By Shift A
ในขบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมทั้งหลาย โดยเฉพาะขบวนการผลิตขนาดใหญ่และซับซ้อนนั้นมักใช้ระบบการควบคุมแบบอัตโนมัติเข้ามาใช้งานเพื่อให้ขบานการผลิตเป็นไปอย่างต่อเนื่อง มีประสิทธิภาพดี สิ่งสำคัญประการหนึ่งในระบบที่ขาดไม่ได้ คือ อุปกรณ์ขับเคลื่อน หรือ final drive ที่จะกล่าวในที่นี้คือ control valve ซึ่งเป็นอุปกรณ์หนึ่งในหลายๆอย่างที่อยู่ในกลุ่มของ final drive ทั้งนี้เนื่องจากว่า control valve เป็นอุปกรณ์ที่สำคัญมากประการหนึ่งของระบบการผลิต หรือเรียกว่ามี priority อันดับต้นๆนั่นเอง
การศึกษาเพื่อให้เกิดความเข้าใจจะนำไปสู่การใช้งานที่ปลอดภัยต่อระบบ และผู้ปฏิบัติงาน ตลอดจนทำให้ขบวนการผลิตมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลสูงสุดตามต้องการ รวมทั้งเกิดความประหยัดอันเหมาะกับยุคสมัยที่พลังงานนับวันจะขาดแคลนขึ้นทุกวัน
Basic Introduction
ก่อนที่จะเข้าสู่เนื้อหาของ Control valve ควรทำความรู้จักและเข้าใจในเบื้องต้นเกี่ยวกับเรื่อง Process Control Terminology ก่อน เพื่อจะทำให้สามารถเข้าใจเนื้อหาในส่วนต่อๆไปได้เป็นอย่างดี โดยจะกล่าวในลักษณะสรุปสั้นๆ และจะเข้าสู่รายละเอียดในส่วนต่อๆไปอีกครั้ง กรณีเช่นนี้ก็เช่นเดียวกับการศึกษาวิชาคณิตศาสตร์ที่ต้องทำความเข้าใจในนิยามให้ถ่องแท้เสียก่อนจึงจะศึกษาในส่วนต่อๆไปได้โดยเกิดการติดขัดน้อยที่สุด
ทั้งนี้ขอแนะนำให้ติดตามอ่านจนจบตอนสุดท้ายจะทำให้ท่านได้ประโยชน์มากที่สุด
Note : final drive = final control element = final element
1. Process Control Terminology
1.1 Capacity คือ Flow Rate ของการไหลของของไหลที่ผ่าน Control Value ภายใต้สภาวะหนึ่ง ๆ
1.2 Controller คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการประมวลผล โดยรับข้อมูลหรือ Input จากตัวแปรที่ต้องการควบคุมหรือตัวแปรที่วัดค่า (Controlled Variable or Measured Variable) จากนั้นจึงทำการประมวลผลตามรูปแบบการควบคุม (Control Regulatory) ที่ต้องการ แล้วส่ง Output Signal (ผลที่ได้จากการประมวลผล) ไปยัง Final Control Element ในที่นี้คือ Control Value
1.3 Closed Loop Control เป็นวงจรควบคุมแบบปิด โดยนำเอาค่าของสถานะจาก Final Control Element กลับเข้ามาเปรียบเทียบกับค่า Set Point เพื่อตรวจสอบว่ายังมีสถานะต่างจากค่าเป้าหมาย (Set Point) หรือไม่ ที่ยังมีค่า Error หรือค่า SP-PV ตัว Controller ก็จะสั่งการต่อไปจนกว่าจะได้ค่าสถานะของ Final Element ที่ต้องการโดยมีค่า Error เป็นศูนย์นั่นเอง Controller ก็จะหยุดสั่งการ Closed Loop ในบางครั้งก็เรียกว่า Control Loop คือ Loop ที่เราสนใจเป็นพิเศษหรือที่เราต้องการควบคุม
1.4 Control Range เป็นย่านการเคลื่อนที่ของ Stem Value หรือระยะทางการเคลื่อนที่ของ stem valve บางทีอาจเรียกว่า valve travel or rated travel
1.5 Dead Band or Dead Zone
ช่วงที่ sensor หรือ control valve ไม่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลง(input ที่เปลียนแปลง) ซึ่งเกิดจากธรรมชาติของตัวอุปกรณ์เอง เกิดขึ้นได้ทั้ง instrument และ control valve แต่ส่วนมากจะใช้กับ instrument and control system มากกว่า
จากรูปด้านล่างอธิบายได้ดังนี้
สมมุตว่าระบบนี้เป็นการทำงานของ air compressor มีค่า set point to start at 7.5 bar , stop at 8.0 bar
ในตอนเริ่มต้น air compressor ก็จะอัดอากาศเพื่อสร้างความดันขึ้นมาจนถึง 8 bar จากนั้น pressure switch ก็สั่งตัดการทำงานของ air comp. แต่เนื่องจากระบบมี time lag จึงพบว่าเกิดการ over shoot ขึ้นเล็กน้อย หลังจากนั้นเมื่อความดันในระบบค่อยๆลดลงจนกระทั่งถึง 7.5 bar ซึ่งเป็นจุดที่ compressor ต้องstart ขึ้นมา แต่เนื่องจากว่า pressure switch ที่ใช้งานนี้มี dead band ค่อนข้างมาก(อุปกรณ์คุณภาพต่ำ) ทำให้ไม่สามารถตอบสนองต่อ input ที่เปลี่ยนแปลงได้ และair compressor ก็ไม่สามารถทำงานได้ตามที่ต้องการ เนื่องจาก switch ไม่เปลี่ยนสถานะ จนกระทั่งความดันลดลงเรื่อยๆ ไปจนถึง 7.0bar จากนั้น air compressor จึงstart ขึ้นมา จะเห็นได้ว่า dead band ที่เกิดขึ้นนี้นั้นทำให้เราไม่สามารถควบคุมระบบได้ตามต้องการ
วิธีการแก้ไขคือ เปลี่ยน pressure switch ที่มีค่า dead band ต่ำๆมาใช้งาน หรือ ติดตั้ง pressure switch 2 ตัว คือ ทำหน้าที่สั่ง start , stop แยกอิสระต่อกัน
dead band of instrument
ที่มา เอกสารประกอบการอบรม หลักสูตร introduction to process control กองศูนย์ฝึกอบรมบางปะกง การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย
1.6 Gain คือ ค่า Output Change/Input Change มี 2 แบบ คือ Static Gain คือค่า OP Change/ IP Change ในสภาวะ Steady State บางครั้งเรียกว่าค่า Sensitivity ส่วน Dynamic Gain เป็นค่า OP Change/IP Change ในสภาวะที่มีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นอยู่ เป็น Function ของความถี่หรืออัตราการเปลี่ยนแปลงของ Input อุปกรณ์ที่มีค่านี้มากๆก็หมายถึงว่าสามารถขยายสัญญาณ input ได้มากๆนั่นเอง ยกตัวอย่างเช่น power amplifier
1.7 Hysteresis เป็นตัวการทำให้เกิด dead band เป็นลักษณะของการย้อนกลับไม่ได้ ซึ่งเป็นคุณลักษณะเฉพาะของตัวอุปกรณ์(instrument) ส่วนมากเกิดจากเรื่องของ material และเป็นคุณลักษณะประจำตัวของอุปกรณ์ที่ไม่สามารถแก้ไขได้ ดังนั้นจึงต้องทำการบันทึกค่าไว้ขณะ calibrate เพื่อเป็นข้อมูลเบื้องต้นที่จะนำไปใช้งานในภายหลังรวมทั้งยังสามารถเป็นเครื่องตัดสินได้ว่าสมควรจะนำไปใช้งานหรือไม่หากมีค่านี้สูงมากๆ ลองนึกถึงการลากเส้นลงบนกระดาษจากซ้ายไปขวา แล้วลากกลับโดยพยายามให้ทับเส้นเดิมนั้นเป็นสิ่งที่ไม่สามารถกระทำได้ หมายความว่าขบวนการใดๆในโลกที่เกิดขึ้นมานั้นไม่สามารถทำให้ย้อนกลับได้โดยสมบูรณ์แบบ เป็นไปตามกฏข้อที่ 2 ของ thermodynamics
ที่มา Control valve handbook , third edition , FISHER Controls international LLC,USA
1.8 Open Loop Control เป็นวงจรควบคุมแบบเปิด โดยไม่มีการนำเอาค่าของสถานะจาก Final Control Element กลับเข้ามาเปรียบเทียบกับค่า Set Point เพื่อตรวจสอบว่ายังมีค่า Error หรือค่า SP-PV เกิดขึ้นหรือไม่ เช่น การเปิดประตูระบายน้ำคือเมื่อสั่งให้เปิดประตู motor ก็ทำงานจนกระทั่งเปิดจนสุด โดยไม่มีการตรวจสอบตำแหน่งของบานประตูว่าอยู่ตำแหน่งใด คือไม่มี sensor ตรวจจับการเคลื่อนที่ในตำแหน่งต่างๆนั่นเอง
การทำงานในลักษณะนี้ไม่นิยมใช้งานแบบ automatic และส่วนมากไม่ค่อยพบในระบบ automatic process control
1.9 Process Variable ได้แก่ pressure , temperature , flow rate , level , conductivity , p H , vibration เป็นต้น
1.10 Process หรือขบวนการ ได้แก่ขบวนการกลั่นน้ำมัน ขบวนการผลิตไฟฟ้า ขบวนการระบายความร้อน เป็นต้น
1.11 Relay เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่คล้ายกับ Power Amplifier คือการขยายสัญญาณลม(pneumatic signal)ให้มีขนาดใหญ่ขึ้น เพื่อไปขับ Value Actuator คำในความหมายนี้จะใช้กับ control valve โดยเฉพาะ
ที่มา Control valve handbook , third edition , FISHER Controls international LLC,USA
1.12 Resolution คือ ค่าความละเอียดของ Display device หรือส่วนแสดงผล ที่สามารถแสดงค่าในลักษณะค่าน้อยๆได้ หมายความว่าเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงค่าเพียงเล็กน้อย ก็สามารถแสดงค่านั้นๆได้ เช่น pressure gauge ที่ใช้วัดค่าความดันที่มี scale แบบเข็ม สมมุตว่า 1 ช่องของ scale มีค่าเท่ากับ 0.5 psi ก็หมายความว่าหากการเปลี่ยนแปลงความดันมีค่าน้อยกว่า 0.5 psi ก็ไม่สามารถอ่านค่าได้อย่างถูกต้อง แต่สามารถจะประมาณค่าได้ แต่ถ้าแสดงผลเป็นแบบ digital ที่มีการกำหนดหลักของตัวเลขไว้เช่น 2 หลัก คือ x.xx หากค่าที่เปลี่ยนแปลงอยู่ที่ 0.00x ก็ไม่สามารถแสดงค่าให้ปรากฏ คือเครื่องวัดจะไม่รับรู้ค่าที่เปลี่ยนแปลงได้เลย ซึ่งต่างกับแบบเข็มหรือ analog ที่สามารถประมาณค่าที่เปลี่ยนแปลงนั้นได้เพียงแต่ไม่ถูกต้องเท่านั้นเอง
1.13 Response Time หรือที่มักเรียกว่า Time Constant
เป็นเวลาในการตอบสนองของ process ของตัว Sensor เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงค่าของ input. โดยปกติ Response Time มักถูกใช้วัดในรูปของ Time Constant ค่าหนึ่งๆ
Time Constant หมายถึง การเปลี่ยนแปลงค่าของ Output ที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาขึ้นกับค่า input โดยคิดเมื่อ Output เริ่มเปลี่ยนแปลงไปจนถึง 63.2% ของ Output ที่เปลี่ยนแปลงทั้งหมด ตามรูป
จากกราฟเป็น Response ของเครื่องมือวัดอุณหภูมิ ปกติวัดอุณหภูมิอยู่ที่ 100 oF ถ้าอุณหภูมิเกิดเปลี่ยนเพิ่มขึ้นกระทันหันเป็น Step Change ถึง 700 oF แต่ผลตอบสนองของเครื่องวัดจะมีค่าค่อย ๆ เพิ่มขึ้นตามจนถึง 63.2% ของการเปลี่ยนแปลง 600 oF (700-100)
จากกราฟ จะเห็นว่าผลการตอบสนองการวัดของตัว Sensor จนชี้ถึงค่า 63.2% หรือที่ 479.2 oF (600*63.2%) นั้นใช้เวลา 3 วินาที ซึ่งก็คือ 1 Time Constant ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่า 1 time constant มีค่าเท่ากับ 3 วินาที
การคำณวน Time Constant อื่นๆเป็นดังนี้
2 Time Constant (6 วินาที)
700 o F - 479.2 o F = 220.8 o F
(220.8oF x 0.632) + 479.2 oF = 618.7 oF
3 Time Constant (9 วินาที)
700 oF – 618.7 oF =81.3 oF
(81.3 oF *0.632) + 618.7 oF = 670.5 oF
1.14 Shaft Wind-Up คือ ลักษณะของการเคลื่อนที่ (หมุน) ของ Shaft ที่ส่วแรงมาจาก Actuator โดยตรงเกิดการหมุนไปแล้ว แต่ส่วนปลายที่ต่อกับ Value Plug ยังไม่เคลื่อนที่เนื่องจากมีแรงเสียดทานบริเวณ Seal or packing สูงมาก เมื่อ Actuator เพิ่มแรงบิดมากขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งชนะแรงเสียดทาน Value Plug จึงเคลื่อนที่ได้ ลักษณะนี้เกิดขึ้นกับ Rotary Value เท่านั้น
Rotary valve
ที่มา Control valve handbook , third edition , FISHER Controls international LLC,USA
1.15 Sensor and Transmitter
Sensor คือ อุปกรณ์วัดค่าตัวแปร (Measured Variable) ได้แก่ temperature sensor , pressure sensor, level sensor เป็นต้น
Transmitter เป็นอุปกรณ์ซึ่งใช้เปลี่ยนค่าของตัวแปรที่วัด (Measured Variable)คือการรับค่าจาก sensor นั่นเอง จากนั้นจึงแปลงไปเป็นสัญญาณมาตรฐาน (standard signal) ทำให้สะดวกต่อการนำไปใช้งานร่วมกับอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ผลิตภายใต้ standard เดียวกัน ได้แก่ temperature transmitter, level transmitter เป็นต้น ใช้สัญญลักษณ์ Tx แทน transmitter
หน้าที่ของ Transmitter โดยทั่วไปมีดังนี้
Converse เปลี่ยนค่าตัวแปรที่วัดไปเป็นสัญญาณที่ต้องการ เช่น เปลี่ยนแปลงค่า differential pressure เป็นค่า flow rate เป็นต้น
Amplifier ทำหน้าที่ขยายสัญญาณที่เปลี่ยนแล้วให้มีขนาดใหญ่ขึ้น เพื่อให้ง่ายต่อการ รับ ส่ง และลดปัญหาเรื่อง signal loss หรือ noise มารบกวน
Standard signal ในการขยายสัญญาณต้องขยายให้อยู่ในค่ามาตรฐาน คือ
4-20 mA , 1-5 V , 3-15 psi
Transmit ทำการส่งสัญญาณมาตรฐานออกไป โดยค่าสัญญาณที่วัดได้สามารถส่งออกไปในรูปแบบต่างๆได้ดังนี้
- Electrical Signals เป็นสัญญาณทางไฟฟ้าในรูปของกระแสไฟฟ้า หรือแรงดันไฟฟ้า ( 4-20 mA , 1-5 V)
- Pneumatic Signals เป็นสัญญาณของความดันลม (3-15 psi )
- Hydraulic Signals เป็นสัญญาณของความดันของของเหลว(3-15 psi )
- Telemetered Signals ส่งสัญญาณในรูปของคลื่นความถี่วิทยุ
1.16 Transducer เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่รับค่าการวัดจาก Sensor จากนั้นจึงส่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าออกไปยังห้องควบคุม โดยสัญญาณที่ส่งไปจะไม่อยู่ในรูปของ Standard Signal เหมือน Transmitter เช่น Vibration Transducer ซึ่งอาจเป็น -5 to +5 V หรือ 1 to 10 V ก็ได้
1.17 Value Sizing คือ การเลือกขนาด ชนิด ประเภท ส่วนประกอบอื่น ๆ ของ Value ให้มีความสัมพันธ์กับระบบที่ต้องการใช้งานอย่างเหมาะสม
1.18 Set Point เป็นค่าเป้าหมายในการควบคุม เช่น Steam Temp. Set Point = 560oC เป็นต้น ในการควบคุมตัวแปรที่เราวัดซึ่งก็คือ Measured Variable และ Controlled Variable โดยทั่วไปจะเป็นตัวเดียวกัน เช่นการควบคุมอุณหภูมิของน้ำ Measure Variable และ Controlled Variable คืออุณหภูมิ
ในบางกรณี เช่นการควบคุมระดับน้ำในถัง Controlled Variable ก็คือระดับน้ำ แต่ Measured Variable สามารถวัดในรูปของความดันหรือวัดความดันแตกต่างจากนั้นจึงแปลงค่าความดันไปเป็นระดับของน้ำได้ หรือการวัด Flow Rate ค่า Measured Variable คือ Differential Pressure
1.19 Bench Set คือ การทดสอบการเคลื่อนตัวของ Actuator Spring Range โดยการป้อนลมเข้าที่ Diaphragm Chamber เพื่อให้ Actuator เกิดการขยับตัวโดยที่ยังไม่ได้ต่อเข้ากับ Value Plug เป็นการทดสอบการทำงานของ diaphragm ว่าทำงานตามย่านความดันที่กำหนดหรือไม่ ทั้งนี้สามารถบ่งชี้ในเบื้องต้นได้ว่า diaphragm มีปัญหาหรือไม่ เช่น การรั่ว หรือฉีกขาด หรือ defect อื่นๆ เพื่อที่จะแก้ไขก่อนที่จะมีปัญหาในขณะใช้งานจริง
1.20 Diaphragm Pressure Span เป็นค่าความแตกต่างระหว่างค่าสูงสุดและต่ำสุดของ Diaphragm Pressure Range เช่น กำหนดค่าไว้ที่ 40 to 400 kPa ค่า Span คือ 400 – 40 = 360 kPa
1.21 Single Acting Actuator คือ Actuator ที่มีการป้อนพลังงาน (Pneumatic , Hydraulic) เข้าไปใน 1 ทิศทาง แบบนี้จะมีสปริงเพื่อทำให้เกิดการเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงของ pneumatic or hydraulic
single acting actuator
ที่มา Control valve handbook , third edition , FISHER Controls international LLC,USA
1.22 Double Acting Actuator คือ Actuator ที่ต้องมีการป้อนพลังงาน (Pneumatic , Hydraulic) เข้าไปใน 2 ทิศทาง แบบนี้จะไม่มีสปริง การเคลื่อนที่ทั้งสองทิศทางต้องใช้แรงจาก Pneumatic or Hydraulic) หรือต้องใช้พลังงานภายนอกทั้งสองทิศทาง
1.23 Dynamic Unbalance คือ สภาวะที่มีค่าของแรง ค่าหนึ่งที่เกิดขึ้นจากแรงกระทำของของไหลที่กระทำต่อ Value Plug ในขณะที่มีการเปิด Value
ที่มา เอกสารทางวิชาการประกอบการฝึกอบรม เรื่อง Control Valve , พิษณุวัฒน์ ศิริจารุทรรศน์ :แปล , กองฝึกอบรมอุปกรณ์ ,ฝ่ายฝึกอบรม การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย
1.24 Fail Closed เป็นเงื่อนไขที่ใช้กับระบบบางระบบที่คำนึงถึงความปลอดภัยเป็นหลัก โดยเมื่อไม่มีแหล่งพลังงาน (Pneumatic, Hydraulic) ก็จะทำให้ Value อยู่ในตำแหน่งปิด โดยมากมักจะปิดด้วยแรงสปริง
1.25 Fail Open เช่นเดียวกับ Fail Closed แต่ Value จะเปิดเมื่อ Power Source Fail
1.26 Fail Safe คือ การกำหนดตำแหน่งของ Value ว่าจะให้อยู่ในตำแหน่งใดเมื่อเกิด Power Source Fail คือ อาจจะให้เปิดสุด(fully open) ปิดสุด(fully closed) หรือค้างตำแหน่งเดิมไว้ (lock up) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการควบคุมหรือ Control Regulatory โดยคำนึงถึงเรื่องความปลอดภัยของระบบเป็นหลัก เช่น safety valve ก็ควรจะมี fail safe เป็นแบบ fully open
1.27 Flow Characteristic คือ ความสัมพันธ์ระหว่าง Flow Rate ที่ผ่าน Value กับ Percent การปิดเปิดของ Value โดยคิดที่ 0-100% โดยทั่วไปมี 2 ลักษณะ คือ
- Inherent Flow Characteristic
- Installed Flow Characteristic
- Inherent Flow Characteristic เป็นค่าความสัมพันธ์ของ Flow Rate ที่ผ่าน Value กับการเคลื่อนที่ของ Stem Travel หรือ %การปิดเปิดของ Value เริ่มจากปิดสุดไปจนถึง Rated Flow โดยมีค่า Pressure Drop ที่ตกคล่อม valve คงที่ค่าหนึ่ง (Constant DP Across Value)
- Installed Flow Characteristic เป็นค่าความสัมพันธ์ของ Value Flow Rate กับ Stem Travel หรือ % ปิดเปิดของ Value เริ่มจากปิดสุดไปจนถึง Rated Flow โดยมีค่า Pressure Drop ที่ตกคล่อม valve มีค่าเปลี่ยนแปลงไปตามค่าการไหลและสภาวะต่าง ๆ ของ Process ค่านี้เป็นค่าที่เกิดขึ้นจริงในขณะใช้งาน
1.28 Flow coefficient (Cv) เป็นค่าคงที่ขึ้นอยู่กับรูปทรงทางเรขาคณิตของวัตถุที่ของไหลไหลผ่าน โดยเป็นตัวกำหนดค่า Flow Capacity ต่อไป ค่า Cv จะวัดที่ 60oF, Pressure Drop 1 psi โดยการวัด Flow Rate ของน้ำเป็น US Gallon/Minute ที่ไหลผ่าน Value ค่า Cv จะเป็นค่าเฉพาะตัวของ Value หรือของอุปกรณ์ เช่น ค่า Cv ของแผ่น Orifice หรือค่า Cv ของ Control Value ดังตาราง ค่า Cv จะนำไปคำณวณ flow rate ได้
ที่มา Control valve handbook , third edition , FISHER Controls international LLC,USA
1.29 Normally Closed Value มีความหมายเช่นเดียวกับ Fail Closed
1.30 Normally Open Value มีความหมายเช่นเดียวกับ Fail Open
1.31 Push Down to Close Construction ลักษณะ Value Actuator เป็นแบบ Direct Actuator (direct acting) คือ เมื่อมีแรงดันลมเข้าที่ด้านบน Diaphragm Chamber ก็จะทำให้ Value Stem เคลื่อนที่ลง ทำให้ Value ปิด ลักษณะเช่นนี้เหมือนกับ Value ทั่ว ๆ เช่น Value ก๊อกน้ำ คือ หมุนมือหมุน แล้วก้าน valve เคลื่อนที่ลง ทำให้ valve ปิด
ที่มา Control valve handbook , third edition , FISHER Controls international LLC,USA
Push Down to Open Construction ลักษณะของ Value Actuator จะเป็นแบบ Direct Actuator ส่วน Value Plug จะเป็นแบบ Reverse ดังรูป เมื่อมีแรงดันลมเข้าด้านบน Diaphragm Chamber ตัว Value Stem จะเคลื่อนที่ลง ทำให้ Value เปิดให้ Fluid ไหลผ่านไปได้
reverse plug direct actuator
ที่มา Control valve handbook , third edition , FISHER Controls international LLC,USA
1.32 Rangeability คือ ค่า Maximum Range/Minimum Range เช่น 100/1 หมายความว่า Control Value ยังคงความสามารถในการควบคุมการไหลได้ดีแม้กระทั่ง Flow Rate เพิ่มขึ้นเป็น 100 เท่าของค่า Minimum Controllable Flow Rate คือ ปกติควบคุม Flow Rate ที่ 1 m3/hr แต่อาจใช้งานได้ที่ 100 m3/hr ได้โดยค่า Capacity, Pressure Drop หรือ Performance ยังคงเดิม ส่วนมากค่า Rangeability มักจะใช้กับ Instrument หรืออุปกรณ์การวัดคุมมากกว่า ซึ่งเรียกว่า การบีบ-ขยาย span เช่น pressure transmitter ที่มีค่า rangeability 50/1 หมายความว่า สามารถ calibrate ให้มีย่านการวัดที่ 0 -1 bar หรือ 0- 50 bar ก็ได้ ในกรณีที่มีการบีบ span มากๆก็เกิดค่า error หรือ accuracy ได้เช่นกันทั้งนี้ต้องพิจารณาด้วยว่าอยู่ในย่านที่ยอมรับได้หรือไม่
1.33 Rated Flow Coefficient เป็นค่า Cv ที่ Value อยู่ในตำแหน่ง Rated Flow Rate
1.34 Rated Travel คือ ระยะการเคลื่อนที่ของ Travel จากตำแหน่งปิดสุดไปยังตำแหน่ง Rated Full Open หรือตำแหน่งเปิดสูงสุดที่ Flow Rate ที่ต้องการ
1.35 Seat Leakage ปริมาณการรั่วของ Fluid ผ่าน Value เมื่ออยู่ในตำแหน่งปิดสุด ในสภาวะ Temperature and Differential Pressure ที่กำหนด ในทางปฏิบัติคือไม่สามารถทำให้ valve ปิดกั้นการไหลได้ 100% จะต้องมีการรั่วค่าหนึ่งที่อยู่ในค่าที่สามารถยอมรับได้ ดังตาราง
ที่มา Control valve handbook , third edition , FISHER Controls international LLC,USA
1.36 Vena Contracta เป็นตำแหน่งของ Maximum Fluid Velocity และ Minimum Pressure ดังรูป
ที่มา Control valve handbook , third edition , FISHER Controls international LLC,USA
1.37 Calibration Curve ค่าความสัมพันธ์ของ Input กับ Output ดังกราฟ
ที่มา Control valve handbook , third edition , FISHER Controls international LLC,USA
1.38 Calibration Cycle
คือ การบันทึกค่าความสัมพันธ์ของ Input กับ Output จาก 0 ไป 100% และจาก 100 กลับไป 0% เพื่อเก็บเป็นข้อมูลเบื้องต้นไว้สำหรับการวิเคราะห์ปัญหาในอนาคต เช่นการตรวจสอบ drift ที่เกิดขึ้น
1.39 Hunting คือสภาวะของการเกิด Oscillation ของสัญญาณควบคุม ทำให้ตัว Final Element ไม่สามารถเข้าสู่ค่า Set Point ได้ใน Control Value ส่วนมากเกิดจาก Control Signal จาก Positioner ที่มีปัญหาไม่คงตัว (unstable signal) ทำให้ไม่สามารถควบคุม PV ได้ตามที่ต้องการ ลักษณะอาการนี้อาจเกิดจากการรบกวนของ วิทยุรับส่งก็ได้ หรือจากอุปกรณ์ที่กำเนิดคลื่นวิทยุกำลังสูงต่างๆ อาการเช่นนี้จะทำให้ stem valve เกิดการขยับตัวตลอดเวลา เพื่อที่วิ่งเข้าหา set point แต่ก็ไม่สามารถเข้าหาได้ จึงเกิดการขยับไปมาตลอดเวลา ในลักษณะนี้ส่งผลเสียโดยตรงต่อ mechanical equipment ได้แก่ packing , positioner mechanism , actuator เป็นต้น ที่จะเกิดการสึกหรอเร็วกว่าปกติ รวมทั้ง เกิด process deviation คือเกิดการเบี่ยงเบนของการผลิตหรือคุณภาพผลิตผล เช่น กรณีที่เกิดขึ้นกับ fuel oil flow control valve หรือวาล์วควบคุม flow rate ของน้ำมันเชื้อเพลิงที่ใช้ในการเผาไหม้ ก็จะทำให้ค่าอุณภูมิเผาไหม้ไม่คงที่ หากเป็นระบบการผลิตไอน้ำก็จะทำให้ได้ค่า pressure and temperature ของไอน้ำมีค่า ไม่คงที่ ส่งผลกระทบต่อการทำงานของอุปกรณ์อื่นๆอีกมากทำให้ระบบเกิดการปั่นป่วนได้ ดังรูป
1.40 Instrument Pressure คือ Output Pressure จากController (I/P) เพื่อใช้สั่งการ Control Value ให้ Action ตามต้องการ
แสดงตำแหน่งของ instrument pressure
ที่มา Control valve handbook ,3rd edition , FISHER Controls international LLC,USA
1.41 Loading Pressure คือ ความดันที่ทำให้ Pneumatic Actuator ทำงานหากไม่มี I/P converter ค่า Loading Pressure จะใช้ Instrument Pressure แทน
1.42 Operating Media คือ Fluid ที่ต้องการควบคุม Flow Rate ด้วย Control Value มีค่า Max. Flow Rate 100 m3/hr ที่ 100
1.43 Range คือ ย่านของการใช้งานหรือย่านของการวัด เช่น 3 to 15 psi, -40 oC to 100 oC เป็นต้น
1.44 Span คือ ช่วงของ Range เช่น 3 to 15 psi ค่า Span คือ 15-3 = 12 psi เป็นต้น
1.45 Repeatibility เป็นความสามารถของ Instrument ที่สามารถวัดค่าได้ค่าเดิมหรือใกล้เคียงกับค่าเดิมภายใต้สภาวะหรือเงื่อนไขเดิมโดยขึ้นอยู่กับ วิธีการวัด , ผู้ทำการวัด, ตัวอุปกรณ์ที่ใช้วัด (คุณภาพ), ตำแหน่งที่ทำการวัด, Condition (เช่น อุณหภูมิ , ความดัน ฯลฯ) โดยวัดเป็นช่วงเวลาสั้น ๆ ปกติการบอกค่าจะบอกเป็น Standard Deviation เช่น การวัดความดันของน้ำที่อุณหภูมิ 80 oC, Flow Rate 50 m3/hr สมมุติว่าวัดค่า P ได้เท่ากับ 10.0 bar ในเวลาต่อมาค่า T และ Flow Rate เปลี่ยนไปจนกระทั่งกลับมาที่ 80 oC และ 50 m3/hr ค่า P ควรจะวัดได้ 10.0 bar เท่าเดิม หมายความว่าทุก ๆ ครั้งที่ Process เดินทางผ่านเส้นทางเดิมค่าที่วัดได้ในช่วงเวลานั้น ๆ ควรจะเท่าเดิมด้วย ดังรูป
ที่มา Control valve handbook ,3rd edition , FISHER Controls international LLC,USA
มิใช่ครั้งที่ 1 วัดได้ P = 10.0 bar
ครั้งที่ 2 วัดได้ P = 11.5 bar
ครั้งที่ 3 วัดได้ P = 9.0 bar
โดยสภาวะต่าง ๆ ณ เวลานั้น ๆ (ที่ทำการวัดค่า) ยังเหมือนเดิม คือ ที่อุณหภูมิ 80 oC, Flow Rate 50 m3/hr อย่างนี้เรียกว่ามี Repeatibility ไม่ดี
ค่าRepeatibility ในอีกความหมายหนึ่งคือ ความสามารถของ Instrument ที่วัดค่าและได้ Output ออกมา โดยค่า Input ที่ป้อนยังคงเดิมภายใต้สภาวะ Operating Condition เดิมในช่วงเวลาสั้น ๆ ช่วงหนึ่ง เช่น ใช้ Multimeter วัดค่า Voltage ของแหล่งจ่ายแรงดัน (Ideal Power Supply) ต้องวัดค่าได้ค่าเดิมทุกครั้งภายใต้เงื่อนไขเดิม เช่น วัดได้ 10.0 VDC จำนวน 10 ครั้ง เป็นต้น ในช่วงเวลาสั้น ๆ
1.46 Reproducibility เป็นค่าความสามารถของ Instrument ในการวัดค่าและให้ Output ออกมาค่าเดิมตามค่า Input ที่ป้อนเข้าไป ภายใต้เงื่อนไข Operating Condition เดิม แต่ช่วงเวลาเป็นการวัดค่าในช่วง 1 เดือน 3 เดือน หรือ 1 ปี เช่น วันนี้วัดค่าได้ 100 bar อีก 3 เดือน ก็ควรจะวัดค่าได้ 100 bar ด้วย ภายใต้ Operating Condition เดียวกัน Instrument ที่ดี ควรมีค่า Reproducibility ที่ดีด้วย
1.47 Drift มีความหมายใกล้เคียงกับ Reproducibility มากหรืออาจเรียกว่าเป็นคำ ๆ เดียวกันก็ได้ Instrument ที่ดี ไม่ควรเกิดค่า Drift ในช่วงเวลาสั้น ๆ หรือใช้งานไปไม่กี่เดือน ค่า Drift มี 2 ลักษณะ คือ
- Point Drift โดยการกำหนด Operating Condition เดิมแล้วดูค่า Output ที่วัดได้ว่าเปลี่ยนแปลงไปจากค่าเดิมเท่าไร โดยให้ค่า Input Signal คงที่
- Calibration Drift เป็นการนำตัว Instrument มาทำการ Calibrate ใหม่ โดยการเปรียบเทียบผลที่ได้กับ Calibration Report หรือ Calibration Curve เดิม ว่ามีความแตกต่างกันเท่าไรในทุก ๆ ค่าที่ทำการ Calibrate เช่น
ค่าเดิมที่ calibrate ครั้งแรก
Input (%)
Output ( volt ) 0.0
5.0 25.0
10.0 50.0
15.0 75.0
20.0 100.0
25.0
ค่าใหม่ที่ผ่านการใช้งานมาแล้วระยะหนึ่ง 1 ปี
Input (%)
Output ( volt ) 0.0
4.5 25.0
10.4 50.0
14.5 75.0
19.5 100.0
24.3
จากตัวอย่าง จะเห็นว่ามีค่า Drift เกิดขึ้นประมาณ 0.5 ในทุก ๆ ค่า เป็นต้น โดยปกติค่า Drift ของอุปกรณ์จะบอกเป็น % Output Span จากตัวเลข จะได้ค่า drift =0.5x100 / 20 =2.5% of output span
1.48 Static Error เป็นค่า Error จากการวัดที่เงื่อนไขเดิม แต่เกิดความแตกต่างขึ้นเล็กน้อย
1.49 True Value (ค่าที่แท้จริง , ค่าจริง)
True Value = Instrument Readout (ค่าที่อ่านได้จากเครื่องมือวัด) – Static Error
1.50 Sensitivity เป็นค่าอัตราส่วนระหว่าง Change of Output/Change of Input ในสภาวะ Steady State Condition
1.51 Dynamic Characteristic เกิดขึ้นจาก 3 ลักษณะ คือ
- Step Change การเปลี่ยนแปลง Input แบบทันทีทันใด
- Linear Change การเปลี่ยนแปลงค่า Input ในลักษณะค่อย ๆ เพิ่มหรือลด หรือเรียกว่า ramp signal
- Sinusoidal การเปลี่ยนแปลงค่า Input ในลักษณะเป็น Sine Wave
ลักษณะของ Change เหล่านี้ทำให้เกิด Dynamic Error, Lag, Speed of Response, Fidelity, Etc.
1.52 Dynamic Error เป็นค่า Error ที่เกิดจากสภาวะของ Dynamic Characteristic ทั้ง 3 แบบ
1.53 Lag or time lag เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลง input ขึ้น โดยธรรมชาติของอุปกรณ์ จะไม่สามารถตอบสนองได้ในทันทีทันใด จึงเกิด Time Lag ขึ้นเสมอ
1.54 Speed of Response คือ ความสามารถของ Instrument ในการตอบสนองการเปลี่ยนแปลงค่า Input ยิ่งมี Speed สูงยิ่งดี แสดงว่าสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของ Input ได้เร็วมาก
1.55 Precision Error เป็นค่า Error จากสภาพ Conformity ของตัวอุปกรณ์วัด เช่น ตัว Resistor มีค่า R = 1.592 Mega Ohm มี Error 154 Ohm ตัว Multimeter ที่นำมาวัดค่าและอ่านโดยคน (สมมติว่าไม่มี Error ที่คนอ่านค่า) ค่าที่แสดงจากเข็มวัด อ่านได้ที่ประมาณ 1.5 Mega Ohm ทั้ง ๆ ที่ค่าจริงนั้นอยู่ที่ 1.592 +154 Mega Ohm ค่าที่อ่านได้จาก Scale นี้เรียกว่า Precision Error คือ เป็นค่า Error ที่เกิดจากขีดจำกัดของ Scale Reading ของเครื่องมือวัด
1.56 Zero Error เป็นค่า Error ของเครื่องมือวัดในช่วงค่า Input ต่ำ ๆ มักกำหนดค่าเป็น % Of Ideal Span
1.57 Zero Offset หมายถึง ในสภาวะปกติที่ยังไม่มี Input ให้กับ Instrument ตัว Indicator ควรแสดงค่าที่ศูนย์ แต่หากค่าที่อ่านได้ไม่เป็นศูนย์นั่นคือ การเกิด Zero Offset ต้องทำการปรับแต่งหรือ Calibrate ให้ Indicator แสดงค่าที่ศูนย์ให้ได้และต้องบันทึกค่าไว้ หากปรับ Zero ไม่ได้จริง ๆ ยกตัวอย่างให้เห็นชัดเจนคือ กรณีของ Pressure Gauge หากนำมาวางไว้ในบรรยากาศปกติ เข็มชี้ค่าหรือ Pointer Indicator ควรชี้ค่าที่ “0”
1.58 Backlash เป็นค่า Mechanical Hystersis ส่วนมากเกิดขึ้นกับระบบ Gear, Linkage, Mechanical Transmission Device เป็นต้น เช่น การขบกันของเฟืองเกียร์ เมื่อหมุนตามเข็มนาฬิกา ตำแหน่งของเกียร์ก็จะอยู่ตำแหน่งหนึ่ง แต่เมื่อหมุนทวนเข็มนาฬิกา ตำแหน่งของฟันเฟืองเกียร์มิใช่อยู่ในตำแหน่งเดิม แต่เปลี่ยนตำแหน่งเล็กน้อย ค่า Backlash ควรมีค่าน้อยที่สุด อย่างไรก็ตามค่านี้ไม่สามารถทำให้หมดไปได้ เนื่องจากเป็นข้อจำกัดของชิ้นส่วนทางกลที่ต้องมี Clearance เข้ามาเกี่ยวข้องเสมอ โดยเฉพาะอุปกรณ์ที่เป็นกลไกหรือแบบ Non-Rigid Mechanism
2ที่มา Control valve handbook , third edition , FISHER Controls international LLC,USA
