ธิระศักดิ์ เสภากล่อม
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ข้อพิจารณาในการเลือกเอาทรานสมิตเตอร์ความดันมาประยุกต์ใช้ในงานที่เกี่ยวข้องนั้น นำมาซึ่งข้อได้เปรียบมากมายในเรื่องของย่านความดันที่ใช้งาน แต่ทั้งนี้คุณจะต้องไม่ลืมคิดถึงเทคโนโลยีต่าง ๆ ที่นำมาใช้ประโยชน์ รวมถึงต้องพิจารณาในเรื่องของความเค้นและแรงตึงเครียดทางสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับทรานสมิตเตอร์ความดัน และความคุ้มทุนของอุปกรณ์ตลอดอายุการใช้งานด้วย

เทคโนโลยีของเซนเซอร์ต่าง ๆ ได้มีการพัฒนาไปอย่างต่อเนื่อง จนกลายมาเป็นแบบดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน ทั้งนี้รวมถึงความก้าวหน้าของเทคโนโลยีที่ถูกสร้างและผลิตขึ้นมาใหม่ก็ได้มีการนำมาใช้กับทรานสมิตเตอร์ความดันด้วย ทำให้อุปกรณ์เหล่านี้มีประสิทธิภาพมากขึ้น ส่งผลให้ผู้ใช้งานมีทางเลือกมากขึ้นในการนำมาประยุกต์ใช้งาน

แม้กระนั้น เทคโนโลยีต่าง ๆ ที่เป็นคุณสมบัติเฉพาะของทรานสมิตเตอร์ อย่างเช่น ย่านของความดัน ย่านของอุณหภูมิ การแทนค่าเป็นศูนย์เมื่อเกิดความดันเกิน การแทนค่าเป็นศูนย์เมื่อเกิดความร้อนเป็นเวลานาน และความสามารถในการวัดอย่างอิสระหรือด้วยเกจความดัน ณ วันนี้ ผู้ผลิตเซนเซอร์ได้มีการพัฒนาผลิตภัณฑ์ขึ้นมาอย่างมากมาย และเทคโนโลยีที่ใช้ก็มีให้เลือกอย่างหลากหลายเช่นกัน

ด้วยเหตุนี้ จึงทำให้เกิดความยากลำบากในการผลิตทรานสมิตเตอร์ความดันให้มีคุณสมบัติที่ดีที่สุดอย่างใดอย่างหนึ่ง เนื่องจากเทคโนโลยีที่ใช้สร้างมีความแตกต่างกันซึ่งมีทั้งจุดแข็งและจุดด้อย ดังนั้นคุณลักษณะเฉพาะของทรานสมิตเตอร์จึงจำเป็นต้องตัดสินใจเลือกตามความต้องการใช้งานของผู้ใช้เป็นหลัก

จากตารางที่ 1 แสดงให้เห็นถึงผลประเมินจากการใช้งานส่วนใหญ่ของทรานสมิตเตอร์ที่มีอยู่ในท้องตลาดปัจจุบัน โดยแต่ละชนิดจะมีลักษณะเฉพาะของการวัดและแสดงให้เห็นถึงจุดด้อยบางอย่างของทรานสมิตเตอร์แต่ละชนิดเอาไว้

ตารางที่ 1 เปรียบเทียบการใช้งานของทรานสมิตเตอร์แต่ละชนิดที่มีอยู่ปัจจุบัน

ทรานสมิตเตอร์ความดันถูกนำไปใช้งานกันอุตสาหกรรมต่าง ๆ ซึ่งเราสามารถแยกประเภทได้ตามฟังก์ชันและความยืดหยุ่นของการใช้งาน (ดังรูปที่ 1) ส่วนใหญ่จะแยกตามฟังก์ชันและความยืดหยุ่นของการใช้งาน, ราคา และจำนวนที่เพิ่มขึ้นในตลาด

รูปที่ 1 แสดงถึงความยืดหยุ่นและความซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับความผันผวนของตลาด, การใช้งาน และราคา

ในบทความนี้จะให้ความสำคัญกับทรานสมิตเตอร์ความดันชนิดคาร์ทริดจ์ ที่มีใช้กันอยู่ในอุตสาหกรรมทั่วไป, การใช้งานบนทางหลวง, รถบรรทุกหนัก และรวมถึงงานที่เกี่ยวกับความร้อน, การระบายอากาศ, เครื่องปรับอากาศ และระบบทำความเย็น (HVACR)

เมื่อมีการเลือกเอาเซนเซอร์มาใช้ในการทำงานแล้ว สิ่งสำคัญที่จำเป็นต้องพิจารณานั่นก็คือสภาวะของการปฏิบัติงานจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของเซนเซอร์ (ดังรูปที่ 2)

รูปที่ 2 ผลสรุปของเงื่อนไขการทำงาน, ข้อกำหนดของการใช้งาน และคุณสมบัติเฉพาะที่ต้องพิจารณาถึงเมื่อนำอุปกรณ์มาใช้ในกระบวนการ

รูปที่ 3 ส่วนประกอบทั้งหมดของเซนเซอร์ความดัน ซึ่งถูกออกแบบมาให้มีลักษณะเฉพาะเหมาะสมกับการใช้งาน

การใช้งานในเครื่องมือและวัสดุ ในการตรวจจับโหลดสำหรับการควบคุมการยก ดังตัวอย่างเช่น ตำแหน่งของโหลดซึ่งส่วนใหญ่มักจะถูกควบคุมโดยระบบไฮดรอลิก เพื่อคำนวณค่าความอันตรายจากการยก ซึ่งอย่างน้อยจะพิจารณาจาก 3 ปัจจัยในการนำมาประเมินและจำลองรูปแบบ นั่นคือ แรงดันของกระบอกไฮดรอลิก มุมของบูม และตำแหน่งของโหลด            

ในการใช้งานในลักษณะนี้มีเงื่อนไขอยู่ว่า ทรานสมิตเตอร์ความดันจะต้องสามารถทำงานได้ เมื่อเกิดสภาวะดังกล่าวเช่น เกิดความดันไม่คงที่สาเหตุเนื่องมาจากความดันสูงสุด, การบีบอัดของเหลวภายในกระบอกไฮดรอลิก, การเกิดโพรงภายในกระบอกไฮดรอลิก หรือมีอุณหภูมิและความชื้นที่เลวร้าย ซึ่งลักษณะของสภาวะเช่นนี้จะทำให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์สั้นลง

สภาวะการบีบอัดของเหลวภายใน เกิดขึ้นเมื่อของเหลวมีการไหลอย่างต่อเนื่องภายในท่อหลังจากที่วาล์วถูกปิดลงหรือปั๊มถูกปิดแล้ว จึงก่อให้เกิดสุญญากาศขึ้นภายในและเมื่อมีของเหลวไหลกลับภายในท่อ จึงก่อให้เกิดความดันสูงสุด หรือเรียกว่าการบีบอัดของเหลวที่บริเวณไดอะเฟรมของเซนเซอร์ ความดันสูงสุดที่เกิดขึ้นนี้สามารถทำให้พลาสติกของไดอะเฟรมเกิดการผิดรูปหรือเกิดการฉีกขาดได้

สภาวะการเกิดโพรง เกิดขึ้นเมื่อมีช่องว่างเล็ก ๆ ขึ้นภายใน หรือที่เรียกว่าฟองอากาศ ซึ่งถูกสร้างขึ้นภายในของเหลวและมีการขยายใหญ่ขึ้น จากนั้นก็มีการแตกตัวลงอย่างทันทีทันใด เหตุการณ์นี้จะเกิดขึ้นเมื่อความดันของของเหลวลดต่ำลงจนกลายเป็นไอน้ำ (คล้ายกับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในระหว่างการต้มน้ำให้เดือด) จากการเกิดสภาวะเช่นนี้อาจทำให้ซีลของแผ่นไดอะเฟรมไม่สามารถทำหน้าที่รับความดันได้อย่างสมบูรณ์เนื่องจากการเกิดโพรงดังกล่าว

การใช้งานในเครื่องมือและวัสดุ จะขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีการตรวจจับที่ใช้ ส่วนประกอบของเซนเซอร์ที่อยู่ในทรานสมิตเตอร์ความดันอาจจะเกิดความเสียหายเนื่องจากเกิดการบีบอัดของของเหลว, เนื่องจากการเกิดโพรงขึ้นภายใน หรือสาเหตุมาจากทั้งสองอย่าง เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายจากกรณีดังกล่าว จึงได้มีการบรรจุตัวป้องกันเอาไว้ภายในตัวทรานสมิตเตอร์ ซึ่งเรียกว่า Pulse Snubber (ดังรูปที่ 4)  

ซึ่งตัวป้องกันนี้จะมีขนาดเล็กมาก โดยมุมของออริฟิสที่ถูกติดตั้งอยู่บริเวณทางความดันขาเข้าของทรานสมิตเตอร์ความดันจะทำหน้าที่ช่วยป้องกันและหักล้างการบีบอัดของของเหลวและการเกิดโพรงอากาศ ซึ่งมุมของออริฟิสนี้ถูกออกแบบมาเพื่อให้มั่นใจว่าฟองอากาศที่เกิดขึ้น จะไม่สามารถทำความเสียหายกับชิ้นส่วนของเซนเซอร์ได้

รูปที่ 4 ทรานสมิตเตอร์ที่ไม่มี Pulse Snubber (A) และทรานสมิตเตอร์ซึ่งมี Pulse Snubber ซึ่งช่วยป้องกันฟองอากาศ (B)

โฟร์กลิฟต์ขนาดเล็กส่วนใหญ่จะทำงานภายใต้สภาวะที่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิระหว่างการทำงานในแต่ละวัน เช่น ทำการเคลื่อนย้ายสินค้าเข้าหรือออกจากอาคารหรือขนส่งสินค้าเข้าสู่คลังสินค้าที่เป็นห้องเย็น ซึ่งการใช้งานในอุณหภูมิและความชื้นที่มีลักษณะเช่นนี้ นำมาซึ่งความเสี่ยงต่ออายุการใช้งานโฟร์กลิฟต์                  

โดยความชื้นภายนอกสามารถเข้าสู่ตัวทรานสมิตเตอร์และทำให้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ภายในเกิดความเสียหายได้ ซึ่งถ้ากรณีการใช้งานในลักษณะนี้ ทรานสมิตเตอร์ที่ใช้ก็ควรเลือกที่มีส่วนห่อหุ้มเพื่อป้องกันความชื้น เป็นต้น หรือถ้ามีการใช้ทรานสมิตเตอร์ที่มีเกจวัด การออกแบบต้องมั่นใจว่าบรรยากาศภายนอกจะไม่เป็นปัญหาทำให้ทรานสมิตเตอร์เกิดความเสียหายเมื่อมีความชื้นเล็ดลอดเข้าไป

ทรานสมิตเตอร์ส่วนใหญ่ จะมีความผิดพลาดเนื่องจากอุณหภูมิความร้อนที่เกิดขึ้น ส่งผลต่อการปรับค่าศูนย์และระยะการวัด ซึ่งทั้งนี้ขึ้นอยู่กับผู้ผลิตและเทคโนโลยีที่ใช้ด้วย โดยความผิดพลาดเนื่องจากอุณหภูมิความร้อน จะมีค่าตั้งแต่ 0.1%-0.6% F.S./10^๐C ดังเช่น โฟร์กลิฟต์ที่ใช้งานในคลังสินค้าที่เป็นห้องเย็นส่วนใหญ่จะทำงานภายใต้สภาวะแวดล้อมของอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงจาก –40^๐C ถึง 30^๐C ก็จะมีระยะความกว้างของอุณหภูมิ 70^๐C ทั้งนี้ยังขึ้นอยู่กับระยะเวลาที่โฟร์กลิฟต์อยู่ในคลังสินค้าและตำแหน่งที่ทรานสมิตเตอร์ติดตั้งอยู่ 

ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิสามารถก่อให้เกิดความผิดพลาดในสัญญาณเอาต์พุตของทรานสมิตเตอร์ (ยกตัวอย่างเช่น ที่ระยะความกว้างของอุณหภูมิ 20^๐C เทียบเท่ากับความผิดพลาด 1.2%) ในกรณีนี้ คำถามสำคัญคือผลิตภัณฑ์จะสามารถตอบสนองต่อความผิดพลาดจากอุณหภูมิได้หรือไม่

เครื่องมือสำหรับการก่อสร้าง เครื่องจักรประเภทนี้จะใช้ทรานสมิตเตอร์ความดันกับเครื่องยนต์และระบบไฮดรอลิก ในการใช้งานในระบบไฮดรอลิกจะคล้ายกับการใช้งานในโฟร์กลิฟต์ดังที่กล่าวมาข้างต้น ผลิตภัณฑ์ที่ใช้จะต้องสามารถทำงานได้ภายใต้สถาวะแวดล้อมที่มีความเลวร้าย เช่น มีระดับความชื้นสูง สภาพแวดล้อมที่เต็มไปด้วยฝุ่น การสั่นสะเทือน สำหรับการทำงานในลักษณะนี้ความสำคัญอยู่ที่ขั้วต่อของเซนเซอร์และการซีลป้องกันต้องแข็งแรง

เครื่องจักรกลสำหรับโรงไฟฟ้า การใช้งานในลักษณะนี้ส่วนใหญ่จะต้องสามารถทนอุณหภูมิได้ถึง 125๐C และทนต่อการสั่นสะเทือน การที่มีอุณหภูมิสูงเป็นระยะเวลานานจะมีผลต่อสัญญาณทางด้านเอาต์พุต ประกอบกับสภาวะการสั่นสะเทือนที่รุนแรง การใช้งานในลักษณะเช่นนี้ ความสำคัญอันดับแรกจะขึ้นอยู่กับบรรจุภัณฑ์ของทรานสมิตเตอร์ซึ่งจะต้องมีความแข็งแรงและทนทานต่อสภาวะดังกล่าว                        

เทคโนโลยีของเซนเซอร์จะต้องสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงเป็นระยะเวลานาน ๆ ได้ ส่วนการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมน้ำมัน ผู้ใช้จะต้องเลือกทรานสมิตเตอร์ที่มีตัวป้องกัน (Pulse Snubber) เพื่อป้องกันความเสียหายที่อาจจะเกิดขึ้นเนื่องจากเกิดความดันสูงหรือเกิดโพรงอากาศภายใน เป็นต้น

ระบบเพิ่มกำลังน้ำ การใช้งานในลักษณะนี้ ทรานสมิตเตอร์มีความเสี่ยงต่อการเกิดการบีบอัดของน้ำและเกิดโพรงอากาศภายใน ทรานสมิตเตอร์ที่ติดตั้งอยู่หลังวาล์วจะเปิดออกเมื่อวาล์วถูกปิดลง อีกทางหนึ่งคือ ทรานสมิตเตอร์ที่ถูกวางอยู่ในเส้นทางการไหลของน้ำจะมีความเสี่ยงต่อการเกิดการบีบอัดของน้ำและเกิดโพรงอากาศภายในได้เช่นกันเมื่อการไหลหยุดลง การใช้งานในลักษณะเช่นนี้ ความสำคัญอยู่ที่ชิ้นส่วนของเซนเซอร์ต้องมีความแข็งแรงทนทานและทรานสมิตเตอร์จะต้องมีการติดตั้ง Pulse Snubber อยู่ภายใน

ระบบทำความเย็น ระบบทำความเย็นบางแห่งมีการทำงานที่ย่านความดันต่ำประมาณ 1 บาร์ ซึ่งเป็นระบบแบบปิดที่ไม่มีเรื่องของบรรยากาศเข้ามาเกี่ยวข้อง ในกรณีนี้ ทรานสมิตเตอร์ความดันที่ใช้จะเป็นแบบเกจซึ่งมีการซีลอย่างดี และต้องคำนึงถึงความผิดพลาดที่อาจจะเกิดขึ้นจากหนึ่งหรือสองกรณีข้างล่างคือ

1. ความดันบรรยากาศที่มีการเปลี่ยนแปลง (สูงสุด 50 mbar, 1.48 in.Hg) ถ้าย่านการวัดค่า F.S. ของทรานสมิตเตอร์อยู่ที่ 1 บาร์ และมีการเปลี่ยนแปลงความดันบรรยากาศเท่ากับ 50 mbar จะส่งผลให้เกิดความผิดพลาดเทียบเท่าถึง 5%

2. การเปลี่ยนแปลงในระดับความสูง (-100 mbar/1,000 m) เมื่อเทียบค่าเป็น 1 บาร์ของทรานสมิตเตอร์แล้ว สามารถที่จะเกิดความผิดพลาดเทียบเท่าได้ถึง 10%/1,000 m เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงระดับความสูง
ผลกระทบที่เกิดขึ้นนี้จะเป็นลักษณะเดียวกันกับเมื่อเราใช้ทรานสมิตเตอร์ความดันทำการวัดระดับภายในระบบแทงก์แบบเปิดนั่นเอง

หลังจากที่ได้ทำการวิเคราะห์ทางเทคนิคอย่างถี่ถ้วนแล้ว จากนั้นก็เป็นความสำคัญเกี่ยวกับการประเมินบริษัทผู้ผลิตผลิตภัณฑ์ที่ผู้ซื้อพิจารณาตัดสินใจเลือก ทั้งในเรื่องของคุณภาพของผลิตภัณฑ์และการจัดส่ง โดยคำนึงถึงปัจจัยที่สำคัญเพื่อทำการประเมินซัพพลายเออร์ และดำเนินการตามวิธีการทุกขั้นตอน

* ทำการเลือกซัพพลายเออร์ประมาณ 2-3 รายที่คุณไว้วางใจหรือเชื่อถือ และสามารถจัดส่งสินค้าที่คุณต้องการได้
* ถ้าเป็นไปได้ควรตรวจสอบเกี่ยวกับบริษัทผู้ทำการผลิตสินค้าชิ้นนั้นในเรื่องของ

- เครื่องมือต่าง ๆ ที่ใช้ในระหว่างการออกแบบผลิตภัณฑ์ อย่างเช่น การใช้เครื่องมือการออกแบบที่สามารถวิเคราะห์ความบกพร่องและผลกระทบต่อผลิตภัณฑ์นั้นได้ (Design Failure Modes and Effect Analysis – DFMEA), ระบบการพัฒนาแบบลีน และรวมถึงผลการทดสอบต่อผลิตภัณฑ์นั้นเท่าที่จะหาได้

- เครื่องมือต่าง ๆ ที่ใช้ในการผลิต อย่างเช่น วิธีการวิเคราะห์ความบกพร่องของกระบวนการและผลกระทบ (Process Failure Modes and Effect Analysis – PFMEA), การติดตามความสามารถของกระบวนการ (ค่า Cpk) ทั้งจากภายในบริษัทและจากซัพพลายเออร์, แผนการควบคุม, ระดับของเสียจากการผลิต, ระดับการร้องเรียนจากลูกค้า และแผนปฏิบัติการแก้ไข
- ระบบที่รองรับ เช่น ระบบลอจิสติกส์ การรองรับในเรื่องของเทคนิคเฉพาะของสินค้า และการปฏิบัติการรับเรื่องร้องเรียน เป็นต้น

* ทำการทดสอบใช้งานผลิตภัณฑ์ โดยสร้างฟังก์ชันการทำสอบในสถานการณ์ทำงานจริง เพื่อทดสอบว่าผลิตภัณฑ์สามารถทนได้หรือไม่ เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายหากมีการนำผลิตภัณฑ์นั้นมาใช้จริงในกระบวนการ

เมื่อคุณตัดสินใจเลือกผลิตภัณฑ์ชิ้นนั้นแล้ว จะต้องมั่นใจได้ว่าผลิตภัณฑ์นั้นสามารถนำมาใช้งานได้จริงตามความต้องการ บางครั้งหากคุณไม่ทราบว่าความต้องการใช้งานที่แท้จริงของคุณคืออะไร คุณอาจจะต้องจ่ายเงินแพงกว่าเพื่อซื้อผลิตภัณฑ์ที่มีความสามารถเกินกว่าความต้องการใช้งานที่แท้จริงของคุณ ซึ่งไม่มีความจำเป็นเลย

ในกรณีนี้เปรียบเช่นเดียวกับภูเขาน้ำแข็งซึ่งไม่ได้ปรากฏให้เห็นทั้งหมด ซึ่งต้นทุนแฝงอาจจะมีค่ามากกว่าราคาของผลิตภัณฑ์ที่แสดงให้เราเห็น โดยต้นทุนรวมของสินค้าสามารถรวมได้ถึงการสนับสนุนทางด้านวิศวกรรมในการใช้งาน ลอจิสติกส์ (เช่น สถานที่ของซัพพลายเออร์ การคมนาคมขนส่ง คลังสินค้า การจัดซื้อ และการดำเนินการ)

ความน่าเชื่อถือทางด้านการจัดส่ง ต้นทุนทางด้านคุณภาพ และความตั้งใจของซัพพลายเออร์ที่จะสร้างผลิตภัณฑ์ให้สามารถดัดแปลงแก้ไขได้ ส่วนประกอบพื้นฐานจึงไม่ใช่เป็นเรื่องของราคาเพียงอย่างเดียว แต่ยังรวมถึงต้นทุนที่เกี่ยวข้องอื่นของผลิตภัณฑ์นั้นด้วย