รวมเครื่องชั่งดิจิตอล.com

เครื่องชั่งแบบวางพื้น

กรกฎาคม 20th, 2012

เครื่องชั่ง(weight scale) แบบไฟฟ้า หรือดิจิตอล (digital scale) ที่นำมาใช้กับงานชั่งทั่วไปมีค่าน้ำหนักตั้งแต่

60 กิโลกรัม ถึง 500 กิโลกรัมกรัม สามารถใช้เครื่องชั่งแบบ แท่นชั่งขนาดเล็ก ได้ (หรือที่เรียกว่า bench scale)

ซึ่งแท่นชั่งน้ำหนักจะประกอบไปด้วย

1. แท่นชั่ง :คือส่วนที่ใช้วางวัตถุหรือสิ่งของเพื่อรับน้ำหนัก อาจจะมีโครงสร้างเป็นเหล็กหรือสแตนเลส

2. จอแสดงน้ำหนัก : ส่วนแสดงค่าน้ำหนัก แบบตัวเลขดิจิตอล (ทำให้อ่านค่าน้ำหนักง่ายขึ้น)

การทำงานของจอแสดงน้ำหนัก

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 แล้วแปลงน้ำหนักมาเป็นแรงดันไฟฟ้าที่สามารถวัดได้

ถ้าเรายกถาดชั่งน้ำหนักออกจากแท่นชั่ง 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 คราวนี้จะต้องหาวิธีแปลงหน่วยการวัดจากตัวเลขที่แสดงบนมิเตอร์มาเป็นค่า น้ำหนัก ง่ายที่สุดคือมีเครื่องคิดเลขอีกสักเครื่อง และสิ่งที่จะต้องมีเพิ่มอีกคือ น้ำหนักอ้างอิง ซึ่ง ปกติจะใช้ตุ้มน้ำหนักมาตรฐานที่มีค่าน้ำหนักที่แน่นอน

มาดูตัวอย่างการแปลงค่ากันเลย เริ่มต้นให้วัดแรงดันไฟฟ้าขณะไม่มีน้ำหนักบน Load-cell วัดได้เท่าไรจดเอาไว้

นำตุ้มน้ำหนักวางลงบน Load-cell จดค่าที่วัดได้ไว้เช่นกัน

วิธีการคำนวณทำดังนี้

ตัวอย่าง

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 แล้วไปคูณกับอัตราส่วน

100/1.249

(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 เราก็

เพียงแต่ป้อนค่าที่อ่านได้เข้าไป มันก็จะคำนวณออกมาเป็นน้ำหนักให้เราได้

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

แต่ในความเป็นจริง ADC ขนาด 24 บิต เราไม่ได้เอาทั้ง 24 บิตมาใช้งาน ค่าที่ใช้งานได้จริงจะอยู่ที่ 20 บิต ซึ่ง

Internal resolution จะเป็น 2 ยกกำลัง 20 เท่ากับ 1048576

ส่วนประกอบส่วนที่สองเป็นภาคจ่ายไฟ ซึ่งจะจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับส่วนประกอบต่างๆทั้งหมด และจ่ายไฟให้กับ Load-cell ด้วย

ส่วนประกอบที่สามเป็น ส่วนประมวลผล ซึ่งจะใช้ Microcontroller เป็นตัวประมวลผล มันจะทำหน้าที่ เหมือนกับเครื่อง

คิดเลข แต่มันจะทำการคำนวณเองโดยไม่ต้องใช้คนมาคอยกดป้อนตัวเลข มันจะเอาค่า Count ที่ได้จาก ADC มาทำการคำนวณค่าน้ำหนักที่กดบน Load-cell ตลอดเวลา และนำผลที่คำนวณแสดงออกมาที่ส่วนประกอบที่สี่คือ ภาค Display หรือจอแสดงผลตัวเลข

นอกจากนี้ในส่วนประมวลผลจะต้องมี หน่วยความจำที่จะสามารถจดจำ เลขสองจำนวนที่กล่าวไว้ข้างต้น คือ Zero

และ Span ซึ่งหน่วยความจำนี้จะต้องสามารถเก็บข้อมูลไว้ได้แม้ว่าไม่มีไฟจ่ายให้มันก็ตาม เพราะไม่เช่นนั้น

ค่า Zero และ Span ที่เก็บไว้จะสูญหายไปเมื่อปิดเครื่องและจะต้องทำการ Calibrate น้ำหนักมาตรฐาน

ให้มันทุกครั้งเมื่อมีการปิดเครื่อง ส่วนที่ห้าคือส่วนที่จะติดต่อกับผู้ใช้งาน ซึ่งก็คือปุ่มกดต่างๆ ที่อยู่บนแผงหน้าปัดของเครื่อง

ที่กล่าวมาทั้งหมดนี้เพื่อทำให้เห็นถึงการทำงาน ของ Weigh Indicator อย่างง่าย ถ้ามีโอกาส ในครั้งต่อไปจะพูดให้ลึกไปมากกว่านี้

Note บิต ในเลขจำนวนที่เราใช้กันจะเรียกว่าเป็นเลขฐานสิบ คือนับจาก 0 ถึง 9 แล้ว นับต่อไปเป็น 10 โดยเลขหนึ่งตัวหน้า

จะมีค่าเท่ากับสิบ หรือที่เราเรียกว่าหลักสิบ ใบระบบคอมพิวเตอร์ จะใช้เลขฐาน 2 คือจะนับ 0 , 1 แล้วเป็น 10 หนึ่งตัวแรกมีค่าเท่ากับ 2 ถ้าเป็น 3 หลัก เช่น 110 เลขหนึ่งทางซ้ายสุดมีค่าเท่ากับ 2 ยกกำลัง 2 คือมีค่าเท่ากับ 4 ในแต่ละหลักเราจะเรียกว่า บิต BIT เช่นเลขฐานสอง 4 หลัก เราเรียกว่าตัวเลข 4 บิต ถ้าเป็น 24 บิตก็คือมี 24 หลัก

Note Calibrate การ Calibrate ก็คือการที่เราทำการปรับเทียบค่าที่อ่านได้กับตุ้มน้ำหนักมาตรฐาน ซึ่งจะได้ค่ามาสอง

ค่าตามที่กล่าวมาแล้วคือ Zero กับ Span

รวมเครื่องชั่งดิจิตอล.com