// บทที่ 20.19 · Sensors & Transducers · Selection, Installation & Calibration

เลือก ติดตั้ง และสอบเทียบเครื่องมือวัด

Q: การสอบเทียบ (calibration) กับการปรับแต่ง (adjustment) ต่างกันอย่างไร?

ตามนิยามของ VIM การสอบเทียบคือการเปรียบเทียบค่าที่เครื่องมือแสดงกับมาตรฐานอ้างอิงที่สอบกลับได้ และบันทึกผลพร้อมความไม่แน่นอน ส่วนการปรับแต่งคือการแก้ไขเครื่องมือให้ค่าตรงขึ้น เช่น zero trim หรือ span trim การสอบเทียบจึงไม่ได้แปลว่าต้องปรับเสมอ แนวปฏิบัติที่ดีคือบันทึกผลก่อนปรับ (as-found) ปรับเมื่อจำเป็น แล้วบันทึกผลหลังปรับ (as-left)

Q: IP67 ต่างจาก IP68 อย่างไร?

ตัวเลขแรก 6 ในทั้งสองแบบหมายถึงกันฝุ่นได้สมบูรณ์ ตัวเลขที่สองต่างกัน 7 คือทนการจุ่มน้ำชั่วคราวที่ความลึก 1 เมตรเป็นเวลา 30 นาทีตามวิธีทดสอบของ IEC 60529 ส่วน 8 คือทนการจุ่มต่อเนื่องตามเงื่อนไขที่ผู้ผลิตกับผู้ใช้ตกลงกันซึ่งต้องรุนแรงกว่า 7 จึงต้องอ่านเงื่อนไขของแต่ละรุ่น และ IPX7/IPX8 ไม่ได้รับประกันว่าทนน้ำฉีดแรงดันสูง (IPX5, IPX6)

Q: SIL คืออะไร เซนเซอร์มี SIL ได้ไหม?

SIL (Safety Integrity Level) ตาม IEC 61508 และ IEC 61511 เป็นระดับความน่าเชื่อถือที่กำหนดให้กับฟังก์ชันความปลอดภัยทั้งวง (เซนเซอร์ ลอจิก และอุปกรณ์ขั้นสุดท้าย) ไม่ใช่กับอุปกรณ์เดี่ยว ผู้ผลิตเซนเซอร์จะระบุว่าอุปกรณ์ 'เหมาะสำหรับใช้ใน' ฟังก์ชัน SIL ระดับใด พร้อมข้อมูลอัตราความล้มเหลวที่ใช้คำนวณ PFDavg ของทั้งวง

เครื่องมือวัดที่แม่นที่สุดก็ให้ค่าผิดได้ถ้าเลือกวัสดุผิด ติดตั้งผิดตำแหน่ง หรือไม่เคยสอบเทียบ หน้านี้รวมสิ่งที่วิศวกรและช่างวัดคุมต้องตรวจตั้งแต่ใบสั่งซื้อจนถึงวันส่งมอบ: การป้องกันฝุ่นน้ำ พื้นที่อันตราย ความปลอดภัยเชิงหน้าที่ และการสอบเทียบที่ถูกวิธี

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต 14 ต.ค. 2569

ใบบันทึกสอบเทียบ เช็กลิสต์เลือก IP พื้นที่อันตราย SIL ลูปเช็ก

เช็กลิสต์การเลือกเครื่องมือวัด พื้นฐาน

หมวด	คำถามที่ต้องตอบ
กระบวนการ	ของไหลอะไร สถานะ (ของเหลว แก๊ส ไอ สลัดจ์) ความดันและอุณหภูมิต่ำสุด–ปกติ–สูงสุด ความหนาแน่น ความหนืด ความนำไฟฟ้า มีของแข็งหรือฟองหรือไม่
ช่วงและความแม่น	ช่วงใช้งานจริง ค่าปกติอยู่ตรงไหนของช่วง ความแม่นที่ต้องการเพื่อการควบคุม การซื้อขาย หรือความปลอดภัย
วัสดุ	ส่วนที่สัมผัสของไหลทนการกัดกร่อน (316L, Hastelloy, PTFE ฯลฯ) ซีลและปะเก็นเข้ากันได้
การต่อกระบวนการ	หน้าแปลน เกลียว แคลมป์สุขาภิบาล ขนาดและพิกัดความดัน
สัญญาณ	4–20 mA/HART ฟิลด์บัส Modbus IO-Link การจ่ายไฟ สายและระยะ
สภาพแวดล้อม	IP อุณหภูมิแวดล้อม แสงแดด การสั่น การกัดกร่อนภายนอก พื้นที่อันตราย
ความปลอดภัย	เป็นส่วนของฟังก์ชันความปลอดภัย (SIF) หรือไม่ ต้องการ SIL ระดับใด
การบำรุงรักษา	เข้าถึงได้ไหม ถอดได้โดยไม่หยุดกระบวนการไหม อะไหล่ เครื่องมือตั้งค่า ทักษะของทีม

รหัส IP ตาม IEC 60529 พื้นฐาน

ตัวเลขแรก (ของแข็ง)	ความหมาย	ตัวเลขที่สอง (น้ำ)	ความหมาย
0	ไม่ป้องกัน	0	ไม่ป้องกัน
1–4	วัตถุ ≥ 50 mm ถึง ≥ 1 mm	1–2	หยดน้ำแนวดิ่ง/เอียง 15°
5	กันฝุ่นบางส่วน (ไม่รบกวนการทำงาน)	3–4	ละอองน้ำ · น้ำสาด
6	กันฝุ่นสมบูรณ์	5–6	ฉีดน้ำ · ฉีดน้ำแรง
		7	จุ่มชั่วคราว (1 m, 30 นาที)
		8	จุ่มต่อเนื่องตามเงื่อนไขผู้ผลิต

IP69K สำหรับการล้างด้วยน้ำร้อนแรงดันสูง (โรงงานอาหาร) มาจากมาตรฐานยานยนต์ ISO 20653 ไม่ใช่ IEC 60529 ส่วนในสหรัฐฯ ใช้ระดับ NEMA Type ซึ่งรวมเงื่อนไขอื่นเช่นการกัดกร่อนและน้ำแข็ง เทียบกับ IP แบบหนึ่งต่อหนึ่งไม่ได้ ข้อสำคัญคือ IP ของเครื่องจะได้ตามสเปกต่อเมื่อปิดฝาและใช้เคเบิลแกลนด์ที่ถูกต้อง

พื้นที่อันตราย (Ex) และความปลอดภัยในตัว กลาง

หัวข้อ	รายละเอียด
โซนแก๊ส (IEC 60079-10-1)	Zone 0: มีบรรยากาศระเบิดได้ต่อเนื่องหรือเป็นเวลานาน · Zone 1: เกิดได้ในการทำงานปกติ · Zone 2: ไม่น่าเกิดและถ้าเกิดก็สั้น (ฝุ่น: Zone 20/21/22)
กลุ่มแก๊ส	IIA (เช่น โพรเพน) · IIB (เช่น เอทิลีน) · IIC (ไฮโดรเจน อะเซทิลีน) — อุปกรณ์ IIC ใช้กับ IIB และ IIA ได้
คลาสอุณหภูมิ	อุณหภูมิผิวสูงสุด T1 450 °C · T2 300 °C · T3 200 °C · T4 135 °C · T5 100 °C · T6 85 °C ต้องต่ำกว่าอุณหภูมิจุดติดไฟเองของสาร
วิธีป้องกัน	Ex d ทนระเบิด (flameproof) · Ex e เพิ่มความปลอดภัย · Ex i ปลอดภัยในตัว (ia ใช้ได้ถึง Zone 0) · Ex p อัดอากาศ · Ex ec สำหรับ Zone 2 · Ex m หุ้มด้วยเรซิน
การรับรอง	ระบบสากล IECEx · ยุโรป ATEX (Directive 2014/34/EU) · สหรัฐฯ ใช้ระบบ Class/Division ตาม NEC Article 500 หรือ Zone ตาม Article 505

ตัวอย่างการอ่านป้าย: Ex ia IIC T4 Ga = ปลอดภัยในตัวระดับ ia ใช้กับแก๊สทุกกลุ่ม ผิวไม่เกิน 135 °C ระดับการป้องกันอุปกรณ์ Ga (เหมาะกับ Zone 0) ความปลอดภัยในตัวทำงานโดย จำกัดพลังงาน ในวงจรให้ต่ำจนไม่อาจจุดระเบิดได้แม้เกิดความผิดพลาด จึงต้องตรวจพารามิเตอร์ระหว่างแบเรียร์ (แหล่งจ่าย) กับอุปกรณ์ภาคสนามและสาย

K1 Intrinsic safety entity check การตรวจพารามิเตอร์ความปลอดภัยในตัว

U_o \le U_i,\quad I_o \le I_i,\quad P_o \le P_i,\quad C_o \ge C_i + C_\text{cable},\quad L_o \ge L_i + L_\text{cable}

ตัวอย่าง K-1

แบเรียร์ 28 V/93 mA/0.65 W (IIC: C_o 83 nF, L_o 4.2 mH) กับทรานสมิตเตอร์ U_i 30 V, I_i 100 mA, P_i 0.75 W, C_i 5 nF, L_i ≈ 0

แรงดัน กระแส กำลัง: 28 ≤ 30 · 93 ≤ 100 · 0.65 ≤ 0.75 ✓
สาย 200 m ที่ 180 pF/m และ 1 µH/m: $C = 5 + 36 = 41\ \text{nF} \le 83$ ✓ · $L = 0.2\ \text{mH} \le 4.2$ ✓
ความยาวสายสูงสุดตามความจุ: $(83 - 5)/0.18 = 433\ \text{m}$ — ในกลุ่ม IIC ความจุของสายมักเป็นข้อจำกัดแรก
ตรวจงบแรงดันลูป 4–20 mA ด้วย เพราะแบเรียร์ Zener มีความต้านทานภายใน (ดู ตัวอย่าง I-2)

ความปลอดภัยเชิงหน้าที่: SIL และ PFDavg ขั้นสูง

IEC 61508 คือมาตรฐานแม่ของความปลอดภัยเชิงหน้าที่ของระบบไฟฟ้า/อิเล็กทรอนิกส์/โปรแกรมได้ และ IEC 61511 นำมาใช้กับอุตสาหกรรมกระบวนการ ฟังก์ชันความปลอดภัย (SIF) หนึ่งฟังก์ชันประกอบด้วยเซนเซอร์ ลอจิกโซลเวอร์ และอุปกรณ์ขั้นสุดท้าย เช่น "ความดันสูงเกิน (PT) → ตัดวาล์วขาเข้า"

SIL	PFDavg (low demand)	Risk reduction factor
1	10⁻² ถึง < 10⁻¹	10–100
2	10⁻³ ถึง < 10⁻²	100–1 000
3	10⁻⁴ ถึง < 10⁻³	1 000–10 000
4	10⁻⁵ ถึง < 10⁻⁴	10 000–100 000

K2 Simplified PFDavg ความน่าจะเป็นที่จะล้มเหลวเมื่อถูกเรียกใช้ (สูตรประมาณ)

PFD_\text{avg,1oo1} \approx \frac{\lambda_{DU}\,T_I}{2} \qquad PFD_\text{avg,1oo2} \approx \frac{(\lambda_{DU}\,T_I)^2}{3}

ตัวอย่าง K-2

ทรานสมิตเตอร์ λ_DU = 2 × 10⁻⁷ ต่อชั่วโมง ทดสอบพิสูจน์ (proof test) ทุก 1 ปี

$\lambda_{DU}T_I = 2\times10^{-7} \times 8760 = 1.75\times10^{-3}$
1oo1: $PFD_\text{avg} = 8.8\times10^{-4}$ (RRF ≈ 1140) — ส่วนของเซนเซอร์ตัวเดียวก็เกือบใช้งบ SIL 3 ทั้งวงไปหมด
1oo2 (สองตัว ตัวใดตัวหนึ่งสั่งตัดได้): $\approx 1.0\times10^{-6}$ — แต่สูตรนี้ยังไม่รวมความล้มเหลวร่วม (common cause, β) ซึ่งในทางปฏิบัติมักครอบงำผล
การคำนวณจริงต้องรวมลอจิกและวาล์ว ข้อจำกัดเชิงสถาปัตยกรรม (HFT, SFF) และความครอบคลุมของการทดสอบ — ใช้ตัวอย่างนี้เพื่อเข้าใจขนาดของตัวเลขเท่านั้น

EMC: เครื่องมือวัดในอุตสาหกรรมทดสอบตาม IEC 61326-1 (และ IEC 61326-2-3 สำหรับทรานส์ดิวเซอร์) อ้างอิงวิธีทดสอบชุด IEC 61000-4-x ส่วน NAMUR NE 21 กำหนดเกณฑ์ที่เข้มกว่าสำหรับอุปกรณ์ในอุตสาหกรรมกระบวนการ

การสอบเทียบ 5 จุด: as-found, as-left และ TUR กลาง

รูป 1 · ชุดสอบเทียบทรานสมิตเตอร์ความดัน มาตรฐานอ้างอิงต้องแม่นกว่าเครื่องที่ทดสอบหลายเท่า

K3 Error in % of span ความคลาดเป็นเปอร์เซ็นต์ของช่วง

e = \frac{I_\text{read} - I_\text{ideal}}{16\ \text{mA}}\times 100\,\% \qquad I_\text{ideal} = 4 + 16\,\frac{x_\text{ref} - LRV}{URV - LRV}

K4 Test uncertainty ratio อัตราส่วนความไม่แน่นอนในการทดสอบ

TUR = \frac{\text{เกณฑ์ยอมรับของเครื่องที่ทดสอบ}}{\text{ความไม่แน่นอนของการสอบเทียบ}} \;\ge\; 4

เตรียม: ใบงาน ข้อมูลช่วง LRV/URV เกณฑ์ยอมรับ มาตรฐานอ้างอิงที่ใบรับรองยังไม่หมดอายุ แจ้งฝ่ายเดินเครื่องและสลับลูปเป็น manual หรือ bypass อินเตอร์ล็อกตามขั้นตอนอนุญาตทำงาน
as-found: ป้อน 0, 25, 50, 75, 100 % ขาขึ้น แล้วขาลง บันทึกโดย ไม่ปรับอะไร — ข้อมูลนี้บอกว่าช่วงที่ผ่านมาเครื่องคลาดแค่ไหน และใช้ประเมินช่วงเวลาสอบเทียบ
ตัดสิน: ถ้าทุกจุดอยู่ในเกณฑ์ ไม่ต้องปรับ ถ้าเกินให้ zero trim/sensor trim/output trim ตามขั้นตอนของผู้ผลิต
as-left: ทดสอบซ้ำครบทุกจุดหลังปรับ แล้วบันทึก
ปิดงาน: ติดป้ายสอบเทียบ คืนลูปเป็น auto ยืนยันค่าบนจอควบคุม

ลองกรอกค่ากระแสที่อ่านได้ในใบบันทึกด้านล่าง ปุ่มตัวอย่างแสดงรูปแบบความคลาดสามแบบ: ศูนย์เลื่อน ช่วงผิด และหลังปรับ

ความสามารถสอบกลับ (traceability) ของมาตรฐานอ้างอิงต้องต่อเนื่องถึงมาตรฐานแห่งชาติ (ในไทยคือสถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ) ผ่านห้องปฏิบัติการที่ได้รับการรับรองตาม ISO/IEC 17025 — รายละเอียดอยู่ที่ มาตรวิทยาและการสอบกลับ

ลูปเช็กก่อนส่งมอบ และการแก้ปัญหาหน้างาน พื้นฐาน

ตรวจสายตาม loop diagram: ขั้ว ขั้วต่อ ชีลด์ต่อปลายเดียว ความต้านทานฉนวน
จ่ายไฟลูป วัดแรงดันที่ขั้วทรานสมิตเตอร์ให้มากกว่าค่าต่ำสุดที่กระแสสูงสุด
ใช้ loop calibrator หรือ HART communicator สั่งกระแส 4, 8, 12, 16, 20 mA ยืนยันค่าบนจอ DCS/PLC ทุกจุด (ตรวจสเกลและหน่วย)
สั่ง 3.6 mA และ 21 mA ยืนยันว่าระบบแสดงความผิดพลาดและลูปทำงานตามที่ออกแบบ (NE 43)
ตรวจสัญญาณเตือน (H, L, HH, LL) และอินเตอร์ล็อก
สำหรับเอาต์พุต: สั่งวาล์ว 0–25–50–75–100 % ดูตำแหน่งจริงและทิศการทำงาน (air-to-open/close)

อาการ	สาเหตุที่พบบ่อย
ค่าคงที่ 0 mA หรือ BAD	สายขาด ฟิวส์ขาด ขั้วหลวม ขั้วสลับ
ค่าค้างที่ 3.8 หรือ 20.5 mA	ช่วงตั้งผิด (เช่น ลืมตั้ง LRV ติดลบของขาเปียก) ค่ากระบวนการเกินช่วงจริง
ค่าแกว่งรบกวน	ชีลด์ต่อสองปลาย กราวด์ลูป สายใกล้สายมอเตอร์ damping น้อยเกิน
ค่าเพี้ยนคงที่	ศูนย์เลื่อนจากตำแหน่งติดตั้ง/ซีล ความหนาแน่นผิด อ่าน 2 สายแทน 3 สาย
ค่าตอบสนองช้า	ท่อนำความดันอุดตันบางส่วน damping นานเกิน ปลอก thermowell หนาเกิน

ฝึกวินิจฉัยความผิดพลาดเหล่านี้แบบไม่มีความเสี่ยงที่ แล็บวัดคุมเสมือน

แหล่งอ้างอิง

IEC 60529 Degrees of protection provided by enclosures (IP Code) · ISO 20653 (IP69K)
IEC 60079 (ชุด) Explosive atmospheres · Directive 2014/34/EU (ATEX) · IECEx
IEC 61508 (ชุด) Functional safety of E/E/PE safety-related systems · IEC 61511 (ชุด) Process sector
IEC 61326-1 EMC requirements for measurement, control and laboratory use · NAMUR NE 21
ISO/IEC 17025 · JCGM 200 (VIM) นิยาม calibration และ adjustment

คำถามที่พบบ่อย

การสอบเทียบ (calibration) กับการปรับแต่ง (adjustment) ต่างกันอย่างไร?