แผนการเรียนรู้รายวิชา พื้นฐานงานเครื่องมือวัด

1 แผนการสอน รหสั 30120 - 1003 วชิ า พ้ืนฐานงานเครอ่ื งมอื วัด หลักสตู รประกาศนยี บัตรวิชาชพี ช้นั สูง พทุ ธศักราช 2563 ประเภทวชิ าช่างอุตสาหกรรม สาขาวชิ าช่างเคร่อื งมือวัดและควบคมุ ในอุตสาหกรรม โดย นายบรรจง ศกั ด์วิ นชิ ล แผนกวิชาเครือ่ งมอื วัดและควบคมุ วิทยาลยั เทคนคิ สตั หบี

2 คานา แผนการสอนวิชาพื้นฐานงานเคร่ืองมอื วัด รหัส 30120-1003 จัดทาขึ้นเพื่อเป็นแนวทาง ในการเรียนการสอนหลักสูตรประกาศนียบัตรวิชาชีพชั้นสูง(พุทธศักราช2563) ประกอบด้วยขั้นตอน และวิธีการสอน เน้ือหาสาระ กิจกรรม คาถาม ใบงาน ที่ครอบคลุมจุดประสงค์ และคาอธิบายรายวชิ า และแผนการเรียนรู้บูรณาการปรัชญาเศรษฐกิจพอเพียง ไม่เคร่งครัดรูปแบบของการเขียนหน่วย / แผนการเรียนรู้ สามารถปรับได้ตามธรรมชาติของวชิ า ตามบริบทของวิทยาลัย แต่คงหัวข้อสาคัญไว้ ได้แก่ (1) ผลการเรียนรู้ที่คาดหวัง (2) สาระการเรียนรู้ (3) กิจกรรมการเรียนรู้ (4) ส่ือ / แหล่ง การเรียนรู้ (5) การวัดและประเมินผล ทั้งนี้ผู้ใช้ต้องทาความเข้าใจความหมายหลักปรัชญาของ เศรษฐกิจพอเพียง ใน 3 หลักการ คือ ความพอประมาณ ความมีเหตุมีผล และการสร้างภูมิคุ้มกันใน ตวั ท่ีดี โดยใช้ 2 เงื่อนไข คือ คุณธรรมและความรู้ ในการสร้างความพอเพียงให้เกิดขนึ้ ใน 4 มิติ ได้แก่ ด้านวตั ถุหรือเศรษฐกิจ สังคม สิ่งแวดลอ้ ม และวฒั นธรรม(จรยิ ธรรม) ผู้จดั ทาหวงั เปน็ อย่างยิง่ วา่ แผนการสอนฉบบั น้ี จะเป็นประโยชน์ต่อผสู้ อนนักศกึ ษา และ ผ้สู นใจท่วั ไป หากมสี ิ่งผิดพลาดใดผู้จัดทาขอรบั ไว้เพอื่ ปรับปรุงดว้ ยความขอบคุณย่งิ ลงชอ่ื ........................................................ (นายบรรจง ศักด์ิวนชิ ล)

3 30120-1003 พื้นฐานงานเครือ่ งมือวัด จดุ ประสงคร์ ายวิชา เพื่อให้ 1. เพือ่ ใหม้ ีความเข้าใจหลักการของระบบการวัดและควบคุมอุตสาหกรรม 2. เพือ่ ใหส้ ามารถเขยี นแบบและอา่ นแบบต่างๆ ในงานวดั และควบคุมอตุ สาหกรรม 3. เพื่อใหส้ ามารถติดตั้งระบบท่อและอุปกรณใ์ นกระบวนการวัดและควบคมุ 4. เพ่อื ให้มีกิจนิสัยในการทางาน อยา่ งเปน็ กระบวนการ ดว้ ยความปราณีต รอบคอบและ ปลอดภัย สมรรถนะรายวิชา 1. เข้าใจหลักการของระบบการวดั และควบคมุ ในงานอตุ สาหกรรม 2. เขยี นแบบและอ่านแบบการวดั และควบคมุ อุตสาหกรรม 3. ใชเ้ ครอ่ื งมือพืน้ ฐานช่างเคร่ืองมือวัดถูกตอ้ งและเหมาะสม 4. ประกอบการติดต้ังระบบท่อและอุปกรณป์ ระกอบในกระบวนการวัดและควบคุม คาอธิบายรายวชิ า ศกึ ษาและปฏิบัตเิ กีย่ วกบั หลักการของระบบการวัดและควบคุมในอุตสาหกรรม พน้ื ฐานการ ควบคุม สญั ลกั ษณ์และการเขียนแบบ อา่ นแบบตา่ งๆ ในการวดั และควบคมุ การใช้เครื่องมือพน้ื ฐาน งานชา่ งเคร่อื งมอื วดั เทคนคิ การประกอบและตดิ ต้งั ระบบท่อและอปุ กรณ์ในกระบวนการวัดและควบคมุ

4 โครงการสอน วิชา พน้ื ฐานงานเครอื่ งมือวดั (30120-1003) (2 - 3 - 3) ระดบั ประกาศนียบัตรวิชาชีพชั้นสงู (ปวส.) สาขางานเทคโนโลยีการวัดคมุ ทางอุตสาหกรรม จานวน 3 หนว่ ยกติ จานวนช่วั โมงรวม 90 ช่วั โมง สปั ดาหท์ ่ี เรื่อง จานวนคาบ ทฤษฎี ปฏบิ ตั ิ 1 หลกั การของระบบการวดั และควบคุมในอุตสาหกรรม 2 พ้ืนฐานการควบคุม 23 3-4 การใชเ้ คร่ืองมือพ้นื ฐานงานช่างเคร่ืองมือวดั 23 5-6 ระบบท่อในกระบวนการวดั และควบคุม 46 7-8 เทคนิคการประกอบติดต้งั ระบบท่อในกระบวนการวดั และ 46 46 ควบคุม 9-10 อปุ กรณ์ในกระบวนการวดั และควบคุม 46 11-12 เทคนิคการประกอบตดิ ต้งั อปุ กรณ์ในกระบวนการวดั และ 46 ควบคุม 46 13-14 สญั ลกั ษณ์ ตา่ งๆ ในการวดั และควบคุม 46 15-16 การอ่านแบบต่างๆ ในการวดั และควบคุม 46 17-18 การเขียนแบบตา่ งๆ ในการวดั และควบคุม รวม 36 54 รวม 90

5 แผนการสอนท่ี 1 หน่วยที่ 1 รหสั วชิ า 30120-1003 วชิ า พ้นื ฐานงานเครื่องมือวดั เร่ือง หลกั การวดั กบั การควบคุมและระบบสญั ญาณมาตรฐาน สอนคร้ังที่ 1 ชว่ั โมงที่ 1/ 80 จานวน 5 ชว่ั โมง หัวเร่ือง 1.1 หลกั การวดั และการควบคุม 1.2 ระบบสัญญาณมาตรฐาน 1.3 หน่วยของการวดั 1.4 การแปลงหน่วยการวดั 1.5 สรุปสาระสาคญั จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. อธิบายหลกั การวดั และการควบคุมได้ 2. บอกระบบสญั ญาณมาตรฐานได้ 3. เขา้ ใจกหน่วยของการวดั ได้ 4. อธิบายการแปลงหน่วยการวดั ได้ สาระสาคญั ระบบควบคุมทางวศิ วกรรม ความหมาย ขอบเขต และนิยามศัพท์ ของระบบการควบคุมทางวศิ วกรรม 1. ความหมายของระบบการควบคุมทางวศิ วกรรม การผลิต หรือกระบวนการผลิต (manufacturing process) หมายถึง การนาเอาวตั ถุดิบท่ีเป็ น สสารหรือสารเคมีชนิดใดชนิดหน่ึงที่อยู่ในรูปของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ ที่เรียกว่าสารต้งั ต้น (reactant) มาทาการเปล่ียนแปลงรูปร่าง เปล่ียนแปลงคุณสมบตั ิทางดา้ นกายภาพ ทางดา้ นเคมี ให้เป็ น ผลิตภณั ฑ์หรือสินคา้ (product หรือ goods) การทาใหค้ ุณสมบตั ิของสารเปล่ียนไปจาเป็ นตอ้ งมีปัจจยั หรือกระบวนการทางดา้ นกายภาพ หรือกระบวนการทางดา้ นเคมีเสริม ไดแ้ ก่ อุณหภูมิ ความดนั โดยมี ถงั ปฏิกิริยาเคมี หรือเครื่องปฏิกิริยาเคมี (chemical reactor) ทาหนา้ ที่ในการกวนผสมทาใหม้ ีการถ่ายเท มวลผสม ถ่ายเทความร้อนการทาปฏิกิริยาให้สมบูรณ์ การควบคุมความดนั ในกระบวนการทาให้เกิด

6 เง่ือนไขในการผลิตภายใตร้ ะบบการควบคุมความเร็วของปฏิกิริยาหรือท่ีเรียกว่าจลพลศาสตร์เคมี (chemical kinetics) จนไดผ้ ลิตภณั ฑ์หรือสินคา้ ท่ีไดม้ าตรฐาน (standard specifications) ตามตอ้ งการ การผลิตท่ีมีประสิทธิภาพน้นั ตอ้ งพยายามรักษาเสถียรภาพของกระบวนการผลิต กาจดั การรบกวนจาก สิ่งแวดล้อมภายนอกระบบ และรักษาประสิทธิภาพการผลิตให้สม่าเสมอ ซ่ึงจะสามารถทาตาม วตั ถุประสงคด์ งั กล่าวมาแลว้ จาเป็นตอ้ งมีระบบควบคุมการผลิตท่ีเหมาะสม กระบวนการควบคุมระบบ (process control system) ในอุตสาหกรรมการผลิตน้นั หมายถึง การท่ีโรงงาน เคร่ืองจกั รกระบวนการผลิต อุปกรณ์วดั และอุปกรณ์ควบคุมการผลิตสามารถ ปฏิบตั ิงานร่วมกนั อยา่ งเป็นระบบ เพื่อใหก้ ารผลิตในงานอุตสาหกรรมเป็นไปตามวตั ถุประสงคท์ ่ีต้งั ไว้ 2. ขอบเขตของระบบการควบคุมทางวศิ วกรรม กระบวนการควบคุมในงานอุตสาหกรรมการผลิต จะทาหนา้ ท่ีในการควบคุมตวั แปร เงื่อนไข ในการผลิตให้ถูกตอ้ งแม่นยา เที่ยงตรงแลว้ จะทาให้ผลิตภณั ฑ์น้นั มีคุณภาพ ไดม้ าตรฐานผลิตภณั ฑ์ และ/หรือมีความสูญเสียน้อย เช่น การควบคุมส่วนผสม น้าหนัก ปริมาณ ระยะ ตาแหน่ง อุณหภูมิ ความดัน ความเร็วของปฏิกิริยา อตั ราการไหล ความหนาแน่น ความหนืดของสาร กระบวนการ ควบคุมดว้ ยคนหรือควบคุมดว้ ยระบบอตั โนมตั ิ ตวั แปรดงั กล่าวมาแลว้ แบ่งออกเป็นกลุ่มหลกั ไดแ้ ก่ 2.1 ตวั แปรนาเข้า (input variable) หมายถึง ตวั แปรที่มีผลกระทบตอ่ สภาพหรือสถานะของ กระบวนการโดยตรง ทาใหส้ ภาพของกระบวนการเปล่ียนแปลงไปได้ ตวั แปรน้ีประกอบดว้ ยสญั ญาณ การรบกวนจากภายนอก เช่น สภาพแวดลอ้ มที่ไมส่ ามารถกาหนดและควบคุมไดโ้ ดยตรง ตอ้ ง กาหนดค่าโดยผา่ นอุปกรณ์อื่น หรือสัญญาณควบคุม 2.2 ตวั แปรออก (output variable) หมายถึง สภาพต่างๆ ของกระบวนการที่เปลี่ยนแปลงค่า ไปเนื่องจากผลกระทบของตวั แปรนาเขา้ ประกอบดว้ ยตวั แปรที่วดั ค่าได้ ไดแ้ ก่ สถานะของ กระบวนการที่สามารถวดั คา่ ได้ ตรวจสอบคา่ ไดโ้ ดยตรงจากเครื่องมือวดั หรือตรวจสอบไมไ่ ดใ้ ช้ คานวณเอา 2.3 ตวั แปรควบคุม (controlled variable) คือ ตวั แปรของกระบวนการ (process) ที่เราตอ้ งการ ควบคุม คา่ ตวั แปรควบคุมท่ีใชส้ ่วนมาก ไดแ้ ก่ อุณหภูมิ ความดนั อตั ราการไหล ระดบั เช่น ในการ ควบคุมอุณหภูมิของไอน้า ตวั แปรควบคุม กค็ ือ อุณหภูมิ 2.4 ตวั แปรตรวจวดั (measured variable) เป็นการวดั คา่ ของตวั แปรที่เราตอ้ งการควบคุม อาจจะเป็ นตวั เดียวกบั ตวั แปรควบคุมหรือไม่ก็ได้ 2.5 ค่าเป้าหมาย (set point) เป็นค่าเป้าหมายในการควบคุม เช่น อุณหภูมิของไอน้า ค่า เป้าหมายควบคุมเทา่ กบั 160 °C เป็นตน้

7 การวดั และเคร่ืองมือวดั ทางอุตสาหกรรม หลกั การและความสาคัญของการวดั 1. หลกั การวดั ทางวศิ วกรรม ระบบการวดั ทางวศิ วกรรม คืออะไร ? มีความสาคญั อยา่ งไร ? ทาไมตอ้ งมีระบบการวดั ? 1.1 ระบบการวดั ทางวศิ วกรรม หมายถึง เคร่ืองมือ (tool) ท่ีใชส้ าหรับวดั ปริมาณของตวั แปร ทางกายภาพในทางวศิ วกรรม Source or input Transducer Display or output รูปท่ี 1.1 แสดงแผนผงั หลกั การของระบบการวดั ทางวศิ วกรรม 1.2 เคร่ืองมือวดั (Instrument) คืออะไร Instrument (equipment) หมายถึง อุปกรณ์(Device) ที่ประกอบดว้ ยชิ้นส่วนที่ทาหนา้ ท่ีรับ และส่ งหรื อส่ื อ(Sense) ตัวแปรทางกายภาพ(Physical parameter) เช่น Temperature , Pressure , velocity , acceleration, etc. เพื่อนาผ่านไปยงั ชิ้นส่วนที่ทาหนา้ ท่ีปรับเปลี่ยน (Transducer) ตวั แปรเหล่าน้ีไปแสดงอยู(่ Display)ใน รูปแบบท่ีซ่ึงผใู้ ชง้ าน(User)สามารถสงั เกตเห็น บนั ทึกขอ้ มูลและเขา้ ใจความหมายที่ชดั เจนได้ 2. ความสาคัญของการวดั 1. สามารถระบุค่าท่ีชดั เจนไดม้ ากกวา่ การใชค้ วามรู้สึกของผวู้ ดั เป็ นตวั ช้ีบอก 2. สามารถวดั ค่าไดม้ ีความละเอียดแม่นยา และมีความน่าเช่ือถือมากข้ึนเมื่อมีมาตรฐานมา รองรับ ในงานทางวิศวกรรม เช่น การหาอตั ราการไหลของน้าในท่อ การหาค่าความเครียดของชิ้นงาน ตอ้ งการค่าของตวั แปรที่ละเอียด แม่นยา เทคนิคการวดั และวิธีการเลือกเครื่องมือวดั จะมีความสาคญั

8 อย่างมาก จาเป็ นตอ้ งใช้ข้อมูลมาช่วยในการเลือกวิธีการวดั ที่เหมาะสมเพื่อการประมวลผลและ ตดั สินใจ การวดั เป็ นพ้ืนฐานสาหรับงานสาขาต่าง ๆ เช่นวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยีหรือศาสตร์อ่ืน ๆ ซ่ึงการวดั เก่ียวขอ้ งกบั การดาเนินการชีวิตประจาวนั ของมนุษยโ์ ดยไดม้ ีวิวฒั นาการต้งั แต่อดีตจนถึง ปัจจุบนั ตามความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของยุคต่าง ๆ เพื่อตอบสนองความตอ้ งการของมนุษยใ์ น ดา้ นต่าง ๆ ส่วนในดา้ นอุตสาหกรรมกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมจะคานึงถึงคุณภาพ ปริมาณ หรือความปลอดภัย ซ่ึงส่ิงเหล่าน้ีจะเกิดข้ึนได้จะต้องอาศยั การวดั ที่ละเอียดถูกต้องและถือเป็ น มาตรฐานส่วนสาคญั ต่อระบบผลิตทางอุตสาหกรรมเป็นอนั มากผลจากการวดั ท่ีดีจะทาใหท้ ราบสภาพ ที่ตอ้ งการเช่นคุณลักษณะของผลผลิตทาให้สามารถทราบว่าผลผลิตที่ได้มีคุณภาพตามที่ตอ้ งการ หรือไมซ่ ่ึงจะเป็นขอ้ มูลที่จะนาไปปรับปรุงกระบวนการผลิตท่ีดีข้ึนต่อไป การวดั เป็ นเรื่องของการกาหนดขนาด ปริมาณ คุณสมบตั ิ หรือคุณภาพตลอดเวลาในการวดั จึง จาเป็ นตอ้ งใชเ้ กณฑ์ต่าง ๆ มาอา้ งอิงเช่น อุณหภูมิ 100 oC คือระดบั ความร้อนท่ีอา้ งอิงมาจากจุดเดือด ของน้าบริสุทธ์ิที่อยภู่ ายใตค้ วามดนั บรรยากาศเป็นตน้ ความหมายของการวดั การวดั หมายถึง การปฏิบตั ิการทางเทคนิค ท่ีตอ้ งปฏิบตั ิตามวธิ ีท่ีกาหนดข้นั ตอนไวแ้ ลว้ เพ่ือ การเปรียบเทียบกนั ระหวา่ งปริมาณที่ถูกวดั กบั ปริมาณมาตรฐาน (Standard) ซ่ึงเป็นตวั แทนของหน่วย วดั (สถาบนั มาตรวทิ ยาแห่งชาติ, 2551) วตั ถุประสงค์ของการวดั วตั ถุประสงคข์ องการวดั เป็ นการแสดงถึงความตอ้ งการของการวดั วา่ ทาไมตอ้ งทาการวดั หรือ การวดั มีความสาคญั อยา่ งไร วตั ถุประสงคข์ องการวดั มี ดงั น้ี

9 1. การวดั เพอ่ื ให้ได้มาซ่ึงความรู้ จะเห็นไดว้ า่ มีความตอ้ งการวดั ส่ิงตา่ ง ๆ ในชีวติ ประจาวนั ถา้ มองใหล้ ึกลงไปไดร้ ับความรู้เกี่ยวกบั โลกทางกายภาพโดยผา่ นข้นั ตอนวธิ ีทางวทิ ยาศาสตร์ถา้ จะถามวา่ ความรู้คืออะไร ความรู้ คือสาระหรือข่าวสารที่จดั รวบรวมเป็นหมวดหมู่อยา่ งมีระบบโดยเมื่อพบ ปรากฏการณ์ท่ีสนใจจะมีการต้งั สมมติฐานข้ึนเพอ่ื ใชอ้ ธิบายปรากฏการณ์น้นั เช่นแรงเป็ นสัดส่วนกบั ผลคูณของมวลกบั ความเร่ง จะเห็นไดว้ า่ จะตอ้ งมีการนิยามแรง มวลและความเร่งข้ึนมาก่อนจากน้นั จะตอ้ งมีการวดั เพ่ือหาความจริงเกี่ยวกบั ปรากฏการณ์น้นั ผลที่ตามมาของสมมติฐานจะตอ้ งมีเหตุมีผล จากน้นั จะทาการทดลองหรือการวดั ในสิ่งแวดลอ้ มท่ีถือวา่ สมมติฐานน้นั เป็นจริงอยา่ งไรก็ตามแนวคิด ง่าย ๆ เก่ียวกบั วธิ ีทางวทิ ยาศาสตร์น้ีไดถ้ ูกวพิ ากษว์ จิ ารณ์โดยนกั ประวตั ิศาสตร์และนกั ปรัชญารวมท้งั นกั วทิ ยาศาสตร์ในอดีต แต่ปัจจุบนั กระบวนการจริง ๆ ในการสืบสาวหาคาตอบเก่ียวกบั ปรากฏการณ์ จะแตกตา่ งไปจากน้ีในหลายกรณี 2. การวัดเพอ่ื การควบคมุ ในหวั ขอ้ ท่ีผา่ นมาสามารถอาศยั การวดั ทาใหเ้ กิดสาระเกี่ยวกบั สถานะของระบบ แตล่ ึกลงไปการวดั จะช่วยในการควบคุมระบบซ่ึงในกรณีน้ีจะตอ้ งทาการวดั ใน ลกั ษณะซ้า ๆ หรือตอ่ เน่ืองและบ่อยคร้ัง โดยอตั โนมตั ิระบบดงั กล่าวไดเ้ พ่ิมจานวนการใชต้ ้งั แต่การ ควบคุมกระบวนการและควบคุมการผลิต เคร่ืองจกั รกล เคร่ืองใชใ้ นบา้ นจนถึงอุปกรณ์ป้องกนั ประเทศสิ่งที่สาคญั ท่ีตอ้ งจดจาใหด้ ีคือคุณภาพของการควบคุมจะสามารถทาไดด้ ีท่ีสุดเทา่ กบั สาระที่ ไดจ้ ากระบบการวดั ที่ใชเ้ ทา่ น้นั ที่มา (เอก ไชยสวสั ด์ิ, 2541, หนา้ 3) ประเภทของการวดั การวดั ทุกชนิดจะกระทาโดยการปรียบเทียบค่าที่ตอ้ งการวดั กบั มาตรฐานที่ไดน้ ิยามไว้ ซ่ึงใน การเปรียบเทียบกบั ค่ามาตรฐานมีการจดั แบ่งประเภทเป็น 2 ประเภทดงั น้ี 1. การวดั ตรง (Direct) เป็นวิธีท่ีไดค้ า่ จากการวดั โดยตรงโดยไมจ่ าเป็นตอ้ งทาการคานวณ เพ่ิมเติมโดยอาศยั ความสมั พนั ธ์ระหวา่ งปริมาณที่ตอ้ งการวดั กบั ปริมาณอื่นท่ีตอ้ งวดั จริง คา่ ท่ีวดั ไดจ้ ะ ไดท้ นั ทีในรูปของขอ้ มูลดิบ เช่น ถา้ ตอ้ งการรู้คา่ กระแสท่ีไหลในวงจรสามารถวดั ไดโ้ ดยตรงโดยใช้ แอมป์ มิเตอร์ หรืออา่ นความยาวของแทง่ โลหะโดยอา้ งอิงกบั บรรทดั ท่ีถูกสเกลไว้ หรือการวดั เพ่ือ ทราบค่าระดบั น้ามนั เคร่ืองของเคร่ืองยนตก์ ็โดยการดึงแท่งดิพสติกออกมาดูระดบั โดยตรงที่ปลายกา้ น วดั เป็นตน้ 2. การวดั อ้อม (Indirect) เป็ นวธิ ีท่ีจะไดค้ ่าโดยผา่ นตวั กลางที่มีหน่วยท่ีแตกต่างไปซ่ึงเชื่อมต่อ กนั ในบางลกั ษณะ ตวั อยา่ ง เช่น วธิ ีการวดั ระยะโดยใชเ้ วลาการเคล่ือนที่ของพลั ส์(วดั ความเร็วรถยนต)์ เป็นวธิ ีออ้ มเพราะวา่ จะตอ้ งทาการคานวณระยะทางจากความสมั พนั ธ์ระหวา่ งความเร็วแสงกบั ระยะเวลาการเคลื่อนท่ีซ่ึงเป็ นคา่ ที่วดั จริงมีขอ้ สงั เกตคือผลลพั ธ์สุดทา้ ยน้นั ไดจ้ ากผลของการวดั โดยตรงหลาย ๆ ปริมาณเมื่อกระทาการวดั โดยข้ึนกบั ปริมาณพ้นื ฐาน ที่มา (เอก ไชยสวสั ด์ิ, 2541, หนา้ 7)

10 หน่วยวดั สากล เน่ืองจากการวดั ปริมาณทางกายภาพท้งั ในทางวทิ ยาศาสตร์และวศิ วกรรมศาสตร์หน่วยของ ปริมาณแตล่ ะชนิดมีมากมายและหน่วยของการวดั มีหลายระบบ ดงั น้นั ในปี ค.ศ.1960 จึงไดม้ ีการ ประชุมและกาหนดหน่วยสากลที่เรียกวา่ หน่วยเอสไอ (The System International Unit) หน่วยเอสไอ (SI) ยงั ประกอบดว้ ยหน่วยยอ่ ยอีก 3 หน่วย คือ 1 หน่วยมูลฐาน 2 หน่วยเสริม 3 หน่วยอนุพนั ธ์ หน่วยมูลฐานมีนิยามของหน่วยมูลฐานมีดงั น้ี ตารางที่2.1 ตารางหน่วยมูลฐาน ปริมาณ หน่วยมูลฐาน สัญลกั ษณ์ ความยาว เมตร m มวล กิโลกรัม Kg เวลา วนิ าที S กระแสไฟฟ้า แอมแปร์ A อุณหภูมิทางเทอร์โมไดนามิกส์ เคลวนิ K ความเขม้ ของแสงสวา่ ง แคนเดลา Cd ประมาณของสาร โมล Mol คาอุปสรรค คาอุปสรรคเป็นหน่วยท่ีจะใชแ้ ทนตวั พหุคูณซ่ึงจะเป็ นการเปลี่ยนค่าในหน่วยมูลฐานตา่ งๆหรือ หน่วยอนุพนั ธ์ท่ีมีค่ามากหรือนอ้ ยเกินไปดงั น้ี

11 มาตรฐานการวดั นิยามของมาตรฐานการวดั คาวา่ มาตรฐาน(Standrad) คือวตั ถุกายภาพหรือลกั ษณะจาเพาะ ของอุปกรณ์กายภาพที่แทนแนวคิดเก่ียวกบั หน่วยท่ีไดเ้ ลือกข้ึนมาแทนคุณภาพท่ีจาเพาะที่สามารถวดั ได้ ชนิดมาตรฐานแบง่ ชนิดของมาตรฐานตามหนา้ ที่ และการประยกุ ตไ์ ดด้ งั น้ี 1. มาตรฐานนานาชาติ นิยามโดยการตกลงระหวา่ งนานาชาติโดยตกลงแทนหน่วยของการวดั ใหใ้ กลเ้ คียงและเท่ียงตรงที่สุดท่ีเทคโนโลยใี นการผลิตและการวดั จะเอ้ืออานวยให้ มาตรฐาน นานาชาติจะถูกตรวจและทดสอบอยา่ งสม่าเสมอโดยการวดั แบบสมั บูรณ์ในรูปของหน่วยพ้ืนฐานซ่ึง จะถูกเกบ็ รักษาอยทู่ ี่ BIPM (International bureau of weight and measures) และไมไ่ ดใ้ ชใ้ นการ เปรียบเทียบหรือปรับเทียบ 2. มาตรฐานช้ันต้น เกบ็ รักษาอยทู่ ีหอ้ งปฏิบตั ิการมาตรฐานแห่งชาติในส่วนตา่ ง ๆ ของโลก เช่น NBS ( National bureau of standard) ในวอชิงตนั เป็ นผเู้ ก็บมาตรฐานช้นั ตน้ สาหรับทวปี อเมริกาเหนือ มาตรฐานช้นั ตน้ จะแทนหน่วยพ้นื ฐานและหน่วยสืบทอดทางกลและไฟฟ้าบางส่วนและจะถูก ปรับเทียบโดยอิสระโดนการวดั สัมบูรณ์ที่หอ้ งปฏิบตั ิการแห่งชาติแตล่ ะแห่งมาตรฐานช้นั ตน้ จะใชแ้ ต่ เพียงภายในหอ้ งปฏิบตั ิการแห่งชาติเท่าน้นั โดยใชส้ าหรับการตรวจสอบเพ่ือยนื ยนั ความถูกตอ้ งและ ปรับเทียบมาตรฐานช้นั รอง 3. มาตรฐานชั้นรองใชเ้ ป็นมาตรฐานอา้ งอิงหลกั ในหอ้ งปฏิบตั ิการการวดั โดยมาตรฐาน ช้นั ตน้ ที่ห้องปฏิบตั ิการมาตรฐานแห่งชาติฉะน้นั มาตรฐานท่ีใชใ้ นงานอุตสาหกรรมน้ีจึงไดร้ ับการ ตรวจสอบคา่ ท่ีวดั ไดใ้ นเทอมของมาตรฐานช้นั ตน้ 4. มาตรฐานใช้งานใช้ในห้องปฏิบตั ิการ การวดั สาหรับการตรวจสอบและปรับเทียบเคร่ืองมือ ท่ีใชใ้ นหอ้ งปฏิบตั ิการโดยทว่ั ไปสาหรับความถูกตอ้ งหรือสมรรถนะ หรือใชใ้ นอุตสาหกรรมในการ ปฏิบตั ิการวดั แบบเปรียบเทียบ (เอก ไชยสวสั ด์ิ, 2541, หนา้ 71) ความผดิ พลาดของการวดั ความผดิ พลาดเป็นคุณลกั ษณะอยา่ งหน่ึงในระบบการวดั ซ่ึงอาจเกิดข้ึนไดข้ ณะท่ีตวั แปรคงท่ี และขณะท่ีตวั แปรเปล่ียนแปลงตามเวลา สาเหตุของความผดิ พลาดมีหลายประการคือ  เน่ืองจากบุคคล สาเหตุน้ีเกิดข้ึนเน่ืองจากการอา่ นคา่ จากเคร่ืองมือวดั ผดิ พลาดเอง ท้งั น้ี เพราะผใู้ ชเ้ คร่ืองมือวดั เหล่าน้นั อาจใชเ้ ครื่องมือไมถ่ ูกตอ้ งน้นั เอง  เน่ืองจากเคร่ืองมือวดั ในเครื่องมือวดั ทุกชนิดอาจเกิดคงามผดิ พลาดเกี่ยวกบั การทางาน ของระบบได้ ซ่ึงเกิดข้ึนไดเ้ นื่องจากความเที่ยงตรงของกลไกการทางานภายใน

12  เนื่องจากสิ่งแวดลอ้ ม การใชเ้ ครื่องมือวดั ท่ีมีความละเอียดมากจะตอ้ งคานึงถึงสภาวะ แวดลอ้ มการใชง้ านดว้ ยไดแ้ ก่ อุณหภูมิ , การสัน่ สะเทือน , สนามแม่เหลก็ ฯลฯ สิ่งตา่ งๆ เหล่าน้ีอาจทาใหก้ ารทางานของระบบภายในเคร่ืองมือวดั ผดิ พลาด นิยามของความผดิ พลาดของการวดั ( = error) ในการวดั ปริมาณหน่ึงถา้ หากค่าท่ีไดจ้ ากการวดั คือ m (เรียกวา่ คา่ ที่วดั ได)้ และคา่ จริงของปริมาณน้นั คือ t (เรียกวา่ ค่าจริง ) เรานิยามความ ผดิ พลาดของการวดั วา่ คือผลตา่ งคา่ ที่วดั ไดจ้ ากค่าจริงดงั สมการ ความผดิ พลาดของการวดั = คา่ ที่วดั ได้ - ค่าจริง  = m - t โดย m  t ซ่ึงหมายถึง ในการวดั แตล่ ะคร้ังค่าที่ไดจ้ ากากรวดั m จะแตกตา่ งไปจาก ค่าจริง t เสมอเน่ืองจากความผดิ พลาดของการวดั เป็ นลกั ษณะจาเพาะหรือบอกถึงคุณภาพของการวดั ดงั น้นั จึงมีความจาเป็ นที่จะตอ้ งวเิ คราะห์ถึงแหล่งกาเนิดของความผดิ พลาดของการวดั และความ เป็นไปไดใ้ นการลดความผดิ พลาดดงั กล่าว วธิ ีการลดความผดิ พลาด  เลือก Transducer ที่เหมาะสม  ตรวจความแม่นยาของเคร่ืองมือ  ปรับเทียบ(Calibrate)เครื่องมือ  ตรวจสอบสภาพสิ่งแวดลอ้ มเพือ่ ใหท้ ราบวา่ มีผลตอ่ การวดั อยา่ งไรและเท่าไหร่  ตรวจสอบสญั ญาณรบกวนต่างๆ คุณลกั ษณะของเคร่ืองมือวดั (Characteristic of Instruments) 1. ความแม่นยา (Accuracy) หมายถึง ประสิทธิภาพของเคร่ืองมือท่ีจะแสดงค่าหรือบนั ทึกค่าได้ ตรงตามความ เป็นจริงของตวั แปรที่ตอ้ งการวดั หรืออาจกล่าวไดอ้ ีกในลกั ษณะ คือ คา่ ท่ีวดั ไดเ้ ขา้ ใกลค้ ่าจริงมาก เพียงใด 2. ความเที่ยงตรง (Precision or reproducibility) หมายถึง ประสิทธิภาพของเครื่องมือวดั ท่ีจะ แสดงคา่ หรือ บนั ทึกค่าของตวั แปรท่ีวดั ไดเ้ ท่าเดิมทุกคร้ังที่ค่าของตวั แปรที่วดั มีคา่ เดียวกนั เปรียบเทียบกเ็ หมือนกบั การปาเป้าดงั แสดงในรูป กล่าวคือถา้ ปาเขา้ เป้าไดท้ ุกคร้ัง แต่ตาแหน่งไม่ ซ้าตาแหน่งเดิมคือความแมน่ ยา แต่ถา้ สามารถปาเป้าไดต้ าแหน่งเดิมหรือใกลเ้ คียงไดท้ ุกคร้ังคือความ

13 เที่ยงตรง และถา้ สามารถปาไดต้ าแหน่งตรงกลางเป้าและไดต้ าแหน่งใกลเ้ คียงกนั ทุกคร้ังกค็ ือมีท้งั ความแม่นยาและความเท่ียงตรงสูง 3. การแยกชัด (Resolution หรือ Discrimination) บอกถึงคุณภาพซ่ึงแสดงลกั ษณะจาเพาะ ความสามารถของเคร่ืองวดั ในการตอบสนองต่อการเปล่ียนแปลงค่าเล็ก ๆ ของปริมาณที่ถูกวดั สามารถเพมิ่ ความสามารถในการแยกชดั โดยการเพมิ่ อตั ราการขยายของภาคตรวจรู้ (Sensing) 4. ความไว (Sensitivity) หมายถึงอตั ราส่วนของสัญญาณเอาต์พุตหรือการตอบสนองของ เคร่ืองวดั ต่อการเปล่ียนแปลงของอินพุต หรือค่าที่ถูกวดั กล่าวอีกนยั หน่ึง คือ เป็ นความสามารถของ เครื่องมือท่ีจะทาการวัดค่าตัวแปรได้เม่ือการเปลี่ยนแปลงค่าตัวแปรในกระบวนการไปน้อยท่ีสุด หาก เครื่องมือวดั สามารถทาการวดั ค่าตัวแปรท่ีเปล่ียนแปลงไปเพียงเลก็ น้อยได้กห็ มายถึงว่าเครื่องมือน้ันมี ค่าความไวในการวดั สูง 5. ความสามารถสอบย้อน (Traceability) ความถูกตอ้ งของเคร่ืองมือวดั จะข้ึนกบั ความรู้ว่า ค่าที่แสดงสัมพนั ธ์อย่างไรกบั มาตรฐาน (Standard) ที่ได้ตกลงยอมรับ กระบวนการที่เชื่อมต่อความ ถูกตอ้ งจากเครื่องวดั ท่ีใช้กับมาตรฐานช้ันตน้ (Primary standard) เรียกว่า ความสามารถสอบยอ้ น ความถูกตอ้ งเป็ นส่ิงที่กาหนดให้แก่เคร่ืองมือวดั โดยความตกลงคือมนั จะไม่ไดม้ าอยา่ งอตั โนมตั ิจาก การออกแบบท่ีดีแตเ่ พียงอยา่ งเดียว

14 6. ความเป็ นเชิงเส้น (Linearity) บ่อยคร้ังท่ีคิดวา่ ความถูกตอ้ งถูกนามาปนกบั คาวา่ ความเป็ น เชิงเส้นความเป็ นเชิงเส้นแสดงว่าค่าที่วดั ได้วางตวั อย่างไรบนสเกลท่ีเป็ นเชิงเส้นและเป็ นสัดส่วน สเกลอาจจะเป็ นเชิงเส้นอยา่ งมากแต่มีการไบอสั (Bias) ในความชนั (Slope) หรือมีออฟเซ็ตจากค่าที่ ถูกกาหนดดงั น้นั มนั จึงไม่ถูกตอ้ ง 7. การปรับเทียบ (Calibration) ความถูกตอ้ งจะมีความสาคญั เพ่ิมข้ึนเม่ือกลุ่มผูใ้ ช้ที่แตกต่าง กนั หลายกลุ่มใช้หน่วยท่ีตกลงใช้เหมือนกนั ในการแสดงและใช้ผลเหล่าน้นั จะไม่สามารถทางานใน ลกั ษณะเดียวกนั (Consistent) นอกเสียจากว่า เครื่องมือวดั ท่ีแต่ละคนใชถ้ ูกต้งั ให้อ่านเป็ นค่าเดียวกนั เม่ือป้อนดว้ ยอินพตุ ค่าเดียวกนั กจิ กรรมการเรียนการสอน (คร้ังท่ี 1) รายการ เวลา (นาท)ี กจิ กรรมครู กจิ กรรมนักเรียน เตรียมความพร้อม 10 - อบรมหนา้ แถวหนา้ ช้นั - เขา้ เรียนตรงเวลา เรียนและขานชื่อผเู้ รียน ข้นั สนใจปัญหา 5 - ถาม-ตอบ -ตอบคาถามอยา่ งมีเหตุผล ข้นั ใหเ้ น้ือหา 65 - บรรยาย / ถาม-ตอบ -ต้งั ใจเรียน ข้นั ประยกุ ต์ -แสดงความคิดเห็นอยา่ งมี ข้นั สาเร็จผล เหตุผล ปฏิบตั ิงานทดลองตาม 20 -มอบหมายใหท้ าโจทย์ -ร่วมมือทางานตาม ใบงานที่ 2 วงจร ปัญหา มอบหมายอยา่ งสร้างสรรค์ อนุกรมและกฎ แรงดนั ไฟฟ้าของ เป็นรายกลุ่ม ๆ ละ 1 ขอ้ -ฝึกคน้ รวบรวมขอ้ มูลและ เคอร์ชอฟฟ์ ร่วมแลกเปลี่ยนความ คิดเห็นระหวา่ งกนั 20 -แลกเปล่ียนการตรวจโจทย์ -เฉลยโจทยป์ ัญหา ปัญหา -สรุปสาระ 120 -มอบหมายใหผ้ เู้ รียนปฏิบตั ิ -ปฏิบตั ิตามใบงานที่ 2 ตามใบงานที่ 2 -แลกเปลี่ยนความคิดเห็น - ควบคุมการทดลอง -สรุปผล -สรุปผล -ประเมินผล

15 * หมายเหตุ เวลาที่ใชใ้ นกิจกรรมการเรียนการสอนสามารถยดื หยนุ่ ไดต้ ามความเหมาะสมของข้นั การ เรียนรู้ ส่ือการเรียนการสอน ใบเน้ือหาหน่วยที่ 1 / โจทยป์ ัญหาหน่วยท่ี 1 / เฉลยโจทยป์ ัญหาหน่วยที่ 1 / แบบสงั เกต พฤติกรรม / ใบงานที่ 1-2 / แบบทดสอบ/ อุปกรณ์ทดลอง การประเมนิ ผล ก่อนเรียน - สังเกตความพร้อมในการเรียน ขณะเรียน - สังเกตการณ์ตอบคาถาม ความสนใจใฝ่ รู้ การร่วมกิจกรรม หลงั เรียน - ถามตอบ ตรวจคาตอบโจทยป์ ัญหา ทดสอบ ตรวจผลการทดลองตามใบงาน งานทม่ี อบหมาย 1. ใหผ้ เู้ รียนคน้ ควา้ โจทยป์ ัญหาเพิ่มเติม พร้อมแสดงวธิ ีทา เร่ือง หลกั การวดั กบั การควบคุมและ ระบบสัญญาณมาตรฐาน จานวน 10 ขอ้ นาส่งในการเรียนคร้ังท่ี 3 2. ใหผ้ เู้ รียนทบทวนเน้ือหาหน่วยที่ 1 เพ่อื เตรียมทดสอบยอ่ ยในการเรียนคร้ังท่ี 3 เอกสารอ้างองิ หลกั การและการใชง้ านเครื่องมือวดั อุตสาหกรรม โดย สมศกั ด์ิ กีรติวฒุ ิเศรษฐ์ : สมาคมส่งเสริมเทคโนโลยี (ไทย-ญ่ีป่ ุน)

16