โปรเจคออกแบบเครื่องอบแดดเดียว

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงาน ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา

ชื่อโครงงาน การออกแบบเครื่องอบปลาแห้งแดดเดียว
โดย นาย จิณณวัตร ผดุงกิจจานนท์ เลขประจ าตัว 5930301123
ชื่อปริญญา วิศวกรรมศาสตร์บัณฑิต
สาขา วิศวกรรมเครื่องกลและการออกแบบ
ปีการศึกษา 2562
อาจารย์ที่ปรึกษา อาจารย์ ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา

บทคัดย่อ

ในปัจจุบันธุรกิจอาหารแห้งในครัวเรือนมีแพร่หลายในชุมชนและจากการสังเกตพบว่ามีปัญหาหลาย
รูปแบบอาทิเช่น ปัญหาจากแมลงรบกวน,แดดที่ไม่สม่ าเสมอ,ฝนที่ตก ปัญหาเหล่านี้ส่งผลให้เกิดปัญหาต่างๆ
ตามมาเช่นการปรนเปื้อนจากแมลงหรือเชื้อราจากการที่มีความชื้นมากเกินไปโปรเจคนี้จึงจัดท าขึ้นเพื่อลด
ปัญหาเหล่านี้เพื่อเพิ่มมูลค่าเพิ่มให้สินค้าประเภทนี้ลักษณะการท างานของ ตู้อบลมร้อน หรือตู้อบแห้ง ทั่วไป
ตู้อบลมร้อน หรือตู้อบแห้งนั้นใช้หัวแก๊สในการท าความร้อนด้านล่าง เมื่อความร้อนลอยขึ้นมา มอเตอร์ด้านบน
จะท าหน้าที่เป่าความร้อนที่ลอยขึ้นมาลงไปด้านล่างอีกที ท าให้ความร้อนทั่วถึงทั้งตู้อบ ความร้อนในตู้อบจะมี
ความร้อนประมาณ 60 ถึง 80 องศาเซลเซียสเท่านั้น ตู้อบแห้งลักษณะนี้ ไม่ได้ท าให้ของที่อบนั้นสุก ตู้อบตัวนี้
เพียงแค่ท าหน้าที่ไล่ความชื้นหรือไล่น้ ามันเท่านั้น ไม่สามารถน าไปท าให้ของสุก หรือน าไปใช้แทนการ อบเบอร์
เกอร์รี่ได้ ระยะเวลาการอบแห้งไล่ความชื้นหรือไล่น้ ามันจะอยู่ที่ 6 ถึง 8 ชั่วโมง

Title Design fish jerky machine
Name Mr. Jinnawat Padungkitjanon 5930301123
Degree Award Bachelor of Engineering
Study Program Mechanical and Design Engineering
Academic Year 2562
Project Advisor Dr. Kittipong Yaovaja

Abstract

Currently, dry food businesses in the household are widespread
in the community and from the observation that there are many
types of problems such as Problems from disturbing insects, uneven
sunshine, rainy rain These problems result in problems such as
contamination from insects or mold due to excessive humidity, so this
project was created to reduce these problems in order to add value to
this product. Of hot air dryer or drying cabinet General hot air oven
Or drying cabinet that uses gas nozzle to heat the bottom When the
heat floated up The top motor will blow the heat up and down to the
bottom again. Causing evenly heat throughout the oven the heat in
the oven will heat approximately 60 to 80 degrees Celsius only. This
type of drying cabinet. Didn’t make the baked goods cooked This oven
is just for moisture and oil repellent. Unable to ripen or use instead
Baked Burgers the drying time for moisture or oil repellent is between
6 and 8 hours.

หน้า
บทคัดย่อ I
Abstract II
กิตติกรรมประกาศ IV
สารบัญ V
สารบัญภาพ VIII
สารบัญตาราง XI
บทที่ 1 บทน า 1
1.1 ที่มาของโครงงาน 1
1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน 1
1.3 ขอบเขตของโครงงาน 1
1.4 ขั้นตอนและวิธีการด าเนินงาน 2
1.5 ประโยชน์ที่คิดว่าจะได้รับ 2
บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง 3
2.1 การให้ความร้อนด้วยรังสีอินฟราเรด 3
2.1.1 ข้อดีของการใช้อินฟราเรดเพื่อการอบแห้งอาหาร 6
2.1.2 แหล่งก าเนิดรังสีอินฟราเรด 6
2.1.3 ช่วงของรังสีอินฟราเรด 7
2.1.4 ประโยชน์ของรังสีอินฟราเรด 9
2.1.5 การอบแห้ง 11
2.1.6 หลักการให้ความร้อนจากรังสีอินฟราเรด 12

VI

สารบัญ(ต่อ)

หน้า
2.1.7 คุณลักษณะการดูดกลืนรังสีของอาหาร 13
2.1.8 แฟคเตอร์การลดทอนและสภาพการทะลุผ่าน 14
2.1.9 การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร 16
2.2 ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับสแตนเลสสตีล 18
2.3 ประเภทและหลักการท างานของพัดลม 21
2.3.1 คุณลักษณะและสมรรถณะการท างานของพัดลม 24
2.3.2 พัดลมแบบหมุนเหวี่ยงชนิดใบพัดตรง 25
2.3.3 กฎการแปรผันและกฎความคล้ายของพัดลมและปั๊ม 26
2.3.4 การควบคุมการท างานของพัดลม 27
2.3.5 การประหยัดพลังงานโดยการควบคุมความเร็วของพัดลม 28
2.4 Temperature control 29
2.4.1 On-off control 30
2.4.2 P control 31
2.4.3 PID control 32
2.4.4 Fuzzy logic 32
2.5 PID control 33
2.5.1 Proportional control 34
2.5.2 Proportional-only control theory 34
บทที่ 3 อุปกรณ์และวิธีการ 48
3.1 การออกแบบ 52

VII

สารบัญ(ต่อ)

หน้า
บทที่ 4 ผลการทดลอง 59
บทที่ 5 สรุปผลการทดลอง 66
เอกสารอ้างอิง 67
ภาคผนวก ก. 69

VIII

สารบัญภาพ

หน้า
ภาพที่ 1 การปล่อยคลื่นรังสีอินฟราเรด 3
ภาพที่ 2 วัสดุตัวปล่อยคลื่นรังสีอินฟราเรด 3
ภาพที่ 3 ความยาวคลื่นรังสีอินฟราเรด 3
ภาพที่ 4 หลักการเกิดความร้อนในวัสดุ 4
ภาพที่ 5 การให้ความร้อนโดยการน าหรือการพา 5
ภาพที่ 6 แหล่งก าเนิดรังสีอินฟราเรดจากดวงอาทิตย์ 6
ภาพที่ 7 ค่าการลดทอนเชิงสเปกตรัมที่ความยาวคลื่นต่างๆของน้ า 14
ภาพที่ 8 (a) Ceramics FIR heater และ (b) NIR ramp 16
ภาพที่ 9 แสดงการไหลของอากาศผ่านตัวพัดลมแบบหมุนเหวี่ยง 23
ภาพที่ 10 แสดงพัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกนชนิด Tube axial fans 23
ภาพที่ 11 แสดงพัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกนชนิด Vane axial fans 23
ภาพที่ 12 แสดงสมรรถนะของพัดลมแบบหมุนเหวี่ยงชนิดใบพัดโค้งไปข้างหน้า 25
ภาพที่ 13 แสดงกราฟสมรรถนะของพัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกน 25
ภาพที่ 14 วิธีการควบคุมอัตราการไหลหลายๆแบบ 28
ภาพที15 เปรียบเทียบการควบคุมแดมเปอร์กับการควบคุมความเร็วในการปรับเปลี่ยนอัตราการไหล 29
ภาพที่ 16 ON-OFF Control หรือ Bang-bang Controller 30
ภาพที่ 17 P Control หรือ Proportional Control 31
ภาพที่ 18 Fuzzy Logic Control 32
ภาพที่ 19 ท างานของ PID Controller 33
ภาพที่ 20 ระบบควบคุมระดับของเหลวส าหรับท่อ 35

IX

สารบัญภาพ(ต่อ)

หน้า

ภาพที่ 21 m = Kp (PV − SP) + b

(Direct-acting proportional -controller) 36

ภาพที่ 22 m = Kp (SP − PV) + b

(Reverse-acting proportional -controller) 36
ภาพที่ 23 ตั้งค่าเกนสูงเกินไปจะมีการแกว่งเมื่อ PV มาบรรจบกับค่า setpoint 38
ภาพที่ 24 ตั้งค่า gain ต่ าเกินไปการตอบสนองของกระบวนการจะเสถียรภายใต้สภาวะคงที่ 39
ภาพที่ 25 การประนีประนอมระหว่างการแกว่งและการตั้งค่าที่มากเกินไป 40
ภาพที่ 26 Proportional band = 20%; Gain = 5 41
ภาพที่ 27 Gain = 20; Proportional band = 5% 42
ภาพที่ 28 ระบบแลกเปลี่ยนความร้อนสมมุติ 43
ภาพที่ 29 ตัวอย่างของเครื่องควบคุมอุณหภูมิแสดงการตั้งค่าแบนด์แบบสัดส่วน 5% 46
ภาพที่ 30 สถานที่ส าหรับตากปลาแห้ง 48
ภาพที่ 31 หน้าร้านขายปลาแดดเดียว 49
ภาพที่ 32 แผงส าหรับตากปลาริมทะเล 49
ภาพที่ 33 มุ้งส าหรับป้องกันแมลงศัตรู 50
ภาพที่ 34 ปลาที่พร้อมส าหรับส่งจ าหน่ายจากแผงตากปลาริมทะเล 51
ภาพที่ 35 ปลาที่พร้อมส่งจ าหน่ายจากมุ้งส าหรับตากแดดเดียว 51
ภาพที่ 36 ส่วนฐานของชิ้นงาน 52
ภาพที่ 37 ส่วนบนของชิ้นงาน 52
ภาพที่ 38 ส่วนของฐานล่าง 53

X

สารบัญภาพ(ต่อ)

หน้า
ภาพที่ 39 ส่วนบนของชิ้นงาน 53
ภาพที่ 40 ชิ้นงานที่ประกอบแล้ว 54
ภาพที่ 41 ส่วนของฐานล่างมุมมองตรง 54
ภาพที่ 42 ส่วนของฐานล่างมุมมองไอโซเมตริกแบบตัดขว้าง 55
ภาพที่ 43 ส่วนของฐานล่างมุมมองไอโซเมตริกแสดงต าแหน่งของสลัก 55
ภาพที่ 44 ส่วนบนของชิ้นงานมุมมองไอโซเมตริก 56
ภาพที่ 45 ส่วนบนของชิ้นงานแสดงต าแหน่งของมอเตอร์และหลอดอินฟราเรด 57
ภาพที่ 46 ส่วนของชินงานด้านบนมุมมองด้านบนแสดงต าแหน่งของช่องบ ารุงรักษา 57
ภาพที่ 47 ส่วนของชินงานด้านบนมุมมองด้านบนแสดงต าแหน่งของช่องติด
พัดลมระบายอากาศขนาดเล็ก 58
ภาพที่ 48 ส่วนของชินงานด้านบนมุมมองไอโซเมตริกแบบตัดขว้าง 58
ภาพที่ 49 กราฟแสดงความสิ้นเปลืองพลังงานจ าเพาะที่อุณหภูมิแตกต่างกัน 62
ภาพที่ 50 กราฟแสดงประสิทธิภาพการอบแห้งปลากุเลาที่อุณหภูมิแตกต่างกัน 62
ภาพที่ 51 กราฟแสดงอุณหภูมิในตู้อบเมื่ออบไส้กรอกน้ าหนัก 10 กิโลกรัม 64
ภาพที่ 52 กราฟแสดงอุณหภูมิในตู้อบเมื่ออบปลาน้ าหนัก 10 กิโลกรัม 65
ภาพที่ 53 กราฟแสดงอุณหภูมิในตู้อบเมื่ออบหมูน้ าหนัก 7 กิโลกรัม 65
ภาพที่ ก1 เครื่องอบแดดเดียว 70
ภาพที่ ก2 ขนาดโดยรวมของเครื่องอบแดดเดียว 70
ภาพที่ ก3 ขนาดของเครื่องส่วนบน 71
ภาพที่ ก4 ขนาดของเครื่องส่วนล่าง 71

XI

สารบัญตาราง

หน้า
ตารางที่ 1 ความลึกของการทะลุผ่านของรังสีอินฟราเรด 15
ตารางที่ 2 สมรรถนะเชิงเปรียบเทียบเตาอบแบบ FIR (A) และเตาอบแบบดั่งเดิม (B) 17
ตารางที่ 3 ประเภทของพัดลม 21
ตารางที่ 4 ค่าที่วัดได้เมื่อควบคุมอุณหภูมิแบบ PID ที่ 50°C 60
ตารางที่ 5 ค่าที่วัดได้เมื่อควบคุมอุณหภูมิแบบ PID ที่ 60°C 60
ตารางที่ 6 ค่าที่วัดได้เมื่อควบคุมอุณหภูมิแบบ PID ที่ 70°C 61
ตารางที่ 7 อุณหภูมิที่ต่างๆ 63

บทที่1

1.1 ที่มาและความส าคัญ
เนื่องด้วยมลพิษและสภาพอากาศที่ไม่แน่นอนการตากแห้งหรือการแดดเดียวนั้นสามารถท าได้ยากใน
ปัจจุบันเนื่องด้วยปัจจัยที่กล่าวมาข้างต้นเป็นปัจจัยที่ควบคุมได้ยากเพราะเป็นปัจจัยทางธรรมชาติที่ไม่อาจคาด
เดาได้อีกหนึ่งปัจจัยที่มีผลคือชาวประมงประสบกับปัญหาของราคาเครื่องตากในท้องตลาดที่มีราคาต่อเครื่องสูง
การท าให้แห้งหรือการตากแห้งโดยใช้ความร้อนแสงอาทิตย์ เป็นหนึ่งในหลายๆ วิธีในการการถนอมอาหาร ซึ่ง
วิธีที่นิยมท ากันตั้งแต่ชาวบ้านทั่วๆ ไป และในระบบอุตสาหกรรมต่างๆ โดยเฉพาะอาหาร มานานแล้ว การท า
ให้ผลผลิตเช่น อาหาร, พืชผักผลไม้ หรือสมุนไพรให้ให้แห้งมีหลากหลายวิธี เช่น การตากแดดโดยแผงตากให้
สัมผัสแสงอาทิตย์โดยตรง, การอบแห้งด้วยลมร้อนโดยใช้เครื่องหรือตู้อบที่ใช้ไฟฟ้า และการอบแห้งแบบเย็น
เยือกแข็งเป็นต้น วิธีตากให้แห้งด้วยความร้อนของแสงอาทิตย์ ถึงจะเป็นวิธีแบบพื้นๆ แต่ก็จะมีความสะดวก
และสิ้นค่าใช้จ่ายน้อยมาก เพราะพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์เป็นแหล่งก าเนิดความร้อนที่ดวงอาทิตย์แผ่
มายังพื้นโลกทุกวัน เราทุกคนสามารถใช้ประโยชน์โดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่าย การถนอมอาหารโดยการตากแห้ง
แบบที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์โดยตรงบนแผงตาก หรือแบบเดิมๆ นั้น เช่น การตากเนื้อสัตว์เนื้อวัว เนื้อหมู
ปลา พืช ผักและผลไม้ จะมีปัญหาที่ต้องพบเจอก็คือความไม่สะอาดที่มาจาก ฝุ่นละออง สัตว์ และแมลงต่างๆ
ที่ได้กลิ่นก็จะตามมาตอมหรือกัดกิน เหล่านี้เป็นพาหะน าพา ที่จะมีเชื้อโรค มีเชื้อจุลินทรีย์ และแมลงวันอาจ
วางไข่ท าให้เกิดหนอนขึ้นได้อย่างที่ไม่ควรมองข้าม โดยเฉพาะในเรื่องของน้ าฝน เมื่อเกิดฝนตกขึ้นมาแบบ
กะทันหัน โดยที่ผู้ผลิตหรือผู้ดูแลไม่ทันได้เก็บ เรื่องอากาศเย็นมีส่วนที่จะท าให้เกิดปัญหาเกี่ยวกับความชื้นได้
เช่นกัน ซึ่งอาจมีปัญหาเรื่องเชื้อรา หรือเป็นสาเหตุให้เก็บเก็บผลผลิตที่ได้ไม่นาน ท าให้ผู้บริโภคผลิตภัณฑ์ที่
ได้มาอาจเจ็บป่วยได้
1.2 วัตถุประสงค์
ศึกษาและจ าลองการอบอาหารสด(แดดเดียว)ด้วยเครื่องจ าลองสภาพอากาศเพื่อน าไปประยุกต์ใช้กับ
ธุรกิจชุมชนในอนาคตและเพิ่มจ านวนผลผลิตให้มากขึ้นและปรับปรุงคุณภาพที่ดีขึ้นเพื่อเพิ่มรายได้ให้กับชุมชน
1.3 ขอบเขตของการศึกษา
ออกแบบเครื่องอบอาหารแห้ง(แดดเดียว)และปรับแก้การออกแบบค้นหาทฤษฎีที่เกี่ยวข้องต่างๆเพื่อ
น ามารองรับหลักการที่ตั้งขึ้น

1.4 ขั้นตอนและวิธีการด าเนินการ
ร่างภาพต้นแบบขึ้นมาและปรับแก้ในส่วนต่างๆขึ้นแบบ3มิติในโปรแกรมsolidworksค้นคว้าหา
ทฤษฎีมารองรับ
1.5 ประโยชน์ที่คิดว่าจะได้รับ
เพิ่มผลผลิตและรายได้ให้กับชาวประมงในพื้นที่ชุมชนและสามารถน าไปปรับปรุงใช้งานในระดับ
โรงงานขนาดใหญ่ในอนาคตต่อไป

บทที่ 2

ทฤษฎีและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง

2.1 การให้ความร้อนโดยรังสีอินฟราเรด หลักการท างานการให้ความร้อนโดยรังสี
อินฟราเรดอาศัยหลักการการถ่ายเทพลังงานโดยการแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงถี่คลื่นอินฟราเรด (f
=400 THz – 300 GHz) เมื่อคลื่นรังสีอินฟราเรดกระทบกับชิ้นวัสดุพลังงานส่วนหนึ่งจะถูกดูดซับและ
กลายเป็นพลังงานความร้อนในวัสดุ

ภาพที่ 1 การปล่อยคลื่นรังสีอินฟราเรด

ตัวปล่อยคลื่นรังสีอินฟราเรด ตัวปล่อยคลื่นรังสีอินฟราเรดท าจากวัสดุได้แก่ ควอทซ์ ทังสเตน โลหะ
ผสม เซรามิค ซึ่งเมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปวัสดุเหล่านี้จะปล่อยคลื่นในย่านความถี่รังสีอินฟราเรด (ความยาว
คลื่น 0.76 μm – 1 mm)

ภาพที่ 2 วัสดุตัวปล่อยคลื่นรังสีอินฟราเรด
ความยาวคลื่นรังสีอินฟราเรด การให้ความร้อนโดยรังสีอินฟราเรดสามารถออกแบบให้มีการให้ความ
ร้อนตามลักษณะการใช้งานที่ต่างกันได้โดยการใช้รังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นต่างกันดังนี้

ภาพที่ 3 ความยาวคลื่นรังสีอินฟราเรด

รังสีอินฟราเรดคลื่นสั้นจะให้ก าลังความร้อนต่อพื้นที่สูงและสามารถผ่านเข้าไปในเนื้อวัสดุได้ลึกเหมาะกับการให้
ความร้อนอุณหภูมิสูงอย่างรวดเร็วเช่น การอบสี การอบแห้งผลิตภัณฑ์รังสีอินฟราเรดคลื่นปานกลางจะให้ก าลัง
ความร้อนต่อพื้นที่และสามารถผ่านเข้าไปในเนื้อวัสดุได้ลึกปานกลางระหว่างรังสีอินฟราเรดคลื่นสั้นและคลื่น
ยาว เหมาะกับการให้ความร้อนเช่น การอบแห้งในการสีผ้า การอบแห้งในการผลิตกระดาษรังสีอินฟราเรดคลื่น
ยาวจะให้ก าลังความร้อนต่อพื้นที่ต่ าและสามารถผ่านเข้าไปในเนื้อวัสดุได้ตื้นเหมาะกับการให้ความร้อนที่
อุณหภูมิไม่สูงมากและจ ากัดบริเวณผิวหรือสารเคลือบวัสดุ เช่น การให้ความร้อนในการผลิตแผงวงจร
อิเล็กทรอนิกส์
การเกิดความร้อนในวัสดุ ความร้อนที่เกิดขึ้นนั้นเกิดจากการดูดซับรังสีอินฟราเรดของวัสดุ ดังนั้นวัสดุ
เหมาะกับการให้ความร้อนโดยรังสีอินฟราเรดจะต้องมีคุณสมบัติดูดซับรังสีอินฟราเรดได้ดีและไม่มีลักษณะผิว
มันวาวสะท้อนแสงซึ่งจะท าให้รังสีส่วนใหญ่ถูกสะท้อนออกและท าให้ประสิทธิภาพการให้ความร้อนต่ า

ภาพที่ 4 หลักการเกิดความร้อนในวัสดุ

ประโยชน์ของการให้ความร้อนโดยคลื่นอินฟราเรดเป็นการให้ความร้อนที่มีประสิทธิภาพและรวดเร็ว
เนื่องจากพลังงานจะถ่ายเทไปยังวัสดุโดยการแผ่รังสีโดยตรง ซึ่งต่างจากการให้ความร้อนด้วยเชื้อเพลิงหรือขด
ลวดความร้อนที่ใช้อากาศหรือตัวกลางในการพาหรือการน าความร้อนซึ่งจะมีการสูญเสียพลังงานมากกว่าและ
ต้องใช้ระยะเวลานานกว่าในการถ่ายเทความร้อน นอกจากนี้การให้ความร้อนโดยอินฟราเรดยังสามารถให้
ออกแบบให้เกิดความร้อนเฉพาะส่วนของวัสดุหรือที่ระดับความลึกต่างๆโดยไม่ต้องให้วัสดุทั้งชิ้นเกิดความร้อน
ได้

ภาพที่ 5 การให้ความร้อนโดยการน าหรือการพา

การใช้งาน การให้ความร้อนโดยใช้รังสีอินฟราเรดสามารถใช้ในกระบวนการให้ความร้อน การอบปรับ
สภาพ การอบแห้ง การสารเคลือบผิว ส าหรับวัสดุต่างๆตัวอย่างการใช้งานในอุตสาหกรรม ได้แก่การผลิตโลหะ
ในกระบวนการการให้ความร้อน การท าให้แห้ง การเคลือบผิวและการอบสีการผลิตชิ้นส่วนพลาสติกใน
กระบวนการท าให้แห้ง การ Pre-heating การก าหนดรูปทรงการท าให้พลาสติกแข็งตัวและการอบการ
ผลิตสิ่งทอในกระบวนการท าให้แห้ง การอบ การย้อมโดยใช้ความร้อนการพิมพ์ในกระบวนการการอบแห้งหมึก
พิมพ์การผลิตอาหารในกระบวนการการให้ความร้อน และการอบแห้ง
Infrared drier หมายถึง เครื่องท าแห้ง (drier) ที่ใช้เพื่อการท าแห้ง (dehydration) โดยใช้รังสี
อินฟราเรด (infrared) การใช้กับอาหารการอบแห้งด้วยรังสีอินฟราเรด น ามาใช้เพื่อผลิตผลทางการเกษตร
หลากหลายชนิด เช่น เมล็ดธัญพืช ข้าวเปลือกถั่วลิสง และเมล็ดมะม่วงหิมพานต์ เหมาะสมในการใช้งานกับ
วัสดุที่มีความชื้นไม่สูงมากการอบแห้งแบบอินฟราเรดอาจใช้ร่วมกับการให้ความร้อนแบบอื่น เพื่อเพิ่ม
ประสิทธิภาพการอบแห้ง เช่น อ าไพศักดิ์และศักดิ์ชัย ใช้อินฟราเรดร่วมกับไมโครเวฟ เพื่ออบแห้งล าไย

2.1.1 ข้อดีของการใช้อินฟราเรดเพื่ออบแห้งอาหาร

1. เนื่องจากรังสีอินฟราเรดสามารถแผ่ทะลุเข้าไปในเนื้อวัสดุ ส่งผลให้โมเลกุลของน้ าในเนื้อวัสดุสั่น และเกิด
   ความร้อนซึ่งจะท าให้อุณหภูมิในเนื้อวัสดุสูงกว่าอุณหภูมิที่ผิว ส่งผลให้ผิวภายนอกของวัสดุอบแห้งไม่เหี่ยวย่น
   และได้ผลิตภัณฑ์ที่ใกล้เคียงกับวัตถุดิบที่น ามาอบแห้ง
2. รังสีอินฟราเรดยังให้ความร้อนได้อย่างรวดเร็ว และกระจายความร้อนได้อย่างสม่ าเสมอ ติดตั้งง่าย ประหยัด
   พลังงานและลดระยะเวลาในการอบแห้ง
   2.1.2 แหล่งก าเนิดรังสีอินฟราเรด
3. ดวงอาทิตย์รังสีอินฟราเรดที่แผ่จากดวงอาทิตย์มาถึงโลกจะมีความยาวคลื่นในช่วง 0.75-100 μm
   โดยมีบางส่วนถูกสะท้อนออกนอกโลก บางส่วนที่ทะลุผ่านเข้าชั้นบรรยากาศจะถูกดูดกลืน (absorption)
   และกระเจิงออก (scattering) ด้วยอนุภาคก๊าซชนิดต่างๆในชั้นบรรยากาศ โดยมีไอน้ า และก๊าซ
   คาร์บอนไดออกไซด์เป็นอนุภาคสารที่ดูดกลืนรังสีอินฟราเรดไว้เป็นส่วนใหญ่ ซึ่งมีผลท าให้บรรยากาศของโลกมี
   ความอบอุ่นขึ้น ความเข้มข้นของรังสีอินฟราเรดสามารถวัดได้ด้วยเครื่อง Pyranometer มีหน่วยเป็น
   W/m2
4. วัตถุที่มีความร้อน วัตถุบนโลกทุกชนิดที่มีอุณหภูมิในช่วง -200 ถึง 4,000 oC จะสามารถปล่อยรังสี
   อินฟราเรดได้

ภาพที่ 6 แหล่งก าเนิดรังสีอินฟราเรดจากดวงอาทิตย์

2.1.3 ช่วงของรังสีอินฟราเรด

1. รังสีอินฟราเรดย่านใกล้ (Near Infra-red หรือ NIR) รังสีอินฟราเรดย่านใกล้ มีความยาวคลื่น
   ในช่วง 0.75 – 3 μm สามารถให้ใช้งานในช่วง 500 – 2,200 oC ให้ก าลังความร้อนต่อพื้นที่สูง
   สามารถให้ความร้อนได้สูง ความร้อนผ่านเข้าในเนื้อวัสดุได้ลึก และรวดเร็ว นิยมน าไปใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร
   เช่น การอบแห้งผลิตภัณฑ์
2. รังสีอินฟราเรดย่านกลาง (Middle Infra-red หรือ mid-IR) รังสีอินฟราเรดย่านกลาง มีความ
   ยาวคลื่นในช่วง 3 – 25 μm สามารถให้อุณหภูมิใช้งานในช่วง 500 – 950 oC สามารถให้ความร้อน
   ได้ปานกลาง และผ่านเข้าไปในเนื้อวัสดุได้ลึกปานกลาง
3. รังสีอินฟราเรดย่านไกล (Far Infra-red หรือ FIR) รังสีอินฟราเรดย่านไกล มีความยาวคลื่นในช่วง
   25 – 100 μm สามารถให้ใช้งานในช่วง 300 – 700 oC ให้ความร้อนต่อหน่วยพื้นที่ได้ต่ า ความร้อน
   ผ่านเข้าไปในเนื้อวัสดุได้ไม่ลึก เหมาะส าหรับใช้งานประเภทที่ต้องการความร้อนต่ า และจ ากัดบริเวณพื้นผิว
   รังสีอินฟราเรดที่ส่องมาจากดวงอาทิตย์หรือแหล่งก าเนิดรังสี เมื่อตกกระทบวัตถุ บางส่วนจะถูกวัตถุ
   ดูดกลืน (Absorbed) บางส่วนจะทะลุผ่านวัตถุ (Transmitted) และบางส่วนจะถูกสะท้อนออกจาก
   วัตถุ (Refected) โดยรังสีบางส่วนที่ถูกดูดกลืนจะเปลี่ยนไปเป็นพลังงานความร้อนขึ้นภายในตัววัตถุ

γ + τ + α = 1

γ หมายถึง Refected Energy
τ หมายถึง Transmitted Energy
α หมายถึง Absorbed Energy from Object
กรณีวัตถุดูดกลืนรังสีอินฟราเรด และอยู่ในสภาพภาวะแวดล้อมที่สมดุล วัตถุจะเกิดการแผ่รังสี
อินฟราเรด โดยปริมาณการแผ่รังสีอินฟราเรดจะมีค่าเท่ากับปริมาณรังสีที่ดูดกลืน ดังนั้น วัตถุที่ดูดกลืนรังสีได้ดี
ก็จะแผ่รังสีได้ดีด้วยเช่นกัน ทั้งนี้ ค่าการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดสูงสุด หรือ การดูดกลืนรังสีในอุดมคติ (Ideal
Absorbor) จะมีค่าเท่ากับ 1 คือ ดูดกลืนรังสีที่กระทบไว้ได้ทั้งหมด โดยใช้สัญลักษณ์แทน คือ α
(Absorptivity)

8
กรณี วัตถุมีอุณหภูมิในช่วง -200 ถึง 4,000 oC ท าให้วัตถุเกิดการแผ่รังสีอินฟราเรดหรือแผ่รังสีความร้อน ก็
จะใช้สัญลักษณ์ ε (Emissivity) แทนสัญลักษณ์ α (Absorptivity) ทั้งนี้ ค่าทั้งสองมีความสัมพันธ์
กันโดยตรงตามกฎของ Kirchhoff’s Law ดังนั้น ε = α และเขียนสมการได้ใหม่

ε + γ + τ = 1

τ หมายถึง Reflectivity Energy
γ หมายถึง Transmitted Energy
ε หมายถึง Emissivity
วัตถุด า ค่าการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดสูงสุด หรือ การดูดกลืนรังสีในอุดมคติ (Ideal Absorbor)
จะมีค่าเท่ากับ 1 (α = 1) หมายถึง วัตถุมีความสามารถดูดกลืนรังสีที่กระทบไว้ได้ทั้งหมด ไม่มีการผ่านหรือ
สะท้อนออก หรือวัตถุร้อนที่สามารถแผ่รังสีได้สมบูรณ์ เรียกวัตถุ 2 ประเภทนี้ว่า วัตถุด า ซึ่งมีคุณลักษณะ ดังนี้
– วัตถุด า สามารถดูดกลืนรังสีตกกระทบไว้ได้ทั้งหมด โดยไม่มีการสะท้อนรังสีส่วนใดส่วนหนึ่งออก
– วัตถุด า สามารถแผ่รังสีได้มากกว่าวัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิ และความยาวคลื่นในช่วงเดียวกัน
– วัตถุด า สามารถแผ่รังสี และดูดกลืนรังสีได้ดีที่สุด โดยแผ่รังสีออกได้ในทุกทิศทาง ดังนั้น จึงใช้วัตถุ
ด าส าหรับเปรียบเทียบการแผ่รังสีของผิววัตถุอื่นๆ
ปริมาณความร้อนที่แผ่ออกจากวัตถุ ค านวณได้จากสมการสเตฟาน – โบลแมน (Stefan – Boltzman)

Q = σAT
4

Q = อัตราการแผ่ความร้อน (J/s)
σ = ค่าคงที่ของสเตฟาน – โบลแมน ซึ่งเท่ากับ 5.7 x 10-8 (J/sm2K
4
)

A = พื้นที่ผิว (m2
)

T = อุณหภูมิสัมบูรณ์ (K, oC + 273)

9

2.1.4 ประโยชน์รังสีอินฟราเรด

1. ด้านอุตสาหกรรมอาหาร
   1.1 การอบแห้ง
   รังสีอินฟราเรดไกลมีสามารถให้ความร้อน และทะลุผ่านเข้าไปในอาหารได้มาก จึงประยุกต์ใช้ส าหรับ
   การอบแห้งอาหารต่างๆ เช่น เมล็ดพันธุ์พืช ผลิตภัณฑ์ผัก และผลไม้ รวมถึงเนื้อสัตว์ ช่วยให้ลดเวลา และ
   พลังงานที่ใช้ในการอบแห้งลง
   ข้อดีการอบแห้งด้วยรังสีอินฟราเรด
   – ระบบให้ความร้อนควบคุมได้ง่าย
   – สามารถถ่ายเทความร้อนไปยังผลิตภัณฑ์ได้ดี และความร้อนสามารถทะลุผ่านเข้าในผลิตภัณฑ์ได้สูง
   – มีราคาถูกเมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งพลังงานบางชนิด เช่น ไดอิเล็กตริก และไมโครเวฟ
   – มีอายุการใช้งานยาวนาน และมีค่าซ่อมบ ารุงต่ า
   – ทั้งระบบน้ าหนักเบา ใช้ใช้พื้นที่ของอุปกรณ์น้อย ติดตั้งง่าย และสามารถใช้ร่วมกับเครื่องอบแห้ง
   แบบทั่วไปได้
   – ผลิตภัณฑ์มีความแห้งสม่ าเสมอ และมีความสะอาด
   ข้อเสียการอบแห้งด้วยรังสีอินฟราเรด
   – ส าหรับผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดใหญ่จะต้องเพิ่มขนาดหลอดรังสีอินฟราเรด ท าให้ต้นทุนสูงขึ้น
   – ไม่เหมาะส าหรับผลิตภัณฑ์ที่มีความหนามาก
   1.2 การแปรรูปอาหารให้สุก
   การใช้รังสีอินฟราเรดแปรรูปอาหารให้สุก แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ
   – ระดับอุณหภูมิปานกลาง (Medium temperature radiate)
   ระดับอุณหภูมิปานกลาง ได้จากเครื่องก าเนิดรังสีอินฟราเรดแบบคลื่นสั้น ซึ่งใช้หลอดเป็นเส้นลวดหรือ
   หลอดซิลิก้า สามารถให้ความร้อนในช่วง 500 – 1000 °C และให้พลังงานประมาณ 15 กิโลวัตต์/ตาราง
   เมตร นิยมใช้กับอาหารที่ไม่ไวต่อความร้อน

– ระดับอุณหภูมิสูง (High temperature radiate)
ระดับอุณหภูมิสูง ได้จากเครื่องก าเนิดรังสีอินฟราเรดแบบคลื่นสั้น ซึ่งใช้เป็นหลอดทังสเตน หรือ
หลอดควอตส์ สามารถให้ความร้อนสูงสุดถึง 2,500 °C และให้พลังงาน ประมาณ 10 – 65 กิโลวัตต์/
ตารางเมตร นิยมใช้กับอาหารที่ไวต่อความร้อน
1.3 อุตสาหกรรมอื่น ได้แก่
– การอบแห้งเฟอร์นิเจอร์
– การอบแห้งเครื่องปั้น และเซรามิกส์
– การอบแห้งวัสดุยานยนต์
– สิ่งทอ
– กระดาษ
– เคลือบสีผลิตภัณฑ์
– ฯลฯ

1. ด้านการเกษตร
   ความร้อนที่ได้จากรังสีอินฟราเรดที่ความยาวคลื่น 3-6 ไมครอน สามารถก าจัดแมลงในเมล็ดข้าวได้
   ถึง 100%
2. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และการสื่อสาร
   – ใช้เป็นตัวกลางสื่อสารส าหรับอุปกรณ์ไร้สาย อาทิ มือถือ คอมพิวเตอร์
   – ภาพถ่ายความร้อนด้วยกล้องอินฟราเรดที่ใช้ประโยชน์ในหลายด้าน อาทิ ทางทหาร ทางการแพทย์
   และอุตสาหกรรม
   – ภาพถ่ายดาวเทียมในช่วงคลื่นรังสีอินฟราเรด

2.1.5 การอบแห้ง
การอบแห้ง (Drying) การอบแห้ง คือการให้พลังงานความร้อนแก่วัสดุอบแห้ง เพื่อระเหยน้ าใน
วัสดุ หรือลดปริมาณความชื้น ในที่นี้จะกล่าวถึงการอบแห้งผลิตภัณฑ์อาหารเท่านั้น ซึ่งผลิตภัณฑ์อาหาร
ส่วนมากจะไม่ใช่วัสดุที่สามารถท าให้แห้งจนความชื้นมีค่าเป็นศูนย์ได้ เช่น ทราย หรือ ผ้า แต่เป็นวัสดุที่ไม่
สามารถท าให้แห้งจนความชื้นมีค่าเป็นศูนย์ แต่จะมีความชื้นจ านวนหนึ่งแฝงอยู่ เช่น ผัก ,ผลไม้ และ เนื้อสัตว์
ต่างๆความชื้นในวัสดุความชื้นในผลิตภัณฑ์อาหารและ เมล็ดพืชมีทั้งความชื้นที่เกาะติดที่ผิวของวัสดุ
(Unbound moisture) ซึ่งสามารถไล่ความชื้น นี้ออกไปได้หมดโดยการให้ความร้อน ความชื้นอาจ
เกาะติดอยู่ภายในผนังด้านในท่อเล็กๆ (Capillaries) ที่อยู่ภายในเนื้อวัสดุ (Bound moisture)โดย
ไม่สามารถไล่ความชื้นภายในเนื้อวัสดุนี้ได้หมด ปริมาณความชื้นในวัสดุสามารถแสดงได้ 2 แบบ
ปริมาณความชื้นมาตรฐานเปียก (Wet basis) คือ อัตราส่วนน้ าหนักของน้ าในวัสดุต่อน้ าหนักวัสดุ
ชื้น ซึ่งเมื่อคูณด้วย 100 จะมีค่าเป็นเปอร์เซ็นต์ ดังนี้
Mw =
(w−d)x100
w
(a)

Mw= เปอร์เซ็นต์ความชื้นมาตรฐานเปียก
W = น้ าหนักเริ่มต้นของวัสดุชื้น, kg
d = น้ าหนักของวัสดุแห้ง, kg
การแสดงความชื้นแบบนี้นิยมในทางการค้า
ปริมาณความชื้นมาตรฐานแห้ง (Dry basis) คืออัตราส่วนน้ าหนักของน้ าในวัสดุต่อน้ าหนัก

วัสดุแห้งสามารถหาค่าเป็นเปอร์เซ็นต์ได้ดังนี้

Md =
(w−d)x100
d
(b)

Mw= เปอร์เซ็นต์ความชื้นมาตรฐานแห้ง
W = น้ าหนักเริ่มต้นของวัสดุชื้น, kg
d = น้ าหนักของวัสดุแห้ง, kg
การแสดงความชื้นแบบนี้ส่วนใหญ่ใช้ทางด้านงานวิจัย เพราะสามารถค านวณค่าต่างๆ ที่เกี่ยวข้องในขบวนการ
อบแห้งได้ง่ายขึ้น เนื่องจากน้ าหนักของวัสดุคงที่
2.1.6 หลักการของความร้อนจากรังสีอินฟราเรด
กฎของแพลงค์ (plank’s law) กล่าวถึงวัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิ 0 k (−273°c)มีพลังงาน
ภายในตัวและมีการแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ความยาวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแปรผกผันกับอุณหภูมิ วัตถุด า
มักจะถูกน าไปเปรียบเทียบวัตถุจริง นิยามของวัตถุด า คือวัตถุที่สามารถดูดกลืน (absorb)และเปล่ง
(emit) รังสีออกมาจากตัวเองได้อย่างสมบูรณ์ไม่ว่าที่ความยาวคลื่นหรือทิศทางใด วัตถุด าจึงเป็นเพียงวัตถุใน
อุดมคติเท่านั้น เพราะว่าวัตถุที่มีอยู่จริงทุกชนิดจะดูดกลืนและเปล่งรังสีได้น้อยกว่าวัตถุด า (john &
beckmen, 2006) เมื่อวัตถุด าถูกท าให้ร้อนที่อุณหภูมิ T พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกเปล่งรังสีออกจาก
ผิวของวัตถุ พลังงานนี้มีการแพร่กระจายตัวซึ่งเป็นไปตามกฎของแพลงค์ ดังนี้

Eλ =
2πc
2h
λ
5 =
dλ

[exp(
ch
kλT)−1]

(1)

เมื่อ Eλ คือ พลังงานของวัตถุต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่และเวลา ที่ความยาวคลื่น λ ถึง λ + dλ ส่วน h คือ
ค่าคงที่ของแพลงค์ (h=6.625×10−23 j.s) c คือ ความเร็วแสง (c = 2.998×108 m/s) k คือ
ค่าคงที่ของโบลทซ์มันน์ (Boltzmann constant) (k= 1.3806503×10−23 J/K) และ T
คือ อุณหภูมิสมบูรณ์วัตถุ สมการที่ (1) จะเห็นได้ว่าพลังงานที่แผ่รังสีมีค่าสูงขึ้นเมื่อวัตถุด ามีอุณหภูมิสูงขึ้น
กฎการกระจัดของวีน (wien’s displacement law) กล่าวถึงความยาวคลื่นของพลังงานที่
แผ่รังสีสูงสุด (peak wave length) จะลดลงเมื่อวัตถุมีอุณหภูมิสูงขึ้น สมการความสัมพันธ์ระหว่าง
ความยาวคลื่นของพลังงานที่แผ่รังสีสูงสุด λmax กับวัตถุ อุณหภูมิ T สามารถหาได้จากการหาอนุพันธ์
สมการที่ (1) ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น λ ที่วัตถุอุณหภูมิ T มีค่าคงที่ และก าหนดให้มีค่าเท่ากับศูนย์ ตามกฎ
การกระจัดของวีน ดังนี้

λmax =
2898
T
(2)

13
กฎของสเตฟัน-โบลทช์มันน์(Stafan-Boltzmann’s law) กล่าวถึงพลังงานที่แผ่รังสีจาก

วัตถุด าทั้งหมด ที่อุณหภูมิ T หาได้จากการอินทิเกรทสมการที่ (1) ตลอดความยาวคลื่น λ ตามกฎของสเตฟัน-
โบลทซ์มันน์ ดังนี้

Eb = ∫ Eλdλ ∞
0

=
2πc
4T
4
c
2h3
(
π
4
15) ≡ σT
4
(3)
เมื่อ σ คือ ค่าคงที่สเตฟัน-โบลทซ์มันน์ (σ = 5.6697×10−8 W/m2K
4
) สภาพการเปล่งรังสี
(Emissivity,ε) จากวัตถุที่แท้จริงจะมีค่าน้อยกว่าวัตถุด าที่อุณหภูมิเดียวกัน เป็นไปตามอัตราส่วนของ
พลังงานที่แผ่รังสีทั้งหมดของวัตถุใดๆ หารด้วยพลังงานที่แผ่รังสีทั้งหมดของวัตถุด า ดังนี้

ε =
E

E
σT4
(4)

หรือจัดรูปสมการใหม่

E = εσT
4
(5)

เมื่อ ε คือ สภาพการเปล่งรังสีมีค่าระหว่าง 0-1 และวัตถุในสมการนี้คือวัตถุสีเทาที่มีสภาพการดูดกลืนรังสี
(Absorptivity,β) ภายใต้การสมดุลทางเทอโมไดนามิกส์สภาพการเปล่งรังสีและสภาพการดูดกลืนรังสี
คลื่นเดี่ยว (Monochomatic) ของวัตถุเป็นไปตามกฎของเคอชอฟฟ์ (kirchhoff’s law) ส่วน
พลังงานที่ไม่ถูกดูดกลืนจะถูกสะท้อนออกไปตามสภาพการสะท้อนรังสี (Reflectivity, γ) มีความสัมพันธ์
กันดังนี้

ε = β = 1 − γ (6)
2.1.7 คุณสักษณะการดูดกลืนรังสีของอาหาร
อาหารประกอบด้วยน้ าและอื่นๆ เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีนและไขมัน เป็นต้น คุณลักษณะการ
ดูดกลืนรังสีอินฟราเรดนั้น พิจารณาจากการสั่นสะเทือนของพันธะภายในโมเลกุลของน้ าในอาหาร เมื่อเกิดการ
สั่นสะเทือนที่ความถี่ที่ตรงกับความถี่ของรังสีอินฟราเรด ก็จะเกิดการดูดกลืนรังสีความร้อนขึ้น การสั่นสะเทือน
ของพันธะภายในโมเลกุลของน้ าในอาหารมี 3 ลักษณะคือ การสั่นสะเทือนที่ยืด-หดแบบสมมาตร การ
สั่นสะเทือนที่ยืด-หดที่ไม่สมมาตร และการสั่นสะเทือนที่เปลี่ยนมุมแบบสมมาตรอาหารโดยทั่วไปจะดูดกลืน
พลังงานที่แผ่รังสีอินฟราเรดที่ความยาวคลื่นมากกว่า 2.5μm ซึ่งเป็นความยาวคลื่นที่มีประสิทธิภาพสูง ผ่าน
ทางกลไกชองการเปลี่ยนแปลงสภาพของการสั่นสะเทือนของโมเลกุลเป็นพลังงานความร้อน

2.1.8 แฟคเตอร์การลดทอนและสภาพการทะลุผ่าน
สภาพการทะลุผ่าน (Permeability) ของพลังงานที่แผ่รังสีเข้าไปในอาหารคือปัจจัยส าคัญต่อ
ประสิทธิภาพทางความร้อนเพราะว่าพลังงานที่เกิดขึ้นจะถูกสะท้อนออกไปบางส่วน และบางส่วนจะถูกส่งผ่าน
เข้าไปในอาหาร พลังงานที่ส่งผ่านเข้าไปในอาหารจะถูกลดทอน (Attenuation) ตามระยะความลึกของ
การทะลุผ่านปัจจัยที่ลดทอนนั้นหาได้จากการดูดกลืนพลังงานภายในอาหารซึ่งเป็นฟังค์ชั่นของความหนาของ
ผิวเป็นไปตามกฎของแลมเบิทร์ (Lambert’s law) ดังนี้

Iλ = Iλ0exp(−αλx) (7)

เมื่อ Iλ คือ ฟลักซ์พลังงานที่ความยาวคลื่น λ และ αλ คือค่าการลดทอนพลังงานเชิงสเปกตรัม (Irvine &
Pollack, 1968) x คือระยะความลึกของการทะลุผ่าน ส าหรับน้ า (Water) ที่ความยาวคลื่น λ ต่างๆ
มีการลดทอนพลังงานเชิงสเปกตรัม (Spectral attenuation) ดังภาพที่7

ภาพที่ 7 ค่าการลดทอนเชิงสเปกตรัมที่ความยาวคลื่นต่างๆของน้ า

การส่งผ่านเชิงสเปกตรัม (Spectral transmittance) γλ (x) คืออัตราส่วนของพลังงานที่
ตกกระทบมีสมการดังนี้

γλ
(x) =
Iλ
Iλ0
= exp(−αλx) (8)
ถ้าก าหนดให้ γλ = 0.01 และค่าการลดทอนพลังงานเชิงสเปกตรัม αλ = 5,10 และ 15 cm−1
แทนค่าสมการที่ (8) จะได้ระยะความลึกของการทะลุผ่าน x = 0.921 0.461 และ 0.307 cm ตามล าดับ
เมื่อพิจารณาผลการค านวณข้างต้นพบว่าระยะความลึกของการทะลุผ่าน (x) มีค่าลดลงซึ่งแปรผันกับค่าการ
ลดทอนสเปกตรัม (αλ) ขณะมีค่า αλ จะแปรผันโดยตรงกับความยาวคลื่น (ดังภาพที่ 7 ) แสดงให้เห็นว่า
สภาพการส่งผ่านของพลังงานจากการแผ่รังสีอินฟราเรดนั้น ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นเป็นอย่างมาก ดังนั้นสภาพ
การทะลุผ่านเฉลี่ยได้จากการอินทิเกรดสมการที่ (8) ตลอดความยาวคลื่นได้ดังนี้

γav(x) =
∫ Iλdλ ∞
0
∫ Iλ0dλ =

∫ exp(−αλx)dλ
λ
0
λTd

(9)

จากสมการที่ (9) สภาพการทะลุผ่านเฉลี่ย γav(x) จะเปลี่ยนแปลงสอดคล้องกับอุณหภูมิของตัวท าความ
ร้อน เนื่องจากพลังงานที่เปล่งรังสี Iλ0 เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ กล่าวคือสภาพการทะลุผ่านจะลดลงใน
ขณะที่อุณหภูมิของตัวแผ่รังสีมีค่าลดลงส าหรับระยะความลึกของการทะลุผ่านในอาหารต่างๆ ถูกรวบรวมไว้
แล้วในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 ความลึกของการทะลุผ่านของรังสีอินฟราเรด

จากตารางที่ 1 จะเห็นว่า แครอท ซึ่งเป็นอาหารที่มีผิวค่อนข้างเรียบกว่าอาหารชนิดอื่นๆ รังสีอินฟราเรดจะ
ทะลุผ่านได้น้อยเพราะว่าความเรียบของผิวจะมีสภาพการสะท้อนรังสีออกไปได้มากส่งผลให้สภาพการดูดกลืน
รังสีลดลง

2.1.9 การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร
กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับอาหารนั้น มักจะใช้ตัวท าความร้อนจากการแพร่รังสีอินฟราเรดคลื่นยาว
(FIR) มากกว่าตัวท าความร้อนจากรังสีอินฟราเรดคลื่นสั้น (NIR) เพราะว่าอาหารจะถูกดูดกลืนพลังงานที่แผ่
รังสีได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงความคลื่นที่ยาวกว่า ตัวท าความร้อนที่อาศัยการแผ่รังสีอินฟราเรดคลื่นยาว
(FIR) มักจะท าด้วยลวดนิโครม (Nichrome) และหุ้มด้วยเซรามิกส์ ดังภาพที่ 8(a) ขดลวดนิโครมมี
อุณหภูมิระหว่าง 600-950 K ความยาวคลื่นของพลังงานที่แผ่รังสีสูงสุดระหว่าง 3-5 μm ในขณะที่ตัวท า
ความร้อนที่ที่อาศัยการแผ่รังสีอินฟราเรดคลื่นสั้น (NIR) เช่น หลอดไฟฟ้าที่ท าด้วยขดลวดทังสเตน
(Tungsten) ดังภาพที่ 8(b) ขดลวดทังสเตนมีอุณหภูมิระหว่าง 2400-2500 K ความยาวคลื่นของพลังงาน
ที่แผ่รังสีสูงสุดระหว่าง 1.1-1.3 μm
การประกอบอาหาร เช่น การอบ การคั่ว และการอบแห้งโดยใช้ความร้อนจากรังสีอินฟราเรดได้ถูก
เผยแผ่ในหลายบทความ ดังนี้ การอบขนมปัง (Nakamura, 1999) และขนมคุกกี้ (Kiyohira &
Yoneda, 1999) การคั่วกาแฟ (Kino, 1999) ชาเขียว (Takeo, 1999) การคั่วสาหร่ายที่กินได้
(Kimura, 1999) การปรุงขนมพายเนื้อวัว (Sheridan & Shilton, 2002) และการให้ความ
ร้อนกับการอบเม็ดถั่ว (Oladiran et al., 2001) เป็นต้น

ภาพที่ 8 (a) Ceramics FIR heater และ (b) NIR ramp (Sasaori, 1988)

ลักษณะเด่นของความร้อนจากรังสีอินฟราเรดนั้น คือถ่ายเทความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพไปสู่อาหาร
ด้วยเวลาน้อย และใช้พลังงานน้อยกว่าขดลวดไฟฟ้าแบบดั้งเดิมหรือเตาแก๊ส มีรายงานการวิจัยที่ได้กล่าวถึง
ลักษณะเด่นของอินฟราเรดดังนี้ งานวิจัยการอบบิสกิต (Wade, 1987) ด้วย NIR พบว่าบิสกิตสามารถ
อบโดยใช้เวลาประมาณครึ่งของเวลาที่ใช้ในการอบแบบดั้งเดิม งานวิจัยการประกอบอาหารจากผลิตภัณฑ์จาก
เนื้อสัตว์ (Sheridan & Shilton, 1999) ด้วยการเปรียบเทียบระหว่างเตาแก๊สแบบธรรมดากับเตา
แก๊สแบบอินฟราเรด ซึ่งอาศัยหลักการใช้แก๊สเผาแผ่นเซรามิกให้ร้อนแดงแล้วแผ่รังสีอินฟราเรดคลื่นยาว
ออกมาใส่ภาชนะประกอบอาหารพบว่าเตาแก๊สแบบอินฟราเรดคลื่นยาวที่น าไปใช้เป็นแหล่งความร้อนช่วยลด
การสิ้นเปลืองแก๊สประมาณ 55% และงานวิจัยเปรียบเทียบสมรรถนะของ FIR และเตาอบแบบดั้งเดิม
(Sasaki, 1992) โดยการทดลองอบแห้งข้าวเกรียบและการให้ความร้อนหอยทะเลด้วยแหล่งความร้อน
ต่างกันคือเตาแก๊ส LPG และตัวท าความร้อนแบบ FIR โดยปกติหอยมักจะถูกแช่แข็งเพื่อถนอมอาหารและ
ละลายน้ าแข็งด้วยเตาแก๊ส LPG ซึ่งใช้เวลา 15 นาที ขณะที่การละลายน้ าแข็งด้วยเตาความร้อนแบบ FIR
ใช้เวลาเพียง 6 นาที เช่นเดียวกับการอบแห้งข้าวเกรียบด้วยตัวท าความร้อนแบบ FIR จะใช้เวลาน้อยกว่า
ด้วยเวลาที่ผลิภัณฑ์ได้รับความร้อนที่สั้นกว่าจะช่วยลดการสูญเสียคุณค่าของสารอาหารได้ซึ่งส่งผลให้ผลิตภัณฑ์
มีคุณภาพสูงขึ้น นอกจากนี้ยังพบว่าเตาอบแบบ FIR ดีกว่าในเทอมของค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน (ตารางที่ 2 )
และ ความเล็กกะทัดรัด

ตารางที่ 2 สมรรถนะเชิงเปรียบเทียบเตาอบแบบ FIR (A) และเตาอบแบบดั่งเดิม (B) (Sasaki, 1992)
การอบแห้ง (Drying) โดยอาศัยความร้อนจากอินฟราเรดประสบความส าเร็จอย่างมากส าหรับผลิตผล
จ าพวกผักเพราะว่าสามารถคงคุณภาพหลังการอบแห้งได้ดี โดยเฉพาะสีของผักและสารอาหารเป็นต้น
เคมีภัณฑ์ที่เปลี่ยนแปลงในคลอโรฟิลล์ (Chlorophyll) หรือ แคโรทีน (Carotenoids) มีสาเหตุจาก
ความร้อนและออกซิเดชัน (Oxidation) ระหว่างการอบแห้งงานวิจัยอัตราการเสื่อมคุณภาพของเบต้าแค
รอทีน (β − carotene) และคลอโรฟีลล์ เอ (Chlorophyll a) ซึ่งเป็นเม็ดสี (Pigment) ซึ่งมี
อยู่ในผัก (Itoh & Han, 1994) โดยตัวอย่างส าหรับทดลองถูกให้ความร้อนด้วยเครื่องก าเนิดความร้อน
แบบ FIR และ NIR ที่ 60°C ทั้งนี้ด้เปรียบทียบกับความร้อนจากแสงแดด (Solar light) และลมร้อน
อุณหภูมิ 60°C ด้วย พบว่าในกรณีของแสงแดดเม็ดสีถูกท าลายไปอย่างมาก อธิบายได้ว่าอัตราการสลายตัว
(Decomposition) ของเม็ดสีซึ่งได้รับความร้อนจากรังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet ray) และ
แสงแดดมีค่าสูงมากที่สุดนอกจากนี้ยังพบว่าอัตราการเสื่อมสภาพของเบต้าแครอทีนและ คลอโรฟิลล์ เอ โดยใช้
เครื่องก าเนิดความร้อนแบบ FIR มีความได้เปรียบและเหมาะส าหรับใช้เป็นแหล่งความร้อนในการอบแห้งผัก
รังสีอินฟราเรดนั้นสามารถทะลุผ่านอาหารแต่ละชนิดด้วย ระยะความลึกประมาณ 1-18 mm พลังงานที่
ส่งผ่านเข้าไปในอาหารจะถูกลดทอนตามระยะความลึกของการทะลุผ่าน ปัจจัยที่ลดทอนนั้นหาได้จากการ
ดูดกลืนพลังงานภายในอาหารซึ่งเป็นฟังค์ชันของความหนาผิว การประยุกต์ใช้ความร้อนจากอินฟราเรดถูก
คาดหมายว่าจะได้รับความนิยมเพิ่มขึ้น เป็นผลมาจากความต้องการรักษาคุณค่าทางโภชนาการตลอดจน
ลักษณะทางกายภาพและรสชาติที่ดีของอาหาร นอกจากนี้แล้วยังใช้พลังงานน้อยกว่าขดลวดไฟฟ้าแบบดั้งเดิม
หรือเตาแก๊ส เป็นต้น
2.2 ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับสแตนเลสสตีล
สแตนเลสสตีล คือ โลหะผสม (Ferrous Alloy) ระหว่างเหล็กกับสารหลายชนิด ที่ส าคัญ คือ
สารโครเมี่ยมอย่างน้อย 10%ที่ท าให้เหล็กกลายเป็นโลหะผสม ที่สามารถทนการกัดกร่อน และ ทนสนิมทั้งจาก
ธรรมชาติ และจากสิ่งแวดล้อมที่มนุษย์สร้างขึ้นสแตนเลส สตีล แบ่งออกได้มากกว่า 150 ชนิด แต่สามารถ
แบ่งเป็นกลุ่มได้ 8 กลุ่มด้วยกันขึ้นอยู่กับส่วนผสมของธาตุต่างๆ ที่ท าให้มีคุณสมบัติบางอย่างที่แตกต่างกันไป
การเลือกใช้ต้องพิจารณาจากคุณสมบัติ และความเหมาะสมของงานด้วย ส่วนผสมที่ท าให้งาน
มีคุณสมบัติแตกต่างกันหลัก ๆ มีดังนี้
สารโครเมี่ยม เป็นสารผสมหลักที่จะท าให้เหล็กมีคุณสมบัติในการทนทานต่อการเกิดสนิม และการกัด
กร่อนต่าง ๆ
สารนิเกิ้ล ช่วยเสริมความต้านทานในการเกิดสนิม และท าให้สแตนเลสไม่ดูดแม่เหล็ก

19
สารโมลิดินั่ม ท าให้สแตนเลสมีความต้านทานในการเกิดสนิมสูงขึ้น และความคงทนต่อสารเคมี เช่น
คลอรีน เป็นต้น
สารคาร์บอน เป็นตัวเพิ่มความแข็งให้กับสแตนเลส ถ้ามีคาร์บอนน้อย สแตนเลสก็จะมีความเหนียว
เพิ่มขึ้นแทน
สแตนเลสสตีลที่นิยมใช้กันมากที่สุดในท้องตลาด คือ
สแตนเลสเกรด 304 (SUS 304) เป็นสแตนเลสที่มีสารโครเมี่ยมอยู่ 18% และนิเกิ้ลอยู่ 8 % บางที่
เรียกว่า สแตนเลส 18/8 ซึ่งจะไม่มีสารโมลิดินั่ม , มีคาร์บอนต่ า และเป็นสแตนเลสที่ทนต่อการเกิดสนิม
(Oxidatio) และทนการกัดกร่อนต่าง ๆ ได้เป็นอย่างดี (Corrosion)เนื่องจากมีสารนิเกิ้ลจึงท าให้
แม่เหล็กดูดไม่ติด มีคาร์บอนด์ ต่ าจึงมีความเหนียวสูง สามารถใช้กับการปั้มขึ้นรูปสูง ๆ ได้ เช่น การท าอ่าง
ซิงค์หรือภาชนะในครัวต่าง ๆ เพราะสามารถทนความร้อนได้ดี เช่น หม้อ กระทะ เป็นต้น
สแตนเลสเกรด 316 (SUS 316) เป็นสแตนเลส ที่นิยมใช้รองลงมาจากเกรด 304 เป็นสแตนเลสส
ตีล ที่มีส่วนผสมคล้ายกับเกรดSUS 304 แต่เกรด 316 จะมีส่วนผสมของ สารโมลิดินั่ม เพิ่มเข้าไปท าให้สแตน
เลสเกรดนี้ สามารถทนต่อการเกิดสนิม และการกัดกร่อนได้สูงกว่าเกรด 304 โดยเฉพาะการทนต่อสารคลอรีน
( Warm Chlorine Enviromentle) จึงนิยมใช้ในงานท าอุปกรณ์ต่าง ๆ ในห้องแลป ส่วนงาน
อุตสหกรรมอาหาร , อุตสหกรรมสารเคมีต่างๆ , อุปกรณ์เรือ จนถึงประเภทงานสปริง ที่ต้องให้ทนสนิม โดย
การลดคาร์บอนลงจาก 0.08% ลงมาเหลือ 0.03% ท าให้สแตนเลสเหนียวขึ้นจนสามารถเป็นสปริงได้ เป็น
เกรด SUS 316 L (Low Carbon)
สแตนเลสเกรด 430 (SUS 430) เป็นสแตนเลสที่คล้าย เกรด 304 แต่จะไม่มีสารนิเกิ้ล จึงท าให้
แม่เหล็กดูดติด แต่จะไม่ติดขนาดเหล็ก แต่ยังมีคุณสมบัติในการป้องกันสนิมได้ดี แม้จะไม่เท่าเกรด 304 แต่
เกรดนี้จะมีคาร์บอนด์สูงถึง 0.12% จึงมีความแข็งแกร่งสูงกว่าสแตนเลสเกรด 304 และ 316 เหมาะส าหรับ
งานที่รับแรงสูงกว่า เพราะปรกติสแตนเลสมักจะมีความเหนียวมากกว่าความแข็ง ในกรณีที่สารคาร์บอนสูงกว่า
0.15% จะกลายเป็นเกรด 420 ซึ่งมีความแข็งที่เหมาะส าหรับท าอุปกรณ์ชุดครัวในเรื่องการตัดหั่นต่าง ๆ เช่น
ท ามีดต่าง ๆ เป็นต้นการท าสกรูน๊อตสแตนเลสจะนิยมใช้เกรด SUS 304 เพื่อมีความคงทนต่อสิ่งแวดล้อมได้ดี
พอสมควร ส่วนเกรด SUS 316 จะนิยมใช้กับงานในอุตสหกรรมเคมี ในห้องแลป หรือในท้องทะเล ส่วนสก
รูปลายสว่านที่เป็นสแตนเลสจะเป็นเกรด SUS 410 เพราะมีความแข็งพอใช้ และเกรด 304 หรือเกรด 316
ใช้ไม่ได้ เพราะมีความแข็งไม่พอ แต่ความสามารถในการทนสนิมจะน้อยกว่า
สแตนเลสเกรด 202 (SUS202) เป็นสแตนเลสอีกเกรดที่น่าสนใจ ซึ่งจะประกอบด้วย โครเมี่ยม , นิ
เกิ้ล และแมงกานีส ซึ่งแม่เหล็กดูดไม่ติด แต่ความทนทานต่อสนิมจะต่ ากว่าเกรด SUS 304 มักนิยมใช้ในงาน
ผลิตสินค้า ฮาร์ดแวร์ ต่าง ๆ เช่น บานพับ และกลอนประตูเกรดล่าง
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC Motor) ความหมายและชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้าเป็น
อุปกรณ์ที่นิยมใช้กันอย่างแพร่ หลายในโรงงานต่างเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ควบคุมเครื่องจักรกลต่างๆในงาน
อุตสาหกรรมมอเตอร์มีหลายแบบหลายชนิดที่ใช้ให้เหมาะสมกับ งานดังนั้นเราจึงต้องทราบถึงความหมายและ
ชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้าตลอดคุณสมบัติการใช้งานของ มอเตอร์แต่ละชนิดเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดในการ
ใช้งานของมอเตอร์นั้นๆ และสามารถ เลือกใช้งานให้เหมาะสมกับงานออกแบบระบบประปาหมู่บ้านหรืองาน
อื่นที่เกี่ยวข้องได้-ความหมายของมอเตอร์และการจ าแนกชนิดของมอเตอร์มอเตอร์ไฟฟ้า (Motor)
หมายถึงเป็นเครื่องกลไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่เปลี่ยนแปลงพลังงานไฟฟ้า มาเป็นพลังงานกลมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้
พลังงานไฟฟ้าเปลี่ยนเป็นพลังงานกลมีทั้งพลังงานไฟฟ้า กระแสสลับและพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง – ชนิดของ
มอเตอร์ไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้าแบ่งออกตามการใช้ของกระแสไฟฟ้าได้2 ชนิดดังนี้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ
(Alternating Current Motor) การแบ่งชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้าสลับแบ่งออกได้ดังนี้มอเตอร์ไฟฟ้า
กระแสสลับแบ่งออกเป็น 3 ชนิดได้แก่

1. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับชนิด 1 เฟส

• สปลิทเฟสมอเตอร์(Split-Phase motor)
  -คาปาซิเตอร์มอเตอร์ (Capacitor motor)
  -รีพลัชนั่มอเตอร์(Repulsion-type motor)
  -ยูนิเวอร์แซลมอเตอร์ (Universal motor)
• เช็ดเดดโพลมอเตอร์ (Shaded-pole motor)

1. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับชนิด 2 เฟส
2. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับชนิด 3 เฟส
   มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current Motor) การแบ่งชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบ่ง
   ออกได้ดังนี้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบ่งออกเป็น 3 ชนิดได้แก่
3. มอเตอร์แบบอนุกรมหรือเรียกว่าซีรีส์มอเตอร์ (Series Motor)

1. มอเตอร์แบบอนุขนานหรือเรียกว่าชันท์มอเตอร์ (Shunt Motor)
2. มอเตอร์ไฟฟ้ าแบบผสมหรือเรียกว่าคอมปาวด์มอเตอร์ (Compound Motor)
   2.3 ประเภทและหลักการท างานของพัดลม(TYPE AND PRINCIPLE OF
   OPERATION OF FAN)
   มาตรฐาน JIS ก าหนดไว้ว่า พัดลมที่มีแรงดันลมต่ ากว่า 1,000 (mm-น้ า) เรียกว่า พัดลม (fan)
   ส่วนพัดลมที่มีแรงดันลมตั้งแต่ 1,000 (mm-น้ า) ขึ้นไป แต่ไม่ถึง 10 (m-น้ า) (0.1 MPa) เรียกว่า โบล
   เวอร์(blower) ทั้งสองชนิดเรียกรวมๆ กันว่า พัดลม พัดลมมีหลายชนิด ตามขนาดอัตราไหลและความดัน
   ของของไหลที่ล าเลียง และตามวัตถุประสงค์การใช้งานดังตาราง 1 แบ่งเป็นประเภทใหญ่ๆ ได้เป็นแบบ
   centrifugal ซึ่งท างานด้วยการให้แรงหนีศูนย์กลางให้เกิดกระแสในทิศทางตั้งฉากกับแกน แบบ axial
   flow ซึ่งสร้างกระแสของไหล (อากาศ) ในทิศทางเดียวกับเพลา แบบ cross flow ซึ่งมีคุณสมบัติอยู่
   ระหว่างทั้งสองแบบข้างต้น และแบบอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เพื่อสามารถติดตั้งและเชื่อมต่อกับท่อต่างๆ ได้สะดวก
   พัดลมแบบ centrifugal บางครั้งดูภายนอกแล้วจะมีลักษณะเหมือนกับแบบ axial flow โดยทั่วไป
   พัดลมแบบ axial flow จะเหมาะกับความดันต่ า-อัตราไหลสูง ส่วนแบบ centrifugal จะเหมาะกับ
   ความดันสูง

ตารางที่ 3 ประเภทของพัดลม

การจ าแนกพัดลม สามารถแบ่งได้เป็นประเภทใหญ่ๆ ตามลักษณะการเคลื่อนที่ของอากาศได้ 2
ลักษณะ ดังนี้

(1) พัดลมแบบหมุนแรงเหวี่ยง (Centrifugal flow or radial fans)
พัดลมแบบแรงเหวี่ยงหรือพัดลมซึ่งมีการไหลของอากาศในแนวรัศมี จะประกอบด้วยใบพัดหมุนอยู่
ภายในตัวเรือนของพัดลม (Fan house) ชุดใบพัดจะประกอบด้วยแผ่นใบเล็กๆประกอบเข้าด้วยกันเป็น
ลักษณะกงล้อ ความดันของอากาศจะถูกท าให้มีค่าสูงขึ้นภายในตัวเรือนของพัดลม ซึ่งสามารถเพิ่มค่าให้สูงขึ้น
ได้ด้วยการเพิ่มขนาดความยาวของใบพัด ซึ่งจะท าให้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางภายในระบบมีค่ามากขึ้น อากาศ
จะไหลผ่านเข้าไปในท่อทางเข้าโดยมีทิศทางขนานกับแกนของใบพัด และไหลออกในทิศทางตั้งฉากกับแกนของ
เพลาใบพัดในท่อทางออก พัดลมประเภทนี้จ าแนกตามลักษณะรูปร่างของใบพัดเป็น 3 แบบ คือ
(1.1) แบบใบพัดตรง (Straight blade หรือ Radial fans) พัดลมชนิดนี้มีจ านวนใบน้อย
ที่สุดประมาณ 6 ถึง 20 ใบ และใบพัดจะอยู่ในระนาบรัศมีจากเพลา ใบพัดหมุนด้วยความเร็วรอบอย่างต่ า
ประมาณ 500-3000 รอบ/นาที ดังนั้นจึงเหมาะกับงานที่ต้องการปริมาตรการไหลน้อยๆ และมีค่าความดันของ
อากาศสูงๆ
(1.2) แบบใบพัดโค้งไปข้างหน้า (Forward curved blade fans) พัดลมชนิดนี้จะมีใบพัด
โค้งไปข้างหน้า ในทิศทางเดียวกับการหมุนชุดใบพัดจะมีจ านวนแผ่นใบพัดประมาณ 20 – 60 ใบ ชุดใบพัด
จะมีลักษณะคล้ายกับกรงกระรอก (Squirrel cage) เพลาใบพัดจะมีขนาดเล็กหมุนด้วยความเร็วรอบที่สูง
กว่าพัดลมชนิดใบพัดตรง การท างานของพัดลมชนิดนี้มีเสียงเบาที่สุด มีข้อเสียคือมีโอกาสที่มอเตอร์จะท างาน
เกินก าลังและมีช่วงการท างานของพัดลมที่ไม่เสถียร ดังนั้นจึงไม่ควรใช้กับงานหรือระบบที่มีอัตราการไหลของ
อากาศเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา พัดลมชนิดนี้จะให้ค่าความดันลมและอัตราการไหลของอากาศสูงที่สุด
(1.3) แบบใบพัดโค้งไปข้างหลัง (Backward curved blade fans) พัดลมชนิดนี้จะมี
ใบพัดเอียงไปข้างหลัง ในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางการหมุนของใบพัด จะมีจ านวนใบพัดประมาณ 10 –50
ใบ และเป็นพัดลมที่มีความเร็วรอบสูง ไม่ก่อให้เกิดเสียงดังเกินควร ไม่มีลักษณะที่มอเตอร์จะท างานเกินก าลัง
และไม่มีช่วงการท างานที่ไม่เสถียร เหมาะที่จะใช้งานระบายอากาศและอากาศที่ใช้ต้องสะอาดด้วย เนื่องจาก
สามารถที่จะควบคุมความดันและปริมาณลมได้ง่าย พัดลมชนิดนี้จะมีราคาสูงกว่าชนิดอื่นๆเมื่อเทียบขนาด
เท่ากัน

ภาพที่ 9 แสดงการไหลของอากาศผ่านตัวพัดลมแบบหมุนเหวี่ยง

(2) พัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกน (Axial flow fans)
พัดลมแบบนี้อากาศจะไหลขนานกับแกนของใบพัด และตั้งฉากกับระนาบการหมุนของใบพัด ชุด
ใบพัดจะถูกติดตั้งบนแกนเพลาขับของมอเตอร์ต้นก าลัง ซึ่งอยู่ภายในตัวพัดลม ท าให้มอเตอร์สามารถระบาย
ความร้อนออกไปกับอากาศที่ถูกขับเคลื่อน พัดลมชนิดนี้มีราคาถูก การท างานของพัดลมมีเสียงดังและมีช่วง
การท างานของพัดลมที่ไม่เสถียร จึงเหมาะกับงานระบายอากาศ มีขนาดเล็ก เคลื่อนย้ายง่าย สามารถแบ่งได้ 2
ลักษณะคือ
(2.1) พัดลมที่ให้ลมหมุนเป็น
เกลียว (Tube axial fans) พัด
ลมแบบอากาศไหลตามแนวแกนชนิด
นี้ มีโครงสร้างประกอบด้วยชุดใบพัด
ซึ่งหมุนอยู่ภายในท่อรูปทรงกระบอก
ลมที่ถูกขับเคลื่อนให้ผ่านชุดใบพัดจะ
หมุนเป็นเกลียว มีลักษณะการไหล
แบบปั่นป่วน พัดลมชนิดนี้ให้ค่าความ
ดันลมปานกลาง

ภาพที่ 10 แสดงพัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกนชนิด Tube axial fans
(2.2) พัดลมที่ให้ลมในแนวเส้นตรง (Vane axial fans) พัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกน
ชนิดนี้ จะมีแผ่นครีบเพื่อใช้ในการบังคับการไหลของอากาศ ที่ถูกขับเคลื่อน ติดตั้งอยู่ภายในตัวเรือนของพัดลม
บริเวณท่อทางออกบริเวณด้านหลังชุดใบพัด เพื่อช่วยให้การไหลของอากาศที่ถูกขับเคลื่อน มีทิศทางเป็น
เส้นตรงมากที่สุด ซึ่งจะช่วยลดลักษณะการไหลของอากาศปั่นป่วนลดลง และลดพลังงานสูญเสียเนื่องจากการ
ไหลของอากาศปั่นป่วนภายในระบบให้น้อยลง ท าให้ประสิทธิภาพการใช้งานและราคาสูงกว่าพัดลมชนิด
Tube axial fans

ภาพที่11 แสดงพัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกนชนิด Vane axial fans
2.3.1 คุณลักษณะและสมรรถนะการท างานของพัดลม (CHARACTERISTICS AND
PERFORMANCE OF FAN)
ขณะที่พัดลมท างาน จะท าให้อากาศเกิดการเคลื่อนที่ได้ด้วยค่าความดันต่างที่เกิดขึ้น เมื่ออากาศ
เคลื่อนที่ออกไประยะทางที่เพิ่มมากขึ้น จะท าให้ความดันลดลง ถ้าน าค่าความดันในช่วงต่างๆ มาเขียนกราฟ
เทียบกับอัตราการไหลของอากาศที่ได้ในช่วงความดันนั้นๆ ถ้าค่าความดันดังกล่าวเป็นค่าความดันรวมของ
ระบบ เมื่อน าค่าความดันรวมที่ลดลงของระบบมาหักออกจากค่าความดันความเร็ว จะได้กราฟอีกเส้นซึ่งแสดง
ถึงความดันสถิตของระบบ เราสามารถน ากราฟดังกล่าวไปใช้ในการเลือกจุดท างานที่เหมาะสมที่ของพัดลม
ชนิดนั้นได้
พัดลมแบบหมุนเหวี่ยงชนิดใบพัดโค้งไปข้างหน้า (Forward curved blade fans)

ภาพที่ 12 แสดงสมรรถนะของพัดลมแบบหมุนเหวี่ยงชนิดใบพัดโค้งไปข้างหน้า
2.3.2 พัดลมแบบหมุนเหวี่ยงชนิดใบพัดตรง (Straight curved blade fans)
กราฟสมรรถนะของพัดลมชนิดนี้ จะเหมือนกับกราฟสมรรถนะของพัดลมชนิดใบพัดโค้งไปข้างหน้า
กล่าวคือเส้นกราฟก าลังงานของพัดลมจะมีค่าสูงขึ้นเรื่อยๆ แม้ว่าค่าความดันของระบบจะลดลงก็ตาม แต่
ความเร็วของอากาศที่ไหลผ่านตัวเรือนพัดลมชนิดนี้จะมีค่าต่ ากว่าพัดลมชนิดใบพัดโค้งไปข้างหน้า
พัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกน (Axial flow fans)

ภาพที่ 13 แสดงกราฟสมรรถนะของพัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกน
จากรูปที่ 14 จะเห็นว่าเส้นกราฟของเฮดสถิตและเฮดรวมของพัดลมชนิดนี้จะลดลงและเพิ่มขึ้น ในช่วง
เปอร์เซ็นต์ของปริมาตรเปิดให้อากาศเข้าสู่ตัวเรือนพัดลมมีค่าอยู่ประมาณ 30 – 50 % ถ้าพัดลมชนิดนี้ท างาน
อยู่ในช่วงดังกล่าวจะก่อให้เกิดความไม่เสถียรภาพขึ้นภายในระบบ และช่วงที่เหมาะสมส าหรับการท างานของ
พัดลมก็คือ ช่วงเปอร์เซ็นต์ของปริมาตรที่เปิดกว้างประมาณ 55 – 75 % ซึ่งจะท าให้การท างานของพัดลมมี
ประสิทธิภาพสูงสุด สามารถขับเคลื่อนอากาศได้ปริมาณที่มาก และใช้ก าลังงานในการขับเลื่อนไม่มาก
จนเกินไป เส้นกราฟการท างานของพัดลมจะค่อนข้างแบนราบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายในช่วงการท างานที่มีค่า
เปอร์เซ็นต์ของปริมาตรเปิดกว้างประมาณ 40 % นั่นคือก าลังงานที่ใช้ในการขับเคลื่อนพัดลมภายในช่วง
ดังกล่าวจะมีค่าค่อนข้างคงที่
2.3.3 กฎการแปรผันและกฎความคล้ายของพัดลมและปั๊ม
อัตราไหลของของไหลจะแปรผันตามความเร็วรอบของพัดลม ความดันสูญเสียในท่อลมและท่อน้ าที่
ต่ออยู่กับพัดลม จะแปรผันตามก าลังสองของความเร็วของกระแส (ความเร็ว) นั่นคือ แปรผันตามอัตราไหล
ก าลังสองนั่นเอง ดังนั้น หากความเร็วรอบเปลี่ยนแปลง ความดันจะแปรผันตามก าลังสองของความเร็วรอบ
และก าลังขับเพลาจะแปรผันตามก าลังสามของความเร็วรอบตาม ความสัมพันธ์นี้เรียกว่ากฎการแปรผัน ซึ่ง
แสดงได้ด้วยสูตรต่อไปนี้

V1

V2

n1
n2
P1
P2
= (
n1
n2
)
2

W1

W2

V1P1
V2P2
= (
n1
n2
)
3

ในสูตรข้างต้น V1, V2 แทนอัตราไหล n1, n2 แทนความเร็วรอบ P1, P2 แทนความดัน
W1, W2 แทนก าลังขับเพลา นอกจากนี้ เมื่อเดินเครื่องพัดลมที่มีลักษณะคล้ายกันภายใต้สภาวะที่คล้ายกัน
(เช่น จุดที่มีประสิทธิภาพสูงสุด) และสมมติว่าประสิทธิภาพของพัดลมเท่าเดิมแล้ว การไหลภายในปั๊มทั้งหมด
จะมีลักษณะคล้ายกัน โดยความสัมพันธ์ระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลาง D ความเร็วรอบ n กับอัตราไหล ความดัน
และก าลังขับเพลาจะค านวณได้จากสูตรต่อไปนี้ซึ่ง เรียกว่า กฎความคล้ายของพัดลม

V1

V2

n1
n2
(
D1
D2
)
3

P1
P2
= (
n1
n2
)
3
(
D1
D2
)
2

W1
W2
= (
n1
n2
)
3
(
D1
D2
)
5

กฎการแปรผันและกฎความคล้ายบอกเราว่าหากเรามีพัดลมที่มีก าลังมากเกินไป (มีขนาดใหญ่เกินไป)
ไม่เพียงแต่การลดขนาดท่อลมเพื่อให้เกิดแรงต้านมากขึ้นเท่านั้น แต่หากเราเปลี่ยนขนาดของพัดลม (ใบพัด)
หรือความเร็วรอบ ก็สามารถลดการใช้พลังงานลงอย่างมีประสิทธิผลอีกด้วย วิธีการนี้เป็นกลวิธีอนุรักษ์พลังงาน
ที่ส าคัญอย่างหนึ่งในการเลือกใช้หรือดัดแปลงอุปกรณ์ที่ท างานด้วยของไหล
2.3.4 การควบคุมการท างานของพัดลม (OPERATION CONTROL OF FAN) ระบบ
ปรับอัตราการไหลของพัดลมให้เหมาะสมกับภาระการใช้งาน เรียกว่า ระบบปริมาตรอากาศแปรผัน (VAV :
Variable Air Volume)
วิธีการควบคุมอัตราการไหลแปรผัน

1. การควบคุมแดมเปอร์ขาออก-วาล์วขาเข้า
2. การควบคุมความเร็วรอบ
3. การควบคุม rotor blade
4. การควบคุม stationary blade
5. การควบคุมจ านวนเครื่อง (กรณีที่เดินเครื่องขนานหรืออนุกรม)
6. การควบคุมบายพาส

ภาพที่ 14 วิธีการควบคุมอัตราการไหลหลายๆแบบ

2.3.5 การประหยัดพลังงานโดยการควบคุมความเร็วของพัดลม ในการปรับเปลี่ยนปริมาณลมและ
ก าลังอัดที่ต้องการนั้น เดิมที ใช่วิธีการปรับแดมเปอร์ แต่ในปัจจุบันมักใช้วิธีการควบคุมความเร็วแทนแดมเปอร์
ในการควบคุมปริมาณลมและความดัน ซึ่งจะท าให้สามารถอนุรักษ์พลังงานได้อย่างมาก รูป 16 เป็นรูปที่แสดง
ถึงหลักการข้างต้น ในกรณีที่ใช้วิธีปรับแดมเปอร์ให้แคบขึ้น จะมีผลต่อเส้นกราฟความต้านทานการส่งลม จุด
การท างานของพัดลม จะเลื่อนไปที่จุดตัดจุดไหน ในขณะที่ เมื่อใช้วิธีเปลี่ยนแปลงความเร็ว เส้นกราฟความ
ต้านทานการส่งลมจะไม่เปลี่ยนแปลง จุดท างานของพัดลมจะเลื่อนไปอยู่ที่จุดตัดระหว่างค่าอัตราไหลที่ต้องการ

29
กับเส้นกราฟความต้านทาน หลักการเหล่านี้ จะเหมือนกับกรณีของปั๊ม แต่ส าหรับปั๊มนั้น เนื่องจากเป็นเฮดจริง
จึงมีจุดความเร็วต่ าสุด แต่ในพัดลมนั้นจะไม่มีจุดความเร็วต่ าสุด ท าให้มีประสิทธิภาพในการอนุรักษ์พลังงานสูง

ภาพที15 เปรียบเทียบการควบคุมแดมเปอร์กับการควบคุมความเร็วในการปรับเปลี่ยนอัตราการไหล
2.4 Temperature Controller จุดประสงค์ของการควบคุมอุณหภูมินั้นคือ การ
ควบคุมอุณหภูมิให้อยู่ที่ค่าที่เราต้องการมากที่สุด เช่น เราต้องการต้มน้ าที่อุณหภูมิ85 C คงที่ตลอดเวลา เพื่อ
ใช้ส าหรับชงกาแฟให้มีรสชาติที่ดีที่สุด ดังนั้นการรักษาเสถียรภาพของอุณหภูมิเป็นเรื่องส าคัญจากนั้นเป็นเรื่อง
ของการจัดการกับสัญญาณรบกวนต่างๆ หรือ Disturbances เช่น ระหว่างที่คุมอุณหภูมิอยู่ที่ 85 C นั้น
มีการเติมน้ าเข้ามาในกาต้มน้ า ท าให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงกะทันหันหรือเกิดการรบกวนระบบ ตัวควบคุมมี
หน้าที่ท าให้อุณหภูมิกลับเข้าสู่ 85 C ให้เร็วที่สุด และไม่เกิดการแกว่งที่มากจนเกินไป ถ้าเราปรับตัวแปรในตัว
ควบคุมไม่ดี ก็จะท าให้อุณหภูมิของกาต้มน้ าไม่สามารถกลับเข้าสู่ 85 C ได้ หรือสามารถกลับมาที่อุณหภูมิ 85
C แต่ใช้เวลานานมากเกินไปดังนั้นในการเลือกใช้งานตัว Temperature Controller หรือตัวควบคุม
อุณหภูมิให้ได้มีประสิทธิภาพนั้น เราจ าเป็นต้องเข้าใจถึงกระบวนการคิดและการท างานของตัวควบคุมอุณหภูมิ
ซึ่งหัวใจของการควบคุมนั้นก็คงหนีไม่พ้นเรื่องของวิธีการคิดและควบคุมของ Temperature
Controller ซึ่งมีอยู่ด้วยกันหลายประเภทดังนี้

2.4.1 ON-OFF Control หรือ Bang-bang Controller ระบบควบคุมแบบ ON-
OFF เครื่องควบคุมจะสั่งเอาท์พุตท างานเพียง 2 สภาวะเท่านั้น คือ ON และ OFF เป็นการควบคุมแบบ

ง่าย ๆ และราคาไม่แพง ดังนั้นจึงนิยมใช้กันอย่างกว้างขวางในงานควบคุมทางอุตสาหกรรม ในกรณีที่ผลจาก
การแกว่งของอุณหภูมิเป็นที่ยอมรับได้กรณีที่อุณหภูมิมีการกระเพื่อมที่ Set point จะมีผลท าให้เอาต์พุต
ของเครื่องควบคุม ON และ OFF อยู่ตลอดเวลาหรือเกิดการแกว่งของอุณหภูมิอยู่ตลอดเวลา สามารถแก้ไข
ได้โดยก าหนด Hysteresis เพื่อลดการตัด-ต่อที่เกิดขึ้น แต่ผลเสียคือจะท าให้เกิด Overshoot มากขึ้น

ภาพที่ 16 ON-OFF Control หรือ Bang-bang Controller

2.4.2 P Control หรือ Proportional Control เป็นการควบคุมระบบแบบป้อนกลับโดย
ใช้ตัวควบคุมแบบสัดส่วน เป็นกระบวนการควบคุมอุณหภูมิที่ออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาของการเกิด
Overshoot หรือ Undershoot ของอุณหภูมิ แต่ก็ยังไม่สามารถเข้าสู่ค่า Set Point หรือค่า
อุณหภูมิที่ต้องการได้ เนื่องจากมีการเกิด Offset Error ที่สถานะคงตัวของระบบ การควบคุมแบบนี้จะ
ช่วยลดค่าความผิดพลาดของระบบ ซึ่งจะสามารถตอบสนองกับค่าสัญญาณความผิดพลาดอย่างทันทีทันใด

ภาพที่ 17 P Control หรือ Proportional Control

2.4.3 PID Control หรือ Proportional Integral Derivative Control เป็น
ระบบควบคุมแบบป้อนกลับที่ใช้กันอย่างกว้างขวาง ซึ่งค่าที่น าไปใช้ในการค านวณเป็นค่าความผิดพลาดที่หามา
จากความแตกต่างของตัวแปรในกระบวนการและค่าที่ต้องการ ตัวควบคุมจะพยายามลดค่าผิดพลาดให้เหลือ
น้อยที่สุดด้วยการปรับค่าสัญญาณขาเข้าของกระบวนการ การควบคุมแบบ PID จะประกอบไปด้วยส่วนการ
ควบคุมที่ส าคัญด้วยกัน 3 ส่วนคือ
P (Proportional control action) ใช้เพิ่มความเร็วในการตอบสนองของระบบ ลดค่า
ความผิดพลาดที่สภาวะอยู่ตัวของระบบ
I (Integral control action) ลดค่าความผิดพลาดที่สถานะอยู่ตัวของระบบให้น้อยลงจน
หมดไป มีผลให้ความเร็วในการตอบสนองของระบบลดลง ท าให้เสถียรภาพของระบบลดลง
D (Derivative control action) ท าให้ระบบมีเสถียรภาพมากขึ้น เพิ่มค่าอัตราส่วน
ความหน่วงให้กับระบบ
ค่าตัวแปรของ PID ที่ใช้จะปรับเปลี่ยนตามธรรมชาติของระบบ สามารถหาค่าตัวแปรของ PID ได้
จากสมการด้านล่าง

u(t) = MV(t) = Kpe(t) + Ki ∫ e(τ)dτ +

t
0

Kd
de(t)
dt

u(t) = สัญญาณเอาท์พุตของตัวคอนโทรลเลอร์ที่เวลา t
Kp = ค่า Proportional Gain
Ki = ค่า Integral Gain
Kd = ค่า Derivative Gain
e = ค่า error ที่เกิดจาก SV-PV
t = ค่าเวลาในขณะนั้น
τ = ผลรวมของตัวแปร error ตั้งแต่เวลา 0 – t
2.4.4 Fuzzy Logic Control เป็นวิธีการจะช่วยให้การควบคุมอุณหภูมิเข้าสู่ค่าเป้าหมาย SV
เป็นไปอย่างราบเรียบเกิดการแกว่งของ PV ที่ต่ า โดยอาศัยการแบ่งช่วงการจ่ายสัญญาณเอาท์พุตออกเป็น
ช่วงๆ ซึ่งจะมีผลโดยตรงกับค่า Error หรือ ผลต่างระหว่าง Input PV กับ SV ซึ่งสามารถเป็นค่าได้ทั้ง
บวกและลบ เพื่อให้สามารถท าให้ระบบของการควบคุมนั้นสามารถตอบสนองต่อสัญญาณรบกวนจากภายนอก
ได้เป็นอย่างดี จึงท าให้เสถียรภาพในการควบคุมนั้นคงที่

ภาพที่ 18 Fuzzy Logic Control
จะเห็นได้ว่าจะมีกระบวนการตัดสินใจอยู่ว่า อุณหภูมิของระบบเบรคนั้นร้อนหรือไม่ ซึ่งโดยปกติแล้ว
จะมีแค่ 2 เงื่อนไข คือ ร้อนกับเย็น แต่ตามรูปจะมีการเพิ่มในส่วนของอุณหภูมิอุ่นๆ เข้ามา จึงท าให้การควบคุม
จะละเอียดขึ้น โดยเราต้องการควบคุมอุณหภูมิของระบบเบรคไม่ให้ร้อนเกินไป จากการบีบตัวของผ้าเบรคนั้น
เราอาจจะตั้งเงื่อนในไขการท างานไว้จาก วิธีการคิดและการควบคุมทั้งหมดของ Temperature
Controller ที่กล่าวมานั้น ล้วนแล้วแต่เป็นการควบคุมแบบการป้อนกลับ Feedback Control
หรือ Close Loop Control System ทั้งสิ้น โดยกระบวนการควบคุมแบบนี้ ปัจจุบันถือว่าเป็นกา
รวบคุมแบบมาตรฐานที่ใช้ในระบบอุตสาหกรรม เนื่องจากสามารถจัดการกับสัญญาณรบกวนต่างๆ และ
ควบคุมระบบให้เข้าสู่ค่าที่ตั้งไว้ได้ดี
2.5 PID Controller
PID Controllers ถูกน ามาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมทุกวันนี้ แม้ว่าจะมีฟังก์ชั่น
คอนโทรลเลอร์ PID inbuilt ใน PLC แต่ฟังก์ชั่นเหล่านี้ใช้ในหลายแอพพลิเคชั่น ประมาณ 95% ของ
กระบวนการแบบลูปในอุตสาหกรรมระบบอัตโนมัติใช้ตัวควบคุมประเภทนี้PID ย่อมาจาก
Proportional-Integral-Derivative ตัวควบคุมทั้งสามนี้รวมกันในลักษณะที่พวกเขาสามารถ
ควบคุมกระบวนการตามค่าที่ผู้ใช้ก าหนด

ภาพที่ 19 ท างานของ PID Controller

34
กระบวนการควบคุมอุณหภูมิโดยใช้ตัวควบคุม PID เรามีเตาที่นี่และเราต้องการควบคุมอุณหภูมิของ
เตา นั่นเป็นเหตุผลที่เราต้องให้ค่าบางอย่างของอุณหภูมิที่เราต้องการรักษาและค่าของอุณหภูมินี้เรียกว่าค่าที่
ต้องการหรือค่าที่ตั้งไว้ (value or set value) อุณหภูมิของเตาที่เราได้รับที่นี่ผ่านเครื่องตรวจจับ
อุณหภูมิเซ็นเซอร์ RTD เชื่อมต่อโดยตรงกับตัวควบคุม PID นี่คือสิ่งที่เราเรียกว่าข้อเสนอแนะหรือมูลค่าที่
แท้จริง ( feedback or actual value) ข้อเสนอแนะหรือมูลค่าที่แท้จริง(feedback or
actual value) นี้เปรียบเทียบกับค่าที่ตั้งไว้และความแตกต่างระหว่างสัญญาณทั้งสองนี้เป็นข้อผิดพลาด
ของเรา ตัวควบคุม PID จะสร้างผลลัพธ์ตามการเปรียบเทียบนี้และจะให้เอาต์พุตไปยังวาล์วควบคุมเพื่อรักษา
อุณหภูมิของเตาเราจะควบคุมการไหลของก๊าซที่นี่โดยวาล์วควบคุม ต าแหน่งของวาล์วควบคุมนี้ตัดสินใจผ่าน
เอาท์พุทคอนโทรลเลอร์ PID ที่นี่ เวลาตอบสนองของกระบวนการจะขึ้นอยู่กับสามค่าเช่น
Proportional gain, Integral time และ derivative time
2.5.1 Proportional Control (P-Controller) Mode สร้างเอาต์พุตควบคุมตาม
สัดส่วนกับข้อผิดพลาด ค่าความผิดพลาดนี้จะถูกคูณกับอัตราขยายตามสัดส่วนเพื่อพิจารณาการตอบสนองของ
เอาต์พุตหากตั้งค่าอัตราขยายสูงเกินไปเอาท์พุทของคอนโทรลเลอร์จะเริ่มสั่นและไม่เสถียรและหากอัตราขยาย
ตั้งไว้ที่ค่าต่ ามากเอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์จะไม่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของค่าที่ตั้งไว้การใช้ตัวควบคุม
แบบ proportional เพียงอย่างเดียวมีข้อเสียเปรียบขนาดใหญ่ ออฟเซ็ตเป็นข้อผิดพลาดที่ยั่งยืนและจะ
ไม่ถูกก าจัดโดยใช้ตัวควบคุมแบบ proportional เพียงอย่างเดียวความเร็วของการตอบสนองจะเพิ่มขึ้น
เมื่อได้รับ proportional เพิ่มขึ้น
2.5.2 Proportional-only Control Theory ระบบควบคุมระดับของเหลวส าหรับ
ท่อซึ่งต าแหน่งของเซ็นเซอร์ตรวจจับระดับนั้นตั้งค่าต าแหน่งก้านของวาล์วควบคุมโดยตรง เมื่อระดับของเหลว
เพิ่มขึ้นวาล์วจะเปิดขึ้นตามสัดส่วนแม้จะมีลักษณะทางกลที่เป็นธรรมชาติ แต่ในความเป็นจริงแล้วระบบ
ควบคุมสัดส่วนนี้จะช่วยควบคุมระดับของของเหลวภายในท่อกระบวนการ หากผู้ประกอบการต้องการเปลี่ยน
ค่า“ setpoint” ของระบบควบคุมระดับนี้เขาหรือเธอจะต้องปรับการมีความสัมพันธ์ระหว่าง float และ
valve stems ส าหรับระยะห่างระหว่างทั้งสองมากขึ้นหรือน้อยลง การเพิ่มระยะทางนี้ (การเชื่อมต่อที่
ยาวขึ้น) จะช่วยเพิ่มระดับของ setpoint ในขณะที่ลดระยะทางนี้ (ท าให้การเชื่อมต่อสั้นลง) จะท าให้
setpoint ลดลง

ภาพที่ 20 ระบบควบคุมระดับของเหลวส าหรับท่อ

แม้จะมีลักษณะทางกลที่เป็นธรรมชาติ แต่ในความเป็นจริงแล้วระบบควบคุมสัดส่วนนี้จะช่วยควบคุมระดับของ
ของเหลวภายในท่อกระบวนการ หากผู้ประกอบการต้องการเปลี่ยนค่า “setpoint” ของระบบควบคุม
ระดับนี้เขาหรือเธอจะต้องปรับการมีความสัมพันธ์ระหว่าง float และ valve stems ส าหรับระยะห่าง
ระหว่างทั้งสองมากขึ้นหรือน้อยลง การเพิ่มระยะทางนี้ (การเชื่อมต่อที่ยาวขึ้น) จะช่วยเพิ่มระดับของ
setpoint ในขณะที่ลดระยะทางนี้ (ท าให้การเชื่อมต่อสั้นลง) จะท าให้ setpoint ลดลงเราอาจพูดถึง
การกระท าตามสัดส่วนของกลไกนี้เพื่ออธิบายรูปแบบของคอนโทรลเลอร์ที่เอาต์พุตเป็นฟังก์ชันโดยตรงของตัว
แปรกระบวนการ (PV) และ setpoint (SP)

m = Kpe + b

m = Controller output
e = Error (difference between PV and SP)
Kp = Proportional gain
b = Bias
ค าศัพท์ใหม่ที่น ามาใช้กับสูตรนี้คือ e“ ความผิดพลาด” หรือความแตกต่างระหว่างตัวแปร
กระบวนการและ setpoint ข้อผิดพลาดอาจถูกค านวณเป็น SP − PV หรือ PV − SP ขึ้นอยู่กับว่า
คอนโทรลเลอร์ต้องผลิตสัญญาณเพิ่มขึ้นหรือไม่เพื่อตอบสนองต่อการเพิ่มขึ้นของตัวแปรกระบวนการ (ท า
หน้าที่ “โดยตรง”) หรือส่งสัญญาณลดลงใน การตอบสนองต่อการเพิ่มขึ้นของตัวแปรกระบวนการ (“ ท า
หน้าที่ย้อนกลับ”)

ภาพที่ 21 m = Kp (PV − SP) + b (Direct-acting proportional –

controller)

ภาพที่ 22 m = Kp (SP − PV) + b (Reverse-acting proportional –

controller)

37
สัญลักษณ์“ +” และ“ -” ที่เป็นตัวเลือกจะอธิบายถึงแต่ละอินพุตที่มีบนเอาต์พุตคอนโทรลเลอร์:
สัญลักษณ์“ -” ที่แสดงถึงการสลับกลับและสัญลักษณ์“ +” ที่แทนอินเวอร์เตอร์ เมื่อเราบอกว่าตัวควบคุมคือ
“การแสดงโดยตรง” หรือ “การย้อนกลับ” เราจะอ้างถึงปฏิกิริยาต่อสัญญาณ PV ดังนั้นสัญญาณเอาต์พุต
จากตัวควบคุม “การแสดงโดยตรง” จะไปในทิศทางเดียวกันกับสัญญาณ PV และเอาต์พุตจาก
คอนโทรลเลอร์“ reverse-acting” จะไปในทิศทางตรงกันข้ามกับสัญญาณ PV ทิศทางของการกระท า
ที่ต้องการของคอนโทรลเลอร์นั้นพิจารณาจากลักษณะของกระบวนการเครื่องส่งสัญญาณและองค์ประกอบ
ควบคุม final ในกรณีของการควบคุมระดับเครื่องจักรกลดิบ. การกระท าจะต้องมีค าสั่งโดยตรงเพื่อให้ระดับ
ของเหลวที่มากขึ้นจะส่งผลให้วาล์วควบคุมเปิดเพิ่มเติมเพื่อระบายท่อเร็วขึ้น ในกรณีของเครื่องแลกเปลี่ยน
ความร้อนอัตโนมัติที่แสดงไว้ก่อนหน้านี้เราสันนิษฐานว่าสัญญาณที่เพิ่มขึ้นส่งไปยังวาล์วควบคุมส่งผลให้ไอน้ า
เพิ่มขึ้นและอุณหภูมิที่สูงขึ้นดังนั้นตัวควบคุมของเราจะต้องท าหน้าที่ย้อนกลับ (เช่น เพิ่มอุณหภูมิที่วัดได้ขึ้น
ส่งผลให้สัญญาณขาออกลดลงข้อผิดพลาดค านวณเป็น SP – PV) หลังจากค านวณข้อผิดพลาดแล้ว
คอนโทรลเลอร์จะคูณสัญญาณความผิดพลาดด้วยค่าคงที่ที่เรียกว่า gain ซึ่งถูกตั้งโปรแกรมไว้ใน
คอนโทรลเลอร์ ผลลัพธ์ที่ได้บวกจ านวน“ bias” กลายเป็นสัญญาณเอาต์พุตที่ส่งไปยังวาล์วเพื่อแบ่งสัดส่วน
ค่า“ gain” เป็นสิ่งที่ทุกคนคุ้นเคยกับวงจรขยายสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์: อัตราส่วนของเอาต์พุตต่ออินพุต ใน
กรณีนี้อัตราขยายของตัวควบคุมแบบสัดส่วนคืออัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงสัญญาณเอาต์พุตต่อการ
เปลี่ยนแปลงสัญญาณอินพุตหรือวิธีการที่ตัวควบคุมต่อการเปลี่ยนแปลงอินพุต (PV หรือ SP) ในการให้
ตัวอย่างที่เป็นตัวเลขตัวควบคุมแบบวนซ้ าที่ตั้งค่าให้มีอัตราขยาย 4 จะเปลี่ยนสัญญาณเอาต์พุต 40% หากเห็น
การเปลี่ยนแปลงอินพุต 10%: อัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงเอาต์พุตต่อการเปลี่ยนแปลงอินพุตเป็น 4: 1 ไม่
ว่าการเปลี่ยนแปลงอินพุทจะมาในรูปแบบของการปรับตั้งค่าการดริฟท์ในตัวแปรกระบวนการหรือการรวมกัน
ของทั้งสองไม่ส าคัญกับขนาดของการเปลี่ยนแปลงการส่งออกค่า bias ของตัวควบคุมแบบสัดส่วนเป็นเพียง
ค่าของเอาต์พุตเมื่อใดก็ตามที่ตัวแปรกระบวนการเกิดขึ้นจะเท่ากับ setpoint (เช่นเงื่อนไขข้อผิดพลาด
ศูนย์) หากไม่มีค าว่า bias ในสูตรควบคุมสัดส่วนวาล์วจะกลับสู่สภาพที่ปิดสนิท (0%) เสมอหากตัวแปร
กระบวนการถึงค่าที่ตั้งไว้ ค าว่า bias อนุญาตให้องค์ประกอบการควบคุม final บรรลุสถานะไม่เป็นศูนย์ที่
setpoint หากคอนโทรลเลอร์สามารถควบคุมได้เพื่อผลประโยชน์ไม่จ ากัด การตอบสนองของมันจะซ้ ากัน
ในการควบคุม on/off นั่นคือจ านวนข้อผิดพลาดใด ๆ จะส่งผลให้สัญญาณเอาต์พุตกลายเป็น“ อิ่มตัว” ที่
0% หรือ 100% และองค์ประกอบควบคุม final นั้นจะเปิดอย่างเต็มที่เมื่อตัวแปรกระบวนการลดลงต่ ากว่า
ที่ตั้งไว้และหมุน off เมื่อตัวแปรกระบวนการ เพิ่มขึ้นเหนือ setpoint ในทางกลับกันถ้าตัวควบคุมถูกตั้ง
ค่าให้เป็นศูนย์ก าไรมันจะไม่ตอบสนองอย่างสมบูรณ์ต่อการเปลี่ยนแปลงในตัวแปรกระบวนการหรือเซ็ตพอยต์
วาล์วจะยึดต าแหน่งไว้ที่จุด bias ไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับกระบวนการ
เห็นได้ชัดว่าจากนั้นเราจะต้องตั้งค่าการรับบางอย่างระหว่างใน infinity และศูนย์เพื่อให้อัลกอริทึม
นี้ท างานได้ดีกว่าการควบคุมแบบเปิด / ปิด การได้รับจ านวนคอนโทรลเลอร์นั้นขึ้นอยู่กับกระบวนการและ
เครื่องมืออื่น ๆ ทั้งหมดในลูปการควบคุม หากการตั้งค่าเกนสูงเกินไปจะมีการแกว่งเมื่อ PV มาบรรจบกับค่า
setpoint ใหม่

ภาพที่ 23 ตั้งค่าเกนสูงเกินไปจะมีการแกว่งเมื่อ PV มาบรรจบกับค่า setpoint
หากการตั้งค่า gain ต่ าเกินไปการตอบสนองของกระบวนการจะเสถียรภายใต้สภาวะคงที่ แต่
ค่อนข้างช้าในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงใน setpoint ดังแสดงในการบันทึกแนวโน้มต่อไปนี้

39

ภาพที่ 24 ตั้งค่า gain ต่ าเกินไปการตอบสนองของกระบวนการจะเสถียรภายใต้สภาวะคงที่
คุณสมบัติที่เป็นลักษณะเฉพาะของการควบคุม proportional ที่ทวีความรุนแรงขึ้นด้วยค่าที่
เพิ่มขึ้นของตัวควบคุมที่ต่ าเป็นปรากฏการณ์ที่รู้จักกันในชื่อชุดที่มีเฉพาะสัดส่วนซึ่ง PV ไม่เคยไปถึง SP อย่าง
เต็มที่ ค าอธิบายแบบเต็มของ offset ที่มีสัดส่วนอย่างเดียวนั้นยาวเกินไปส าหรับการอภิปรายนี้และจะถูก
น าเสนอในบทความถัดไป แต่อาจสรุปได้ที่นี่เพียงแค่ดึงความสนใจไปที่สมการตัวควบคุม proportional
ซึ่งบอกเราว่า SP (เช่น m = b เมื่อ PV = SP) หากมีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในกระบวนการที่จะต้องใช้
ค่าเอาต์พุตที่แตกต่างจาก bias (b) เพื่อท าให้เสถียรของ PV ข้อผิดพลาดระหว่าง PV และ SP จะต้อง
พัฒนาเพื่อขับเอาท์พุทคอนโทรลเลอร์ไปยังค่าเอาต์พุตที่จ าเป็น ซึ่งหมายความว่าเป็นไปได้โดยเฉพาะที่ PV
จะตัดสินอย่างแม่นย าที่ค่า SP ซึ่งส่วนใหญ่แล้ว PV จะเบี่ยงเบนจาก SP เพื่อสร้างมูลค่าเอาท์พุทที่เพียงพอ
เพื่อรักษาเสถียรภาพของ PV และป้องกันไม่ให้ดริฟท์ ข้อผิดพลาดถาวรนี้หรือชุด, จะแย่ลงเมื่ออัตราขยาย
ของคอนโทรลเลอร์ลดลง การเพิ่มอัตราขยายของคอนโทรลเลอร์ท าให้ชุดควบคุมนี้ลดลง แต่มีค่าใช้จ่ายในการ
แกว่ง ด้วยการควบคุม proportional อย่างเดียวตัวเลือกของค่าที่ได้รับคือการประนีประนอมระหว่าง
การแกว่งและการตั้งค่าที่มากเกินไป การตอบสนองของตัวควบคุมแบบสัดส่วนที่ปรับได้จะแสดงไว้ที่นี่

ภาพที่ 25 การประนีประนอมระหว่างการแกว่งและการตั้งค่าที่มากเกินไป

แง่มุมที่สับสนโดยไม่จ าเป็นของการควบคุม proportional คือการมีอยู่ของสองวิธีที่สมบูรณ์เพื่อ
แสดงสัดส่วนของคอนโทรลเลอร์ ในสมการ proportional-only ที่แสดงก่อนหน้านี้ระดับของการ
กระท าตามสัดส่วนนั้นเป็นค่าเฉพาะโดยค่าคงที่ Kp ที่เรียกว่า gain อย่างไรก็ตามมีวิธีอื่นในการแสดงความ
ไวของการกระท า proportional และนั่นคือการระบุเปอร์เซ็นต์ของการเปลี่ยนแปลงข้อผิดพลาดที่
จ าเป็นเพื่อให้เอาต์พุต (m) เปลี่ยนแปลง 100% ศาสตร์นี่คือสิ่งที่ตรงกันข้ามกับ gain และมันถูกเรียกว่า
proportional band (PB)

Kp =
1
PB PB =
1
Kp

Gain เป็นตัวก าหนดเสมอเป็นค่าที่ไม่มีหน่วยในขณะที่ proportional band จะถูกระบุเป็น
เปอร์เซ็นต์เสมอ ตัวอย่างเช่นค่าเกนที่ 2.5 เท่ากับค่าแบนด์ตามสัดส่วน 40% เนื่องจากข้อผิดพลาดของอินพุต
ไปยังคอนโทรลเลอร์นี้ต้องเปลี่ยน 40% เพื่อให้เอาต์พุตเปลี่ยนเต็ม 100% เนื่องจากการมีอยู่ของอนุสัญญาทั้ง
สองนี้ตรงข้ามกันทั้งหมดเพื่อระบุการกระท าตามสัดส่วนคุณอาจเห็นค าที่เป็นสัดส่วนของสมการควบคุมที่เขียน
ขึ้นมาอย่างอิสระทั้งนี้ขึ้นอยู่กับว่าผู้เขียนสมมติว่ามีการใช้ gain หรือการใช้ proportional band

Kp = gain PB = proportional band

Kpe

1
PB e

คอนโทรลเลอร์อิเล็กทรอนิกส์แบบดิจิตอลที่ทันสมัยจ านวนมากอนุญาตให้ผู้ใช้เลือกหน่วยที่ต้องการใช้
เพื่อการด าเนินการตามสัดส่วนได้อย่างสะดวก อย่างไรก็ตามแม้จะมีความสามารถนี้ใครก็ตามที่ได้รับ
มอบหมายให้ปรับค่า “ tuning” ของคอนโทรลเลอร์อาจจ าเป็นต้องแปลระหว่าง gain และ
proportional band โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีการบันทึกค่าบางอย่างในลักษณะที่ไม่ตรงกับหน่วย
ควบคุมส าหรับคอนโทรลเลอร์เมื่อคุณสื่อสารการตั้งค่าการด าเนินการตามสัดส่วนของตัวควบคุมกระบวนการ
คุณควรระมัดระวังในการระบุ“ gain” หรือ“ proportional band” เพื่อหลีกเลี่ยงความคลุมเครือ
อย่าพูดง่ายๆว่า“ การตั้งค่า proportional คือยี่สิบ” ส าหรับสิ่งนี้อาจหมายถึง Proportional
band = 20%; Gain = 5 หรือ Gain = 20; Proportional band = 5% อย่างที่คุณเห็นที่นี่
ความเป็นจริงในการตอบสนองของคอนโทรลเลอร์ต่อสัญญาณรบกวน (คลื่น) ขึ้นอยู่กับว่ามันมี
proportional band 20% หรือ gain 20 มาก

ภาพที่ 26 Proportional band = 20%; Gain = 5

ภาพที่ 27 Gain = 20; Proportional band = 5%

Proportional-only Offset ข้อจ ากัดพื้นฐานของการควบคุมสัดส่วนเกี่ยวข้องกับ
การตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงใน setpoint และการเปลี่ยนแปลงในโหลดกระบวนการ
“ โหลด” ในกระบวนการควบคุมคือตัวแปรใด ๆ ที่ไม่ได้ควบคุมโดยตัวควบคุมลูปซึ่งอย่างไรก็ตามตัว
แปรกระบวนการที่คอนโทรลเลอร์ก าลังพยายามควบคุมกล่าวอีกนัยหนึ่ง“ โหลด” เป็นปัจจัยใด ๆ ที่
ตัวควบคุมลูปต้องชดเชยขณะที่รักษาตัวแปรกระบวนการที่ setpoint ในระบบแลกเปลี่ยนความ
ร้อนสมมุติของเรา อุณหภูมิของกระบวนการที่ของไหลเข้ามาเป็นตัวอย่างของการโหลด

ภาพที่ 28 ระบบแลกเปลี่ยนความร้อนสมมุติ

หากอุณหภูมิขาเข้าลดลงอย่างฉับพลันสิ่งที่เกิดขึ้นทันทีในกระบวนการนี้ก็คือการลดอุณหภูมิเต้าเสียบ (ซึ่งเป็น
อุณหภูมิที่เราพยายามรักษาด้วยค่าคงที่)มันควรจะเป็นความรู้สึกที่เข้าใจได้ง่ายว่าการเข้ามาที่เย็นกว่านั้น
จะต้องใช้ความร้อนมากขึ้นในการเพิ่มอุณหภูมิให้เป็นอุณหภูมิเต้าเสียบเหมือนเดิมหากอินพุตความร้อนยังคง
เหมือนเดิม (อย่างน้อยในอนาคตอันใกล้), สิ่งที่เย็นกว่านี้ที่เข้ามาจะต้องท าให้เต้าเสียบเย็นกว่าเดิมดังนั้น
อุณหภูมิป้อนเข้ามีผลกระทบต่ออุณหภูมิทางออกไม่ว่าเราจะชอบหรือไม่และระบบควบคุมต้องชดเชยการ
เปลี่ยนแปลงที่ไม่คาดฝันและไม่สามารถควบคุมได้เหล่านี้ นี่คือความแม่นย าของ “โหลด”: ภาระในระบบ
ควบคุม แน่นอนว่ามันเป็นหน้าที่ของผู้ควบคุมที่จะตอบโต้แนวโน้มใด ๆ ส าหรับอุณหภูมิเต้าเสียบถึงการ
เบี่ยงเบนจากเซ็ตพอยต์ แต่ในไม่ช้าเราจะเห็นว่าสิ่งนี้ไม่สามารถท าได้อย่างสมบูรณ์แบบด้วยการควบคุม
proportional เพียงอย่างเดียว ให้เราท า “การทดลองทางความคิด” เพื่อแสดงปรากฏการณ์ของการตั้ง
ค่า proportional อย่างเดียว ลองนึกภาพตัวควบคุมได้ควบคุมอุณหภูมิทางออกตรงตามที่ก าหนดไว้
(PV = SP) จากนั้นอุณหภูมิป้อนเข้าลดลงและยังคงเย็นกว่าเดิม
m = Kp (SP − PV) + b

m = Controller output
Kp = Proportional gain
SP = Setpoint

PV = Process variable
b = Bias
การแนะน าฟีดที่เย็นกว่าให้กับตัวแลกเปลี่ยนความร้อนท าให้อุณหภูมิของเต้าเสียบ (PV) เริ่มลดลง
เมื่อ PV ตกลงมาคอนโทรลเลอร์จะค านวณข้อผิดพลาดเชิงบวก (SP — PV) ข้อผิดพลาดในเชิงบวกนี้เมื่อ
คูณด้วยค่า gain ของคอนโทรลเลอร์ให้ขับเอาต์พุตเป็นค่าที่มากกว่า สิ่งนี้จะเปิดวาล์วไอน้ าเพิ่มความร้อน
ให้กับอุปกรณ์แลกเปลี่ยน เมื่อความร้อนเพิ่มมากขึ้นอัตราการลดลงของอุณหภูมิจะช้าลง ยิ่งปล่อย PV มาก
ขึ้นเท่าใดวาล์วไอน้ าจะเปิดมากขึ้นจนกว่าจะมีการเพิ่มความร้อนเพิ่มเติมเข้าไปในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อ
รักษาอุณหภูมิของเต้าเสียบให้คงที่ อย่างไรก็ตามค่า PV ที่มีเสถียรภาพใหม่นี้จะน้อยกว่าค่าก่อนหน้าการ
เปิดตัวฟีดที่เย็นกว่า (เช่นน้อยกว่า SP) ในความเป็นจริงการกระท าอัตโนมัติของคอนโทรลเลอร์ไม่สามารถคืน
ค่า PV ไปเป็นค่าดั้งเดิม (SP) ได้ตราบใดที่ฟีดยังคงเย็นกว่าเดิม เหตุผลของเรื่องนี้ก็คือจ าเป็นต้องมีไอน้ า
ปริมาณมากเพื่อรักษาสมดุลของอาหารที่เย็นลงและวิธีเดียวที่ผู้ควบคุมสัดส่วนจะขับวาล์วไอน้ าไปยังต าแหน่งที่
ใหญ่กว่านี้โดยอัตโนมัติคือถ้าเกิดข้อผิดพลาดระหว่าง PV และ SP ดังนั้นการพัฒนาอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
ระหว่าง PV และ SP เนื่องจากการโหลด (ฟีดที่เย็นกว่า) เราอาจพิสูจน์ถึงความไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ของ
วิธีนี้อีกวิธี: ลองจินตนาการว่า PV นั้นกลับไปที่ค่า SP จริง ๆ แม้จะมีฟีดที่เย็นกว่า (ค่อนข้างเย็นกว่า) หากสิ่ง
นี้เกิดขึ้นวาล์วไอน้ าก็จะกลับสู่ต าแหน่งการควบคุมปริมาณเดิมเหมือนเดิมก่อนที่อุณหภูมิการป้อนจะลดลง
อย่างไรก็ตามเรารู้ว่าต าแหน่งเดิมนี้จะไม่อนุญาตให้ไอน้ าเพียงพอที่จะผ่านการแลกเปลี่ยนที่จะเอาชนะฟีดที่เย็น
กว่า ถ้าเป็นเช่นนั้น PV จะไม่ลดลงเริ่มต้นด้วย วาล์วเปิดเพิ่มเติมคือสิ่งที่เราต้องการเพื่อรักษาเสถียรภาพของ
PV จากฟีดที่เย็นกว่า แต่วิธีเดียวที่ตัวควบคุมแบบสัดส่วนเท่านั้นสามารถบรรลุสิ่งนี้คือถ้า PV ต่ ากว่า SP
จริง วิธีเดียวที่ตัวควบคุมแบบสัดส่วนเท่านั้นสามารถสร้างค่าเอาต์พุตใหม่ (m) โดยอัตโนมัติคือถ้า PV
เบี่ยงเบนจาก SP ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงโหลด (ต้องการค่าเอาต์พุตใหม่เพื่อชดเชย) บังคับให้ PV เบี่ยงเบน
จาก SP “การทดลองทางความคิด” อื่นอาจเป็นประโยชน์ในการแสดงให้เห็นปรากฏการณ์ของการตั้งค่าแบบ
สัดส่วนอย่างเดียว ลองนึกภาพการสร้างระบบควบคุมการล่องเรือของคุณเองส าหรับรถยนต์ของคุณตาม
สมการที่มีสัดส่วนอย่างเดียว: ต าแหน่งปีกผีเสื้อของเครื่องยนต์เป็นหน้าที่ของการแยกระหว่าง PV (ความเร็ว
ถนน) และ SP (ความเร็ว “เป้าหมาย” ที่ต้องการ) ให้เราสมมติว่าคุณปรับค่า bias ของระบบควบคุมการ
ล่องเรือของคุณอย่างรอบคอบเพื่อให้ได้ PV = SP บนพื้นราบด้วยความเร็ว 70 ไมล์ต่อชั่วโมง (70% ส าหรับ
มาตรวัดความเร็วมาตรวัดความเร็ว 0 ถึง 100 ไมล์ต่อชั่วโมง) โดยเค้นที่ ต าแหน่ง 40% และ gain 2
m = Kp (SP − PV) + b
40% = 2(70 − 70) + 40%
หลังจากล่องเรืออย่างแม่นย าที่ setpoint (70% = 70 ไมล์ต่อชั่วโมง) ถนนเริ่มเอียงขึ้นเนินหลาย
ไมล์ เห็นได้ชัดว่านี่เป็นภาระของระบบควบคุมความเร็วคงที่ เมื่อการควบคุมการล่องเรือไม่ท างานรถยนต์จะ
ชะลอตัวลงเนื่องจากต าแหน่งคันเร่งเดียวกัน (40%) เพียงพอที่จะรักษา setpoint (70 ไมล์ต่อชั่วโมง) บน
พื้นราบไม่ได้มีก าลังมากพอที่จะคงไว้ซึ่งจุดเดียวกันบนเอียงเมื่อมีการควบคุมการล่องเรือคันเร่งของเครื่องยนต์
จะเปิดขึ้นโดยอัตโนมัติเมื่อความเร็วลดลง ด้วยความเร็ว 69 ไมล์ต่อชั่วโมงคันเร่งจะเปิดขึ้นถึง 42% ด้วย
ความเร็ว 68 ไมล์ต่อชั่วโมงคันเร่งจะเปิดถึง 44% ความเร็วทุกหยดที่ 1 ไมล์ต่อชั่วโมงจะส่งผลให้เค้นเพิ่มขึ้นอีก
2% เพื่อส่งก าลังไปยังล้อ ข้อผิดพลาดที่จ าเป็นในการพัฒนาระหว่าง PV และ SP นั้นเรียกว่าการตั้งค่าแบบ
สัดส่วนเท่านั้นซึ่งบางครั้งเรียกว่า droop จ านวนของการเหี่ยวเฉาขึ้นอยู่กับความรุนแรงของกาเปลี่ยนแปลง
ของโหลดและความก้าวร้าวของคอนโทรลเลอร์ที่ตอบสนอง (นั่นคือการรับโหลดมากแค่ไหน)ค าว่า “เสีย
ก าลังใจ” นั้นท าให้เข้าใจผิดมากเนื่องจากเป็นไปได้ส าหรับข้อผิดพลาดในการพัฒนาวิธีอื่น (เช่น PV อาจสูง
กว่า SP เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโหลด) ลองนึกภาพสถานการณ์การเปลี่ยนภาระที่ตรงกันข้ามใน
กระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนไอน้ าของเราซึ่งอุณหภูมิป้อนเข้าที่เพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันแทนที่จะตก หาก
คอนโทรลเลอร์ถูกควบคุมอย่างแม่นย าที่ setpoint ก่อนที่จะผิดพลาด ผลลัพธ์ final จะเป็นอุณหภูมิ
ทางออกที่ตั้งอยู่ ณ จุดใดจุดหนึ่งเหนือระดับที่ก าหนดไว้เพียงพอเพื่อให้ผู้ควบคุมสามารถบีบวาล์วไอน้ าให้ปิด
พอที่จะหยุดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิชุดเฉพาะสัดส่วนยังเกิดขึ้นเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของ
setpoint เราสามารถจินตนาการประเภทเดียวกันได้อย่างง่ายดายหลังจากที่ผู้ปฏิบัติงานเพิ่มขึ้นส าหรับชุด
ควบคุมอุณหภูมิในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน หลังจากเพิ่ม setpoint แล้วคอนโทรลเลอร์จะเพิ่มสัญญาณ
เอาต์พุตทันทีส่งไอน้ าเพิ่มไปยังอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นอัลกอริธึมที่เป็นสัดส่วนท า
ให้สัญญาณเอาต์พุตลดลง เมื่ออัตราการป้อนพลังงานความร้อนโดยไอน้ าเท่ากับอัตราของพลังงานความร้อนที่
น าออกจากตัวแลกเปลี่ยนความร้อนโดยอุณหภูมิของไหล (สภาวะสมดุลพลังงาน) อุณหภูมิจะหยุดเพิ่มขึ้น
อุณหภูมิความสมดุลใหม่นี้จะไม่อยู่ที่จุดก าหนดสมมติว่าอุณหภูมินั้นคงอยู่ที่จุดก าหนดก่อนที่จะเพิ่มค่าที่ตั้งของ
ผู้ปฏิบัติงาน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นอัลกอริธึมที่เป็นสัดส่วนท าให้สัญญาณเอาต์พุตลดลง เมื่ออัตราการป้อน
พลังงานความร้อนโดยไอน้ าเท่ากับอัตราของพลังงานความร้อนที่น าออกจากตัวแลกเปลี่ยนความร้อนโดย
อุณหภูมิ uid (สภาวะสมดุลพลังงาน) อุณหภูมิจะหยุดเพิ่มขึ้นอุณหภูมิความสมดุลใหม่นี้จะไม่อยู่ที่จุดก าหนด
สมมติว่าอุณหภูมินั้นคงอยู่ที่จุดก าหนดก่อนที่จะเพิ่มค่าที่ตั้งของผู้ปฏิบัติงานอุณหภูมิสมดุลใหม่นั้นไม่สามารถ
บรรลุค่าที่ตั้งไว้สูงกว่าที่เคยท ามาในอดีตถ้าหากข้อผิดพลาดกลับคืนสู่ศูนย์ (PV = SP) วาล์วไอน้ าจะกลับสู่
ต าแหน่งเดิมซึ่งเรารู้ว่าน่าจะเป็น ไม่เพียงพอที่จะเพิ่มอุณหภูมิของอุณหภูมิที่อุ่นเป็นค่าใหม่วิธีการที่ซับซ้อน
ยิ่งขึ้นส าหรับการก าจัดชุดควบคุมที่เป็นสัดส่วนเท่านั้นคือการเพิ่มแอ็คชั่นควบคุมแบบแยกส่วนลงใน
คอนโทรลเลอร์: วิธีหนึ่งที่ด าเนินการตามจ านวนข้อผิดพลาดระหว่าง PV และ SP และระยะเวลาที่
ข้อผิดพลาดเกิดขึ้น เราเรียกโหมดนี้ว่า Integral ควบคุมหรือรีเซ็ต
Offset ใน Proportional controller ด้วยย่านความถี่สัดส่วนเอาท์พุทของ
คอนโทรลเลอร์จะเปลี่ยนเป็น “proportion” เป็นข้อผิดพลาดระหว่างตัวแปรกระบวนการและ
setpoint แอมพลิจูดของการเปลี่ยนแปลงสามารถปรับได้จาก 1% เป็น 999.9% ช่วงนี้อาจแตกต่างจาก
ผู้ขายกับผู้ขาย

Control Output = (error)(
100
PB
)

ภาพที่ 29 ตัวอย่างของเครื่องควบคุมอุณหภูมิแสดงการตั้งค่าแบนด์แบบสัดส่วน 5%
หากตัวแปรกระบวนการเท่ากับ setpoint (500 °) แสดงว่ามีเอาต์พุต 50% เมื่ออุณหภูมิลดลง
ย่านสัดส่วนจะเพิ่มเอาต์พุตเป็นเส้นตรงไปที่ 100% เมื่ออุณหภูมิลดลงไปที่ 475 ° เอาท์พุทลดลงต่ ากว่า 50%
เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึง 525° ในตัวอย่างนี้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเล็กน้อยท าให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใน
เอาต์พุต หากการตั้งค่ามีขนาดเล็กเกินไปส าหรับการเปลี่ยนแปลงกระบวนการ การแกว่งจะเกิดขึ้นและจะไม่ไป

47
ถึงจุดที่ก าหนดไว้ การตั้งค่า PB ขนาดใหญ่ท าให้คอนโทรลเลอร์ท างานช้าและไม่ตอบสนองต่อการพลิกคว่ า
อย่างเพียงพอ เนื่องจากการควบคุมตามสัดส่วนไม่ได้รวมเวลาที่มีข้อผิดพลาดอยู่จึงมีการชดเชยจาก
setpoint เสมอ โดยทั่วไปแล้วตัวควบคุมการไหลหรือแรงดันมีการตั้งค่าสัดส่วนที่มากกว่าเนื่องจากช่วงการ
วัดที่แคบกว่าและปฏิกิริยากระบวนการที่รวดเร็วต่อการเปลี่ยนแปลงในเอาต์พุตควบคุม OFFSETเมื่อใดก็
ตามที่การเปลี่ยนแปลงโหลดของกระบวนการเกิดขึ้นและท าให้กระบวนการเบี่ยงเบนไปจากสภาวะคงตัวผู้
ควบคุมจะตอบสนองและ จ ากัด การเคลื่อนที่ของตัวแปรควบคุมสิ่งนี้จะเกิดขึ้นและข้อผิดพลาดจะต้องพัฒนา
เพราะส าหรับคอนโทรลเลอร์เอาท์พุต (CO) จะต้องมีค่าอื่นนอกเหนือจากอคติ (b) จะต้องมีข้อผิดพลาดและ
หากการเปลี่ยนแปลงโหลดยังคงด าเนินต่อไป ความผิดพลาด ข้อผิดพลาดอย่างยั่งยืนนี้เนื่องจากการมีอยู่ของ
การเปลี่ยนแปลงโหลดกระบวนการอย่างต่อเนื่องในกระบวนการที่ควบคุมโดยตัวควบคุมที่เป็นสัดส่วนเท่านั้น
จะเรียกว่าออฟเซ็ต ระบบควบคุมอาจประสบกับการเปลี่ยนแปลงใน setpoint ซึ่งเรียกว่าการเปลี่ยนแปลง
setpoint load กระบวนการที่รวมและไม่รวมกระบวนการตอบสนองแตกต่างกันไปตามการเปลี่ยนแปลง
setpoint load เหล่านี้ภายใต้การควบคุมตามสัดส่วน กระบวนการที่ไม่ได้ผสานรวมจะประสบกับการ
ชดเชยเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงผู้น าที่ก าหนดไว้ในขณะที่กระบวนการรวมจะไม่เกิดขึ้นตัวควบคุม
Integral จะถูกใช้เพื่อลดข้อผิดพลาด offset นี้

บทที่3
อุปกรณ์และวิธีการ

จากการลงไปส ารวจพื้นที่การประมงพื้นบ้านย่านหาดวอนพบชาวบ้านใช้วิธีการแดดเดียวด้วยวิธีทาง
ธรรมชาติซึ่งให้ค่อนข้างดีในระดับหนึ่งแต่ยังไม่เป็นที่พึ่งพอใจมากนักเนื่องจากปัจจัยทางธรรมชาติยากที่จะ
ควบคุมพร้อมกับสอบถามชาวบ้านที่ธุรกิจพบว่าในท้องตลาดมีเครื่องที่ผลิตมาให้ท างานในลักษณะนี้มาก
พอสมควรแต่ส่วนใหญ่จะใช้เป็นลมร้อนสักส่วนมากท าให้ผมผลิตไม่เป็นที่น่าพอใจจากทั้งตลาดที่รับซื้อและ
ผู้ผลิตแต่ก็มีหลายครัวเรือนที่หันมาใช้เครื่องอบลมร้อนเหตุผลเพราะสะดวกต่อการผลิตได้ผลผลิตที่เร็วและ
สามารถผลิตได้อย่างต่อเนื่องข้อเสียที่ชาวบ้านบอกกล่าวคือราคาต้นทุนที่แพงเกินที่จะลงทุนพร้อมด้วยปัญหา
ขนาดของพื้นที่จัดวางเครื่องนั้นไม่เพียงพอกับธุรกิจขนาดเล็กและได้ผลผลิตไม่ตรงความต้องการที่ตลาดจะรับ
ซื้อมากนักปัจจัยที่มีผลต่อความสียหายนี้คือลมร้อนที่ใช้ในตู้อบที่มีลักษณะคล้ายกับเตาทอดลมร้อนแบบที่มี
ขายตามท้องตลาดจึงท าให้ผลผลิตที่ได้มีลักษณะคล้ายกับปลาทอดแทนที่จะมีลักษณะคล้ายปลาแดดเดียวที่
ท้องตลาดต้องการ

ภาพที่ 30 สถานที่ส าหรับตากปลาแห้ง

ปลาแต่ละรอบการผลิตจะมีเวลาในการตากเฉลี่ยอยู่ที่ 2 – 3 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับสภาพของแสงแดดและ
ปัจจัยร่วมอื่น ๆ เช่น ความชื้น อุณหภูมิ มลพิษทางอากาศ ส่งผลโดยตรงท าให้ผลผลิตเสียคุณภาพของปลาใน
ระดับหนึ่ง แต่ละวันจะมีการผลิตอยู่ที่ประมาณ 200 กิโลกรัม เป็นอย่างต่ าผลิตวันละประมาณ 2 – 3 รอบต่อ
วัน ถ้าวันไหนฝนตกก็จะเสียช่วงเวลาในการตากไปจ านวนหนึ่งแต่สามารถตากต่อได้ถ้าแดดออกในปริมาณที่
เหมาะสมกับความต้องการถ้าวันไหนแดดค่อนข้างจัดจะใช้เวลาสั้นลงจากเดิม

ภาพที่ 31 หน้าร้านขายปลาแดดเดียว

สถานที่ตากแห้งปลาส่วนใหญ่จะอยู่บริเวณรอบชายทะเลจึงท าให้ จึงส่งผลให้ปัจจัยด้านศัตรูทาง
ธรรมชาติ เช่น แมลงวัน แมลงพาหะ ต่าง ๆ เนื่องจากลมทะเลที่รุนแรงจะช่วยในเรื่องนี้ แต่ถึงกระนั้นถ้าวัน
ไหนประสบปัญหาไม่มีลมทะเลก็จะเกิดปัญหาแมลงศัตรูเข้ารบกวนได้ส่งผลให้วัตถุดิบอาจปนเปื้อนแบคทีเรีย
หรือ เชื้อโรคได้

ภาพที่ 32 แผงส าหรับตากปลาริมทะเล

ในท้องตลาดมีการผลิตมุ้งส าหรับการแดดเดียวมาเฉพาะเพื่อแก้ปัญหาเรื่องแมลงศัตรูรบกวนได้ผลที่ดี
เยี่ยมแต่ปัจจัยอื่น ๆ ก็ยังควบคุมได้ไม่มีประสิทธิภาพเท่าที่ควรพร้อมด้วยปัญหาที่สามารถผลิตต่อรอบได้
ค่อนข้างที่จะปริมาณน้อย

ภาพที่ 33 มุ้งส าหรับป้องกันแมลงศัตรู

ปัจจัยที่ชาวบ้านต้องการเพื่อที่จะสามารถผลิตออกมาตามความต้องการของผู้บริโภค มีดังนี้
1.วัตถุดิบต้องโดนลมที่เหมาะสมและโดนลมตลอด
2.ปลาต้องโดนแดดตลอดเวลา เพื่อให้ปลาแห้งสนิท ถ้าปลาไม่แห้งสนิทจะท าให้เกิดแบคทีเรียขึ้นท า
ให้ผู้ที่รับประทานเข้าไปเกิดอาการคันลิ้น หรือ ท้องเสีย ขึ้นได้
3.ต้องได้สีที่สวยงาม เนื่องด้วยกระบวนการผลิตด้วยวิธีอบลมร้อนที่มีการใช้อยู่ในปัจจุบันนั้นส่งผลให้
ปลามีสีที่เหมือนกับการทอดและได้ราคาที่ค่อนข้างต่ ากว่าที่จะได้ และ ยังเสี่ยงที่จะโดนคืนสินค้า

ภาพที่ 34 ปลาที่พร้อมส าหรับส่งจ าหน่ายจากแผงตากปลาริมทะเล

ภาพที่ 35 ปลาที่พร้อมส่งจ าหน่ายจากมุ้งส าหรับตากแดดเดียว

3.1การออกแบบ
จากข้อมูลและปัญหาที่ได้รับมาจึงน ามาออกแบบชิ้นงานเพื่อให้ตรงกับความต้องการของชาวประมงใน
ขั้นแรกเริ่มด้วยการออกแบบคร่าวๆด้วยมือ
หลักการท างาน: ใช้หลอดอินฟราเรดติดตั้งข้างในพร้อมตะแกรงกั้นความร้อนเพื่อไม่ให้ความร้อนตก
ลงวัตถุโดยตรงพร้อมติดพัดลมขนานเล็กเพิ่มเพื่อที่จะให้อากาศน าพาความร้อนไปทั่วทั้งตู้และติดตั้งพักลมดูด
อากาศเพื่อถ่ายเทความร้อนในแผงวงจรควบคุมอุณหภูมิ

ภาพที่ 36 ส่วนฐานของชิ้นงาน

ภาพที่ 37 ส่วนบนของชิ้นงาน

หลังจากท าการออกแบบด้วยมือแบบคร่าวๆ จึงน าไปออกแบบต่อในโปรแกรม Solidworks

ภาพที่ 38 ส่วนของฐานล่าง

ภาพที่ 39 ส่วนบนของชิ้นงาน

ภาพที่ 40 ชิ้นงานที่ประกอบแล้ว

ภาพที่ 41 ส่วนของฐานล่างมุมมองตรง

ท าการเจาะช่องบริเวณด้านล่างเพื่อน าถาดมาวางลองน้ าส่วนเกินที่จะหยดลงมาจากตัว

วัตถุดิบ และ เป็นช่องส าหรับให้อากาศภายในถ่ายเทได้ดี

ภาพที่ 42 ส่วนของฐานล่างมุมมองไอโซเมตริกแบบตัดขว้าง

ในส่วนของบริเวณตรงกลางของส่วนฐานล่างจะท าการใส่สลักไว้ส าหรับการวางตะแกรงที่มี

วัตถุดิบอยู่ด้านบน เพื่อให้สะดวกแก่การเคลื่อนย้ายและสับเปลี่ยนตะแกรง

ภาพที่ 43 ส่วนของฐานล่างมุมมองไอโซเมตริกแสดงต าแหน่งของสลัก

ภาพที่ 44 ส่วนบนของชิ้นงานมุมมองไอโซเมตริก

ในส่วนของชิ้นงานด้านบนนั้นจะท าการติดตั้งวงจรควบคุมบริเวณที่ว่างด้านบนพร้อมกับเจาะรูด้านบน
ส าหรับการติดตั้ง และ บ ารุงรักษา และ ยังใช้เป็นช่องส าหรับระบายความร้อนของระบบควบคุมอุณหภูมิ และ
มอเตอร์พัดลม 4 ตัว และ หลอดอินฟราเรด 1 หลอด ด้านข้างเจาะรูส าหรับติดพัดลมดูดอากาศขนาดเล็ก 2
ช่อง เพื่อให้อากาศถ่ายเทได้ดีขึ้น

ภาพที่ 45 ส่วนบนของชิ้นงานแสดงต าแหน่งของมอเตอร์และหลอดอินฟราเรด

ภาพที่ 46 ส่วนของชินงานด้านบนมุมมองด้านบนแสดงต าแหน่งของช่องบ ารุงรักษา

ภาพที่ 47 ส่วนของชินงานด้านบนมุมมองด้านบนแสดงต าแหน่งของช่องติดพัดลมระบายอากาศ

ขนาดเล็ก

ภาพที่ 48 ส่วนของชินงานด้านบนมุมมองไอโซเมตริกแบบตัดขว้าง

บทที่4

ผลการทดลอง

ในบทนี้จะยกตัวอย่างผลการวิจัยที่ใกล้เคียงกันมาน าเสนอเพื่อประกอบเป็นแนวทางในอนาคตส าหรับ
ต่อยอดท าชิ้นงานต่อไปโดยน าข้อมูลผลการทดลองจากมหาวิทยาลัยนราธิวาสราชนครินทร์หัวข้อการวิจัย
“กระบวนการอบแห้งปลากุเลาด้วยเครื่องอบแห้งพลังไฟฟ้าโดยใช้การควบคุมแบบพีไอดี” และ ข้อมูลผลการ
ทดลองจากมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ภาควิชาอาชีวศึกษา หัวข้อการวิจัย “เครื่องอบเนื้อปลาและเนื้อสัตว์
แดดเดียว” เพื่อน าผลงานทั้ง 2 ฉบับนี้มาเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของทั้ง 2 วิธีการ
ผลการทดลองจากมหาวิทยาลัยนราธิวาสราชนครินทร์ หัวข้อการวิจัย “กระบวนการอบแห้งปลากุเลา
ด้วยเครื่องอบแห้งพลังไฟฟ้าโดยใช้การควบคุมแบบพีไอดี”
คณะผู้วิจัยได้ท าการทดลองกับปลากุเลาจ านวน 3 ตัวชั่งน้ าหนักตัวปลาก่อนน าไปทดลอง ปลาตัวที่ 1
หนัก 0.282 kg ตัวที่ 2 หนัก 0.323 kg และ ตัวที่ 3 หนัก 0.414 kg ท าการทดลองโดยก าหนดให้พลังงาน
ความร้อนจากหลอดอินฟราเรด จ านวน 4 หลอด ติดด้านข้างของตู้อบข้างละ 2 หลอด ให้ความร้อนทั้งหมด
2,000 วัตต์ และเปิดพัดลมระบายอากาศ ออกแบบการทดลองเป็น 3 ส่วน ส่วนที่ 1 ใช้ปลาตัวที่ 1 ควบคุม
อุณหภูมิที่ 50°C ส่วนที่ 2 ใช้ปลาตัวที่ 2 ควบคุมอุณหภูมิที่ 60°C และส่วนที่ 3 ใช้ปลาตัวที่ 3 ควบคุมที่
อุณหภูมิ 70°C ท าการบันทึกค่าทุกๆ 1 ชั่วโมง จนได้ค่าความซื้นสุดท้ายของปลากุเลาอบแห้งให้มีความ
ใกล้เคียงค่าความชื้นของปลากุเลาตากแดดซึ่งโดยทั่วไปมีค่าความชื้นมาตรฐานแห้งประมาณ 20 – 30% ซึ่ง
ค านวณหาค่าความชื้นตามมาตรฐาน AOAC (Association of Official Analytical
chemists, 1970) ตามสมการที่ (b) จากบทที่ 2 โดยคณะผู้วิจัยได้ท าการทดลองเกี่ยวกับความ
สิ้นเปลืองพลังงาน และอัตราการอบแห้ง และประสิทธิภาพของการอบแห้งไว้ด้วยโดยใช้สมการดังนี้ตามล าดับ

SEC =

3.6Ep
min − mf

โดย SEC คือ ความสิ้นเปลืองพลังงานจ าเพราะ (MJ/kgH2Oevap)
Ep คือ ปริมาณพลังงานที่ใช้เป็นกิโลวัตต์-ชั่วโมง (kw-hr)
ตัวเลข 3.6 คือ แฟคเตอร์การแปลงหน่วยจาก (kw-hr) เป็น MJ/kgH2Oevap
min คือ มวลของวัสดุก่อนอบแห้ง (kg)
mf คือ มวลของวัสดุหลังอบแห้ง

อัตราการอบแห้ง =

ปริมาณน้ าที่ระเหยจากวัสดุ (MJ/kgH2Oeavp)

เวลาในการอบแห้ง (hr)

η =
ปริมาณน้ าที่ระเหยจากวัสดุอบแห้ง (kg)
ปริมาณพลังงานที่ใช้ในการอบแห้ง (kw − hr)

โดย η คือ ประสิทธิภาพ (%)
ปลาตัวที่ 1 ควบคุมอุณหภูมิแบบ PID ที่ 50°C ใช้พลังงานความร้อน 2,000 วัตต์ โดยชั่ง

น้ าหนักปลากุเลาก่อนอบไว้ที่ 0.282 kg ดังตารางที่ 4

ตารางที่ 4 ค่าที่วัดได้เมื่อควบคุมอุณหภูมิแบบ PID ที่ 50°C
สามารถค านวณค่าความชื้นมาตรฐานแห้งสุดท้ายได้จากสมการ

Md =
(w − d)
d
x100 =

(0.282 − 0.236)
0.236 x100 = 19.49%
ปลาตัวที่ 2 ควบคุมอุณหภูมิแบบ PID ที่ 60°C ใช้พลังงานความร้อน 2,000 วัตต์ โดยชั่งน้ าหนัก
ปลากุเลาก่อนอบไว้ที่ 0.323 kg ดังตารางที่ 5

ตารางที่ 5 ค่าที่วัดได้เมื่อควบคุมอุณหภูมิแบบ PID ที่ 60°C

สามารถค านวณค่าความชื้นมาตรฐานแห้งสุดท้ายได้จากสมการ

Md =
(w − d)
d
x100 =

(0.323 − 0.257)
0.257 x100 = 25.68%
ปลาตัวที่ 3 ควบคุมอุณหภูมิแบบ PID ที่ 60°C ใช้พลังงานความร้อน 2,000 วัตต์ โดยชั่งน้ าหนัก
ปลากุเลาก่อนอบไว้ที่ 0.414 kg ดังตารางที่ 6

ตารางที่ 6 ค่าที่วัดได้เมื่อควบคุมอุณหภูมิแบบ PID ที่ 70°C
สามารถค านวณค่าความชื้นมาตรฐานแห้งสุดท้ายได้จากสมการ

Md =
(w − d)
d
x100 =

(0.414 − 0.318)
0.318 x100 = 30.18%
จากผลการทดลองอบแห้งปลากุเลาในส่วนที่ 1 ควบคุมอุณหภูมิที่ 50°C น้ าหนักปลากุเลาก่อนอบ 0.282 kg
ใช้เวลาในการอบ 6 ชั่วโมง น้ าหนักปลาลดลงเหลือ 0.236 kg ลดลงไป 0.046 kg ค่าความชื้นมาตรฐานแห้ง
สุดท้าย 19.49% ส าหรับปลาตัวที่ 2 ควบคุมอุณหภูมิที่ 60°C น้ าหนักปลากุเลาก่อนอบ 0.323 kg ใช้เวลา
ในการอบ 4 ชั่วโมง น้ าหนักปลาลดลงเหลือ 0.257 kg ลดลงไป 0.066 kg ค่าความชื้นมาตรฐานแห้ง
สุดท้าย 25.68% ส าหรับปลาตัวที่ 3 ควบคุมอุณหภูมิที่ 70°C น้ าหนักปลากุเลาก่อนอบ 0.414 kg ใช้เวลา
ในการอบ 4 ชั่วโมง น้ าหนักปลาลดลงเหลือ 0.318 kg ลดลงไป 0.096 kg ค่าความชื้นมาตรฐานแห้ง
สุดท้าย 30.18% ส าหรับค่าความสิ้นเปลืองพลังงานจ าเพาะ (sec) ที่อุณหภูมิแตกต่างกันแสดงได้ดังภาพที่
48 และ ค่าประสิทธิภาพการอบแห้งที่อุณหภูมิแตกต่างกันดังภาพที่ 49

ภาพที่ 49 กราฟแสดงความสิ้นเปลืองพลังงานจ าเพาะที่อุณหภูมิแตกต่างกัน
จากกราฟ ค านวณค่าความสิ้นเปลืองพลังงานจ าเพาะ เปรียบเทียบที่เวลาในการอบ 4 ชั่วโมง
เมื่ออบที่อุณหภูมิ 50°C ค่า SEC =

3.6×8
0.282−0.249

= 872.73 MJ/kgH2Oevap

เมื่ออบที่อุณหภูมิ 60°C ค่า SEC =

3.6×8
0.323−0.257

= 436.36 MJ/kgH2Oevap

เมื่ออบที่อุณหภูมิ 70°C ค่า SEC =

3.6×8
0.414−0.318

= 300.0 MJ/kgH2Oevap

ภาพที่ 50 กราฟแสดงประสิทธิภาพการอบแห้งปลากุเลาที่อุณหภูมิแตกต่างกัน
จากกราฟ ค านวณค่าประสิทธิภาพในการอบแห้ง เปรียบเทียบกับเวลาในการอบ 4 ชั่วโมง
เมื่ออบที่อุณหภูมิ 50°C ค่า η =
0.033
8
x100 = 0.4125%

เมื่ออบที่อุณหภูมิ 60°C ค่า η =
0.066
8
x100 = 0.825%

เมื่ออบที่อุณหภูมิ 70°C ค่า η =
0.096
8
x100 = 1.2%

ผลการทดลองจากมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ภาควิชาอาชีวศึกษา หัวข้อการวิจัย
“เครื่องอบเนื้อปลาและเนื้อสัตว์แดดเดียว”
คณะผู้วิจัยได้วัดอุณหภูมิเตาอบทุก ๆ 10 นาที ณ สถานที่ที่ใช้ตากปลาแดดเดียวซึ่งเป็นพื้นที่
บริเวณรอบบ่อกุ้งของกลุ่มแม่บ้านเกษตรกรชุมชนบ้านสงขลาตารางอูณหภูมิเหนือตะแกรงตากปลาได้
บันทึกไว้ในตารางที่ 7 อุณหภูมิเฉลี่ยทั้งวัน และ อุณหภูมิเฉลี่ยทั้งวันและอุณหภูมิสูงสุดอยู่ที่ 35.1°C
และ 39.8°C ตามล าดับ

ตารางที่ 7 อุณหภูมิที่ต่างๆ
คณะผู้วิจัยได้ทดสอบตู้อบกับไส้กรอกจ านวน 10 กิโลกรัม ซึ่งอุณหภูมิที่จุดต่างๆได้ถูกบันทึกไว้ใน
กราฟภาพที่ 50 โดยมีการเปิดตู้อบเพื่อกลับด้านไส้กรอกที่เวลาผ่านไป 30 นาทีหลังจากการเปิดเครื่อง ซึ่ง
พบว่าอุณหภูมิภายในตู้ลดลงไปประมาณ 10°C แต่หลังจากนั้นอุณหภูมิกลับคืนมาได้ในเวลาอันรวดเร็ว และ
จะสังเกตเห็นได้ว่าอุณหภูมิที่จุดต่างมีความกระจายตัวของอุณหภูมิเกิดขึ้น ทั้งนี้เนื่องจากความหนาแน่นของ
การวางไส้กรอกและความชื้นของไส้กรอกแตกต่างกันในแต่ละจุด

ภาพที่ 51 กราฟแสดงอุณหภูมิในตู้อบเมื่ออบไส้กรอกน้ าหนัก 10 กิโลกรัม

แต่เมื่อคณะผู้วิจัยได้ทดสอบตู้อบกับปลาจ านวน 10 กิโลกรัม ซึ่งอุณหภูมิที่จุดต่าง ๆ ได้ถูกบันทึกไว้ใน
กราฟภาพที่ 51 โดยมีการเปิดตู้อบเพื่อท าการกลับด้านปลาที่เวลาผ่านไป 45 นาทีเช่นเดิมหลังจากการเปิด
เครื่องในกรณีของการอบปลานั้นจะสังเกตได้ว่าอุณหภูมิที่จุดต่าง ๆ ไม่กระจายตัวของอุณหภูมิ ทั้งนี้เนื่องจาก
ปลาที่น ามาอบมีความเปียกค่อนข้างมากจึงอาจส่งผลให้กราฟอุณหภูมิไม่แตกต่างกันมากนัก

ภาพที่ 52 กราฟแสดงอุณหภูมิในตู้อบเมื่ออบปลาน้ าหนัก 10 กิโลกรัม
หลังจากนั้นคณะผู้วิจัยได้ทดสอบตู้อบกับเนื้อหมูจ านวน 7 กิโลกรัม ซึ่งอุณหภูมิที่จุดต่าง ๆ ได้บันทึก
ไว้ในกราฟภาพที่ 52 โดยมีการเปิดตู้อบเพื่อกลับหมูที่เวลาผ่านไป 45 นาที เช่นเดิมหลังจากการเปิดเครื่อง
อุณหภูมิที่จุดต่าง ๆ ในการอบเนื้อหมูไม่เกิดกระจายตัวของอุณหภูมิคล้ายๆ กับปลา

ภาพที่53 กราฟแสดงอุณหภูมิในตู้อบเมื่ออบหมูน้ าหนัก 7 กิโลกรัม

บทที่ 5
สรุปผลการทดลอง

สรุป
กระบวนการอบแห้งปลากุเลาด้วยเครื่องอบแห้งพลังงานไฟฟ้าโดยใช้การควบคุมอุณหภูมิแบบ PID
พบว่า ตัวเครื่องอบสามารถควบคุมอุณหภูมิในการอบได้ตามค่าเป้าหมาย โดยตลอดการทดลอง เมื่อท าการ
อบแห้งปลากุเลาที่อุณหภูมิ 50, 60, และ 70°C มีความสิ้นเปลืองพลังงาน าเพาะในการอบน้อยที่สุด เท่ากับ
300 MJ/kgH2Oeavp โดยที่ยังคงได้ค่าความชื้นมาตรฐานแห้งทั่วไปประมาณ 20 – 30 % และมี
ประสิทธิภาพในการอบแห้ง 1.2% ใช้ระยะเวลาในการอบแห้ง 4 ชั่วโมง โดยที่ปลากุเลาอบแห้งที่ได้ยังคง
คุณภาพเนื้อและสีของปลาใกล้เคียงกับที่มีวางจ าหน่ายในท้องตลาด ควรส่งเสริมให้ชาวบ้านน าเครื่องอบปลา
กุเลาไปใช้จริงในการเพิ่มผลผลิตปลากุเลาตากแห้งเพื่อการค้า ซึ่งตัวเครื่องสามารถอบปลากุเลาได้ประมาณครั้ง
ละ 20 – 25 ตัว โดยที่อุณหภูมิ 70 องศาเซลเซียส จะใช้เวลาประมาณ 4 ชั่วโมง ซึ่งน้อนกว่าการตากแดดที่
ต้องใช้เวลา 3-7 วัน
เครื่องอบปลาแดดเดียวที่ได้พัฒนาขึ้นนั้นใช้หลักการท าความร้อนด้วยรังสีจากหลอดอินฟราเรด โดย
อุณหภูมิของตู้อบที่บรรจุปลาหรือเนื้อหมูไว้เต็มตู้อบถูกตั้งไว้ประมาณ 50°C ซึ่งเป็นอุณหภูมิด้านต่ าในการ
อบแห้งเนื่องจากในการอบปลาหรือเนื้อแดดเดียวนั้นต้องการให้เกิดการสูญเสียน้ าในเนื้อปลาหรือในเนื้อหมู
น้อยที่สุดข้อดีของเครื่องอบแดดเดียวคือสามารถท าปลาแดดเดียวได้ทุกที่ทุกเวลา เนื่องจากไม่ต้องพึ่งปัจจัย
ทางธรรมชาติ ท าหลายรอบได้ไม่จ ากัดจ านวน ต้นทุนพลังงานค่อนข้างต่ า ปลาแดดเดียวที่ได้จะถูกสุขลักษณะ
กลุ่มชาวบ้านประมงท้องถิ่นสามารถน าไปจัดแสดงวิธีการผลิตโชว์ในงาน OTOP เพื่อเพิ่มยอดขายให้กับ
ผลิตภัณฑ์ได้ และยังสามารถประยุกต์ใช้กับผลิตภัณฑ์อื่นๆต่อไปได้

เอกสารอ้างอิง

Siamchemi, รังสีอินฟราเรด, Available via Dialog:
https://www.siamchemi.com/%E0%B8%A3%E0%B8%B1%E0%B8%87
%E0%B8%AA%E0%B8%B5%E0%B8%AD%E0%B8%B4%E0%B8%99%E0
%B8%9F%E0%B8%A3%E0%B8%B2%E0%B9%80%E0%B8%A3%E0%B8
%94/. สืบค้นเมื่อ 13 กุมภาพันธ์2563
กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน. (2004). ตอนที่ 4 บทที่ 1 ระบบ
อัดอากาศ ปั๊มน้ า และพัดลม. In ต าราฝึกอบรมผู้รับผิดชอบด้านพลังงานอาวุโส (ผอส.) ด้านความร้อน (pp.
1-1 – 1-72), ประเภทและหลักการท างานของพัดลม. Available via Dialog:
https://www.siamchemi.com/%E0%B8%A3%E0%B8%B1%E0%B8%87
%E0%B8%AA%E0%B8%B5%E0%B8%AD%E0%B8%B4%E0%B8%99%E0
%B8%9F%E0%B8%A3%E0%B8%B2%E0%B9%80%E0%B8%A3%E0%B8
%94/ . สืบค้นเมื่อ 5 มีนาคม 2563
Factomart, วิธีควบคุม Temperature Controller ก่อนน าไปใช้งาน, Available

via Dialog: https://mall.factomart.com/how-to-control-a-
temperature-controller/. สืบค้นเมื่อ 5 มีนาคม 2563

keerati rounghirun, PID Controller PART 1, Available via Dialog:
https://medium.com/maestro19/engineering-pid-controller-part-1-
33a8f6d27fa8. สืบค้นเมื่อ 5 มีนาคม 2563
คุณยุต เอี่ยมสะอาด, กิตตินาถ วรรณิสสร, และ วรัทยา ธรรมกิตติภพ, เครื่องอบเนื้อปลาและเนื้อสัตว์
แดดเดียว, วารสาร ศึกษาศาสตร์มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, หน้า 53-66
สุพรพิศ ณ พิบูลย์วศ.ม., กระบวนการอบแห้งปลากุเลาด้วยเครื่องอบแห้งพลังงานไฟฟ้าโดยใช้การ
ควบคุมอุณหภูมิแบบพีไอดี, วารสาร วิศวกรรมศาสตร์มหาวิทยาลัยนราธิวาสราชนครินทร์, หน้า 1-11
วัชรินทร์ดงบัง, รังสีอินฟราเรดและการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร, วารสาร วิชา
วิศวกรรมเครื่องกล วิศวกรรมศาสตร์มหาวิทยาลัยบูรพา, หน้า 299-304

เอกสารอ้างอิง(ต่อ)

ปัญสยาม, ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับสแตนเลส สตีล, Available via Dialog:
https://pansiam.com/%E0%B8%84%E0%B8%A7%E0%B8%B2%E0%B8
%A1%E0%B8%A3%E0%B8%B9%E0%B9%89%E0%B8%97%E0%B8%B1
%E0%B9%88%E0%B8%A7%E0%B9%84%E0%B8%9B%E0%B9%80%E0
%B8%81%E0%B8%B5%E0%B9%88%E0%B8%A2%E0%B8%A7%E0%B8
%81%E0%B8%B1%E0%B8%9A-2/. สืบค้นเมื่อ 4 มีนาคม 2563

ภาคผนวก ก.

การออกแบบและเขียนแบบชิ้นงาน

1.ออกแบบเครื่องแดดเดียว

ภาพที่ก1 เครื่องอบแดดเดียว

ภาพที่ก2 ขนาดโดยรวมของเครื่องอบแดดเดียว

ภาพที่ก3 ขนาดส่วนบนของเครื่อง

ภาพที่ก4 ขนาดของเครื่องส่วนล่าง