ความรู้เบื้องต้นของระบบนิวแมติก.
 

คุณสมบัติของนิวแมติกเมื่อเปรียบเทียบกับไฮดรอลิก เนื่องจากระบบนิวแมติกและระบบไฮดรอลิกมีความสัมพันธ์ซึ่งเป็นลักษณะของพลังงานของไหลเหมือนกัน เมื่อนำเอาระบบนิวแมติก
เปรียบเทียบกับระบบโฮดรอลิกจะมีข้อแตกต่างกันดังนี้
1. ความดันใช้งานของลมอัดในระบบนิวแมติกมีค่าอยู่ระหว่าง 6 ถึง 7 บาร์ แต่ถ้าต้องการความดันใช้งานสูงกว่านี้ก็ได้แต่ไม่เกิน 10 บาร์ ซึ่งน้อยกว่าความดันใช้งานของระบบไฮดรอลิกมาก จึงเหมาะกับการใช้การงานเบา ๆ เท่านั้น
2. ลมอัดมีการยุบตัวมากกว่าน้ำมันในระบบไฮดรอลิก ดังนั้นเมื่อมีการหยุดค้าง ตำแหน่งในระหว่างระยะชักจึงไม่ดีเท่าที่ควร
3. ความต้านทานการไหลของลมอัดในท่อทางส่งมีค่าน้อยกว่าความต้านทานการไหลของน้ำมันในระบบไฮดรอลิก จึงสามารถเคลื่อนที่ได้เร็ว
4. ระบบนิวแมติกมีความสะอาดมากกว่าระบบไฮดรอลิกมาก เพราะระบบไฮดรอลิกมีการรั่วไหลของน้ำมันเกิดขึ้น และอาจเกิดอันตรายจากการติดไฟของน้ำมันได้
5. โดยทั่วไปในโรงงานอุตสาหกรรมมักจะใช้ลมอัดใช้งานประเภทอื่นอยู่แล้ว ดังนั้นจึงเป็นการสะดวกที่จะนำเอาระบบนิวแมติกมาใช้ ซึ่งค่าใช้จ่ายในการเดินท่อทางส่งลมอัดมีราคาถูกกว่า ถ้าต้องการจะนำเอาระบบไฮดรอลิกมาใช้ในโรงงาน จะต้องหาปั๊มไฮดรอลิกมาใช้งาน และค่าใช้จ่ายในการเดินท่อทางส่งน้ำมันไฮดรอลิกมีราคาสูงมาก
6. ระบบนิวแมติกสามารถใช้งานในขณะที่อุณหภิมของลมอัดสูงได้ถึง 160 ๐C โดยขึ้นอยู่กับลักษณะการใช้งานและอุปกรณ์ทำงาน ส่วนในระบบไฮดรอลิก น้ำมันที่ใช้ในการส่งถ่ายจะมีอุณหภูมิสูงไม่เกิน 70 ๐C
การเปรียบเทียบระบบนิวแมติกระบบการทำงานอื่น ๆ
เนื่องจากในงานอุตสาหกรรม การบังคับการทำงานด้วยระบบกลไก ระบบไฟฟ้า ระบบอิเล็กทรอนิกส์ ระบบไฮดรอลิก และระบบนิวแมติก
ซึ่งแต่ละระบบก็มีข้อดีข้อเสียแตกต่างกันไปดังรายละเอียด

ตาราง PNEUMATIC - INTRO -1  

รายละเอียดของระบบ

บังคับการทำงานด้วยระบบ

กลไก

ไฟฟ้า /

อิเล็กทรอนิกส์

ไฮดรอลิก

นิวแมติก

ระบบขับเคลื่อน

โครงสร้าง

ค่อนข้างซับซ้อน

ค่อนข้างซับซ้อน

ค่อนข้างซับซ้อน

ง่าย

ความสามารถ

ดีมาก

ดีมาก

ดี

ดี แต่ต้องระวัง

เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง

ง่าย

ง่าย

ยาก

ง่าย

เคลื่อนที่แบบหมุน

ง่าย

ง่าย

ค่อนข้างยาก

ค่อนข้างยาก

กำลังขับ

น้อย - มาก

น้อย - มาก

กลาง-มาก

น้อย - กลาง

การปรับกำลังขับ

ยาก

ยาก

ง่าย

ง่าย

การบำรุงรักษา

ง่าย

ต้องใช้เทคโนโลยี

ค่อนข้างง่าย

ง่าย

ความเร็วคงที่

ดีมาก

ดี

ดี

ไม่คงที่ความดันต่ำ

การรับภาระเกิน

กำหนด (overload)

ค่อนข้างยาก

ยาก

ค่อนข้างยาก

ง่าย

การเลือกรูปแบบ

การติดตั้ง

น้อย

กลาง

มาก

มากกว่า

การใช้อุปกรณ์ช่วยทำงาน

เมื่อขาดกระแสไฟฟ้า

ค่อนข้างจะ

เป็นไปได้

ยาก

เป็นไปได้

เป็นไปได้

 

 

 

ระบบการบังคับ

การส่งสัญญาณ

ยาก

ง่าย

ค่อนข้างยาก

ง่าย

การป้องกันการติดไฟ

ดี

ต้องใช้อุปกรณ์ช่วย

ดี

กลาง

ความรู้สึกไวต่อความชื้น

น้อย

มาก

น้อย

ต้องระบายออก

ความรู้สึกไวต่ออุณหภูมิ

น้อย

มาก

กลาง

น้อย

การเลือกวิธีการบังคับ

น้อย

มากกว่า

น้อย

มาก

การคำนวณระบบ

น้อย

มาก

น้อย

กลาง

การคำนวณความเร็ว

สูง

สูงมาง

กลาง

กลาง

การคำนวณการบังคับ

อะนาลอก(ดิจิตอล)

ดิจิตอล(อะนาลอก)

อะนาลอก

ดิจิตอล(อะนาลอก)

ช้อเสียเมื่อเกิดการสั่นสะเทือน

ปกติ

มีผลเสีย

ปกติ

ปกติ

Head


อุปกรณ์ของระบบนิวแมติก
การทำงานของระบบนิวแมติกจะประกอบไปด้วยอุปกรณ์ต่าง ๆ ดังนี้

รูปที่ PNEUMATIC-INTRO-1
อุปรณ์และระบบนิวแมติก.

1. เครื่องอัดลม (air compressor) คือเครื่องมือที่เปลี่ยนพลังงานจากพลังงานไฟฟ้าเป็นลมอัด ทำให้มีความดันสูงกว่าความดัน
บรรยากาศ แบ่งขนาดความสามารถของเครื่องอัดลมออกเป็น 3 ขนาด คือ ขนาดเล็ก ขนาดกลาง และขนาดใหญ่ ดังแสดงใน ตาราง PNEUMATIC - INTRO -1 ความสามารถเครื่องอัดลมในการสร้างความดันลมอัดได้ถึง 10 บาร์ โครงสร้างของเครื่องอัดเลมแบ่งออกเป็นลูกสูบ และแบบสกรู ฯลฯ ซึ่งท่านสามารถหารายละเอียดได้ในหัวข้อ เครื่องอัดลม
2. เครื่องระบายความร้อนลมอัด (heat exchanger) เนื่องจากเครื่องอัดลมจะดูดเอาอากาศที่ความดันบรรยากาศด้วย
ปริมาตร ประมาณ 8 ลูกบาศก์เมตรไปอัดให้มีความดันสูงขึ้น 7 ถึง 10 เหลือปริมาตรของอากาศประมาณ 1 ลูกบาศก์เมตร ดังนั้นอากาศที่มีความดันสูงนี้จะมีอุณหภูมิสูง ถ้าใช้ลมอัดนี้ไปใช้งานโดยตรงจะสร้างความเสียหายให้แก่ซีลต่าง ๆ ของอุปกรณ์ จึงจำเป็นจะต้องลดอุณหภูมิของลมอัดด้วยเครื่องระบายความร้อน
3. เครื่องกรองท่อเมน (main air filter) จะเป็นตัวรองฝุ่นละออง สนิม และน้ำที่มีปะปนมากับลมอัดให้สะอาดก่อนนำไป ใช้งาน
และก่อนที่ จะไปใช้กับ เครื่องจักรในระบบนิวแมติก
4. เครื่องทำลมให้แห้ง (air dryer) ลมอัดที่ออกจากเครื่องอัดลมจะมีความชื้นปนอยู่มาก ดังนั้นจึงจำเป็นจะต้องทำลมอัดให้เย็น
ลงเพื่อ จะดูดเอา ความชื้นออกจากลมอัด หรืออาจจะใช้สารเคมีในการขับความชื้นออกจากลมอัดก็ได้ ความชื้นที่ถูกดูดออกมาจะกลั่นตัวเป็นน้ำ และถูกนำออกมาทิ้งออกจากระบบด้วย กับดักน้ำ (trap)
5. กรองลม (air filter) จะทำหน้าที่คล้ายกับเครื่องกรองลมในท่อเมนเพื่อป้องกันการเสียหายของอุปกรณ์ที่ใช้ลม ในกรณีที่
ไม่มีเครื่อง ทำลมให้แห้ง ตัวกรองลมนี้จะทำหน้าที่ดักน้ำที่ปนมากับลมด้วย
6. วาล์วลดความดัน (pressure reducing valve) เครื่องอัดลมจะทำหน้าที่อัดลมไว้ในถังพักให้มีค่าความดันอยู่ค่าหนึ่ง
ซึ่งค่าความดันนี้จะมีค่ามากกว่าค่าความดันใช้งานเล็กน้อย ดังนั้นในการใช้งานจึงจะเป็นจะต้องลดค่าความดันลงมาโดยใช้วาล์วความดันทำหน้าที่ดังกล่าว
7. อุปกรณ์ผสมน้ำมันหล่อลื่น (oil lubricator) เนื่องจากในอุปกรณ์นิวแมติกส่วนใหญ่จะต้องมีการหล่อลื่นชิ้นส่วนภายใน
จึงจำเป็นที่จะต้องให้มีน้ำมันหล่อลื่นปนไปกับลมอัดเพื่อทำการหล่อลื่น แต่ในงานบางประเภทของระบบนิวแมติกห้ามมีน้ำมันหล่อลื่นปนไปกับลมอัด เช่นงานด้านผลิตอาหาร หรือ อุปกรณ์นิวแมติกบางประเภทก็ห้ามมีน้ำมันหล่อลื่นปนไปกับลมอัด
โดยปกติแล้ว กรองลม วาล์วความดัน และอุปกรณ์ผสมน้ำมันหล่อลื่นมักจะรวมอยู่ในชุดเดียวกัน เรียกว่า ชุดปรับคุณภาพลม
(service unit)
8. อุปกรณเก็บเสียง (air silencer) ลมอัดเมื่อถูกใช้งานแล้วจะระบายทิ้งออกสู่บรรยากาศโดยออกมาทางรูระบาย ถ้าไม่มีตัว
เก็บเสียง มาติดตั้งที่รุระบายแล้ว เมื่อลมอัดถูกระบายทิ้งออกสู่บรรยากาศจะมีเสียงดัง
9. วาล์วเปลี่ยนทิศทางลม (air flow change valve) จะทำหน้าที่เปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่อุปกรณ์การทำงานของ
ระบบนิวแมติก เช่น กระบอกสูบนิวแมติกเลื่อนออกหรือเลื่อนเข้า มอเตอร์นิวแมติกหมุนทางซ้ายหรือหมุนทางขวา วิธีการบังคับเปลี่ยนทิศทางนั้นอาจจะใช้การป้อนสัญญาณไฟฟ้า หรือการป้อนลมอัด บังคับให้เคลื่อนที่เปลี่ยนทิศทางการไหลของลม
10. วาล์วบังคับความเร็ว (speed control valve) จะทำหน้าที่บังคับลมอัดให้เคลื่อนที่เร็วหรือช้า โดยการปรับปริมาตร
ลมอัดให้ ได้มากน้อยตามต้องการ ซึ่งมีผลทำให้ก้านสูบเคลื่อนที่ออกเร็วหรือช้า รวมทั้งการหมุนของมอเตอร์นิวแมติกอีกด้วย บางครั้งเรียกวาล์วประเภทนี้ว่า วาล์วควบคุมการไหล (flow contral)
11. กระบอกสูบ (air cylinder) เป็นอุปกรณ์การทำงานของนิวแมติกชนิดหนึ่งในจำนวนหลายแบบ ตัวกระบอกสูบลมจะทำ
หน้าที่เปลี่ยน รูปของพลังงานลมอัดให้อยู่ในรูปของพลังงานกล โดยทั่วไปกระบอกสูบลมอัดมีอยู่หลายชนิด แต่ทีนิยมใช้มักจะเป็นกระบอกสูบทำงานแบบ 2 ทาง
Head

กฏเบื้องต้นของระบบนิวแมติก
ในระบบนิวแมติกที่กล่าวถึงนี้จะมีความสัมพันธ์กันอยู่ระหว่าง แรง อุณหภูมิ ความดัน และปริมาตร ดังนั้นกฏเบื้องต้นของนิวแมติก จึง
ได้แก่ กฏการถ่ายความดันของปาสคาล (Pascal 's Law) กฏปริมาตรและกฏความดันของบอยส์ (Boyle 's Law) ก่อนที่จะกล่าวถึงกฏต่าง ๆ ใคร่จะขอกล่าวพื้นฐานทางฟิสิกส์ของระบบนิวแมติกเสียก่อน
ความดัน ความดันบรรยากาศในแต่ละแห่งของพื้นผิวโลก มีค่าแตกต่างกันตามสภาพของระดับความสูง และสภาพภูมิอากาศ แต่ปกติ
ทั่วไปถือว่าความดันที่ระดับน้ำทะเลเป็นความดันบรรยากาศ การหาค่าความดันบรรยากาศเราสามารถหาได้จากเครื่องมือหลายชนิด เช่น เกจวัความดัน บาโรมิเตอร์ หรือแมนโนมิเตอร์
หน่วยวัดความดันในทางเทคนิคโดยทั่วไปคือ กิโลปอนด์ / ตารางเซนติเมตร (kp / cm2) หรือวัดเป็นบรรยกาศทางเทคนิค (at)
1 at = 1 kp / cm2 = 10 m ควมสูงของน้ำ
แต่หน่วยความดันที่นิยมใช้ในระบบ SI มีหน่วยดังนี้
1 Pa (ปาสคาล) = 1 N /m2 = 10- 5 bar
1 = 1 kp / cm2 = 1 bar
เนื่องจากความสูงของระดับพื้นโลกในแต่ละท้องที่ไม่เท่ากัน หากวัดความดันจาก 0 at ไปจนถึงระดับความดันบรรยากาศ เรียกว่า
ความดันสุญญากาศ (vacuum) และถ้าเหนือความดันบรรยากาศขึ้นไปเรียกว่า ความดันเกจ (gauge pressure) ดังรูปที่ PNEUMATIC-INTRO-2 เราสามารถหาค่าความดันสมบูรณ์ได้จากสมการต่อไปนี้

รูปที่ PNEUMATIC-INTRO-2
การอ่านค่าระดับสุญญากาศ.

ในกรณีที่ความดันที่อ่านจากเครื่องมือวัดสุญญากาศมีค่าเป็นบวก
ความดันสมบูรณ์ = ความดันบรรยากาศ + ความดันเกจ …..1
และถ้ากรณีที่ความดันที่อ่านจากเครื่องมือวัดสุญญากาศมีค่าเป็นลบ
ความดันสมบูรณ์ = ความดันบรรยากาศ - ความดันเกจ …...2
โดยที่ความดันสมบูรณ์ คือความดันที่มีค่าเป็นศูนย์ที่สุญญากาศสัมบูรณ์ ใช้ตัวอย่ Pabs
ความดันบรรยากาศ คือค่าความดันที่บรรยากาศ มีค่า 1.013 บาร์ (ระบบ SI) 1.033 กิโลกรัมแรงต่อตารางเซนติเมตร (ระบบแมติก)
และ 14.7 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (ระบบอังกฤษ) ใช้ตัวย่อ Patm
ความดันเกจ คือค่าความดันที่มีค่าเป็นศูนย์ที่ความดันบรรยากาศ ใช้ตัวย่อ Pg


ตาราง PNEUMATIC - INTRO -2   เปรียบเทียบหน่วยวัดค่าความดัน

Pa

bar

kgf/cm2

atm

mm: H2 o

mm:Hg

1

1 x10-5

1.01972 x 10-5

9.86923 x 10-6

1.01972 x 10-1

7.50062 x 10-3

1 x 10-5

1

1.01972

9.86923 x 10-1

10.1972 x 10-4

7.50062 x 102

9.80665 x 10-4

9.80665 x 10-4

1

9.67841 x 101

1.0000 x 10-4

7.35559 x 102

1.01325 x 105

1.01325

1.03323

1

1.03323 x 104

7.60000 x 102

9.80665

9.80665 x 10-5

1 x 104

9.67841 x 10-5

1

7.35559 x 10-2

1.33222 x 102

1.33222 x 10-5

1..35951 x 103

1.31579 x 103

1.35951 x 10

1

หมายเหตุ หน่วยวัดค่าความดันไม่ว่าจะเป็นค่าความดันอะไรก็ตาม หน่วยวัดจะมีค่าเป็น แรงต่อพื้นที่ เสมอ

ความชื้น คือจำนวนปริมาณของน้ำที่ปะปนอยู่ในอากาศ จะสามารถรวมตัวและกลั่นตัวเป็นหยดน้ำได้ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและสภาวะของ
อากาศ ในขณะนั้น ๆ ค่าความชื้นจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิต่ำลงและค่าความชื้นจะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ค่าความชทชื้นสัมพัทธ์มีหน่วยเป็นเปอร์เซนต์ สามารถหาได้จากสมการต่อไปนี้

ค่าความชื้นสัมพัทธ์ = ค่าความชื้นที่วัดได้ / ค่าความชึ้นสัมบูรณ์
โดยที่ ค่าความชื้นที่วัดได้ คือการกลายเป็นไอของน้ำในปริมาตรและอุณหภูมิขณะนั้น มีหน่วยเป็นกรัมต่อลูกบาศก์เมตร
ค่าความชื้นสัมบูรณ์ คือจำนวนสูงสุดของการกลายเป็นไอน้ำที่อากาศสามารถรับไว้ได้จนถึงจุดอิ่มตัว มีหน่วยเป็นกรัมต่อลูกบาศก์เมตร

อุณหภูมิ เป็นคุณสมบัติที่แสดงถึงความร้อยของสารตัวกลางที่สภาวะต่าง ๆ หน่วยของอุณหภูมิที่ใช้กันทั่วไปคือ ในระบบ SI
อุณหภูมิสัมบูรณ์มีหน่วยเป็นองศาเคลวิน (Kelvin ; K)
K = องศา + 273 …..3
แรง จากกฏการเคลื่อนที่ข้อที่ 2 ของนิวตันจะได้ความสัมพันธ์ดังนี้
แรง = (ค่าคงที่) . (มวลสาร) . (ความเร็ว)
ในระบบ SI ค่าคงที่มีค่าเท่ากับ 1
แรง = (มวลสาร) . (ความเร็ว)
ในระบบ SI หน่วยของแรงมีหน่วยเป็นนิวตัน ใช้ตัวย่อ N
1 N = kg.m/sec2
ในการคำนวณทางเทคนิดใช้ค่าประมาณ 1kp = 10 N

ตาราง PNEUMATIC - INTRO -3  หน่วยต่าง ๆ ในระบบนิวแมติก

หน่วย

สัญลักษณ์

หน่วยทางเทคนิค

หน่วยทาง SI

แรง

F

kp

N
1 N = 1kg.m/s2

พื้นที่

A

m2

m2

ปริมาตร

V

m3

m3

อัตราการไหล

Q

m3/s

m3/s

ความดัน

P

Kp/cm2

Pa (Pascal)
Pa = 1 N
1 Pa = 105 bar

Head



G. PRECISION ENGINEERING LTD.,PART.
26/27 MOO.9 BYPASS ROAD , TUMBOL NAPA
AMPHUR MUANG ,CHONBURI 20000 THAILAND.
TEL :038-441-348 , 087-9182311 , 081-6446767
FAX : 038-441-349
Website : http://www.Gprecision.net
E-mail : info@gprecision.net