ตัวอย่าง โครงงาน วิชาไมโครโพรแซสเซอร์
เรื่อง
ทำเครื่องช่างน้ำหนักพร้อมแสดงผลและติดต่อกับผู้ใช้งาน
เซนเซอร์ Load
cell
โหลดเซลล์(Load cell)
คือเซนเซอร์ที่สามารถแปลค่าแรงกดเป็นแรงดึง เป็นสัญญาณทางไฟฟ้าได้ เหมาะสำหรับการทดสอบคุณสมบัติทางกลของชิ้นงาน(Mechanical
Properties of Parts) โหลดเซลล์ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท
ได้แก่ ตราชั่งน้ำหนัก การทดสอบแรงกดของชิ้นงาน การทดสอบความแข้งแรงของชิ้นงาน
การทดสอบการเข้ารูปชิ้นงาน(Press fit)ใช้สำหรับงานทางด้านวัสดุ
โลหะ ทดสอบโลหะ ชิ้นส่วนรถยนต์ วิศวกรรมโยธา ทดสอบคอนกรีต ทดสอบไม้ และอื่นๆ
การแสดงคุณลักษณะของโหลดเซลล์ที่สำคัญอีกตัวหนึ่งคือเอาต์พุตที่พิกัดใช้งาน
(Rated
capacity) (หรืออาจจะเรียกว่าความไว)แสดงในหน่วยของ mV/V
ซึ่งหมายถึงแรงเคลื่อนแตกต่างของเอาต์พุตที่ออกจากขาของวงจรบริดจ์
เกิดจากโหลดเต็มสเกลสำหรับแต่ละโวลต์ที่จ่ายแรงเคลื่อนกระตุ้น
หลักการทำงานของ Load
cell
การทำงานของ Load cell เป็นการประยุกต์การทำงานของสเตรนเกจเพื่อวัดน้ำหนักหรือแรง โดยStrain gauge จัดเป็น ทรานสดิวเซอร์ชนิดหนึ่งซึ่งมีหลักการพื้นฐานคือ
อาศัยหลักการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานไฟฟ้าที่เกิดจากความเครียดภายในวัสดุอันเนื่องมาจากความเค้น(Stress)ที่มากระทำต่อวัสดุ
การที่วัสดุมีความเครียดหมายถึงวัสดุได้มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างไปจากเดิม จึงนิยมนำมาประยุกต์ใช้ใน
การตรวจสอบน้ำหนัก การสั่นสะเทือน และแรงบิด
ความเครียด(Strain) หมายถึง
การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัสดุต่อหน่วยความยาว
จะเกิดขึ้นเมื่อวัสดุนั้นถูกแรงดึงหรือแรงกดอัดทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง
สามารถหาค่าความเครียดได้จากสมการ
เมื่อ
ความเค้น (Stress) หมายถึง
แรงต้านทานภายในเนื้อวัสดุที่มีต่อแรงภายนอกที่มากระทำต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่แต่
โดยใช้เหตุผลว่าแรงกระทำภายนอกมีความสมดุลกับแรงกระทำจากภายในสามารถหาค่าความเค้นได้จากสมการ
เมื่อ
ความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นกับความเครียด
ความสำคัญของการวัดความเครียดได้เริ่มขึ้นเมื่อ
Hooke
ได้ค้นพบว่าในวัสดุหลายชนิดที่มีขนาดจำกัดนั้นจะมีอัตราส่วนระหว่างความเค้นกับความเครียดเป็นค่าคงที่ซึ่งเป็นอัตราส่วนระหว่างความเค้นและความเครียดของกฎของ
Hooke เรียกว่าดัชนีการยืดหดตัวของวัสดุ( Modulus of
Elasticity of Material) หรือเรียกว่า Young’ Modulus โดยแสดงโดยสมการ
เมื่อ
การแสดงความสัมพันธ์ความเค้นความเครียดจะได้เส้นโค้งความเค้น
– ความเครียด(Stress-Strain Curve)
ซึ่งได้จากการทดสอบแรงดึง (Tensile Test) ดังรูป
รูปที่1ความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียด
จากความสัมพันธ์ความเค้นความเครียดมีจุดที่ควรพิจารณาดังนี้
·
ช่วงเริ่มต้นของกราฟเป็นเชิงเส้น
หรือมีความชันคงที่จนถึงจุด A ที่จุด A เรียกว่า Proportional Limit
·
จากจุด A
ถึงจุด B
นั้นวัสดุอยู่ในขอบเขตของการยืดตัวและสามารถกลับคืนสู่สภาวะปรกติได้เมื่อไม่มีแรงมากระทำ
·
จุด B
เป็นจุดล้า (Yield Point) ของโลหะ
เมื่อวัสดุถูกยืดถึงจุด B วัสดุนั้นจะไม่สามารถกลับไปสู่ความยาวปกติถึงแม้จะไม่มีแรงมากระทำก็ตาม
รูปที่ 2ลักษณะและทิศทางของวัสดุของแท่งโลหะภายใต้แรงดึง
การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของแท่งโลหะภายใต้แรงดึง
แสดให้เห็นถึงความยาวที่เพิ่มขึ้นคือ
และพื้นที่หน้าตัดที่ลดลงเท่ากับ
เมื่อมีความเครียดเกิดขึ้นในแนวแกน(Axial )ซึ่งเป็นทิศทางเดียวกับแรงที่มากระทำ
และความเครียดที่เกิดขึ้นในแนวขวาง(Transverse) โดยมีทิศทางที่เป็นลบเนื่องจากพื้นที่หน้าตัดจะลดลงเมื่อมีแรงดึง ซึ่งอัตราส่วนระหว่างความเครียดกับแนวแกนและความเครียดแนวขวางจะเรียกว่า
Poisson’s ratio(
)
รูปที่ 3แสดง
Load cell ที่ใช้ในโครงงาน
