การวิเคราะห์การตอบสนองเชิงพลวัตของโหลดเซลล์ชนิดสเตรนเกจภายใต้แรงกระแทก เพื่อเพิ่มความแม่นยำของระบบคัดแยกขวดอัตโนมัติ

เสาวนีย์ จันทร์สว่าง; อนุวัช  แสนพงษ์; อภิชน  มุ่งชู; ไฉไล  ซาแสน

ผู้แต่ง

เสาวนีย์ จันทร์สว่าง สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกลและเมคคาทรอนิกส์ คณะวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยกาฬสินธุ์ https://orcid.org/0009-0006-9438-0359
อนุวัช แสนพงษ์ สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกลและเมคคาทรอนิกส์ คณะวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยกาฬสินธุ์ https://orcid.org/0009-0001-4444-1057
อภิชน มุ่งชู สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกลและเมคคาทรอนิกส์ คณะวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยกาฬสินธุ์ https://orcid.org/0009-0006-0377-3895
ไฉไล ซาแสน สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกลและเมคคาทรอนิกส์ คณะวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยกาฬสินธุ์ https://orcid.org/0009-0005-8003-006X

คำสำคัญ:

โหลดเซลล์ , การตอบสนองเชิงพลวัต, ระยะเวลาการคืนค่าเป็นศูนย์ , ระบบคัดแยกอัตโนมัติ , การวัดแรงกระแทก

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาพฤติกรรมการตอบสนองเชิงพลวัตของโหลดเซลล์ชนิดสเตรนเกจภายใต้แรงกระแทก และประยุกต์ใช้ผลลัพธ์เพื่อเพิ่มความแม่นยำของระบบคัดแยกอัตโนมัติ โดยใช้โหลดเซลล์ร่วมกับโมดูลขยายสัญญาณ HX711 และบอร์ด Arduino Uno ในการเก็บข้อมูลแบบเวลาจริง (Real-Time) การทดลองดำเนินการโดยปล่อยวัตถุที่มีมวล 30, 50, 120 และ 250 กรัม ภายใต้เงื่อนไขการควบคุมตำแหน่งและความสูงให้คงที่ ผลการทดลองพบว่าสัญญาณเอาต์พุตมีลักษณะการสั่นแบบลดทอนในช่วงทรานเชียนต์ และระยะเวลาการคืนค่าเป็นศูนย์ (Settling Time: T_s) เพิ่มขึ้นตามมวลของวัตถุอย่างมีนัยสำคัญ โดยมีค่าเฉลี่ยเท่ากับ 50.22, 65.14, 100.02 และ 145.03 มิลลิวินาที ตามลำดับ เพื่อหลีกเลี่ยงการซ้อนทับของสัญญาณ จึงกำหนดช่วงเวลาการปล่อยวัตถุขั้นต่ำเป็น 2T_s ซึ่งช่วยเพิ่มเสถียรภาพและลดความคลาดเคลื่อนของระบบ นอกจากนี้พบว่าความสัมพันธ์ระหว่างมวลของวัตถุและช่วงเวลาการปล่อยวัตถุมีลักษณะเชิงเส้น จึงสามารถพัฒนาสมการเชิงประจักษ์ได้เป็น T_release = 0.832M+86.46 ซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ R² = 0.982 แสดงถึงความแม่นยำของแบบจำลองในระดับสูง ผลลัพธ์ของงานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าสามารถนำพฤติกรรมการตอบสนองเชิงพลวัตของโหลดเซลล์มาใช้ในการกำหนดช่วงเวลาการทำงานของระบบคัดแยกอัตโนมัติได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยลดความคลาดเคลื่อนจากสัญญาณรบกวนและการซ้อนทับของสัญญาณ และเพิ่มความแม่นยำรวมถึงเสถียรภาพของระบบโดยรวม

เอกสารอ้างอิง

[1] Avia Semiconductor, “HX711 24-bit analog-to-digital converter (ADC) for weigh scales,” datasheet, ver. 2.0. [Online]. Available: https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/ForceFlex/hx711_english.pdf

[2] M. N. Annisa, F. N. Fadilla, M. Luthfi, S. Hidayat, and C. A. Rosalia, “Rancang Bangun Sistem Load Cell untuk Pengujian Beban Tekan Berbasis Arduino,” in Proc. 16th Industrial Research Workshop and National Seminar (IRWNS), Bandung, Indonesia, Jul. 2025, pp. 303–309, doi: 10.35313/irwns.v16i1.6676.

[3] O. S. Al-Dahiree et al., “Design and Shape Optimization of Strain Gauge Load Cell for Axial Force Measurement for Test Benches,” Sensors, vol. 22, no. 19, Art. no. 7508, 2022, doi: 10.3390/s22197508.

[4] G. I. Zarate Garnica, E. O. L. Lantsoght, and Y. Yang, “Monitoring structural responses during load testing of reinforced concrete bridges: a review,” Structure and Infrastructure Engineering, vol. 18, no. 10–11, pp. 1558–1580, 2022, doi: 10.1080/15732479.2022.2063906.

[5] C. T. Noh et al., “Measurement of Force and Position Using a Cantilever Beam and Multiple Strain Gauges: Sensing Principles and Design Considerations,” Sensors, vol. 25, no. 21, Art. no. 6561, 2025, doi: 10.3390/s25216561.

[6] M. Tiboni, R. Bussola, F. Aggogeri, and C. Amici, “Experimental and Model-Based Study of the Vibrations in the Load Cell Response of Automatic Weight Fillers,” Electronics, vol. 9, no. 6, Art. no. 995, Jun. 2020, doi: 10.3390/electronics9060995.

[7] L. Xiong, T. Zhang, A. Yuan, and Z. Zhang, “Research on Filtering Algorithm of Vehicle Dynamic Weighing Signal,” World Electr. Veh. J., vol. 15, no. 6, Art. no. 254, 2024, doi: 10.3390/wevj15060254.

[8] J. Gajda, R. Sroka, P. Burnos, and M. Daniol, “Long-Term Assessment of the Properties of Load Sensors Applied in Weigh-in-Motion Systems,” Sensors, vol. 25, no. 8, Art. no. 2421, 2025, doi: 10.3390/s25082421.

[9] PCB Load & Torque Division, Load Cell Handbook: A Technical Overview and Selection Guide, Farmington Hills, MI, USA: PCB Piezotronics, 2023.

[10] Tokyo Measuring Instruments Laboratory Co., Ltd., “TML Transducers 2025–2026: Load Cells, Displacement Transducers, Pressure Transducers, Acceleration Transducers, Product Catalog, Version 2,” [Online]. Available: https://tml.jp/eng/documents/Catalog/transducers2025-2026.pdf. [Accessed: July 2026].

[11] G. Guo et al., “Effect of Additional Mass on Natural Frequencies of Weight-Sensing Structures,” Sensors, vol. 23, no. 17, Art. no. 7585, 2023, doi: 10.3390/s23177585.

[12] R. Ouyang and R. D. Howe, “Low-Cost Fiducial-based 6-Axis Force-Torque Sensor,” in Proc. 2020 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2020, pp. 1653–1659, doi: 10.1109/ICRA40945.2020.9196925.