ทำความเข้าใจส่วนประกอบต่าง ๆ ของ Pressure Gauge

Pressure Gauge เป็นเครื่องมือวัดที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมการผลิต การควบคุมกระบวนการ และงานวิศวกรรมหลากหลายสาขา เครื่องมือชิ้นนี้ทำหน้าที่วัดและแสดงค่าความดันของของไหลในระบบ ซึ่งอาจเป็นของเหลวหรือก๊าซ การเข้าใจส่วนประกอบและหลักการทำงานของ Pressure Gauge อย่างลึกซึ้งไม่เพียงแต่จะช่วยให้เราใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังช่วยในการเลือกใช้ บำรุงรักษา และแก้ไขปัญหาที่อาจเกิดขึ้นได้อย่างตรงจุด

• Process Connection

Process Connection เป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญของ Pressure Gauge เป็นส่วนที่เชื่อมต่อระหว่างเครื่องมือวัดกับระบบหรือกระบวนการที่ต้องการวัดความดัน ส่วนนี้มักมีลักษณะเป็นข้อต่อแบบเกลียวที่มีขนาดและมาตรฐานแตกต่างกันไปตามการใช้งานและข้อกำหนดของแต่ละอุตสาหกรรม

ประเภทของ Process Connection ที่พบบ่อยได้แก่

• NPT (National Pipe Thread): เป็นมาตรฐานที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย มีองศาเกลียว 60 องศา
• BSP (British Standard Pipe): เป็นมาตรฐานอังกฤษ นิยมใช้ในยุโรปและหลายประเทศทั่วโลก มีองศาเกลียว 55 องศา
• Metric Thread: ใช้ในระบบเมตริก มักพบในอุปกรณ์ที่ผลิตในยุโรปและเอเชีย
• SAE (Society of Automotive Engineers): มักใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์และเครื่องจักรกล

การเลือก Process Connection ที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญมาก เพราะนอกจากจะต้องเข้ากันได้กับระบบที่ต้องการวัดแล้ว ยังต้องคำนึงถึงความสามารถในการทนความดันและอุณหภูมิ รวมถึงความเข้ากันได้กับสารเคมีที่อาจสัมผัสด้วย

ในบางกรณี อาจมีการใช้ Adapter หรือ Swivel Joint เพื่อปรับตำแหน่งของ Pressure Gauge ให้อ่านค่าได้สะดวก หรือเพื่อให้สามารถติดตั้งเข้ากับระบบที่มีข้อจำกัดด้านพื้นที่

• Restrictor หรือ Snubber

หลังจาก Process Connection เราจะพบกับ Restrictor หรือ Snubber ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในการปกป้อง Pressure Gauge จากการเปลี่ยนแปลงความดันอย่างฉับพลันหรือการสั่นสะเทือน

Restrictor ทำหน้าที่จำกัดการไหลของของไหลที่เข้าสู่ Pressure Gauge โดยมีลักษณะเป็นรูขนาดเล็กหรือช่องแคบ ๆ ที่ของไหลต้องผ่าน การจำกัดการไหลนี้ช่วยลดผลกระทบจาก Pressure Surge หรือ Water Hammer ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายกับ Sensing Element หรือกลไกภายในของ Pressure Gauge ได้

Snubber มีหลักการทำงานคล้ายกับ Restrictor แต่มักมีประสิทธิภาพสูงกว่าในการลดการสั่นสะเทือนของเข็มชี้ Snubber อาจมีหลายรูปแบบ เช่น

• Pressure Snubber : ใช้วัสดุพรุนเพื่อลดการเปลี่ยนแปลงความดันอย่างรวดเร็ว
• Needle Valve : ใช้วาล์วขนาดเล็กที่สามารถปรับได้เพื่อควบคุมการไหลของของไหล

การเลือกใช้ Restrictor หรือ Snubber ที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับลักษณะของระบบที่ต้องการวัด เช่น ในระบบที่มีการเปลี่ยนแปลงความดันอย่างรวดเร็วและต่อเนื่อง อาจจำเป็นต้องใช้ Snubber ที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อให้การอ่านค่ามีความเสถียร

• Sensing Element

Sensing Element เป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของ Pressure Gauge ทำหน้าที่รับความดันและแปลงเป็นการเคลื่อนที่ทางกล ซึ่งจะถูกส่งต่อไปยังกลไกแสดงผลต่อไป Sensing Element มีหลายประเภท แต่ละประเภทมีข้อดีและข้อจำกัดที่แตกต่างกัน

Bourdon Tube: Bourdon Tube เป็น Sensing Element ที่พบบ่อยที่สุดใน Pressure Gauge แบบอนาล็อก มีลักษณะเป็นท่อโค้งรูปตัว C หรือขดเป็นวงที่ทำจากโลหะยืดหยุ่น เช่น ทองเหลืองหรือสแตนเลสสตีล หลักการทำงานของ Bourdon Tube อาศัยการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเมื่อได้รับแรงดัน เมื่อความดันภายในท่อเพิ่มขึ้น Bourdon Tube จะพยายามคลายตัว ทำให้ปลายอิสระของท่อเคลื่อนที่

Bourdon Tube มีข้อดีคือโครงสร้างไม่ซับซ้อน ทนทาน และมีราคาไม่แพง สามารถใช้วัดความดันได้ในช่วงกว้างตั้งแต่ความดันต่ำจนถึงความดันสูงมาก อย่างไรก็ตาม Bourdon Tube มีข้อจำกัดในเรื่องความแม่นยำเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีการวัดความดันสมัยใหม่ และอาจมีปัญหา Hysteresis เมื่อใช้งานที่ความดันสูง

Diaphragm: Diaphragm เป็น Sensing Element อีกประเภทหนึ่งที่นิยมใช้ โดยเฉพาะในการวัดความดันต่ำหรือในระบบที่ต้องการความสะอาดสูง Diaphragm มีลักษณะเป็นแผ่นบางยืดหยุ่นที่แบ่งพื้นที่ออกเป็นสองส่วน โดยส่วนหนึ่งสัมผัสกับความดันที่ต้องการวัด และอีกส่วนหนึ่งเป็นความดันอ้างอิง

เมื่อมีความแตกต่างของความดันระหว่างสองด้านของ Diaphragm แผ่น Diaphragm จะโค้งงอ การเคลื่อนที่นี้จะถูกแปลงเป็นสัญญาณทางกลหรือทางไฟฟ้าเพื่อแสดงผลค่าความดัน

Diaphragm มีข้อดีคือสามารถใช้วัดความดันได้ในช่วงกว้าง ตั้งแต่ความดันต่ำมากไปจนถึงความดันสูง และสามารถทนต่อสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนได้ดี จึงเหมาะสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมที่มีสภาวะการทำงานรุนแรง เช่น อุตสาหกรรมปิโตรเคมีหรืออุตสาหกรรมอาหาร

Bellows: Bellows เป็น Sensing Element อีกประเภทหนึ่งที่มีลักษณะคล้ายหีบเพลงชัก สามารถยืดหดได้ตามความดัน Bellows นิยมใช้ในการวัดความดันต่ำมากหรือในการวัดความดันสัมบูรณ์ (Absolute Pressure)

Bellows มีข้อดีคือมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงความดันสูง จึงเหมาะสำหรับการวัดความดันที่มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม Bellows มีข้อจำกัดในเรื่องความสามารถในการทนความดันสูง และอาจมีปัญหาเรื่องความเสถียรในระยะยาวเมื่อเทียบกับ Bourdon Tube หรือ Diaphragm

การเลือกใช้ Sensing Element ที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น ช่วงความดันที่ต้องการวัด ความแม่นยำที่ต้องการ ความเข้ากันได้กับสารเคมี และสภาวะแวดล้อมในการใช้งาน

• Movement

Movement เป็นส่วนที่ทำหน้าที่แปลงการเคลื่อนที่เล็กน้อยของ Sensing Element ให้เป็นการหมุนของเข็มชี้บนหน้าปัดที่มองเห็นได้ชัดเจน Movement ประกอบด้วยชิ้นส่วนขนาดเล็กหลายชิ้นที่ทำงานประสานกันอย่างซับซ้อน

ส่วนประกอบสำคัญของ Movement ได้แก่

Hairspring: Hairspring เป็นสปริงขดเล็ก ๆ ที่ทำหน้าที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของเข็มชี้และช่วยให้เข็มกลับสู่ตำแหน่งศูนย์เมื่อไม่มีความดัน Hairspring มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความแม่นยำและความเสถียรของการอ่านค่า

Sector Gear และ Pinion: ระบบ Sector Gear และ Pinion เป็นกลไกที่ช่วยขยายการเคลื่อนที่เล็กน้อยของ Sensing Element ให้เป็นการหมุนของเข็มชี้ที่มองเห็นได้ชัดเจน Sector Gear มีลักษณะเป็นเฟืองโค้งที่เชื่อมต่อกับ Sensing Element ส่วน Pinion เป็นเฟืองขนาดเล็กที่เชื่อมต่อกับเข็มชี้ เมื่อ Sensing Element เคลื่อนที่ จะทำให้ Sector Gear หมุน ซึ่งจะส่งผลให้ Pinion และเข็มชี้หมุนตาม

ระบบคันโยก (Lever System): ในบาง Pressure Gauge อาจมีการใช้ระบบคันโยกเพื่อขยายการเคลื่อนที่ของ Sensing Element ระบบนี้ประกอบด้วยคันโยกหลายชิ้นที่เชื่อมต่อกัน ช่วยในการปรับแต่งความสัมพันธ์ระหว่างการเคลื่อนที่ของ Sensing Element กับการหมุนของเข็มชี้

Balance Weight: Balance Weight เป็นน้ำหนักถ่วงที่ติดอยู่ที่ปลายด้านตรงข้ามของเข็มชี้ ช่วยรักษาสมดุลและลดผลกระทบจากการสั่นสะเทือน ทำให้การอ่านค่ามีความเสถียรมากขึ้น

Movement ที่ออกแบบมาอย่างดีจะช่วยให้ Pressure Gauge มีความแม่นยำและความเสถียรสูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก Movement ประกอบด้วยชิ้นส่วนขนาดเล็กจำนวนมาก จึงอาจมีความอ่อนไหวต่อการสั่นสะเทือนและการกระแทก การดูแลรักษาและการใช้งานอย่างระมัดระวังจึงเป็นสิ่งสำคัญ

• Pointer และ Dial

Pointer หรือเข็มชี้ และ Dial หรือหน้าปัด เป็นส่วนที่ทำให้เราสามารถอ่านค่าความดันได้ ทั้งสองส่วนนี้ต้องออกแบบและผลิตอย่างพิถีพิถันเพื่อให้การอ่านค่ามีความแม่นยำและง่ายต่อการใช้งาน

Pointer: Pointer หรือเข็มชี้เป็นส่วนที่เคลื่อนที่บนหน้าปัดเพื่อแสดงค่าความดัน มักทำจากวัสดุที่มีน้ำหนักเบา เช่น อลูมิเนียมหรือสแตนเลสสตีล เพื่อลดแรงเฉื่อยและเพิ่มความไวในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงความดัน

ในบาง Pressure Gauge อาจมีการใช้ Luminous Coating บนเข็มชี้เพื่อให้สามารถอ่านค่าได้ในที่มืด ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากในสภาพแวดล้อมที่มีแสงสว่างน้อย

Dial: Dial หรือหน้าปัดเป็นส่วนที่แสดงสเกลและค่าความดัน มักทำจากอลูมิเนียมหรือสแตนเลสสตีล และมีการพิมพ์สเกลและตัวเลขลงบนหน้าปัด

Pressure Scale บนหน้าปัดอาจแสดงในหน่วยต่าง ๆ เช่น PSI (Pounds per Square Inch), Bar, kPa (Kilopascal) หรือ mmHg (มิลลิเมตรปรอท) ขึ้นอยู่กับความต้องการใช้งานและมาตรฐานของแต่ละอุตสาหกรรม

นอกจากนี้ หน้าปัดอาจมีการใช้ Color Coding เพื่อระบุช่วงการทำงานที่ปลอดภัยหรือแสดงเขตอันตราย เช่น สีเขียวสำหรับช่วงการทำงานปกติ สีเหลืองสำหรับช่วงที่ต้องระมัดระวัง และสีแดงสำหรับช่วงความดันที่เป็นอันตราย

• Case

Case หรือตัวเรือนเป็นส่วนที่ห่อหุ้มและปกป้องส่วนประกอบภายในของ Pressure Gauge ทั้งหมด นอกจากจะทำหน้าที่ปกป้องชิ้นส่วนภายในจากสภาพแวดล้อมภายนอกแล้ว Case ยังมีบทบาทสำคัญในการกำหนดลักษณะการใช้งานและความปลอดภัยของ Pressure Gauge

Case มักทำจากวัสดุที่แข็งแรงทนทาน เช่น สแตนเลสสตีลหรือพลาสติกวิศวกรรม การเลือกวัสดุขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการใช้งาน เช่น ในสภาวะที่มีการกัดกร่อนสูงอาจเลือกใช้สแตนเลสสตีลเกรดพิเศษ หรือในกรณีที่ต้องการน้ำหนักเบาอาจเลือกใช้พลาสติกวิศวกรรม

Case อาจมีคุณสมบัติพิเศษเพื่อเพิ่มความปลอดภัยและประสิทธิภาพในการใช้งาน เช่น

• Pressure Relief Back หรือ Blow-out Back: เป็นส่วนหลังของ Case ที่ออกแบบให้แตกออกเมื่อเกิดความดันสูงเกินภายในเกจ เพื่อป้องกันอันตรายจากการระเบิด
• Ingress Protection (IP) Rating: เป็นมาตรฐานที่บ่งบอกถึงระดับการป้องกันฝุ่นและน้ำของ Case ซึ่งสำคัญมากในการใช้งานในสภาวะแวดล้อมที่รุนแรง
• Explosion-Proof Design: ในอุตสาหกรรมที่มีความเสี่ยงสูง เช่น อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ อาจมีการใช้ Case ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อป้องกันการระเบิด

• อุปกรณ์เสริมและคุณสมบัติพิเศษ

นอกเหนือจากส่วนประกอบหลักที่กล่าวมาแล้ว Pressure Gauge สมัยใหม่อาจมีอุปกรณ์เสริมหรือคุณสมบัติพิเศษเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานและความแม่นยำในการวัด

Fill Fluid: Fill Fluid เป็นของเหลวที่ใช้เติมใน Case ของ Liquid-filled Pressure Gauge เพื่อลดการสั่นสะเทือนของเข็มชี้และป้องกันการควบแน่นภายในเกจ นอกจากนี้ยังช่วยหล่อลื่นชิ้นส่วนภายในและป้องกันการกัดกร่อน

Glycerin เป็น Fill Fluid ที่นิยมใช้มากที่สุดเนื่องจากมีความหนืดที่เหมาะสมและไม่เป็นพิษ ในขณะที่ Silicone Oil มักใช้ในงานที่มีอุณหภูมิสูงหรือต่ำมาก เนื่องจากมีช่วงอุณหภูมิการใช้งานที่กว้างกว่า

Temperature Compensator: Temperature Compensator เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยลดผลกระทบของอุณหภูมิต่อความแม่นยำของ Pressure Gauge อุปกรณ์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในสภาวะแวดล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสูง

Bimetallic Strip Compensator เป็นวิธีการชดเชยอุณหภูมิแบบหนึ่งที่ใช้แผ่นโลหะสองชนิดที่มีอัตราการขยายตัวต่างกันมาประกบกัน เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง แผ่นโลหะนี้จะโค้งงอ ช่วยชดเชยการเปลี่ยนแปลงของ Sensing Element ที่เกิดจากอุณหภูมิ

Electrical Components: ใน Digital Pressure Gauge จะมีส่วนประกอบทางอิเล็กทรอนิกส์เพิ่มเติม เช่น:

• Analog-to-Digital Converter (ADC): แปลงสัญญาณอนาล็อกจาก Sensing Element เป็นสัญญาณดิจิทัล
• Microprocessor: ประมวลผลข้อมูลและควบคุมการทำงานของเกจ
• LCD หรือ LED Display: แสดงค่าความดันในรูปแบบตัวเลขดิจิทัล

Digital Pressure Gauge มีข้อดีคือสามารถแสดงค่าได้แม่นยำกว่า มีฟังก์ชันเพิ่มเติม เช่น การบันทึกข้อมูล การตั้งค่าสัญญาณเตือน และการเชื่อมต่อกับระบบควบคุมอัตโนมัติ

สรุป

การทำความเข้าใจส่วนประกอบต่าง ๆ ของ Pressure Gauge อย่างละเอียดจะช่วยให้ผู้ใช้งานสามารถเลือกใช้ บำรุงรักษา และแก้ไขปัญหาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของกระบวนการผลิต ประสิทธิภาพการทำงาน และความปลอดภัยในการปฏิบัติงาน การลงทุนเวลาในการทำความเข้าใจเครื่องมือวัดพื้นฐานนี้จึงเป็นสิ่งที่คุ้มค่าอย่างยิ่งสำหรับผู้ที่ทำงานในภาคอุตสาหกรรมและงานวิศวกรรมทุกสาขา