลก็ นอ้ ย มีความหน่าแน่นคงที่ การเตรียมอุณภมู ิและน้าท่ีมีความเคม็ ไมท่ าใหส้ ่วนสาคญั เปล่ียนแปลงไปกวา่ จุดวดั ความดนั ที่จุดอ่ืนๆ การ กระทาของของเหลวเกิดการตา้ นท่ีผวิ ท่ีสมั ผสั ภายในของเหลวความดนั เหมือนกนั ทุกจุดในทุกทิศทางที่ทา การวดั หลกั การเบ้ืองตน้ ที่แสดงใหเ้ ห็นโดยใชม้ าโนมิเตอร์(Manometer) ชนิดปลายเปิ ดใชว้ ดั ความแตกตา่ ง ของความดนั แสดงดงั รูป 5.1 d P2 D h P1 รูปท่ี 5.1 แสดงความสัมพนั ธ์ระหวา่ งแรงและความดนั ของของเหลวที่ไม่จากดั หน่วย จากรูปที่ 5.1 แสดงความสมั พนั ธ์ระหวา่ งแรงและความดนั ของของไหลท่ีไม่จากดั หน่วย โดย กาหนดให้ P1 เป็นความดนั ในอ่าง P2 เป็นความดนั ในมาโนมิเตอร์ D เป็นเส้นผา่ ศูนยก์ ลางของอา่ ง d เป็น เส้นผา่ นศูนยก์ ลางของมาโนมเตอร์ และ h เป็นความสูงของของไหลในมาโนมิเตอร์ ซ่ึงจากรูปความดนั ใน P1 จะสูงกวา่ P2 ประมาณเท่ากบั ความสูง(h) ของไหลในมาโนมิเตอร์ที่เวลาแน่นอน ในการขาดหายไปของ แรงในช่องเล็กๆ เส้นผา่ ศนู ยก์ ลาง(D) ของ อ่าง และของมาโนมิเตอร์(d) จะไม่มีอิทธิพลต่อความแตกต่างใน ความสูงของของไหลและระหวา่ งผวิ ของของไหล เม่ือใดกต็ ามท่ีมีความดนั จากภายนอกจา่ ยมาใหข้ องไหลจานวนท่ีเหลือในท่ีแคบๆ ท้งั ของเหลวและ กา๊ ซ ความดนั จะเพมิ่ ข้ึนในทุกๆ จุดในของไหล มีค่าประมาณเทา่ กบั ความดนั จากภายนอกจ่ายเขา้ มา

2. ชนิดของการวดั ความดนั ความดนั ที่ทาการวดั คา่ มีลกั ษณะการวดั ดว้ ยกนั หลายแบบ หลายลกั ษณะเช่น ความดนั สัมบูรณ์ ความดนั โดยประมาณ ความดนั ท่ีแตกต่างกนั และความดนั อา้ งอิงแบบปิ ด แตล่ ะแบบแตล่ ะลกั ษณะมีการวดั ท่ีแตกต่างกนั ไป 2.1 ความดนั สมบูรณ์ (Absolute Pressure) คือ การวดั คา่ ความดนั โดยใชก้ ารอา้ งอิงกบั สุญญากาศ หรือ ความดนั ท่ีค่าศนู ย์ ความดนั ที่ระดบั น้าทะเล 1 บรรยากาศเทา่ กบั 14.7 ปอนดต์ ่อหน่ึงตารางนิ้ว (lbs/in2 หรือ psi) หรือ เทา่ กบั 101.3 กิโลปาสคาล (kPa) การวดั ความดนั โดยใช้ ทรานสดิวเซอร์วดั ความดนั สมั บรู ณ์ โดยทว่ั ไปวดั ค่าออกมาเป็นค่าบวก เพราะเหตุวา่ อุปกรณ์ที่ใชอ้ า้ งอิงในสุญญากาศมีประสิทธิภาพดีมาก ซ่ึง ความดนั สัมบรู ณ์จะมีคา่ เป็นศนู ย์ การอา้ งอิงท่ีระดบั ศูนย์ ทาไดโ้ ดยดูดเอาอากาศออกจากภายในบริเวณท่ี อา้ งอิงของทรานสดิวเซอร์ พร้อมปิ ดผนึกอยา่ งดี การวดั คา่ ความดนั สมั บรู ณ์ แสดงดงั รูป 5.2 รูปที่ 5.2 แสดงการวดั ค่าความดนั สัมบูรณ์ 2.2 ความดนั โดยประมาณ (Gage Pressure) คือการวดั ค่าความดนั โดยใชก้ ารอา้ งอิงกบั ช้นั บรรยากาศที่คา่ เฉลี่ยของระดบั น้าทะเล การวดั ความดนั โดยใชท้ รานสดิวเซอร์วดั ความดนั โดยประมาณ (Gage Pressure Transducer) ความดนั ออกมาเป็นค่าบวกที่ความดนั เหนือระดบั น้าทะเล ความดนั วดั ออกมา เป็นค่าลบท่ีความดนั ต่ากวา่ ระดบั น้าทะเล ดว้ ยเหตุที่ความดนั ช้นั บรรยากาศเหนือระดบั น้าทะเลที่กาหนดไว้ มีค่าติดลบ เพราะวา่ ความดนั บรรยากาศมีคา่ ลดลงท่ีระดบั ความสูงเพิม่ ข้ึน การกาหนดท่ีระดบั น้าทะเลอา้ งอิง ทาไดด้ ว้ ยการปิ ดผนึกภายในหรือบริเวณท่ีอา้ งอิงของทรานสดิวเซอร์ท่ีความดนั บรรยากาศของ ระดบั น้าทะเล ในรูปของความดนั โดยประมาณน้ี บางคร้ังใชบ้ อกถึงการวดั ความดนั อา้ งอิง ที่ความดนั บรรยากาศลอ้ มรอบอ่ืนๆ เทียบกบั ระดบั น้าทะเล ความสัมพนั ธ์ระหวา่ งความดนั สมบรู ณ์และความดนั โดยประมาณ แสดงดงั รูป 5.3 และการวดั คา่ ความดนั โดยประมาณแสดงดงั รูป 5.4

0 psig =14.7 psi 0 psi รูปท่ี 5.3 แสดงความสมั พนั ธ์ระหวา่ งความดนั สมั บรู ณ์และความดนั โดยประมาณ จากรูปที่ 5.3 แสดงความสมั พนั ธ์ระหวา่ งความดนั สมั บูรณ์และความดนั โดยประมาณโดย กาหนดให้ psig คือ ความดนั โดยประมาณ ในหน่วยปอนดต์ อ่ ตารางนิ้ว (psi) และ psia คือ ความดนั สมั บูรณ์ ในหน่วยปอนดต์ ่อตารางนิ้ว (psi) ท่ีระดบั น้าทะเลความดนั บรรยากาศเท่ากบั 14.7 psi ในส่วนความดนั ท่ีอยู่ เหนือระดบั น้าทะเล ไมว่ า่ จะเป็นความดนั โดยประมาณหรือความดนั สมั บูรณ์ มีค่าเป็นบวกท้งั หมด ส่วน ความดนั บรรยากาศท่ีอยตู่ ่ากวา่ ระดบั น้าทะเลความดนั โดยประมาณมีคา่ เป็นลบ ความดนั สัมบรู ณ์มีคา่ เป็น บวก และในสุญญากาศคา่ ความดนั สมั บูรณ์มีค่าเป็นศูนย(์ 0 psia) รูปที่ 5.4 แสดงการวดั ค่าความดนั โดยประมาณ 2.3 ความดนั ท่ีแตกตา่ งกนั (Differential Pressure) คือ การวดั คา่ ความดนั โดยมีความเก่ียวขอ้ งกบั การเปลี่ยนแปลงความดนั อา้ งอิง เช่น ความดนั ท่ีบรรยากาศลอ้ มรอบ หรือในแหล่งกาเนิดความดนั ในที่อ่ืนๆ จะยอมใหเ้ ปลี่ยนแปลงอยา่ งอิสระของการวดั คา่ ทางปฐมภมู ิโครงสร้างทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ในแบบ ท่ีนามาใชง้ านจริงจะเกิดความรู้สึกท่ีแตกตา่ งระหวา่ งแหล่งกาเนิดแรงดนั อิสระสองแหล่งพร้อมกนั เอาตพ์ ตุ ทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ท่ีแตกตา่ งกนั คือสัดส่วนความดนั ท่ีแตกต่างกนั ระหวา่ งแหล่งกาเนิดแรงดนั อิสระท้งั สอง ตวั อยา่ งการวดั ความดนั ท่ีแตกต่าง ทาไดโ้ ยการเปิ ดปลายมาโนมิเตอร์ หรือช่องระบายอากาศ ของทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั การวดั คา่ ความดนั ท่ีแตกตา่ ง แสดงดงั รูป 5.5

รูปท่ี 5.5 แสดงการวดั ค่าความดนั ที่แตกต่าง 2.4 ความดนั อา้ งอิงแบบปิ ด (Sealed Reference Pressure) คือ การวดั คา่ ที่เกี่ยวขอ้ งกบั ความดนั อา้ งอิงแบบปิ ด นอกเหนือไปจากความดนั บรรยากาศที่ระดบั น้าทะเลความดนั อา้ งอิงแบบปิ ด เป็นการทาข้ึน เพอ่ื หลีกเลี่ยงการลดลงหรือเพม่ิ ข้ึนท่ีเกิดข้ึนภายใน หรือขนาดอา้ งอิงของทรานสดิวเซอร์ท่ีถูกกาหนดโดย ความดนั สัมบรู ณ์ เพราะวา่ ขนาดอา้ งอิงแบบปิ ดมีความจุของปริมาตรกา๊ ซคงท่ี ทรานสดิวเซอร์จะตอ้ งรักษา อุณหภูมิใหค้ งที่ และหลีกเล่ียงการเปลี่ยนแปลงของความดนั อา้ งอิง การวดั ค่าความดนั อา้ งอิงแบบปิ ดแสดง ดงั รูปที่ 5.6 รูปท่ี 5.6 แสดงการวดั คา่ ความดนั อา้ งอิงแบบปิ ด 3. ลกั ษณะทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั (Pressure Transducer) เป็นทรานสดิวเซอร์ที่ทาหนา้ ที่ในการวดั ความ แตกตา่ งกนั ของความดนั ค่าตา่ งๆ ที่นามาใชง้ านในดา้ นอุตสาหกรรม หรืออาจเรียกวา่ อุปกรณ์รวมแรง (Force Summing Devices) โดยทาหนา้ ที่เปลี่ยนความดนั ไปเป็นการเคล่ือนที่ทางกล ส่งผา่ นไปทาให้ ทรานสดิวเซอร์ทางไฟฟ้ าชนิดตา่ งๆ เช่น โพเทนชิโอมิเตอร์ ทรานสดิวเซอร์ชนิดความเหนี่ยวนา เป็นตน้ ทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ที่ถูกผลิตมาใชง้ าน มีดว้ ยกนั หลายประเภท หลายรูปแบบมีความ แตกตา่ งกนั ไป แต่มีการทางานที่เหมือนกนั คือใชค้ วามดนั ไปใชค้ วบคุมการทางานสามารถแยกออกเป็น ประเภทพ้นื ฐานโดยรวม ตามการใชอ้ ุปกรณ์รับความดนั ส่งต่อไปใชง้ านในระบบ แยกออกไดเ้ ป็น 7 ประเภทคือ 3.1 ประเภทไดอะแฟรม แบง่ ไดเ้ ป็นแบบเรียบ (Flat) และแบบยน่ (Corrugated) 3.2 ประเภทลูกสูบ(Bellows) 3.3 ประเภทแคปซูล(Capsule)

3.4 ประเภทหลอดบรู ดอน(Bourdon Tube) แบง่ ไดเ้ ป็นแบบกลม(Circular) แบบวงกน้ หอย(Helical) และ แบบบิดเกลียว(Twisted) 3.5 ประเภทหลอดยดื ตึง(Straight Tube) 3.6 ประเภทเดือย แรงบิด(Pivot Torque) 3.7 ประเภทกอ้ นวสั ดุวางบนแขนโลหะ (Mass Cantilever) แบ่งไดเ้ ป็นแบบแขวนดา้ นเดียว (Single Suspension) และ แบบแขวนสองดา้ น(Double Suspension) ทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั โดยทว่ั ไป ใชอ้ ุปกรณ์รับความดนั ในประเภทที่ 1 – 5 ส่วน ทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ประเภทที่ 6 – 7 จะพบการใชง้ านโดยใชค้ วามดนั ไปเป็นตวั กาเนินการ สั่นสะเทือนของอุปกรณ์ ลกั ษณะทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ประเภทตา่ งๆ แสดงในรูป 5.7 ถึงรูป 5.13 (ก) แบบเรียบ (ข) แบบยน่ รูปท่ี 5.7 แสดงประเภทไดอะแฟรม (ก)เป็นแบบเรียบ (ข)เป็นแบบยน่ จากรูปท่ี 5.7 แสดงทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ประเภทไดอะแฟรม แผน่ ไดอะแฟรมถูกวางอยู่ ส่วนบนของถึงรับความดนั ซ่ึงแผน่ ไดอะแฟรมเคลื่อนไหวเขา้ หรือออก เม่ือมีความดนั ส่งเขา้ มาในถงั รับ ความดนั รูปที่ 5.7 (ก) เป็นชนิดไดอะแฟรมแบบผวิ เรียบ ถา้ ความดนั ภายในถงั มากกวา่ ความดนั ในอากาศ ไดอะแฟรมจะเคล่ือนท่ีออก และถา้ ความดนั ภายในถงั นอ้ ยกวา่ ความดนั ในอากาศ ไดอะแฟรมจะเคลื่อนที่ เขา้ ส่วนรูปที่ 5.7 (ข) เป็นชนิดไดอะแฟรมแบบผวิ ยน่ การเคล่ือนท่ีของไดอะแฟรมเป็นเช่นเดียวกบั ในรูปท่ี 5.7(ก) รูปที่ 5.8 แสดงประเภทลูกสูบ จากรูปท่ี 5.8 แสดงทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ประเภทลูกสูบ โดยถงั เก็บความดนั เป็นลกั ษณะ ลูกสูบลม มีผวิ โดยรอบเป็นลอน อาจผลิตมาจากพลาสติก ยาง หรือโลหะกไ็ ด้ สามารถยดื เขา้ ออกได้ ถา้

ความดนั ภายในถงั มากกวา่ ความดนั ในอากาศ ถงั ลูกสูลเคล่ือนที่ออก และถา้ ความดนั ภายในถงั นอ้ ยกวา่ ความดนั ในอากาศถงั ลูกสูบจะเคลื่อนที่เขา้ รูปที่ 5.9 แสดงประเภทแคปซูล รูปที่ 5.9 แสดงทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ประเภทแคปซูล โดยถงั เกบ็ ความดนั เป็นลกั ษณะ เหมือนแคปซูล มีผวิ ดา้ นบนและดา้ นล่างหยกั เป็นลอนโดยรอบ ตวั แคปซูลพองตวั ออกหรือหดตวั เขา้ ข้ึนอยู่ กบั ความดนั ท่ีส่งเขา้ มาภายในถงั ถา้ ความดนั ภายในถงั มากกวา่ ความดนั ในอากาศ ตวั แคปซูลจะเคลื่อนท่ี ออก และถา้ ความดนั ภายในถงั นอ้ ยกวา่ ความดนั ในอากาศตวั แคปซูลจะเคลื่อนที่เขา้ (ก) แบบกลม (ข) แบบวงกน้ หอย (ค) แบบบิดเกลียว รูปท่ี 5.10 แสดงประเภทหลอดบูรดอน จากรูป 5.10 แสดงทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ประเภทหลอดบรู ดอน ลกั ษณะทรานสดิวเซอร์ ประเภทน้ีไม่ใชถ้ งั เกบ็ ความดนั แตล่ ะใชท้ ่อหรือหลอดโลหะมีลกั ษณะทอ่ เป็นรูปรีหรือรูปเหล่ียมจดั ลกั ษณะ ท่อเป็นแบบตา่ งๆ เมื่อมีความดนั ส่งเขา้ มาตามทอ่ ทาใหท้ ่อเกิดการเปลี่ยนแปลงตาแหน่งไปในลกั ษณะตา่ งๆ ข้ึนอยกู่ บั การจดั รูปแบบท่อ รูปที่ 5.10(ก) ทอ่ เป็นแบบโคง้ เป็นวงกลม(บางแบบมีหลายวง) เม่ือมีความดนั ส่ง เขา้ มาความโคง้ ของท่อเกิดการเปล่ียนแปลงตอนปลายของทอ่ เกิดการเคล่ือนตวั เขา้ หรือออก เปล่ียนตาแหน่ง ไปตามเดิม ถา้ ความดนั ภายในทอ่ มากกวา่ ความดนั ในอากาศปลายของท่อจะเคล่ือนที่ออก และถา้ ความดนั ภายในทอ่ นอ้ ยกวา่ ความดนั ในอากาศ ปลายของท่อจะเคล่ือนท่ีเขา้ ส่วนรูปที่ 5.10(ข) ทอ่ เป็นแบบโคง้ วงกน้ หอยหลายวง เมื่อมีความดนั ส่งเขา้ มาตามท่อวงกน้ หอยของ ท่อเกิดการเปลี่ยนแปลง วงกน้ หอยมีการหมุนคลายตวั ออกหรือหมุนมว้ นตวั เขา้ ตามคา่ ความดนั ที่ป้ อนเขา้ มา

ถา้ ความดนั ภายในท่อมากกวา่ ความดนั ในอากาศ วงกน้ หอยจะเคล่ือนที่ออก และถา้ ความดนั ภายในท่อนอ้ ย กวา่ ความดนั ในอากาศ วงกน้ หอยจะเคล่ือนท่ีเขา้ รูปท่ี 5.10(ค) ทอ่ เป็นแบบบิดเกลียว เมื่อมีความดนั ส่งเขา้ มาเกลียวของทอ่ เกิดการเปลี่ยนแปลง เกลียวมีการหมุนบิดตวั ออกหรือหมุนบิดตวั เขา้ ตามคา่ ความดนั ที่ป้ อนเขา้ มา ถา้ ความดนั ภายในท่อมากกวา่ ความดนั ในอากาศ เกลียวมีการหมุนบิดตวั ออก และถา้ ความดนั ภายในท่อนอ้ ยกวา่ ความดนั ในอากาศ เกล่ียว มีการหมุนบิดตวั เขา้ รูปท่ี 5.11 แสดงประเภทหลอดยดึ ตึง จากรูปที่ 5.11 แสดงทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ประเภทหลอดยดื ตึง เมื่อมีความดนั ส่งเขา้ มาจะ ส่งผลใหป้ ลายหลอดเคลื่อนตวั ข้ึนลงตามสภาวะความดนท่ีจา่ ยเขา้ มา คือปลายหลอดเกิดการแกวง่ ตวั ไปมา ตามรูปเกิดการแกวง่ ตวั ข้ึนลง รูปที่ 5.5 แสดงประเภทเดือย – แรงบิด (ก)แบบแขวนดา้ นเดียว (ข) แบบแขวนสองดา้ น รูปท่ี 5.13 แสดงประเภทกอ้ นวสั ดุวางบนแขนโลหะ ส่วนในรูปที่ 5.5 แสดงทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ประเภทเดือย – แรงบิด และรูป 5.13 แสดง ทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ประเภทกอ้ นวสั ดุวางบนแขนโลหะ ท้งั สองประเภทน้ีไมไ่ ดถ้ ูกนามาใชง้ าน

เป็นทรานสดิวเซอร์วดั ความแตกต่างกนั ของความดนั แตจ่ ะนาความดนั ไปใชช้ ่วยในการทางานของ เคร่ืองมือ โดยใชห้ ลกั การของการส่นั ท่ีเกิดจากความดนั ไปใชง้ าน เช่น ใชง้ านในมิเตอร์วดั ความเร่ง (Accelero meter) และ การส่ันสะเทือน(Vibration) เป็นตน้ 4. การใช้งานทรานสดวิ เซอร์ชนิดความดัน ทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั เป็นทรานสดิวเซอร์ชนิดที่สามารถทางานดว้ ยตวั เองไดโ้ ดยลาพงั และนาไปตอ่ ร่วมกบั งานกบั ทรานสดิวเซอร์ชนิดอ่ืนๆ ได้ เช่น นาไปใชง้ านร่วมกบั ทรานสดิวเซอร์ชนิดท่ี เปล่ียนการเคล่ือนท่ีใหเ้ ป็นไฟฟ้ า หรือเปล่ียนการเคลื่อนที่ใหเ้ ป็นความตา้ นทาน สามารถนาไปประยกุ ตใ์ ช้ งานไดอ้ ยา่ งกวา้ งขวางมากมาย 4.1 เกจวดั ความดนั ผลิตจากหลอดบูรดอน (Bourdon Tube Pressure Gage) เป็นทรานสดิวเซอร์ชนิด ความดนั ที่ผลิตข้ึนมาเป็นเครื่องมือวดั ความดนั โดยนาทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ไปใชง้ านโดยลาพงั การเปล่ียนแปลงตาแหน่งของหลอดบูรดอน สามารถแสดงคา่ ออกมาเป็นความดนั ไดโ้ ดยตรง พร้อมการ ปรับแต่งสเกลหนา้ ปัดความดนั ค่าตา่ งๆ ไว้ ก็จะไดเ้ กจวดั ความดนั ออกมา ลกั ษณะเกจวดั ความดนั ผลิตจาก หลอดบรู ดอน แสดงดงั รูป 5.14 รูปท่ี 5.14 แสดงเกจวดั ความดนั ผลิตจากหลอดบูรดอน จากรูปท่ี 5.14 แสดงเกจวดั ความดนั ผลิตจากหลอดบรู ดอนแบบกลม เกจความดนั หรือเกจ สุญญากาศ ปกติประกอบดว้ ยท่อขดลวดปลายปิ ดหรือหลอดบรู ดอน ต่อเขา้ กบั กล่องหรือท่อที่มีความดนั ป้ อนให้ เมื่อมีความดนั ส่งเขา้ มาความโคง้ ของท่อเกิดการเปลี่ยนแปลง ตอนปลายของท่อเกิดการเคลื่อนตวั เขา้ หรือออก เปล่ียนตาแหน่งไปจากเดิม ถา้ เพิม่ ความดนั ภายในทอ่ มากข้ึน ปลายของทอ่ จะเคลื่อนท่ีคลายตวั ออก และถา้ ลดความดนั ภายในท่อลง ปลายของทอ่ จะเคลื่อนท่ีมว้ นตวั เขา้ ส่งผา่ นการเคลื่อนที่น้ีไปยงั แขน ชกั และเชื่อมต่อไปยงั เฟื องท่ีตอ่ เขา้ กบั เขม็ ช้ีแสดงคา่ การวดั ออกมา มีสเกลหนา้ ปัดแสดงค่าความดนั ไว้ 4.2 เกจวดั ความดนั ผลิตจากลูกสูบ (Bellows Pressure Gage) เกจวดั ความดนั ชนิดน้ีถือเป็น ทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั อีกประเภทหน่ึง ท่ีสามารถนาไปใชง้ านไดโ้ ดยลาพงั ดว้ ยตวั เอง เป็นเกจท่ีผลิต มาใชว้ ดั ความดนั คา่ นอ้ ยๆ หรือวดั ความแตกต่างของความดนั หรือวดั คา่ ความดนั สัมบูรณ์ตามกาหนด การ เปล่ียนแปลงตาแหน่งข้ึนลงของลูกสูบ สามารถแสดงคา่ ออกมาเป็นความดนั ไดโ้ ดยตรง พร้อมการปรับแต่ง สเกลหนา้ ปัดวดั ความดนั ไว้ ก็จะไดเ้ กจวดั ความดนั ออกมา เกจชนิดน้ีจะถูกเรียกวา่ อเนอรอยด์ (Aneroid

Barometer) เป็นเคร่ืองวดั ความกดของอากาศชนิดหน่ึงนนั่ เอง ลกั ษณะเกจวดั ความดนั ผลิตจากลูกสูบ แสดง ดงั รูป 5.15 รูปที่ 5.15 แสดงเกจวดั ความดนั ผลิตจากลูกสูบ จากรูปที่ 5.15 แสดงเกจวดั ความดนั ผลิตจากลูกสูบ หรืออเนอรอยด์ บาโรมิเตอร์ เป็นเคร่ืองวดั ความ กดอากาศแบบท่ีไมใ่ ชข้ องเหลว รูปร่างของอเนอรอยด์ บาโรมิเตอร์ท่ีใชล้ ูกสูบประกอบดว้ ยลูกสูบท่ีปิ ดผนึก ดว้ ยความดนั อา้ งอิง พร้อมแขนชกั และเชื่อมต่อไปยงั เฟื องท่ีตอ่ เขา้ กบั เขม็ ช้ี การทางานของเกจถูกขบั ดว้ ย ความดนั จากภายนอก ทาใหล้ ูกสูบเคล่ือนเขา้ ออก ส่งผลใหเ้ ขม็ ช้ีแสดงค่าความกดอากาศออกมา นอกจาก การใชง้ านเป็นอเนอรอยด์ บาโรมิเตอร์แลว้ ยงั สามารถนาไปใชเ้ ป็นเครื่องวดั ความสูง (Altimeter) หรือ บาโร กราฟบนั ทึกความสูง (Altitude Recording Barograph) และเครื่องวดั อากาศในระดบั สูงใชใ้ นบลั ลูนตรวจ ปรากฎการณ์รังสีตามธรรมชาติของช้นั บรรยากาศ(Weather Balloon Radiosondes) เป็นตน้ 5. การประยุกต์ทรานสดวิ เซอร์ชนิดความดัน การประยกุ ตน์ าทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั มาใชร้ ่วมกบั งานวงจรอิเล็กทรอนิกส์น้นั ส่วนใหญ่ จาเป็นตอ้ งทางานร่วมกบั ระบบอื่นๆ และระบบที่พบบ่อยก็คงเป็นระบบทางกล ดงั น้นั จึงจาเป็นตอ้ งทราบคา่ จากระบบเหล่าน้นั เพื่อป้ อนกลบั มาในระบบอิเล็กทรอนิกส์ ทาการคานวณแลว้ ส่งกลบั ออกไป แตส่ ัญญาณท่ี ไดจ้ ากระบบเหล่าน้นั ไม่ใช่สัญญาณไฟฟ้ า แตเ่ ป็นสัญญาณทางกล ดงั น้นั เราจึงตอ้ งแปลงสัญญาณเป็น สัญญาณไฟฟ้ าเสียก่อน 5.1 เพียโซอิเลก็ ทริค (Piezoelectric) เป็นอุปกรณ์ตรวจวดั แรงกลต่างๆ เช่น แรงดนั แรงกด โดย เปล่ียนพลงั งานกลต่างๆ เหล่าน้ีใหเ้ ป็นพลงั งานไฟฟ้ า ในทางกลบั กนั เมื่อใหพ้ ลงั งานไฟฟ้ าแก่วสั ดุที่มี คุณสมบตั ิเป็นเพียโซอิเล็กทริค วสั ดุน้นั กจ็ ะเปลี่ยนพลงั งานไฟฟ้ าเป็นพลงั งานกลไดเ้ ช่นกนั คุณสมบตั ิพิเศษของเพยี โซอิเลก็ ทริก คือ เมื่อไดร้ ับแรงกด (Mechanical Force) จะให้ แรงดนั ไฟฟ้ า (Voltage) ท่ีเรียกวา่ ปรากฏการณ์เพยี โซอิเลก็ ทริก (Piezoelectric Effect) ในทางกลบั กนั เมื่อ วสั ดุไดร้ ับแรงดนั ไฟฟ้ าจะทาใหม้ ีการเปลี่ยนรูปร่าง(Deformation) เกิดแรงกล เรียกวา่ ปรากฏการณ์แบบ อินเวอร์สเพยี โซอิเลก็ ทริก (Inverse Piezoelectric Effect) การเปลี่ยนไปมาระหวา่ งพลงั งานกล และพลงั งาน

ไฟฟ้ าสามารถนามาประยกุ ตใ์ ชใ้ นวงจรอิเลก็ ทรอนิกส์ โครงสร้างของเพยี โซอิเล็กทริกน้นั มีท้งั สร้างจาก ธรรมชาติและจากการสังเคราะห์ โดยวสั ดุธรรมชาติไดแ้ ก่ แร่ควอตซ์(Quartz) แร่ทวั ร์มาลีน(Tourmaline) ส่วนวสั ดุสงั เคราะห์ไดแ้ ก่ แบเรียมไททาเนต (Barium titanate) ฯลฯ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ท่ีใชป้ ระโยชน์ จากเพียโซอิเลก็ ทริก มีหลายอยา่ งดว้ ยกนั ข้ึนอยกู่ บั ปรากฏการณ์การเปล่ียนแปลง โดยในกรณี ปรากฏการณ์เพยี โซอิเลก็ ทริก ทาใหเ้ กิดแรงเคล่ือนไฟฟ้ าสามารถใชเ้ ป็นอุปกรณ์จุดแก๊สในเตาเคร่ืองทา ความร้อน ใชเ้ ป็นเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้ า(Generator) หรือใชเ้ ป็นตวั ตรวจจบั ความดนั (Pressure Sensor) ส่วนใน ปรากฏการณ์แบบ อินเวอร์สเพยี โซอิเล็กทริก ทาใหม้ ีการเปล่ียนแปลงรูปร่างเกิดแรงกล สามารถนามาใช้ เป็นทรานสดิวเซอร์ในอุปกรณ์อลั ตราโซนิค(Ultrasonic) ทางการแพทย์ ลาโพง เป็นตน้ รูปที่ 5.16 แสดงลกั ษณะของเพยี โซอิเล็กทริก 5.2 เพียโซรีซีสทีฟ(Piezo Resistive) เป็นอุปกรณ์ท่ีมีรูปร่างเหมือนสเตรนเกจขนาดเล็ก มีลกั ษณะ การทางานคือ เม่ือมี แรงดนั มา กดแผน่ ไดอะเฟม จะทาใหเ้ กิดความเครียดบนตวั ความตา้ นทาน ภายใน อุปกรณ์เพียโซรีซีสเตอร์ และเป็นผลใหค้ า่ ความตา้ นทานภายใน เกิดการเปล่ียนแปลง ซ่ึงการเปล่ียนแปลงน้ี จะเป็นไปตามสัดส่วนของความเครียดท่ีเกิดข้ึน รูปเพียโซรีซีสทีฟแสดงดงั รูป 5.17 รูปที่ 5.17 แสดงลกั ษณ์ของเพยี โซรีซีสทีฟ

ใบงานที่ 5 เร่ือง ทรานสดวิ เซอร์ชนิดความดนั วตั ถุประสงค์ 1. อธิบายหลกั การเบ้ือนตน้ ของความดนั และการวดั ความดนั 2. จาแนกชนิดของการวดั ความดนั 3. อธิบายลกั ษณะทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั 4. อธิบายการใชง้ านทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั เคร่ืองมอื และอุปกรณ์ 1. เอกสารวชิ าอิเลก็ ทรอนิกส์อุตสาหกรรม ข้นั ตอนการทางาน ใหน้ กั ศึกษาจดั ทารายงานและนาเสนอหนา้ ช้นั เรียน เรื่อง ทรานสดิวเซอร์ชนิด ความดนั โดยมี รายละเอียดการคน้ ควา้ ดงั น้ี 1. หลกั การเบ้ือนตน้ ของความดนั และการวดั ความดนั 2. ชนิดของการวดั ความดนั 3. ลกั ษณะทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั 4. การใชง้ านทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั

แบบฝึ กหดั บทที่ 5 เรื่อง ทรานสดวิ เซอร์ชนิดความดนั ตอนที่ 1 จงเลือกคาตอบท่ีถูกตอ้ งเพยี งคาตอบเดียว 1. ความดนั คืออะไร ก. แรงท่ีถูกใชไ้ ปต่อหน่วยของพ้นื ท่ีผวิ ข. พ้นื ที่ผวิ ท่ีถูกใชไ้ ปตอ่ หน่วยของแรง ค. ปริมาตรที่ถูกใชไ้ ปต่อหน่วยของแรง ง. พ้นื ท่ีผวิ ที่ถูกใชไ้ ปต่อหน่วยของปริมาตร จากสูตร P = dF/dA จงตอบคาถามขอ้ 2 – 4 2. จากสูตร คา่ P คืออะไร ก. ความดนั ข. แรงหรือน้าหนกั ค. พ้นื ท่ีท่ีสัมผสั กบั แรงท่ีจา่ ยให้ ง. ปริมาตรที่ถูกใชไ้ ปตอ่ หน่วยของแรง 3. จากสูตร ค่า dF คืออะไร ก. ความดนั ข. แรงหรือน้าหนกั ค. พ้ืนที่ที่สมั ผสั กบั แรงที่จ่ายให้ ง. ปริมาตรท่ีถูกใชไ้ ปตอ่ หน่วยของแรง 4. จากสูตร ค่า dA คืออะไร ก. ความดนั ข. แรงหรือน้าหนกั ค. พ้ืนท่ีท่ีสมั ผสั กบั แรงที่จ่ายให้ ง. ปริมาตรท่ีถูกใชไ้ ปตอ่ หน่วยของแรง 5. ความดนั สมบรู ณ์(Absolute Pressure) คืออะไร ก. การวดั คา่ ความดนั โดยใชก้ ารอา้ งอิงกบั สุญญากาศ ข. การวดั คา่ ความดนั โดยใชก้ ารอา้ งอิงกบั ความดนั โดยประมาณ ค. การวดั ค่าความดนั โดยใชก้ ารอา้ งอิงกบั ความดนั แตกต่าง ง. การวดั คา่ ความดนั โดยใชก้ ารอา้ งอิงกบั ระดบั น้าทะเล 6. ความดนั โดยประมาณ(Gage Pressure) คืออะไร ก. การวดั คา่ ความดนั โดยใชก้ ารอา้ งอิงกบั ช้นั บรรยากาศที่ค่าเฉล่ียของระดบั น้าทะเล ข. การวดั คา่ ความดนั โดยใชก้ ารอา้ งอิงกบั ช้นั บรรยากาศที่คา่ เฉลี่ยของความดนั แตกตา่ ง

ค. การวดั คา่ ความดนั โดยใชก้ ารอา้ งอิงกบั ช้นั บรรยากาศท่ีค่าเฉลี่ย ง. การวดั คา่ ความดนั โดยใชก้ ารอา้ งอิงกบั ช้นั บรรยากาศที่คา่ เฉลี่ยของความดนั โดยประมาณ 7. ทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั แยกออกเป็นกี่ประเภท ก. 5 ประเภท ข. 6 ประเภท ค. 7 ประเภท ง. 8 ประเภท 8. ทรานสดิวเซอร์ชนิดความดนั ประเภทหลอดบรู ดอน(Bourdon Tube) แบ่งไดเ้ ป็นก่ีประเภท ก. 1 ประเภท ข. 2 ประเภท ค. 3 ประเภท ง. 4 ประเภท 9. ขอ้ ใดอยใู่ นประเภทเดียวกนั ก. แบบกลม(Circular) แบบวงกน้ หอย(Helical) และ แบบบิดเกลียว(Twisted) ข. แบบแคปซูล(Capsule) แบบวงกน้ หอย(Helical)และแบบยน่ (Corrugated) ค. แบง่ ไดเ้ ป็นแบบกลม(Circular) แบบวงกน้ หอย(Helical) และ ลูกสูบ(Bellows) ง. แบง่ ไดเ้ ป็นแบบกลม(Circular) แบบแบบเรียบ (Flat) และแบบยน่ (Corrugated) 10. ประเภทไดอะแฟรม แบ่งไดเ้ ป็นก่ีประเภท ก. 1 ประเภท ข. 2 ประเภท ค. 3 ประเภท ง. 4 ประเภท

แบบฝึ กหดั บทที่ 5 เรื่อง ทรานสดิวเซอร์ชนิดความดัน คาชี้แจง จงตอบคาถามโดยเติมคาในช่องวา่ งใหส้ มบรู ณ์ 1. จากรูปจงอธิบายการทางาน d P2 D h P1 2. จากรูปจงอธิบายการทางาน

3. จากรูปจงอธิบายการทางาน 4. จากรูปจงอธิบายการทางาน 5. จากรูปจงอธิบายการทางาน