A. บทนำ

เราจะศึกษาการทำงานของเตาเหนี่ยวนำ ซึ่งประกอบไปด้วยขดลวดที่ต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อให้ความร้อน แก่กระทะที่วางอยู่เหนือขดลวด. เตาชนิดนี้ดีต่อสิ่งแวดล้อม และให้ความร้อนได้เร็ว.

ในการทดลองนี้ประกอบไปด้วยสามตอน. ในตอนที่หนึ่ง เราจะวัดค่าความเหนี่ยวนำตนเองของขดลวด (coil’s inductance, L) และ ความต้านทานภายในของขดลวด ($R_L$).

ในตอนที่สองเราจะศึกษาถึง skin depth ในโลหะซึ่งมีความสำคัญกับการใช้กระทะปรุงอาหาร และในตอนที่สาม เราจะหาค่าความจุความร้อนจำเพาะ ($c$) ของโลหะต่าง ๆ ที่ใช้ทำกระทะ และค่าความต้านทานยังผล (effective load resistance, $R_\mathrm{LOAD} $) ของกระทะที่เกิดในระบบ.

B. อุปกรณ์การทดลอง

1. เครื่องกำเนิดสัญญาณ (Function Generator, FG) ซึ่งให้สัญญาณความถี่ได้ตั้งแต่ $20 \, \mathrm{Hz}$ ถึง $100 \, \mathrm{kHz}$).
2. ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัลยี่ห้อ Zoyi พร้อมสายโพรบ BNC (จำนวน 1 ชุด)
3. ชุดขดลวดในกรอบพลาสติก (จำนวน 2 ชิ้น)
4. นาฬิกาจับเวลา (จำนวน 1 เครื่อง)
5. สายไฟที่มีปลั๊กกล้วยสองฝั่ง (จำนวน 4 สาย)
6. สายไฟที่มีปลั๊กกล้วย-ปลายเข็ม (จำนวน 4 สาย)
7. ตัวต้านทานโลหะ "$R_1$" $(1\, \Omega, 100 \, \mathrm{Watt})$, ติดตั้งบนกล่องพลาสติก (จำนวน 1 ชุด)
8. กล่องพลาสติกเพื่อใช้ต่อปลั๊กกล้วยได้สี่จุด (จำนวน 1 ชิ้น)
9. ตัวเก็บประจุ
   
   
   - $470 \, \mathrm{nF}$ ซึ่งมีสีน้ำตาล (จำนวน 1 ตัว)
   - $470 \, \mu\mathrm{F}, 1000 \, \mu\mathrm{F}, 2200 \, \mu\mathrm{F} $ ซึ่งเป็นทรงกระบอกสีดำ (ชนิดละ 1 ตัว)
   
10. ประแจหกเหลี่ยมรูปตัว L ขนาด M3 (1 ชิ้น)
11. แผ่นอลูมิเนียมซึ่งมีเทอมิสเตอร์ NTC (negative temperature coefficient) แปะติดไว้, ขนาด $\operatorname{size} = 2 \, \mathrm{cm} \times 2 \, \mathrm{cm}$, ความหนา $\operatorname{thickness} = 0.73 \, \mathrm{mm}$, และลักษณะผิวขัดพอเงาทั้งสองด้าน เพื่อใช้แทนกระทะในการทดลอง (จำนวน 1 ชิ้น)
12. แผ่นสแตนเลสชนิด SS410 ซึ่งมีเทอมิสเตอร์ NTC แปะติดไว้, ขนาด $\operatorname{size} = 2 \, \mathrm{cm} \times 2 \, \mathrm{cm}$, ความหนา $\operatorname{thickness} = 0.76 \, \mathrm{mm}$, และลักษณะผิวขัดเงาแบบกระจกสองด้าน เพื่อใช้แทนกระทะในการทดลอง (จำนวน 1 ชิ้น)
13. แผ่นอลูมิเนียมที่มีขนาด $\operatorname{size} = 2.7 \, \mathrm{cm} \times 4.6 \, \mathrm{cm}$, ความหนา $\operatorname{thickness} = 0.73 \, \mathrm{mm}$, สภาพให้ซึมผ่านได้สัมพัทธ์ (relative magnetic permeability) $\mu_r =1$, และลักษณะผิว ขัดพอเงาทั้งสองด้าน (จำนวน 5 ชิ้น)
14. แผ่นทองแดงที่มีขนาด $\operatorname{size} = 2.7 \, \mathrm{cm} \times 4.6 \, \mathrm{cm}$, ความหนา $\operatorname{thickness} = 0.71 \, \mathrm{mm}$, สภาพซึมผ่านได้สัมพัทธ์ $\mu_r =1$, และมีสีออกแดงปนส้ม (จำนวน 5 ชิ้น)
15. แผ่นสแตนเลสชนิด SS304 ที่มีขนาด $\operatorname{size} = 2.7 \, \mathrm{cm} \times 4.6 \, \mathrm{cm}$ ความหนา $\operatorname{thickness} = 0.72 \, \mathrm{mm}$, สภาพให้ซึมผ่านได้สัมพัทธ์ $\mu_r =1$, และลักษณะที่ด้านหนึ่งเป็นผิวด้านและอีกด้านเป็นผิวขัดเงาแบบกระจก (จำนวน 4 ชิ้น)
16. แผ่นสแตนเลสชนิด SS410 ที่มีขนาด $\operatorname{size} = 2.7 \, \mathrm{cm} \times 4.6 \, \mathrm{cm}$, ความหนา $\operatorname{thickness} = 0.76 \, \mathrm{mm}$, สภาพซึมผ่านได้สัมพัทธ์ $\mu_r =700$, และลักษณะผิวขัดเงาแบบกระจกทั้งสองด้าน (จำนวน 4 ชิ้น)
17. สายไฟ USB-C และตัวชาร์จไฟสำหรับออสซิลโลสโคป (จำนวน 1 เครื่อง)

พารามีเตอร์และค่าคงที่สำหรับการทดลองนี้

คำแนะนำ

1. อ่านวิธีการใช้งานอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้จากตอน D
2. สำหรับทุกตอนในการทดลอง เราต้องใช้ตัวเก็บประจุ $C$ เพื่อสร้างวงจรอนุกรม RLC. (ในวงจรที่มีแค่ RL จะเกิดความร้อนมากเกินไป.)
3. ไม่ต้องวิเคราะห์ความคลาดเคลื่อน (error analysis) ในทุกการทดลอง
4. ตั้งค่ารูปคลื่น (Waveform) เป็น "sine" ในทุกการทดลอง.
5. จำกัดแอมพลิจูดของกระแสไฟฟ้าไม่ให้เกิน $2\,\mathrm{A}$.
6. สำหรับการใช้งานดิจิทัลออสซิลโลสโคป เลือกโหมด "oscilloscope" เพื่อวัดโวลเทจ, ความถี่, และ การดูรูปคลื่น และเลือกโหมด "multimeter" ใช้เพื่อวัดความต้านทาน.
7. นักเรียนสามารถต่อออสซิลโลสโคป (อุปกรณ์หมายเลข 2) เข้ากับสายไฟปลั๊กกล้วยสองฝั่ง (อุปกรณ์หมายเลข 5) เพื่อความสะดวกในการวัดค่าต่าง ๆ ในการทดลอง.

C. การทดลอง

C.1 การทดลอง #1: สมบัติของขดลวดเหนี่ยวนำ (4.5 คะแนน)

เราจะวัดค่าความเหนี่ยวนำตนเอง (self inductance, $L$) ของขดลวด #1 เท่านั้น(ขดลวดชิ้นบนดังแสดงในรูป 3b. เราจะสมมติว่าเป็นขดลวดอุดมคติมีค่า $L$ ต่อแบบอนุกรมกับความต้านทานภายในตัวเอง $R_L$.

เราสร้างวงจรอนุกรม RLC ที่ประกอบไปด้วยตัวต้านทานโลหะ $R_1$ สีเหลือง, ขดลวด #1, และตัวเก็บประจุตัวหนึ่ง ซึ่งเรามีตัวเก็บประจุขนาดต่างๆ 4 ตัว ซึ่งเอาท์พุตโวลเทจของเครื่องกำเนิดสัญญาณ (FG) สามารถเปลี่ยนไปได้ตามความถี่ หรือตาม impedance ของระบบ.

1.1 วาดภาพวงจร และ แสดงถึงชิ้นส่วนสำคัญต่าง ๆ. กำหนดให้ความต้านทานจากสายไฟที่ใช้ต่อวงจรมีค่า $R_C$ ที่ไม่ควรละทิ้ง และรวมอยู่ในความต้านทานรวม $R_\mathrm{TOT}$ ของวงจร. จงวัดค่า $R_C$ ด้วย ohmmeter.

A S

1.2 จงพลอตกราฟที่เหมาะสมเพื่อแสดงความถี่เรโซแนนซ์. ในวงจร RLC จากค่า $C$ ที่ต่างกันสองค่า : ให้ใช้ $C = 470\,\mathrm{nF}$ และ $2200 \,\mu \mathrm{F}$. บันทึกข้อมูลในตาราง และหาค่า $L$ จากราฟเรโซแนนซ์.

A S

1.3 นักเรียนจะพบว่ากราฟที่ได้จากข้อข้างบนนั้น มีกราฟที่ได้จากตัวเก็บประจุค่าหนึ่งที่ไม่เห็นเรโซแนนซ์ชัดเจน ซึ่งทำให้ไม่สามารถหาค่า $L$ ได้แม่นยำนัก. ดังนั้น จงหาสมการเชิงเส้นที่ทำให้นักเรียนสามารถหาค่า $L$ กับ $R_L $ ได้จากการทดลองของวงจรอนุกรม RLC.

S

1.4 ทำการทดลองจากตัวเก็บประจุอีกสองตัวที่มีค่า $C=470 \, \mu\mathrm{F}$ และ $1000 \, \mu\mathrm{F}$. บันทึกผล และวิเคราะห์ข้อมูล RLC จากสมการที่นักเรียนหาได้จากข้อข้างบนนี้. จงเลือกช่วงความถี่ที่เหมาะสม และพลอตกราฟที่มีขนาดเหมาะสม.

S

1.5 จงหาของ $R_L$ และ $L$ จากการใช้ตัวเก็บประจุหนึ่งตัว และเปลี่ยนตัวเก็บประจุ เพื่อทำการทดลองซ้ำจนครบทั้งสี่ตัว และหาค่าเฉลี่ยของ $R_L$ และ $L$ จากการทดลอง.

A

C2 การทดลอง #2: การเหนี่ยวนำร่วม (Mutual Inductance) และ Skin Depth (8.1 คะแนน)

คำแนะนำ

1. ในการทดลอง #2 นี้ ใช้การต่อวงจรแบบอนุกรม RLC กับ $C=1000\mu F$
    
2. ถ้าโวลเทจนั้นน้อยเกินไปสำหรับดิจิตัลออสซิลโลสโคป นักเรียนสามารถ:
   (1) เพิ่ม (amplify) สัญญานขึ้น 10 เท่าโดยการเลือก MENU>F4 เพื่อสับเปลี่ยน “PROBE” ตั้งแต่ 1x ถึง 10x.
   (2) กด “HOLD/SAVE” เพื่อค้างหน้าจอ.
    
3. ในการใช้ดิจิตัลออสซิลโลสโคปเพื่อวัดโวลเทจ (voltage) นั้น การอ่านโดยใช้ “VMAX” อาจไม่แม่นยำถ้ามีสัญญานรบกวนหรือสัญญานมีค่าที่กระโดดขึ้นมา (spike). ควรอ่านแอมพลิจูดโดยดูจากรูปร่างคลื่น (waveform).

A. ความเหนี่ยวนำร่วม (Mutual Inductance)

ในการทดลองที่ 2 นี้ เราจะใช้ขดลวดสองอันดังที่แสดงในรูปที่ 4 แต่ไม่ใช้แผ่นโลหะใด ๆ. เริ่มแรกเราจะวัดความเหนี่ยวนำร่วม $M$ ระหว่างขดลวดทั้งสอง. ตามกฎของฟาราเดย์การเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าในขดลวดอันที่หนึ่งจะเหนี่ยวนำให้เกิด voltage ในขดลวดอันที่สอง.

2.1

วาดภาพ setup ของการทดลองเพื่อวัดความเหนี่ยวนำร่วมระหว่างขดลวดทั้งสอง.

S

2.2

ให้วัดค่าความเหนี่ยวนำร่วม $M$ สองครั้งโดยการสลับบทบาทของขดลวดทั้งสอง. ทำการวัดทั้งสองครั้ง. บันทึกผลการทดลองและ plot กราฟที่เกี่ยวข้องสำหรับการวัดในแต่ละครั้ง.

S

2.3 คำนวณค่าของความเหนี่ยวนำร่วม $M$ ของการวัดในแต่ละครั้ง.

A S

ฺB. การทดลองเกี่ยวกับ Skin Depth

แนวคิด (concept) ในเรื่อง “skin-depth” มีบทบาทสำคัญสำหรับเตาเหนี่ยวนำ. “skin-depth” บอกถึงความลึกที่กระแสสลับสามารถถูกเหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นโดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า.

ในการทดลองนี้ เราจะศึกษา skin depth ของโลหะหลายๆชนิดว่าค่านี้ขึ้นกับความถี่และสภาพนำไฟฟ้า (electrical conductivity $\sigma$) ของโลหะอย่างไร.

เราจะให้ ขดลวด #1 ทำหน้าที่เป็น primary coil และให้ขดลวด #2 เป็น secondary coil. เพราะความหนารวมของโลหะ ( $\sim3$ mm) มีค่าน้อยเมื่อเทียบกับระยะระหว่างขดลวดทั้งสอง ( $\sim15$ mm) เราสามารถที่จะประมาณได้ว่าสนามแม่เหล็กที่บริเวณขดลวด#2 มีค่าคงที่ (ถ้าไม่มีโลหะ).

จากสมการของแมกซ์เวลล์ เมื่อสนามแม่เหล็กที่มีการสั่นเจาะเข้าไปในตัวนำ สนามจะลดลงแบบ exponential ตามระยะทางที่เจาะผ่านเข้าไป $z$.

$$B(z)= B_0\: e^{-z/\delta}\:\cos (\omega t - z/\delta + \phi)$$

โดยที่ $B_0$ คือแอมพลิจูดของสนามแม่เหล็กก่อนที่จะเจาะเข้าไปในตัวนำไฟฟ้า, $\delta$ คือ skin depth, และ $\phi$ คือเฟส

(คำแนะนำ : เราจะไม่คำนึงถึงเฟสแฟคเตอร์ (phase factor) $(-\frac{z}{\delta}+\phi\:)$ ในการทดลองนี้.)

skin depth ในตัวนำไฟฟ้าเป็นไปตามสมการ

$$\delta = \sqrt{\frac{\sigma^m f^n}{\pi \mu}}$$

เมื่อ $\sigma$ คือสภาพการนำไฟฟ้า (electrical conductivity), $f$ คือความถี่, $\mu=\mu_r\times\mu_0$ คือสภาพให้ซึมผ่านได้ (magnetic permeability ), $m$ และ $n$ คือเลขชี้กำลัง (power factor) ซึ่งเป็นจำนวนเต็มซึ่งเรากำลังจะหาค่าในการทดลองนี้

เราจะทำการทดลองโดยใช้โลหะ 4 ชนิด: (1) อลูมิเนียม (2) ทองแดง (3) สแตนเลสสตีล “SS304” และ (4) สแตนเลส สตีล “SS410”. เมื่อเราสอดโลหะเข้าระหว่างขดลวดทั้งสองจะทำให้ voltage ใน secondary coil ลดลงเนื่องจาก “shielding” ของกระแสเอ็ดดี (eddy current) ในโลหะ.

คำแนะนำ : ให้เริ่มจากการหาช่วงของความถี่ที่เหมาะสมที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญของ voltage ใน secondary coil.

2.4

จงสร้างสมการ และทำการทดลองเพื่อหาค่า $n$ ของโลหะแต่ละชนิด (ปัดให้เป็นจำนวนเต็มที่ใกล้ที่สุด). บันทึกผลโดยนักเรียนอาจต้องใช้สมการถดถอยเชิงเส้น (linear regression) ในการวิเคราะห์ข้อมูล เพื่อที่จะสร้างจุดข้อมูลที่จำเป็นต่อการพลอตกราฟสุดท้ายสำหรับโลหะแต่ละชนิด เพื่อให้ได้ค่า $n$ และ $\sigma$ (เพื่อตอบคำถาม ข้อ 2.6).

.ให้นักเรียนระบุโลหะตัวหนึ่ง ที่ไม่สามารถให้ข้อมูลที่เหมาะสมเนื่องจากค่า skin depth ที่มีค่าผิดไปจากปกติ และไม่ต้องใช้โลหะนี้ ในข้อ 2.5 และ 2.6.

A S

2.5

ใช้การวิเคราะห์หน่วย (dimensional analysis) เพื่อคำนวณเลขยกกำลัง $m$ของสภาพการนำไฟฟ้า $\sigma$ จากผลการทดลองก่อนหน้า.

A S

2.6 หาค่าของ $\sigma$ สำหรับโลหะทั้งสามชนิดที่ให้ข้อมูลที่ดีใน Q2.4.

A S

C3 การทดลอง #2: “Cooking” ความจุความร้อนจำเพาะและความต้านทานยังผล (7.4 คะแนน)

คำแนะนำ

1. ในการทดลองที่ 3 นี้ใช้การต่ออนุกรม RLC กับ $C=1000\,\mu\mathrm{F}$.
2. คำเตือน: จำกัดแอมพลิจูดของกระแสในขดลวดไม่ให้เกิน $2\,\mathrm{A}$ เพื่อป้องกันความร้อนที่มากเกินไป.
3. ในการทดลองเกี่ยวกับเตาเหนี่ยวนำให้ใช้ความถี่ประมาณ $f=40\,\mathrm{kHz}$.

ในการทดลองนี้เราจะใช้อลูมิเนียมและโลหะ SS410 เพื่อจำลอง “กระทะทำกับข้าว” เริ่มจากการยึด“กระทะ”อลูมิเนียม (item#11) โดยการหนีบไว้กับแท่นอันบนแล้วพลิกบนลงล่างดังที่แสดงในรูปที่ 5. ให้ใช้ขดลวด #2 ซึ่งอยู่ห่างจาก “กระทะ” มากทำให้ไม่มีการถ่ายเทความร้อนแบบการนำ (conduction) ระหว่างวัตถุทั้งสองชื้นนี้.

วาง setup ในกล่องดำ (item #8) เพื่อลดการสูญเสียความร้อนโดยการพาความร้อน (convection) ได้และเนื่องจาก “กระทะ” โลหะนั้นวางอยู่บนแท่นพลาสติก (ฉนวนความร้อน) เราสามารถที่จะสมมติได้ว่าไม่มีการสูญเสียความร้อนจากการนำความร้อน (conduction). เพราะฉะนั้นการสูญเสียความร้อนเกิดจากการแผ่รังสีเท่านั้น กำลังของวัตถุที่มีอุณหภูมิ $T$ เป็นไปตามสมการ

$$P_{RAD}=e A \sigma_S T^4$$

เมื่อ $e$ คือสัมประสิทธิ์การแผ่รังสีความร้อน, $\sigma_S$ คือค่าคงที่ Stefan-Boltzmann, และ $A$ คือพื้นที่ของการแผ่รังสี.

เราสามารถที่จะวัดอุณหภูมิของ “กระทะ”โลหะโดยการวัดความต้านทานของ NTC thermistor (ที่แปะติดกระทะ) ซึ่งเป็นไปตามสมการ

$$R_{NTC}=R_0\:\exp{[B(1/T-1/T_0)]}$$

โดยที่ $R_0=10\,\mathrm{k}\Omega$ คือค่าความต้านทานที่อุณหภูมิอ้างอิง $T_0=298\,\mathrm{K}$ , $B=3950\,\mathrm{K}$ คือค่าคงที่, และ $T$ คืออุณหภูมิของ thermistor (ในหน่วย $\mathrm{K}$).

3.1

วาดแผนภาพเพื่อแสดงว่าเตาเหนี่ยวนำทำงานอย่างไร. ระบุตัวแปรทางฟิสิกส์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องในภาพ.

S

3.2

สร้างโมเดลทางฟิสิกส์พร้อมกับสมการเพื่อใช้คำนวณค่าความจุความร้อนจำเพาะ ($c$) ของ “กระทะ” โลหะ.

S

3.3

ทำการทดลองเพื่อหาค่าความจุความร้อนจำเพาะของอลูมิเนียม “กระทะ” และพลอตกราฟที่เกี่ยวข้อง. ใช้ขดลวด #2 เพื่อส่งความร้อนให้ “กระทะ”.

A S

3.4

ทำ Q3.3 อีกครั้งโดยใช้ “กระทะ”.SS410

A S

ท้ายที่สุดเราสามารถโมเดลการทำให้ “กระทะ” โลหะร้อนขึ้นโดยมองว่า “กระทะ” โลหะทำให้เกิดความต้านทาน $R_\mathrm{LOAD}$ ในวงจรดังที่แสดงในรูปที่ 6 หรืออาจกล่าวได้ว่าระบบที่ประกอบด้วยขดลวดและ “กระทะ” โลหะสามารถถูกโมเดลได้ด้วยความเหนี่ยวนำของขดลวด $L$ , ความต้านทานของขดลวด $R_L$ และความต้านทาน $R_\mathrm{LOAD}$.

3.5

สร้างโมเดลและทำการทดลองเพื่อหาค่า $R_\mathrm{LOAD}$ สำหรับ“กระทะ”อลูมิเนียม. พลอตข้อมูลที่เหมาะสม.

คำแนะนำ: ทำการวัดข้อมูล 30 วินาทีหลังจากให้ความร้อนแก่ระบบเพื่อให้มั่นใจว่าขดลวดให้กำลังที่สม่ำเสมอและความร้อนได้กระจายทั่วถึง.

A S

3.6

ทำ Q3.5 ซ้ำโดยใช้ “กระทะ” SS410.

A S

3.7

วัสดุใดเหมาะสมกว่าในการทำกระทะระหว่าง

(a) อลูมิเนียม,

(b) SS410.

A S

3.8

พารามิเตอร์ใดมีบทบาทสำคัญที่สุดใน induction heating effect.

เลือกระหว่าง :

(a) สภาพการนำไฟฟ้า (electrical conductivity),

(b) สภาพให้ซึมผ่านได้ (magnetic permeability),

(c) ความหนาแน่นของมวล (mass density),

(d) ความจุความร้อนจำเพาะ (specific heat),

(e) สภาพการนำความร้อน (thermal conductivity).

A S

3.9

ประสิทธิภาพของเตาเหนี่ยวนำ (induction cooking efficiency, $\eta$) ถูกนิยามเป็นอัตราส่วนของกำลังที่ถูกส่งไปที่ “กระทะ" (plate) ต่อกำลังที่ถูกส่งไปที่ขดลวด. คำนวณ efficiency สำหรับ “กระทะ" โลหะทั้งสอง.

A S

D. วิธีการใช้อุปกรณ์การทดลอง

D.1. เครื่องกำเนิดสัญญาณรูปคลื่น (FG)

ส่วนประกอบ

1. หลอด LED ที่บ่งชี้การเปิดเครื่อง
2. ลูกบิดที่ใช้ปรับแอมพลิจูดของสัญญาณออก.
3. ลูกบิดที่ใช้ปรับว่าต้องการสัญญาณออกในช่วงความถี่ใด.
4. ลูกบิดปรับหยาบ และลูกบิดปรับละเอียด : ใช้เพื่อปรับความถี่ในแต่ละช่วงความถี่ที่ได้เลือกไว้.
5. ลูกบิดที่ใช้ปรับรูปแบบของคลื่น : ใช้เพื่อเลือกระหว่างลูกคลื่นแบบไซน์, แบบสามเหลี่ยม, หรือแบบสี่เหลี่ยม ในการทดลองนี้ จะต้องเลือกลูกคลื่นแบบไซน์เสมอ.
6. ช่องสัญญาณออกหัว BNC ก่อนการขยายสัญญาณ : ห้ามเสียบสาย BNC กับอุปกรณ์นี้. ช่องสัญญาณนี้มีไว้เพื่อดูลักษณะของสัญญาณก่อนการขยาย.
7. ช่องสัญญาณออกสำหรับปลั๊กกล้วย (banana jack)
8. ช่องเสียบสายไฟ
9. ปุ่มเปิด-ปิดเครื่อง
10. ฐานฟิวส์

D.2. ออสซิลโลสโคปแบบดิจิตัล

1. แผงปุ่มฟังก์ชันหลัก

ใช้ปุ่มเหล่านี้ในการขยับไปมาระหว่างการตั้งค่า, การเลือกฟังก์ชัน, และการปรับเปลี่ยนการวัด.

1. ปุ่ม F1-F4
   ปุ่มเหล่านี้จะสอดคล้องกับเมนูฟังก์ชันที่ปรากฏที่ด้านล่างของหน้าจอ.
    
2. ปุ่มหยุดตัวเลข/บันทึกตัวเลข (HOLD/SAVE)
    
3. ในโหมดออสซิลโลสโคป
   
   
   - กดสั้น : เพื่อใช้ในการค้างหน้าจอเพื่อดูรูปร่างสัญญาณ หรือออกจากการค้างหน้าจอ
   - กดยาว : เพื่อใช้บันทึกข้อมูลรูปร่างคลื่นที่อยู่บนหน้าจอ. (ใช้ไม่ได้ในการทดลองนี้ เพราะการอ่านข้อมูลจะต้องใช้สาย USB เชื่อมกับอุปกรณ์อื่น ๆ.)
   
   
    
4. ในโหมดมัลติมิเตอร์
   
   
   - กดสั้น : เพื่อใช้ในการค้างหน้าจอเพื่ออ่านผลการวัด หรือออกจากการค้างหน้าจอ
   
   
    
5. ปุ่มโหมด (MODE)
   ใช้เพื่อการสลับโหมดไปมาระหว่าง "โหมดออสซิลโลสโคป" และ "โหมดมัลติมิเตอร์".
    
6. ปุ่มเปิด-ปิดเครื่อง (POWER)
   กดประมาณ 2 วินาทีเพื่อเปิดหรือปิดอุปกรณ์นี้.
    
7. ปุ่มปรับช่วงอัตโนมัติ (AUTO-RANGE)
   ใช้ในการปรับช่วงกราฟอัตโนมัติ.
    
8. ปุ่มเมนู (MENU)
9. 
   - กด MENU เพื่อเปิดเมนูเพิ่มเติมสำหรับฟังก์ชันเสริม.
   - กดปุ่มทิศทางซ้าย-ขวาเพื่อเลื่อนไปมาระหว่างฟังก์ชันเสริม.
   - กดปุ่ม F1-F4 เพื่อปรับแต่งฟังก์ชันของระบบที่ได้เลือกไว้.
   
   
    
10. ปุ่มทิศทาง (บน-ล่าง-ซ้าย-ขวา)
    ใช้เพื่อการปรับการตั้งค่า (เช่น โวลเทจ, ช่วงความกว้างของเวลา), เลื่อนตำแหน่งเคอร์เซอร์, และขยับไปมาบนเมนู.
     

2. การวัดในโหมดออสซิลโลสโคป

ในโหมดออสซิลโลสโคป อุปกรณ์นี้สามารถวัดโวลเทจได้เท่านั้น และสามารถแสดงรูปร่างคลื่นเป็นฟังก์ชันของเวลาได้. โหมดนี้สามารถใช้ในการวัดโวลเทจของสัญญาณที่มีความถี่สูงสุดได้ถึง $1\,\mathrm{MHz}$.

1. ช่องสัญญาณเข้า (Input) : ใช้สายโพรบ BNC (อุปกรณ์หมายเลข 2) และเชื่อมกับช่องเสียบสาย BNC ที่ขอบบนของออสซิลโลสโคป. หมุนขั้วสาย BNC แบบตามเข็มนาฬิกาเพื่อล็อกข้้วให้ติดกับเครื่อง.
2. ปุ่มลดทอนสัญญาณที่หัวโพรบ : ที่หัวโพรบจะมีสวิตช์ที่ใช้ลดทอนสัญญาณ ซึ่งจะลดทอนสัญญาณเป็น 1 เท่า (X1) หรือ 10 เท่า (X10) ได้.
3. ข้อสำคัญ : ให้ตั้งสวิตช์ที่หัวโพรบไว้ที่ 1 เท่า (X1) เสมอ.
   ถ้าจำเป็น นักเรียนสามารถปรับการตั้งค่าซอฟต์แวร์ของออสซิลโลสโคปดังนี้ : กด MENU เพื่อเปิดเมนูเสริม และกด F4 เพื่อสลับเปลี่ยนระหว่างการลดทอนจากสัญญาณที่ "หัวโพรบ" เป็นแบบลดทอน 1 เท่า (X1) หรือลดทอน 10 เท่า (X10).
4. การตั้งค่าออสซิลโลสโคป
5. 
   - ปุ่ม Auto Range : ใช้ปรับช่วงกราฟสำหรับแกนตั้งและแกนนอนอย่างอัตโนมัติ.
   - การปรับขนาดช่วงของแกนกราฟในทิศทางแนวตั้งและแนวนอน : กดปุ่ม F1 แล้วเลือกไปที่ช่องเมนู VOL/TIME.
   
   - ใช้ปุ่มทิศทางขึ้น-ลงในการปรับขนาดช่วงของโวลเทจ (voltage scale).
   - ใช้ปุ่มปรับทิศทางซ้าย-ขวาเพื่อปรับขนาดช่วงของเวลา (time scale).
   
   
   - การปรับตำแหน่งแนวตั้งและแนวนอนของกราฟ : กดปุ่ม F2 แล้วเลือกไปที่ช่องเมนู MOVE.
   
   - ใช้ปุ่มทิศทางขึ้น-ลงในการขยับตำแหน่งของรูปสัญญาณ ในแนวตั้ง.
   - ใช้ปุ่มทิศทางซ้าย-ขวาในการขยับตำแหน่งของรูปสัญญาณในแนวนอน. เคอร์เซอร์ของตำแหน่งทริกเกอร์จะขยับตามรูปสัญญาณ.
   
   
   - ระบบของตำแหน่งทริกเกอร์
   
   - การตั้งค่าของเคอร์เซอร์ของตำแหน่งทริกเกอร์ : กด F3 เพื่อเข้าไปที่ช่องเมนู TRIG. กดปุ่มทิศทางขึ้น-ลงเพื่อขยับตำแหน่งทริกเกอร์.
   - โหมดของทริกเกอร์ : กด MENU เพื่อเข้าสู่เมนูเสริม. หลังจากนั้น กด F2 เพื่อเข้าโหมดทริกเกอร์ นักเรียนสามารถเลือกระหว่างทริกเกอร์แบบอัตโนมัติ (Auto), แบบปรกติ (Normal), และแบบครั้งเดียว (Single).
   - ชนิดการทริกเกอร์ (Trigger Edge) : กด MENU เพื่อเข้าสู่เมนูเสริม. กด F3 เพื่อเลือกว่าจะใช้ชนิดการทริกเกอร์แบบใด. นักเรียนสามารถเลือกระหว่างการทริกเกอร์แบบที่เส้นกราฟกำลังพุ่งขึ้นและการทริกเกอร์แบบที่เส้นกราฟกำลังพุ่งลง.
   
   
   - การตั้งค่าคัปปลิง (Coupling Setting) : กด F4 เพื่อสลับระหว่างการคัปปลิงกับกระแสสลับ (AC coupling) และการคัปปลิงกับกระแสตรง (DC coupling). สำหรับการทดลองนี้ ให้ใช้การคัปปลิงกับกระแสสลับเท่านั้น.
   - คำแนะนำอื่น ๆ : ในการอ่านต่าสัญญาณโวลเทจ นักเรียนสามารถหาค่าแอมพลิจูดจาก
   
   - รูปร่างสัญญาณ,
   - ข้อมูลชื่อ “VPP” ซึ่งก็คือโวลเทจจากตำแหน่งต่ำสุดไปยังตำแหน่งสูงสุด (peak-to-peak voltage), หรือ
   - จากค่า “Vmax” สำหรับค่าโวลเทจสูงสุด หรือแอมพลิจูด. คำเตือน : ในบางครั้ง เมื่อมีสัญญาณกวน (noise) หรือโวลเทจที่กระโดด (voltage spike) ค่า “Vmax” ที่ได้อาจมีค่าสูงกว่าแอมพลิจูดของโวลเทจที่แท้จริง ให้ตรวจสอบกับรูปร่างคลื่น หรือใช้การอ่านรูปร่างคลื่นโดยตรงเพื่อให้ได้ค่าที่ถูกต้องมากกว่า.
   
   
   
   
    

3. การวัดในโหมดมัลติมิเตอร์

ในโหมดมัลติมิเตอร์ อุปกรณ์นี้จะสามารถวัดค่าทางไฟฟ้าต่าง ๆ ได้ เช่น ค่าโวลเทจ และค่าความต้านทาน. ในโหมดโวลท์มีเตอร์แบบ AC มัลติมิเตอร์จะอ่านค่าได้ถึงเลขนัยสำคัญ 4 ตำแหน่ง แต่ความถี่จะจำกัดอยู่ที่ระหว่าง $40\,\mathrm{Hz}$ และ $1\,\mathrm{kHz}$.

1. ช่องสัญญาณเข้า (Input) : เชื่อมสายเคเบิลที่มีปลั๊กกล้วย (banana jack) ไปยังเต้าเสียบปลั๊กกล้วยที่แผงด้านหน้า.
2. การวัดโวลเทจ :
3. 
   - กด F1 เพื่อวัดโวลเทจ.
   - กด F1 อีกครั้งเพื่อสลับไปมาระหว่างโหมดโวลเทจแบบ
   
   [100 KB maximum, text cropped]
   
   AC และ DC. (ให้ใช้เพียงแค่โหมดโวลเทจแบบ AC ในการทดลองนี้.)
   - คำเตือน : สำหรับการวัดโวลเทจแบบ AC ในโหมดมัลติมิเตอร์ ช่วงของความถี่จะถูกจำกัดอยู่ระหว่าง $40\,\mathrm{Hz}$ และ $1\,\mathrm{kHz}$ เท่านั้น. ให้ใช้ "โหมดออสซิลโลสโคป" สำหรับการวัดโวลเทจแบบ AC ที่มีความถี่สูงกว่า $1\,\mathrm{kHz}$.
   
4. การวัดความต้านทานไฟฟ้า
5. กด F2 เพื่อวัดความต้านทานไฟฟ้า. ถ้ากด F2 ตั้งแต่หนึ่งครั้งขึ้นไป โหมดการวัดจะหมุนเวียนไปมาระหว่างโหมดการวัดดังนี้ : ความต้านทานไฟฟ้า, ความเชื่อมโยงของวงจร, โวลเทจของไดโอด, และความจุไฟฟ้า.
    

4. ฟังก์ชันอื่น ๆ

1. การปิดเครื่องอัตโนมัติ ("Auto Off")
2. 
   - กดปุ่ม MENU เพื่อเข้าสู่เมนูเสริม.
   - กดปุ่ม F2 เพื่อเข้าสู่การตั้งระบบปิดเครื่องอัตโนมัติ.
   - แนะนำว่า ให้ตั้งเวลาปิดเครื่องอัตโนมัติเป็น 15 นาที เพื่อรักษาพลังงานจากแบตเตอรี่เวลาที่เครื่องไม่ถูกใช้งาน.
   
3. ความสว่างของแสงไฟพื้นหลัง ("BK Light")
4. 
   - กดปุ่ม MENU เพื่อเข้าสู่เมนูเสริม.
   - กดปุ่ม F3 เพื่อปรับความสว่างของแสงไฟพื้นหลัง.
   

5. การชาร์จออสซิลโลสโคป
เพื่อให้มั่นใจได้ว่า อุปกรณ์พร้อมใช้งานเสมอ นักเรียนควรคอยระวังระดับแบตเตอรี่.

1. ตัวบ่งชี้ขนาดแบตเตอรี่คงเหลือที่มุมบนขวาของหน้าจอ.
2. ชาร์จเครื่องออสซิลโลสโคปโดยใช้สาย USB ชนิด C โดยเชื่อมกับอแด็บเตอร์ที่ให้มา.
3. ไม่แนะนำให้ใช้ออสซิลโลสโคปนี้ในขณะที่เครื่องกำลังชาร์จ. ทั้งนี้ การชาร์จอาจส่งสัญญาณรบกวน.
4. เพื่อรักษาระดับแบตเตอรี่คงเหลือ แนะนำว่าให้ชาร์จเครื่องออสซิลโลสโคปในขณะที่เครื่องไม่ถูกใช้งาน และใช้ระบบปิดเครื่องอัตโนมัติ.