เมื่อกล่าวถึงการชั่งน้ำหนัก หลายท่านต้องนึกถึงเครื่องชั่งของขายในท้องตลาด ซึ่งเป็นแบบเข็มที่แสดงให้เห็นค่าน้ำหนักได้ทันที แต่ในทางอุตสาหกรรมจะนิยมใช้แบบตัวเลขดิจิตอลแทน เนื่องจากมีความละเอียดแม่นยำ อ่านค่าได้ง่ายกว่า พร้อมทั้งสามารถส่งข้อมูลเชื่อมต่อเข้ากับกระบวนการผลิตได้อีกด้วย
ตัวอย่างของการชั่งน้ำหนัก เช่น การชั่งน้ำหนัก ปูน หิน ทราย ในแพลนท์คอนกรีตผสมเสร็จ การชั่งน้ำหนักรถ การชั่งสารเคมีและของเหลวในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมต่างๆ
หลักการชั่งน้ำหนักเป็นอย่างไร ประกอบด้วยอะไรบ้าง และต้องออกแบบอย่างไรให้เป็นเรื่องง่าย
หลักการชั่งน้ำหนักคือ การใช้โหลดเซลล์แบบ strain gage เป็นตัวรับแรงเมื่อมีน้ำหนักมากระทำความต้านทานทางไฟฟ้าจะเปลี่ยนตามแรงที่มากระทำมีสัญญาณออกมาเป็นแรงดันไฟฟ้าและสามารถนำไปประมวลผลเป็นค่าน้ำหนัก
ปัญหาหลักในการออกแบบชุดชั่งน้ำหนักคือ การไม่ทราบว่ามีส่วนประกอบอะไรบ้าง ต้องเลือกอุปกรณ์อย่างไรเพื่อให้ได้ความแม่นยำที่ต้องการและเหมาะกับการใช้งาน
เรามาดูส่วนประกอบเบื้องต้นในการชั่งน้ำหนักก่อนว่ามีอะไรบ้าง ชุดชั่งน้ำหนักจะประกอบด้วย load cell, summing box และ indicator
- capacity (Kg,Ton/lbs.) ซึ่งต้องเลือกขนาดให้มากกว่าน้ำหนักของที่จะชั่งและถังรวมกัน
- รูปร่างของ load cell ให้เหมาะสมกับโครงสร้างของ hopper หรือ plateform
- จำนวนของ load cell
- สัญญาณ output (mV/V) บ้านเราจะใช้ 2 mV/V และ 3 mV/V
วิธีการออกแบบโหลดเซลล์ที่ดีอย่างแรกคือการเลือกขนาดพิกัดของโหลดเซลล์ให้ถูกต้อง ถ้าเลือกพิกัดน้อยเกินไป โอกาสที่น้ำหนักจะเกินและสร้างความเสียหายแก่โหลดเซลล์มีสูง แต่ถ้าเลือกพิกัดมากเกินไปก็จะทำให้ความละเอียดน้อยลงค่าน้ำหนักมีโอกาสผิดพลาดมากขึ้น ดังนั้นในการออกแบบติดตั้งโหลดเซลล์จึงควรปรึกษาผู้ขายที่มีความรู้เกี่ยวกับโหลดเซลล์เพื่อที่จะได้เลือกใช้งานโหลดเซลล์ได้อย่างถูกต้องและเหมาะสม
- Summing box เป็นกล่องรวมสัญญาณเข้าด้วยกันเพี่อส่งสัญญาณต่อให้ indicator จะใช้ในกรณีมีโหลดเซลล์มากกว่า 1 ตัว การติดตั้งอุปกรณ์ Summing box ควรติดตั้งในที่ๆ ไม่มีฝนสาดหรือเลือกอุปกรณ์ที่มีการ Seal อย่างดี สามารถกันน้ำได้ดี
- Indicator จะถูกออกแบบมาให้รับสัญญาณที่มีความละเอียดสูงขนาด mV สำหรับโหลดเซลล์โดยเฉพาะ ซึ่งจะสามารถเลือกฟังก์ชั่น output ไปสั่งงานได้เช่น setpoint output, analog output และ communication output
- รับสัญญาณเป็น mV และควรอ่านค่าสัญญาณละเอียดถึง µV เพื่อให้ได้ค่าที่มีความแม่นยำสูง
- ตัวเลขแสดงผลชัดเจน ค่าที่แสดงควรสามารถเฉลี่ยเพื่อให้ได้ความแม่นยำ
- ต้องพิจารณาเรื่องฟังก์ชั่นของการนำไปประยุกต์ใช้งาน เช่น ความต้อง การตั้งค่าน้ำหนัก การส่งสัญญาณเข้า PLC และการเชื่อมต่อกับ computer สำหรับการควบคุมและเก็บข้อมูล เป็นต้น
วิธีที่สะดวกและง่ายคือการให้ผู้ขายหรือผู้รับเหมาทำชุดประกอบตู้สำเร็จพร้อมไปติดตั้งใช้งานได้ทันที โดยไม่ต้องเสียเวลาและยุ่งยากกับการประกอบตู้เอง สามารถระบุฟังก์ชั่นได้ตามต้องการ เช่น ในชุดชั่งน้ำหนักอาจประกอบด้วย indicator, setpoint output, analog output, summing box, load cell cable, selector switch, breaker และ push button ผู้ใช้เพียงเเลือกรุ่นของโหลดเซลล์ที่ต้องการและเดินสายสัญญาณมาที่ตู้สำเร็จก็ใช้งานได้ทันที เป็นต้น
ต้องมีข้อระมัดระวังอะไรบ้างในการชั่งน้ำหนัก
หลังจากได้ทราบถึงส่วนประกอบและการเลือกอุปกรณ์ชั่งน้ำหนักแล้ว เรามาดูว่าสิ่งที่จะต้องเจอและวิธีแก้ที่เกิดขึ้นจากการชั่งน้ำหนัก มีอะไรบ้าง
1. การเสียหายของโหลดเซลล์ คือ การที่โหลดเซลล์ไม่สามารถวัดค่าได้หรือวัดค่าได้ไม่ตรงโดยสัญญาณเอาท์พุทที่ส่งออกมาสูงเกินไป Overload หรือสัญญาณเอาท์พุทที่จ่ายออกมาไม่นิ่ง
สาเหตุที่ทำให้โหลดเซลล์เสียได้ คือ
– การใช้น้ำหนักหรือแรงกดเกินพิกัดของโหลดเซลล์
– การที่มีแรงกระแทกลงบนโหลดเซลล์เกินพิกัดของโหลดเซลล์
– การติดตั้งโหลดเซลล์ไม่สมดุล
– การติดตั้งโหลดเซลล์ในทิศทางกลับกัน
– การต่อสายสัญญาณสลับกัน
– การเชื่อมโครงสร้างด้วยการเชื่อมไฟฟ้า โดยที่มีโหลดเซลล์ติดตั้งอยู่และการเกิดฟ้าผ่า
วิธีการป้องกัน คือ ต้องหาทางหลีกเลี่ยงสาเหตุดังกล่าว ส่วนสาเหตุข้อสุดท้ายแก้โดยการติดตั้งสาย Shield ระหว่าง Mounting บนและล่างของโหลดเซลล์เพื่อเป็นการ Bypass กระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการเชื่อมเพื่อป้องกันโหลดเซลล์ ไม่ไห้เกิดความเสียหาย
2. การล้าของโหลดเซลล์ เช่น โหลดเซลล์ให้สัญญาณ output ที่ไม่เป็นเชิงเส้น วิธีแก้ คือ การเปลี่ยนโหลดเซลล์ใหม่หรือการเลือก indicator ที่สามารถทำฟังก์ชั่นชดเชยความไม่เป็นเชิงเส้นได้ เช่น มิเตอร์อัจฉริยะ คุณภาพสูงยี่ห้อ RED LION CONTROLS รุ่น PAXS (ผลิตจากประเทศอเมริกา) ถูกออกแบบมาเฉพาะสำหรับการแก้ปัญหาดังกล่าว ด้วยโปรแกรมตั้งค่าความเป็นเชิงเส้นได้ถึง 16 จุด ซึ่งช่วยให้ค่า error ลดลง
จากที่กล่าวมาข้างต้น จะเห็นได้ว่า ถ้าสามารถเข้าใจอุปกรณ์ การออกแบบรวมทั้งวิธีป้องกันดูแลรักษาแล้ว การชั่งน้ำหนักนั้นคงไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไป