เข้าใจง่าย! เครื่องมือวัดในโรงงานอุตสาหกรรม

เครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรม Process Instrument 

เครื่องมือที่ใช้วัดค่าปริมาณทางฟิสิกส์ เช่น อุณหภูมิ แรงดันลม ระดับน้ำ อัตราการไหล ค่าทางเคมี ภายในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม เพื่อนำค่าที่ได้ นำไปยังระบบการควบคุม ในการควบคุมกระบวนการผลิต ให้เป็นไปตามที่ออกแบบไว้ ซึ่งเครื่องมือวัดอุตสาหกรรม มีอะไรบ้าง ดังนี้

• การวัดของเครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรม
• เครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรม วัดไปเพื่ออะไร
• ค่าการวัดอะไรบ้างที่อุตสาหกรรมต้องการรู้จากเครื่องมือวัด
• เครื่องมือวัดอุณภูมิ Temperature
• เครื่องมือวัดแรงดัน Pressure
• เครื่องมือวัดระดับ Level
• เครื่องมือวัดอัตราการไหล Flow
• เครื่องมือวัดวิเคราะห์ทางเคมี Analytic
• สรุปเครื่องมือวัดอุตสาหกรรม

การวัดของเครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรม

การวัด (Measurement) พื้นฐานของงานวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม เป็นศาสตร์ของการคิดและคำควณอยู่บนตัวแปรทางฟิสิกส์ ซึ่งการวัดก็เพื่อให้ตรวจรู้ หรือรับค่าข้อมูลปริมาณของตัวแปรต่างๆ ซึ่งการวัดที่ดีจำเป็นที่จะมีความถูกต้องแม่นยำและความน่าเชื่อถือ ซึ่งในปัจจุบันเทคโนโลยีมีความเจริญก้าวหน้าอย่างมาก ทำให้ระบบเครื่องมือวัดก็มีการพัฒนาไปอย่างมากเช่นเดียวกัน ซึ่งภายในบทความนี้จะพูดถึง เครื่องมือวัดอุตสาหกรรม ซึ่งหมายถึง เครื่องมือวัดที่ใช้ในกระบวนการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรม เพื่อนำค่าที่วัดได้ไปควบคุมกระบวนการ

เครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรม วัดไปเพื่ออะไร?

การจะทราบค่าการวัดจากเครื่องมืดวัดได้ เกิดจากการเปรียบเทียบค่าระหว่างปริมาณของตัวแปรสองค่า คือ ค่าของตัวแปรที่ต้องการทราบ (Measure Value) และ ค่าอ้างอิง (Reference Value) ผลลัพธ์ที่ได้จากการเปรียบเทียบคือค่าที่แท้จริงของปริมาณตัวแปรที่ต้องการทราบ เพื่อวััตถุประสงค์หลักๆ 2 ประการคือ

การวัดเพื่อรู้ 

    เป็นการใช้เครื่องมือวัดเพื่อทราบค่าปริมาณของตัวแปรต่างๆ ที่อยู่ในกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรม โดยไม่ได้นำค่าผลลัพธ์ที่ได้จากเครื่องมือวัดไปควบคุมกระบวนการ ต้องการทราบค่าเพียงอย่างเดียว

การวัดเพื่อควบคุม

    เป็นการใช้เครื่องมือวัดที่เพื่อทราบค่าปริมาณตัวแปรในกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมแล้วยังนำค่าที่วัดได้เข้าสู่กระบวนการควบคุม (Controller) เพื่อควบคุมกระบวนการเป็นไปที่ออกแบบไว้ ซึ่งเครื่องมือวัดจำเป็นจะต้องมีความละเอียดสูง มีความถูกต้องแม่นยำ และความน่าเชื่อถือ เพื่อลดความผิดพลาดของกระบวนการผลิต

ค่าการวัดอะไรบ้างที่อุตสาหกรรมต้องการรู้จากเครื่องมือวัด

โรงงานอุตสหกรรม ที่เป็นกระบวนการผลิตที่มีระบบควบคุมอัตโนัมติ จำเป็นที่จะต้องวัดค่าเพื่อไปควบคุม โดยหลักๆ แบ่งเครื่องมือวัดออกเป็น 5 ประเภทได้แค่ เครื่องมือวัดอุณหภูมิ เครื่องมือวัดความดัน เครื่องมือวัดระดับ เครื่องมือวัดอัตราการไหล เครื่องมือวัดวิเคราะห์ทางเคมี เป็นอย่างไร เรามาทำความรู้จักแต่ละชนิดกัน

ขอแนะนำ คอร์สออนไลน์ เริ่มต้นการอ่านแบบ P&ID สนใจรายละเอียดคลิก

 

เครื่องมือวัดอุณหภูมิ

กระบวนการที่มีการควบคุมอุณหภุมิต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น ระบบเตาเผา ระบบทำความเย็น ระบบไอน้ำ ต่างก็เพื่อต้องการอุณหภูมิที่คงที่ตามตัวแปรในการควบคุม ซึ่งเครื่องมือวัดที่นิยมใช้หลักๆ จะเป็น Temperature Transmitter ซึ่งต่อใช้งานอยู่กับ RTD (Resistance Temperature Detector) หรือ Thermocouple

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ แปลงสัญญาณส่งให้ Tansmitter

ในการวัดอุณหภูมิในโรงงานอุตสาหกรรม จำเป็นที่จะต้องมีตัวเซ็นเซอร์วัอุณหภูมิเพื่อเป็นตัวรับหรือสัมผัสกับอุณหภูมิที่ต้องการวัด ส่งค่าเป็นสัญญาณทางไฟฟ้า ไปยังตัว ทรานสมิเตอร์ (Transmitter) เป็นตัวทำย่านการวัดหรือสเกลอุณหภูมิ ก่อนจะส่งสัญญาณไปยังตัวควบคุมต่อไป เช่น PLC หรือ DCS หรือแม้แต่ Recorder ซึ่งในโรงงานอุตสาหกรรมนิยมใช้เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเป็นชนิด RTD (Resistance Temperature Detector) และ Thermocouple

 

เกจวัดอุณหภูมิ Temperature Gauge

เป็นเครื่องมือวัดที่ใช้หลักการเชิงกล ในการแปลงค่าอุณหภูมิ มีผลต่อเข็มหน้าปัดของตัวเกจวัดอุณหภูมิ ทำให้เราสามารถอ่านค่าได้ทันที ว่าตอนนี้ค่าในกระบวนการทางอุตสาหกรรมเป็นเท่าไหร่ เหมาะสำหรับการวัดเพื่อรู้ เท่านั้น แต่บางรุ่นอาจจะมีสัญญาณ Contact Alarm สามารถนำไปใช้งานในการสั่งตัดต่อวงจรควบคุมเครื่องจักรได้เช่นเดียวกัน แต่จะเป็นสัญญาณ On - Off

เครื่องมือวัดความดัน Pressure Measurement

การวัดความดันในกระบวนการผลิตในอุตหสากรรมนั้นมีความสำคัญอย่างมาก ร่วมถึงระบบความปลอดภัย (Safty System) จะนำค่าความดันที่รับได้มาเป็นตัวกำหนดค่าความปลอดภัย ซึ่งเราจำเป็นต้องเข้าใจระดับของความดัน 3 คำ ดังนี้ ความดันเกจ (Gauge Pressure) ความดันสัมบูรณ์ (Absolute Pressure) ความดันสูญญาศ (Vacuum Pressure)

เกจวัดความดัน Pressure gauge

เป็นเครื่องมือวัดความดันอย่างง่ายที่ทำให้เราสามารถเห็นค่าความดันได้ทันทีโดยใช้หลักการทางแมคคานิคส์เปลี่ยนค่าความดันเป็นการหมุนของเข็มหน้าปัดโดยทั่วไปเกจวัดความดันจะมีรูปแบบของหน้าปัดสามรูปแบบดังนี้ Gauge pressure , Vacuum pressure , Compound pressure

ซึ่งตัวเกจวัดความดันหลักๆมันก็เพื่อวัดเพื่อรู้ค่าความดันในกระบวนการเป็นหลักแต่บางตัวอาจจะมี option เสริมที่สามารถส่งสัญญาณเป็นคอนแทคอรามในการสั่งทำงานหรือหยุดกระบวนการได้

Pressure transmitter

เมื่อเราจำเป็นที่จะต้องควบคุม ความดันในกระบวนการผลิตจำเป็นที่จะต้องทราบค่าความดันและสามารถส่งสัญญาณออกมาเพื่อไปยังตัวครธนเลอร์ได้ซึ่งจำเป็นที่ต้องมีตัว pressure transmitter ซึ่งจะทำหน้าที่ในการวัดค่าหรือแปลงค่าความดันให้อยู่ในรูปแบบของสัญญาณมาตรฐาน

เครื่องมือวัดระดับ level measurement

การวัดระดับเพื่อทราบปริมาณของวัตถุดิบ ไม่ว่าจะเป็น ของเหลวหรือของแข็งที่อยู่ในถังบรรจุในรูปแบบต่างๆ ซึ่งอุปกรณ์ในการวัดระดับมีหลากหลายรูปแบบ ซึ่งโดยเฉพาะของเหลวที่เป็นถังปิดที่มีแรงดัน อาจจะมีการนำการวัดแบบทางอ้อมโดยใช้หลักการของการวัดความดันเข้ามาเกี่ยวข้อง แต่อย่างไรก็ตามในบทความนี้จะเขียนให้เห็นภาพรวมของเครื่องมือวัดระดับ

Level Gauge เกจวัดระดับ

เกจวัดระดับเป็นเครื่องมือวัดระดับอย่างง่ายที่ติดตั้งอยู่ไม่ว่าจะเป็นถังบรรจุของเหลวแบบไม่มีแรงดัน หรือถังปิดที่มีแรงดันสูง จะมีความแตกต่างในเรื่องการขนาดและความสามารถในการทนแรงดัน แต่โดยหลักการใช้ในการอ่านค่าระดับจริงภายในถังบรรจุของเหลว ซึ่งในทางกระบวนการผลิต มีความสำคัญอย่างมาก เพราะจะสามารถบ่งบอกระดับของเหลวอย่างแท้จริง ไม่ได้เกิดจากระบบการคำนวณของเครื่องมือวัดอย่าง Transmitter

Level Transmitter เครื่องมือวัดระดับ

เป็นเครื่องมือวัดที่ช่วยให้ทราบค่าระดับของวัตถุดิบไม่ว่าจะเป็นของเหลวหรือของแข็ง ที่อยู่ภายในถังบรรจุ โดยแปลงค่าเป็นสัญญาณมาตรฐานเพื่อนำไปใช้งานในการควบคุมกระบวนการ หรือบันทึกค่าของ Recorder ตัวอย่างของเครื่องมือวัดระดับเช่น

• Ultrasonic Level Transmitter ที่จะใช้หลักการความเร็วในการเคลื่อนที่ของคลื่น Ultrasonic เทียบกับระยะทาง คำนวณออกมาเป็นค่าระดับ โดยทั่วไปจะติดตั้งอยู่ด้านบนของถังบรรจุ
• Pressure Transmitter นำมาใช้เป็น Level Transmitter โดยใช้หลักการของ นำมาติดตั้งเพื่อวัดจากแรงของของเหลวที่กดลงที่จุดในการวัดความดันที่มีผลกับความสูง คำนวณเป็นค่าระดับได้ ซึ่งในหลักการคำนวณจะมีความแตกต่างกันระหว่างถังเปิด (Open Tank) กับถังปิด (Close Tank) ซึ่งเป็นถังแรงดัน
• Displacer Level Transmitter หลักการคล้ายๆกับลูกลอยที่มีการขึ้นลงตามระดับของเหลว แต่ว่ามีการกำหนดค่าความถ่วงจำเพาะทำให้ระยะในการเคลื่อนที่ไม่ได้สูงเท่าระดับจริง ต่อเข้ากับตัว Transmitter ทำการคำนวณระดับจริง ก่อนจะแสดงผลและส่งสัญญาณไปยังคอนโทรลเลอร์

เครื่องมือวัดอัตราการไหล

การวัดอัตราการไหล เพื่อให้ทราบถึงปริมาณของของเหลวที่ไหลผ่านภายในท่อ เพื่อส่งต่อไปยังกระบวนการต่อไป อาจจะต้องการทราบค่าเพื่อนำไปคำนวณต้นทุนวัตถุดิบหรือแม้แต่เพื่อการควบคุมอัตราการไหลให้อยู่ในค่าควบคุมด้วยคอนโทรลวาล์ว ให้ค่าอัตราการไหลไม่มากเกินไปไม่น้อยเกินไป ซึ่งส่งผลต่อกระบวนการผลิต

มิเตอร์วัดอัตราการไหล Flow Meter

ในการทราบอัตราการไหลเพียงเพื่อรู้ค่า หรือเพียงจดบันทึก อาจจะมีการนำมิเตอร์วัดอัตราการไหลมาติดตั้ง ยกตัวอย่างเช่น มิเตอร์น้ำของการประปา จะเป็นการวัดอัตราการใช้น้ำรวม หรือมิเตอร์อีกประเภทสามารถบอกเพียงอัตราการไหลในขณะนั้นได้ เพื่อนำไปปรับวาล์วแบบแมนนวลให้เหมาะสมกับกระบวนการ

เครื่องมือวัดอัตราการไหล Flow Transmitter

การวัดค่าอัตราการไหลเพื่อนำไปควบคุมในกระบวนการ จำเป็นที่จะต้องนำค่าที่วัดได้ส่งเป็นสัญญาณทางเครื่องมือวัดไปยังตัวคอนโทรลเลอร์เพื่อไปสั่งคอนโทรลวาล์วในการปรับอัตราการไหล ซึ่งเครื่องมือวัดอัตราการไหล (Flow Transmitter) ก็มีหลากหลายประเภทของหลักการวัดเช่นเดียวกัน ยกตัวอย่างเช่น Orific Magnetic ultrasonic เป็นต้น

เครื่องมือวัดวิเคราะห์ทางเคมี

ในบางอุตสาหกรรม จำเป็นที่จะต้องวัดค่าทางเคมีในกระบวนการ เพื่อควบคุมให้วัตถุดิบอยู่ในเกณฑ์ที่เหมาะสมต่อการผลิต เช่นค่า PH , Conductivity หรือแม้แต่เครื่องมือวัดวิเคราะห์ค่าทางอากาศ เช่นค่า Oxygen , Opacity เป็นต้น โดยจะมีทั้งการวัดเพื่อรู้ และการวัดเพื่อนำค่าไปควบคุมยังอุปกรณ์ตัวสุดท้าย (Final Element)

สรุปเครื่องมือวัดอุตสาหกรรม

เป็นเครื่องมือที่สามารถวัดค่าทางกระบวนการหรือทางวิทยาศาสตร์เช่นเดียวกับเครื่องมือวัดทั่วไป เพียงแต่สามารถติดตั้งในสภาวะแวดล้อมที่ไม่ทั่วไป อย่างเช่นในโรงงานอุตสาหกรรม และเครื่องมือวัดอุตสาหกรรมยังสามารถสั่งสัญญาณการวัดไปยังตัวคอนโทรลเลอร์เพื่อควบคุมกระบวนการผลิตหรือเครื่องจักรต่างๆได้อย่างถูกต้อง ซึ่งประกอบหลักๆอยู่ 5 ค่าการวัดที่ต้องการทราบคือ

• เครื่องมือวัดอุณภูมิ Temperature
• เครื่องมือวัดแรงดัน Pressure
• เครื่องมือวัดระดับ Level
• เครื่องมือวัดอัตราการไหล Flow
• เครื่องมือวัดวิเคราะห์ทางเคมี Analyzer