รวมเครื่องชั่งดิจิตอล.com

การทำงานของเครื่องชั่ง

สิงหาคม 17th, 2013

แท่นชั่ง (scale and weigh indicator)

 

เครื่องชั่ง(weight scale) แบบไฟฟ้า หรือดิจิตอล (digital scale) ที่นำมาใช้กับงานชั่งทั่วไปมีค่า
น้ำหนักตั้งแต่60 กิโลกรัม ถึง 500 กิโลกรัมกรัม สามารถใช้เครื่องชั่งแบบ แท่นชั่งขนาดเล็ก ได้
ซึ่งแท่นชั่งน้ำหนักจะประกอบไปด้วย
1. แท่นชั่ง :คือส่วนที่ใช้วางวัตถุหรือสิ่งของเพื่อรับน้ำหนัก อาจจะมีโครงสร้างเป็นเหล็กหรือสแตนเลส
2. จอแสดงน้ำหนัก : ส่วนแสดงค่าน้ำหนัก แบบตัวเลขดิจิตอล (ทำให้อ่านค่าน้ำหนักง่ายขึ้น)
จอแสดงน้ำหนัก หรือ  Weigh indicator หรือมีชื่อเรียก อื่นๆ เช่น หัวเครื่องชั่ง หัวอ่านน้ำหนัก จอเครื่องชั่ง ทางราชการเรียก ส่วนชั่งน้ำหนัก (Load-measuring device) เป็นส่วนประกอบส่วนหนึ่งของเครื่องชั่งน้ำหนัก การทำงานของมันคล้ายกันกับมิเตอร์วัดไฟ ที่ช่างไฟฟ้าใช้กันอยู่โดยทั่วไป  จะมีส่วนที่เพิ่มเติมเข้ามา
เช่น
มีส่วนจ่ายกระแสไฟที่จะต้องจ่ายไปให้ ส่วนรับน้ำหนัก หรือ Load-cell
มีส่วนประมวลผลที่จะแปลงหน่วยการวัดจากแรงดันไฟฟ้าเป็นค่าน้ำหนัก
Note Load-cell เป็นส่วนรับที่น้ำหนักของเครื่องชั่ง แล้วแปลงน้ำหนักมาเป็นแรงดันไฟฟ้าที่สามารถวัดได้ถ้าเรายกถาดชั่งน้ำหนักออกจากแท่นชั่ง เราจะเห็นแท่งโลหะที่มีสายต่อออกมา อันนั้นแหละคือ Load-cell
มองภาพง่ายๆถ้าต้องการนำมิเตอร์ไฟฟ้ามาแทนจอแสดงน้ำหนัก สิ่งที่ต้องหามาเพิ่มคือแหล่งจ่ายไฟ โดยปรกติจะใช้เป็นไฟ  DC ตั้งแต่ 3 ถึง 15 Volt DC จากนั้นป้อนไฟ DC นี้ให้กับ Load-cell โดยขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟ ต่อเข้ากับสาย +Excitation ของ Load-cell ขั้วลบต่อเข้ากับสาย –Excitation ของ Load-cell จากนั้นตั้งย่านการวัดของมิเตอร์ไปที่  mV DC  (millivolt DC)แล้ววัดแรงดันไฟ โดยขั้วบวกของสายวัดต่อกับสาย + Signal ขั้วลบของสายวัดต่อเข้าที่สาย
–Signal ค่าตัวเลขที่มิเตอร์จะแปรผันตามน้ำหนักที่กดลงบน Load-cell คราว นี้จะต้องหาวิธีแปลงหน่วยการวัดจากตัวเลขที่แสดงบนมิเตอร์มาเป็นค่าน้ำหนัก ง่ายที่สุดคือมีเครื่องคิดเลขอีกสักเครื่อง และสิ่งที่จะต้องมีเพิ่มอีกคือ น้ำหนักอ้างอิง ซึ่ง ปกติจะใช้ตุ้มน้ำหนักมาตรฐานที่มีค่าน้ำหนักที่แน่นอน
มาดูตัวอย่างการแปลงค่ากันเลย เริ่มต้นให้วัดแรงดันไฟฟ้าขณะไม่มีน้ำหนักบน Load-cell วัดได้เท่าไรจดเอาไว้
นำตุ้มน้ำหนักวางลงบน Load-cell จดค่าที่วัดได้ไว้เช่นกัน วิธีการคำนวณทำดังนี้
Example
ตุ้มน้ำหนักที่ใช้ หนัก 100 กก. (กิโลกรัม)
 ค่าที่อ่านได้ครั้งแรกขณะไม่มีน้ำหนัก = 0.810 mV
ค่าที่อ่านได้ครั้งที่สองขณะที่มีน้ำหนัก 100 กก. กดอยู่ = 2.059 mV
จะได้ว่าถ้ามีน้ำหนักกดบน Load-cell 100 กก. จะทำให้ค่าที่วัดได้สูงขึ้น  = 2.059-0.810 = 1.249 mV
คราวนี้ถ้าอยากจะรู้ว่าน้ำหนักตัวของเรามีค่าเท่าไหร่ ก็ลองขึ้นไปยืนบน Load-cell แล้วจดค่าเอาไว้ เช่นอ่านค่าได้ 1.500 mV เราจะคำนวณน้ำหนักได้จาก
เอาค่าที่อ่านได้นี้ไปลบกับค่าที่อ่านได้ขณะไม่มีน้ำหนัก แล้วไปคูณกับอัตราส่วน100/1.249
                                                                (1.500 – 0.810)*(100/1.249)
ซึ่งจะได้น้ำหนักเท่ากับ                       55.244 กก.
จะสังเกตเห็นว่าจะมีค่าตัวเลขอยู่สองจำนวนที่เราจะใช้ในการหาค่าน้ำหนักใดๆ ที่กดอยู่บน Load-cellคือค่า 0.801 ซึ่งอ่านขณะไม่มีน้ำหนัก เราจะเรียกค่านี้ว่า Zero และ อัตราส่วนของน้ำหนักมาตรฐานต่อค่าอ่านได้ที่เพิ่มขึ้น  100/1.249 = 80.064 เราจะเรียกค่านี้ว่า Span หรือ บางทีเรียกว่า Gain ซึ่งถ้าเรามีเครื่องคิดเลขที่สามารถตั้งสูตรการคำนวณได้ หรือใช้โปรแกรม Excel ในการคำนวณ ถ้าเราป้อนสูตรและใส่ค่า Zero และ Span ไว้ในสูตร เราก็เพียงแต่ป้อนค่าที่อ่านได้เข้าไป  มันก็จะคำนวณออกมาเป็นน้ำหนัก

คราวนี้เรามาดู Weigh Indicator กันว่ามันจะมีส่วนประกอบอะไรกันบ้าง

 

ส่วนประกอบแรกเราเรียกว่าภาค Analog to digital convertor หรือ ADC  ,ADC นี้เปรียบเหมือน มิเตอร์วัดไฟ จะวัดค่าแรงดันไฟฟ้าออกมาเป็นตัวเลข ตัวเลขที่ได้จะยังไม่มีหน่วยวัด แต่เราจะเรียก มันว่า Count หรือจำนวนนับ ถ้าเราเคยอ่าน Spec ของ Weigh Indicator เราจะพบคำว่า  Internal resolution ซึ่งก็คือจำนวน Count สูงสุดตลอดช่วงการวัดของ ADC นี้  เช่น ถ้าใช้ ADC ขนาด 24 บิต   Internal resolution จะเป็น 2 ยกกำลัง 24 เท่ากับ  16777216 แADC ขนาด 24 บิต เราไม่ได้เอาทั้ง 24 บิตมาใช้งาน ค่าที่ใช้งานได้จริงจะอยู่ที่ 20 บิต ซึ่งInternal resolution จะเป็น 2 ยกกำลัง 20 เท่ากับ 1048576
ส่วนประกอบที่สองเป็นภาคจ่ายไฟ ซึ่งจะจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับส่วนประกอบต่างๆทั้งหมด และจ่ายไฟให้กับ Load-cell ด้วย
ส่วนประกอบที่สาม เป็น ส่วนประมวลผล ซึ่งจะใช้ Microcontroller เป็นตัวประมวลผล มันจะทำหน้าที่ เหมือนกับเครื่องคิดเลข แต่มันจะทำการคำนวณเองโดยไม่ต้องใช้คนมาคอยกดป้อนตัวเลข มันจะเอาค่า  Count ที่ได้จาก ADC มาทำการคำนวณค่าน้ำหนักที่กดบน Load-cell ตลอดเวลา และนำผลที่คำนวณแสดงออกมาที่
ส่วนประกอบที่สี่ คือ ภาค Display หรือจอแสดงผลตัวเลข นอกจากนี้ในส่วนประมวลผลจะต้องมี หน่วยความจำที่จะสามารถจดจำ เลขสองจำนวนที่กล่าวไว้ข้างต้น คือ Zeroและ Span ซึ่งหน่วยความจำนี้จะต้องสามารถเก็บข้อมูลไว้ได้แม้ว่าไม่มีไฟจ่ายให้มันก็ตาม เพราะไม่เช่นนั้นค่า Zero และ Span ที่เก็บไว้จะสูญหายไปเมื่อปิดเครื่องและจะต้องทำการ Calibrate น้ำหนักมาตรฐาน ให้มันทุกครั้งเมื่อมีการปิดเครื่อง ส่วนที่ห้าคือส่วนที่จะติดต่อกับผู้ใช้งาน ซึ่งก็คือปุ่มกดต่างๆ ที่อยู่บนแผงหน้าปัดของเครื่องที่กล่าวมาทั้งหมดนี้เพื่อทำให้เห็นถึงการทำงานของ
Weigh Indicator อย่างง่าย ถ้ามีโอกาส ในครั้งต่อไปจะพูดให้ลึกไปมากกว่านี้

รวมเครื่องชั่งดิจิตอล.com