เครื่องตรวจสอบคุณภาพสายไฟฟ้า

ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์ไม่ว่าจะเป็นวิชาฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา ที่ต้องมีการใช้ไฟฟ้า เช่น ใช้หม้อแปลงโวลต์ต่ำสำหรับหลอดไฟ ต่อสายไฟฟ้าเข้ากับมิเตอร์ ทดลองเรื่องไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ สิ่งสำคัญที่ต้องใช้ก็คือสายไฟฟ้า เรามักจะมองข้ามว่าสายไฟฟ้าเป็นสิ่งที่ไม่มีปัญหา เมื่อการทดลองเกิดไม่ทำงาน หรือได้ผลผิดพลาดไป ส่วนใหญ่จะมองจุดเริ่มของปัญหาไปที่อุปกรณ์ต่าง ๆ แทบจะไม่มีใครเหลือบมามองที่สายไฟฟ้าเลย

สายไฟฟ้าที่ทำขึ้นมาสำหรับใช้ในการทดลองทั้งระดับมัธยมศึกษาตอนต้นและมัธยมศึกษาตอนปลาย เป็นสายไฟฟ้าที่สร้างจากสายไฟธรรมดาโดยมีขั้วเสียบราคาถูกต่ออยู่ที่ปลาย เท่าที่ผู้เขียนเคยประสบมา สายไฟดังกล่าวนี้จะต่อกับขั้วเสียบด้วยการขันนอตเล็ก ๆ อัดให้สายไฟส่วนที่เป็นโลหะสัมผัสกับขั้ว โดยไม่มีการปอกสายพลาสติกออกเสียก่อน ดังนั้นสายไฟบางเส้นจึงไม่อาจใช้งานได้ตามหน้าที่ที่มันควรจะเป็นเพราะเหตุว่าสายทองแดงกับขั้วโลหะไม่ได้สัมผัสกัน เมื่อนำสายไฟดังกล่าวไปใช้งาน เมื่อเกิดปัญหาการทดลองไม่ทำงานหรือไม่ได้ผลผู้ปฏิบัติก็มิได้คำนึงถึงสายไฟ เนื่องจากคิดว่าเป็นสิ่งที่ไม่ควรสร้างปัญหาใดเลย

นอกจากการสัมผัสที่ไม่แน่นแล้ว เมื่อใช้งานไปนาน ๆ สายไฟที่เดิมใช้ได้ก็อาจจะเสียเพราะว่านอตที่ขันอยู่คลายตัวออก หรืออาจมีสายทองแดงหักใน เมื่อเป็นเช่นนี้ก็จะสร้างปัญหาให้เพิ่มขึ้นอีก ยังมีอีกปัญหาที่ผู้เขียนพบบ่อย ๆ ในฐานะที่ทำงานส่วนหนึ่งเกี่ยวกับการทดลองเรื่องไฟฟ้าและงานทางด้านดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์คือสายไฟที่มีการสัมผัสไม่แน่นอน สาเหตุอาจจะมาจากสายทองแดงภายในหัก หรือจุดสัมผัสไม่แน่น บางครั้งเป็นตัวนำบางครั้งก็เป็นฉนวน ถ้าใช้โอห์มมิเตอร์วัดอาจจะได้ค่าขณะนั้น 1 โอห์ม แต่เมื่อนำไปใช้งานความต้านทานของสายไฟฟ้าเส้นเดิมอาจจะเปลี่ยนเป็น 100 โอห์มหรือมากกว่าได้ เพราะว่ามีการบิดตัวของสายทำให้จุดสัมผัสเปลี่ยน

ปัญหาของสายไฟฟ้าในกรณีหลังเป็นปัญหาแก่ผู้ทำการทดลองมาก เพราะว่าก่อนทำการทดลองมีการใช้โอห์มมิเตอร์ตรวจสอบว่าใช้ได้ แต่เมื่อไปใช้งานความต้านทานเปลี่ยนโดยที่ผู้ทดลองไม่รู้ตัว เพราะว่าเพิ่งทดสอบไปแล้วว่าใช้ได้ เมื่อเกิดปัญหาในการทดลองก็จะมองแต่อุปกรณ์อื่น ทำให้ไม่อาจจะแก้ไขปัญหาที่แท้จริงได้

ผู้เขียนเองเคยเจอปัญหาเช่นนี้บ่อยเพราะว่าสายไฟฟ้าที่ใช้เป็นของกลาง ใครก็หยิบไปใช้ได้ ดังนั้นก่อนทำการทดลองทุกครั้งต้องตรวจสอบทุกครั้ง ทำให้เสียเวลาโดยใช่เหตุ จึงต้องมีสายไฟฟ้าใช้เฉพาะของตัวเอง มีการวัดด้วยโอห์มมิเตอร์อย่างดี แต่ปัญหาก็ยังเกิดเพราะว่าซื้อสายไฟฟ้าอย่างดีจากร้านแถวบ้านหม้อมาใช้ เมื่อมาทดลองก็เกิดปัญหา กว่าจะหันกลับมาตรวจสายไฟฟ้าก็เสียเวลาตรวจสิ่งอื่นไปมากแล้ว เพราะหลงเชื่อว่าของที่ได้มานั้นคุณภาพดีแล้ว เพื่อไม่ให้เกิดปัญหาเช่นนี้จึงได้ออกแบบสร้างเครื่องตรวจความต้านทานของสายไฟฟ้าขึ้นเพื่อตรวจทั้งจุดสัมผัส ตลอดจนขั้วหลวม สายทองแดงหักใน

การตรวจด้วยโอห์มมิเตอร์ธรรมดานั้นไม่อาจตรวจสายทองแดงหักในที่บางครั้งเป็นตัวนำ บางครั้งเป็นฉนวนได้สะดวก การอ่านเข็มชี้จะเสียเวลา และถ้าเป็นมิเตอร์แบบตัวเลข ตัวเลขที่หน้าปัดจะวิ่งไปมาไม่หยุด เห็นแล้วเวียนศีรษะ

หลักการทำงานของเครื่องตรวจสอบคุณภาพสายไฟฟ้า

เครื่องมือถูกออกแบบให้ทำงานเมื่อสายไฟฟ้ามีความต้านทานต่ำกว่า 1 โอห์ม หลอดไฟ LED จะดับเมื่อความต้านทานเกินที่กำหนดหลอดไฟ Led จะสว่าง สำหรับกรณีสายไฟที่สายทองแดงหักใน หรือขั้วสัมผัสไม่แน่น ให้ใช้วิธียึดปลายทั้งสองของสายไฟไว้ด้วยปากคีบ จากนั้นจึงสะบัดสายไฟที่ต้องการทดสอบไปมา ถ้าหลอดไฟ LED ติดบ้างดับบ้าง แสดงว่าสายไฟนั้นใช้ไม่ได้ ต้องให้หลอดไฟดับตลอดจึงจะแสดงว่าสายไฟฟ้าอยู่ในสภาพดี

เมื่อสร้างเครื่องมือขึ้นมาแล้ว ผู้เขียนได้ทำการวัดสายไฟที่มีอยู่ในห้องปฏิบัติการ ปรากฎผลออกมาว่าเกือบครึ่งหนึ่งเป็นสายไฟที่ไม่ได้มาตรฐาน โดยเฉพาะสายไฟที่เป็นปากคีบสองด้านที่ซื้อมาจากบ้านหม้อนั้นเป็นสายไฟที่ไม่ได้มาตรฐานเกือบ 40 เปอร์เซ็นต์ เรียกว่าขนาดของค่อนข้างแพงยังไว้ใจไม่ได้ แล้วของถูกล่ะจะเป็นอย่างไร เมื่อเป็นเช่นนี้ในระหว่างที่ปิดเทอมท่านควรลงมือตรวจคุณภาพสายไฟ แล้วจัดการซ่อมแซมเพื่อว่าเปิดเทอมจะได้ใช้อย่างปลอดโปร่ง

คำอธิบายวงจรเครื่องตรวจสอบคุณภาพสายไฟฟ้า

ส่วนแรกของวงจรนี้เป็นวงจรที่จ่ายกระแสไฟฟ้าคงที่ 190 มิลลิแอมป์ (constant current source) โดย IC7805 ร่วมกับตัวต้านทาน 330 โอห์ม จากกฎของโอห์มเมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านตัวต้านทาน Rx ก็จะเกิดความต่างศักย์ขึ้น ในกรณีที่สายไฟมีความต้านทาน ไม่ถึง 1 โอห์ม ความต่างศักย์ที่คร่อมสายไฟจะมีค่า ไม่เกิน 0.19 โวลต์ เมื่อเข้าวงจรขยาย (amplifier) ICLM324 : B ค่าความต่างศักย์ที่ออกมาที่ขา 7 จะไม่เพียงพอ LED จึงดับ เมื่อใดที่สายไฟฟ้ามีความต้านทานเกิน 1 โอห์ม ความต่างศักย์ที่คร่อมสายไฟจะมีค่าเกิน 0.19 โวลต์ เมื่อเข้าวงจรขยาย ค่าความต่างศักย์ที่ออกมาที่ขา 7 จะเพียงพอให้ LED สว่าง

สำหรับสายไฟที่มีความต้านทานไม่แน่นอน (ขั้วไม่แน่น สายทองแดงหักใน) จะทำให้ LED สว่างบ้าง ดับบ้างเมื่อมีการสะบัดสาย

โดยสรุปวงจรนี้เหมาะสำหรับใช้ในโรงเรียนเพื่อตรวจสอบคุณภาพสายไฟฟ้าก่อนใช้งานจริง และยังเหมาะสำหรับหน่วยงานที่ทำสายไฟขายจะได้ตรวจสอบคุณภาพสินค้าของท่านก่อนจำหน่ายให้แก่โรงเรียนเพื่อนักเรียนของเราจะได้ทำการทดลองอย่างมีความสุข ไม่ต้องเจอปัญหาที่ไม่ควรจะเกิดอีกต่อไป

---

ที่มา : ไชยยันต์ ศิริโชติ สาขาวิชาฟิสิกส์ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี