ทรานสดิวเซอร์ (Transducer) และเซนเซอร์ (Sensors)คืออะไร | Factory Automation | Webboard

 
You must be logged in to post Login Register


Register? | Lost Your Password?

Search Forums:


 






Minimum search word length is 4 characters – Maximum search word length is 84 characters
Wildcard Usage:
*  matches any number of characters    %  matches exactly one character

ทรานสดิวเซอร์ (Transducer) และเซนเซอร์ (Sensors)คืออะไร

No Tags
UserPost

8:59 am
October 15, 2011


Team 11

Member

posts 3


ทรานสดิวเซอร์ (Transducer) และเซนเซอร์ (Sensors)

ทรานสดิวเซอร์ คือ อุปกรณ์แปลงข้อมูลหรือพลังงานรูปแบบต่าง ๆ ให้เป็นข้อมูลหรือพลังงานไฟฟ้า

หรืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานรูปแบบหนึ่งเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง โดยที่ทรานสดิวเซอร์อาจรวมทั้งอุปกรณ์ตรวจจับและปรับแต่งสัญญาณ เช่น ทรานสดิวเซอร์ชั่งน้ำหนักจะหมายรวมทั้ง 4 ส่วนคือ ส่วนการตรวจจับ ส่วนปรับแต่งสัญญาณ ส่วนประมวลผล และส่วนแสดงผลดังรูปที่ 1

รูปที่ 1 ระบบการวัด (ชั่ง) น้ำหนัก

เซนเซอร์ คือตัวอุปกรณ์ตรวจรู้ตัวแรกในระบบการวัด ซึ่งใช้ตรวจจับหรือรับรู้การเปลี่ยนแปลงปริมาณ

 ทางกายภาพของตัวแปรต่าง ๆ เช่น ความร้อน แสง สี เสียง ระยะทาง การเคลื่อนที่ ความดัน การไหล เป็นต้น แล้วเปลี่ยนให้อยู่ในรูปของสัญญาณหรือข้อมูลที่สอดคล้องและเหมาะสมกับส่วนของการกำหนดเงื่อนไขทางสัญญาณ ถ้าเป็นการวัดแบบสัมผัสกับตัวแปรโดยตรงเรียกตัวตรวจรู้แบบปฐม(Primary sensors) หรือตัวตรวจรู้ชั้นต้น หากมีการตรวจรู้โดยผ่านส่วนอื่นก่อน เช่น สเตรนเกจตรวจรับแรงกดที่ต้องรับแรงถ่ายถอดจากแท่งโลหะที่รับแรงโดยตรงอีกทอดโดยใช้เตรนเกจแปะติดกับแท่งโลหะดังกล่าวเพื่อวัดแรงนั้น เราจะเรียกสเตรนเกจในกรณีนี้ว่าเป็น ตัวตรวจรู้ทุติยภูมิ(Secondary sensor) หรือตัวตรวจจับชั้นรอง การตรวจรู้จะอาศัยผลการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ในตัวเซนเซอร์เองที่สามารถตรวจวัดได้ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า เช่น แรงดัน กระแส ความต้านทาน ความจุ และความเหนี่ยวนำ เป็นต้น เมื่อค่าตัวแปรเปลี่ยนแปลงแล้วพารามิเตอร์ดังกล่าวจะเปลี่ยนตาม ทำให้สามารถวัดและทราบค่าพารา

มิเตอร์ทางไฟฟ้าที่เปลี่ยนตามได้ ซึ่งเราอาจวัดได้โดยใช้มิเตอร์หรือวงจรบริดจ์ต่าง ๆ ซึ่งเป็นการวัดตัวแปรด้วยวิธีทางไฟฟ้าโดยเราจะทำการเทียบหรือปรับแต่งปริมาณทางไฟฟ้านี้แทนค่าตัวแปรที่ทำการวัดอีกที เราจึงอาจเรียกว่าเป็นการวัดโดยวิธีอ้อมได้ กระบวนการนี้เรียกว่าการตรวจจับ (Sensing) กรณีนี้คำว่าทรานสดิวเซอร์จะถูกเรียกว่า เซนเซอร์ จะเห็นว่าทรานสดิวเซอร์และเซนเซอร์แท้จริงคืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เดียวกันต่างตรงที่เราจะกล่าวถึงหลักการทำงานหรือกล่าวถึงลักษณะการใช้งาน ปัจจุบันทรานสดิวเซอร์

และเซนเซอร์เป็นคำกลาง ๆ ที่ใช้ร่วมกันโดยทรานสดิวเซอร์อาจจะรวมทั้งตัวเซนเซอร์และวงจรการปรับแต่งสัญญาณต่าง ๆ เข้าเป็นหน่วยเดียวกัน แล้วนำไปใช้ได้ทันที เช่น ทรานสดิวเซอร์ความดัน(Pressure Transducer) เมื่อมีความดันเข้ามาจะให้เอาต์พุตเป็นแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสที่แปรเป็นสัดส่วนกับ

ความดัน เป็นต้น

 

1. ชนิดของเซนเซอร์การแบ่งชนิดของทรานสดิวเซอร์

แบ่งโดยอาศัยหลักเกณฑ์ต่าง ๆ ดังต่อไปนี้คือ

1.1 แบ่งตามความต้องการพลังงาน

-แบบแอคทีฟ (Active sensors) เป็นทรานสดิวเซอร์ที่สามารถปล่อยพลังงานเองได้ เช่น เทอร์โมคัปเปิ้ล

เพียชโซ เซลล์แสงอาทิตย์ ออปโตไดโอด เป็นต้น อุปกรณ์เหล่านี้ไม่ต้องมีแหล่งจ่ายกำลังจากภายนอกให้ก็

สามารถให้สัญญาณแรงดันหรือกระแสที่แปรตามตัวแปรได้เอง

-แบบพาสซีฟ(Passive sensors) แบบนี้จะต้องใช้แหล่งจ่ายจากภายนอกจึงจะทำการตรวจรู้ได้ เช่น

เซ็นเซอร์ที่ใช้หลักการเปลี่ยนค่าความต้านทาน ค่าความจุ ค่าความเหนี่ยวนำ ฯลฯ เป็นต้น

1.2 แบ่งตามลักษณะกลไกในการทำงาน

- การเปลี่ยนแปลงค่าความจุ (Variable capacitance transducer)

- การเปลี่ยนแปลงค่าความเหนี่ยวนำ (Variable inductance transducer)

- การเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทาน (Variable resistance transducer)

1.3 แบ่งตามชนิดของการเปลี่ยนแปลงพลังงาน

-เปลี่ยนพลังงานกลเป็นไฟฟ้า

-เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล

-เปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า

-เปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า

1.4 แบ่งตามชนิดของสัญญาณที่ใช้

-แบบอนาลอก ให้สัญญาณเป็นแบบต่อเนื่อง

-แบบไบนารี ให้สัญญาณแบบเปิด-ปิด (ON-OFF)

-ดิจิตอล ให้สัญญาณเป็นแบบดิจิตอล

1.5 แบ่งตามตำแหน่งที่ใช้ในระบบ

-ทรานสดิวเซอร์ด้านเข้า(Input transducer) อยู่ทางด้านเข้าของระบบเครื่องมือเช่น ไมโครโฟน เป็นต้น

-ทรานสดิวเซอร์ด้านออก (Output transducers) เช่น ลำโพงของระบบเครื่องขยายเสียง เป็นต้น

1.6 แบ่งตามข้อมูลหรือวัตถุประสงค์ในการวัด

- เช่น ทรานสดิวเซอร์วัดการเคลื่อนที่ วัดอุณหภูมิ ความดัน อัตราการไหล ตำแหน่ง เป็นต้น

2. ตัวตรวจจับแบบความจุและความเหนี่ยวนำ (Capacitive and Inductive)

หลักการเปลี่ยนค่าการเก็บประจุและความเหนี่ยวนำสามารถใช้วัดระยะทางหรือระยะการเคลื่อนที่ได้ ซึ่ง

จะกล่าวถึงหลักการทำงานดังนี้

2.1 การเปลี่ยนค่าความจุ (Capacitive)

      ตัวเก็บประจุอย่างง่าย รูปที่ 2 ก.) ประกอบด้วยแผ่นโลหะอย่างน้อยสองแผ่นมีฉนวนหรือไดอิเล็กตริก

กั้น การทำงานสามารถอธิบายโดยใช้สมการของตัวเก็บประจุบนแผ่นเพลตแบบขนานได้ดังนี้คือ

เมื่อ         εo = ค่า permittivity ของสูญญากาศ = 8.85 pF / m

εr = ค่า relative permittivity ของวัสดุอื่น ๆ (ดูจากตาราง 1)

A = พื้นที่เพลตที่ร่วมกัน (m2)

d = ระยะที่เพลตแยกห่างจากกัน (m)

รูปที่ 2 ค่าความจุที่นำไปดัดแปลงเป็นตัวตรวจจับ

จากสมการ ค่าความจุ C สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยเปลี่ยนค่า d, A หรือ εr ประยุกต์ใช้ตัวตรวจจับระยะขจัดได้คือ

2.1.1 แบบการเปลี่ยนแปลงความจุตามระยะห่างระหว่างเพลต รูปที่ 2 ข.) ถ้าระยะ x ทำให้เพลตห่างกันเป็นระยะ d + x จะเขียนสมการได้เป็น

2.1.2 แบบเปลี่ยนค่าตามการแปรค่าพื้นที่ รูปที่ 2 ค.) เมื่อระยะ x ทำให้พื้นที่ซ้อนทับของแผ่นเพลต

ลดลง ΔA = wx เมื่อ w = ความกว้างของแผ่นเพลต เขียนสมการได้คือ

ตารางที่ 1 ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก

2.1.3 แบบเปลี่ยนค่าตามไดอิเล็กตริก รูปที่ 2 ง.) เมื่อระยะ x ทำให้ไดอิเล็กตริก ε2 ระหว่างเพลตเปลี่ยนไป (ε2 >ε1 ) ค่าความจุรวมของตัวตรวจจับหาได้จากผลรวมของตัวเก็บประจุสองส่วนคือ ส่วนที่มีพื้นที่ A1 ของไดอิเล็กตริก ε1 และส่วนของพื้นที่ A2 และไดอิเล็กตริก ε2

2.1.4 ตัวตรวจจับความดันแบบค่าความจุ รูปที่ 2 จ.) แบบนี้จะมีแผ่นคงที่และแผ่นเคลื่อนที่ (ทางปฏิบัติ

จะเป็นจานโลหะวงกลมบาง ๆ ) ไดอิเล็กตริกระหว่างแผ่นเพลตจะเป็นอากาศ มีค่าคงที่ (ประมาณ 1 ) เมื่อมีความดัน P กระทำกับแผ่นเคลื่อนที่จะเกิดระยะ y ที่รัศมี r จากศูนย์กลาง เขียนเป็นสมการได้คือ

เมื่อ a = รัศมีของไดอะแฟรม

t = ความหนาของแผ่นเพลต

E = Young’s modulus

ν = Poisson’s ratio

การผิดรูปไปของไดอะแฟรมจะทำให้ค่าระยะความห่างเฉลี่ยของแผ่นเพลตลดลง ทำให้ค่าความจุเพิ่ม

ขึ้น เมื่อ d เป็นระยะห่างเริ่มต้น(เดิม) ของเพลต และ C = εoπa2/d เป็นค่าความจุเมื่อความดัน P = 0 (zero)

2.1.5 ตัวตรวจจับแบบความแตกต่าง หรือ ผลัก-ดึง (Differential or push-pull) เนื่องจากเซนเซอร์แบบเปลี่ยนแปลงระยะห่างมีความไม่เป็นเชิงเส้น(ข้อเสีย) แต่สามารถแก้ไขได้โดยใช้เซนเซอร์ตรวจจับระยะขจัดแบบความจุชนิดมีแผ่นเพลต 3 แผ่นดังรูปที่ 2 ฉ.) ประกอบด้วยผ่นเพลตอยู่กับที่ F1 และ F2 ถ้า x เป็น

ระยะที่แผ่นเพลตเคลื่อนที่ห่างไปจากแนวเส้นกลาง AB แล้วค่าความจุ C1 และ C2 ที่เกิดจากเพลต MF1 และ MF2 ตามลำดับ ความสัมพันธ์ระหว่าง C1 และ C2 และระยะ x ยังคงเป็นแบบไม่เชิงเส้นแต่เมื่อ C1 และ C2 ใช้ร่วมกันกันกับวงจรบริดจ์แบบชี้แสดงค่า (Deflection) จะทำให้ความสัมพันธ์โดยรวมของแรงดันด้านออกของบริดจ์กับระยะขจัด x มีความเป็นเชิงเส้นดีขึ้น

2.1.6 ตัวตรวจจับระดับของเหลวแบบความจุ (Capacitive level sensor) จากรูปที่ 2 ฉ.) ประกอบด้วย

กระบอกโลหะสองชิ้นมีจุดศูนย์กลางร่วมกันทำให้ของเหลวอยู่ระหว่างช่องว่างของทรงกระบอกทั้งสองมีระดับของเหลวสูง h ถ้าของเหลวไม่เป็นตัวนำ (มีความนำไฟฟ้าน้อยกว่า 0.1 μmho/cm3) จะไดอิเล็กตริกและค่าความจุรวมของตัวตรวจจับคือผลรวมของความจุของของเหลวและความจุของอากาศ ความจุต่อหน่วยความยาวของกระบอกแกนร่วมกัน มีรัศมี b และ a (โดย b > a) ถูกแยกด้วยไดอิเล็กตริก εr คือ 2πεoεr/loge(b/a) สมมติว่าค่าคงที่ของไดอิเล็กตริกของอากาศเป็นหนึ่ง ค่าความจุของตัวตรวจจับระดับจะเขียนได้เป็น

ตัวตรวจจับสามารถใช้ร่วมกับวงจรบริดจ์กระแสสลับแบบชี้ค่า (deflection bridge) ได้ดังรูปที่ 3

จากรูปที่ 3 วงจรบริดจ์กระแสสลับแบบชี้ค่าร่วมกับตัวตรวจจับแบบความจุและความเหนี่ยวนำพิจารณา

จากรูปที่ 3 ก) จะประกอบด้วยอิมพีแดนซ์แบบความจุสองแขน และอิมพีแดนซ์แบบความต้านทานสองแขน หากพิจารณาว่าอิมพีแดนซ์ดังกล่าวเป็นตัวตรวจจับที่ใช้วัดระดับของเหลวในรูปที่ 1 ช)

2.1.7 ตัวตรวจจับความชื้นแบบความจุ (Capacitive humidity sensor)

จากรูปที่ 2 ซ) เป็นความจุตรวจจับความชื้นแบบฟิล์มบาง มีไดอิเล็กตริกเป็นโพลิเมอร์ สามารถดูดซับ

โมเลกุลของน้ำได้ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ของไดอิเล็กตริคทำให้ค่าความจุมีค่าแปรตามความชื้น

สัมพัทธ์ของบรรยากาศแวดล้อม เพลตด้านหนึ่งจะประกอบด้วยชั้นของแทนทาลัมซึ่งยึดติดไว้บนแผ่นรองที่เป็นแก้ว ระหว่างเพลตจะเป็นชั้นของโพลิเมอร์(ไดอิเล็กตริก) ส่วนเพลตอีกด้านจะเป็นชั้นของแผ่นโครเมียมบางที่ทำให้ได้ความเครียดแบบแรงดึงที่มากพอจนทำให้เกิดรูพลุนเล็ก ๆ ที่แผ่นทั้งโครเมี่ยมและที่โพลิเมอร์จะมีโครงสร้างเป็นลวดลายคล้ายการวางหินหรือแก้วชิ้นเล็ก ๆ ซ้อนกัน ซึ่งทำให้โมเลกุลของน้ำผ่านเข้าไปที่ไดอิเล็กตริกได้ ตัวตรวจจับแบบนี้จะมีช่วงด้านเข้าอยู่ระหว่าง 0 ถึง 100 % RH โดยมีค่าความจุที่ความชื้น 0 % เป็น 375 pF และมีความไวเชิงเส้นเป็น 1.7 pF / %RH ซึ่งเขียนเป็นสมการความสัมพันธ์ได้เป็น C = 375 + 1.7(RH) pF ค่าเบี่ยงเบนสูงสุดที่ห่างจากเส้นของสมการ (5.12) คือ 2 % เกิดจากความไม่เป็นเชิงเส้นและ 1 % เนื่องจากฮิสเตอรีซีส ตัวตรวจจับแบบความจุส่วนมากจะใช้ร่วมกับวงจรบริดจ์กระแสสลับ หรือวงจรกำเนิดความถี่(Oscillator) ในทางปฏิบัติจะมีค่าความจุและค่าความต้านทานรวมอยู่ในลักษณะขนานกัน ในการหาค่าความสูญเสียในไดอิเล็กตริกส่วนนี้จะมีผลต่อการออกแบบวงจรมาก โดยเฉพาะวงจรกำเนิดความถี่ เช่น ตัวตรวจจับความชื้นแบบความจุจะมีค่าความต้านทานสูญเสียของไดอิเล็กตริกประมาณ 100 kΩ ที่ 100 kHz เราทราบมาแล้วว่าคุณภาพของไดอิเล็กตริกจะแทนด้วยเทอมของมุมความสูญเสียหรือที่เรียกว่า Loss tangent 

รูปที่ 4 วงจรกำเนิดความถี่แบบ RC อนุกรมโดยมีความต้านทาน R ของ C ขนานกับ C

ซึ่งจากสมการแสดงให้เห็นว่า Q แปรตามค่า R มาก ถ้าความถี่ธรรมชาติ fn ของวงจรกรณีเป็นตัวตรวจ

จับความชื้นแบบความจุข้างต้นและมีค่าเป็น 105 Hz วงจรจะมีค่า Q ประมาณ 30 สำหรับข้อควรระวังคือต้องทำให้ผลของความจุค้างของสายเคเบิลในวงจรมีผลต่ำสุด

2.2 การเปลี่ยนค่าแบบความเหนี่ยวนำ

หลักการทำงาน

รูปที่ 5 หลักการตรวจจับแบบความต้านทานแม่เหล็ก

แนวความคิดเกี่ยวกับวงจรแม่เหล็กได้ถูกนำมาใช้เทียบเคียงกับวงจรไฟฟ้าและหลักการทำงานของตัว

ตรวจจับแบบความเหนี่ยวนำ จะกล่าวโดยย่อ ๆ โดยแรงเคลื่อนไฟฟ้า(e.m.f.) ทำให้กระแสเคลื่อนที่ผ่านความต้านทานในวงจรรูปที่ 5 ข) แสดงแกนถูกแยกออกเป็นสองส่วนด้วยช่องว่างอากาศ(air gap) ที่ปรับระยะได้ ความต้านทานแม่เหล็กทั้งหมดของวงจรได้จากทั้งแกนเหล็กและช่องว่างอากาศ โดยความซึมซาบของอากาศเป็น 1 และของแกนจะมีค่าตามวัสดุซึ่งมีค่าเป็นจำนวนพัน เมื่อมีช่องว่างอากาศเกิดขึ้นจะทำให้ความต้านทานแม่เหล็กจะมีค่าความต้านทานแม่เหล็กเพิ่มขึ้นมาก ผลทำให้เส้นแรงแม่เหล็กลดลง ดังนั้นเราจะสามารถใช้หลักการดังกล่าวนี้สร้างเป็นตัวตรวจจับระยะการเคลื่อนที่ได้ รูปที่ 5 ค) เป็นต้นแบบของตัวตรวจจับระยะแบบอาศัยการเปลี่ยนค่าความต้านทานแม่เหล็ก(variable reluctance ) ประกอบด้วย 3 ส่วนคือ แกนเหล็กแบบเฟอร์โรแมกเนติก รูปครึ่งวงกลม ช่องว่างอากาศ และ แผ่นเฟอร์โรแมกเนติกหรือเรียกว่าอาร์เมเจอร์(Armature) ความต้านทานแม่เหล็กรวมได้จากความต้านทานแม่เหล็กของแต่ละส่วนโดยปกติตัวตรวจจับแบบนี้จะมีสแปนด้านเข้า 0.5 นิ้ว ความเหนี่ยวนำ Lo ของขดลวดประมาณ 25 mH ความต้านทานขดลวดประมาณ 70 โอห์ม และมีความไม่เชิงเส้น 0.5 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งตัวตรวจจับแบบเหนี่ยวนำจะไม่เป็นความเหนี่ยวนำอย่างเดียว แต่จะมีค่าความต้านทาน R อยู่ด้วยทำให้มีอิทธิพลต่อการออกบแบบวงจรกำเนิดความถี่ดังรูปที่ 6

รูปที่ 6 วงจรกำเนิดความถี่แบบ LC อนุกรมโดยมีความต้านทาน R ในขดลวด L

2.3 LVDT (Linear Variable Differential Transformer)

รูปที่ 7 L.V.D.T.

3. ตัวตรวจจับแบบใช้แสง

ตัวตรวจจับแบบใช้แสง จะใช้ลำแสงที่มีขนาดเล็กตรวจสอบว่าวัตถุอยู่ในตำแหน่งที่ต้องการหรือไม่ เป็นวิธีที่ไม่ละเอียดและมีความถูกต้องน้อยที่สุด ไม่นิยมใช้กับแขนกลที่ต้องการความละเอียดสูง การติดตั้งตัวตรวจจับแบบใช้แสงสามารถติดตั้งได้ง่ายโดยการติดตั้ง LED แบบอินฟราเรดที่ด้านหนึ่งและติดตั้งตัวรับแสงอินฟราเรดที่อีกด้านหนึ่งโดยให้สิ่งที่ต้องการ  ตรวจจับอยู่ระหว่างกลาง เช่น ติดตั้งชุดอินฟราเรดที่ฝ่ามือของแขนกล ทำให้รู้ว่าวัตถุกำลังอยู่ในระยะที่สามารถจับได้

รูปที่ 8 แสดงการใช้หลอด LED และโฟโตทรานซิสเตอร์เป็นตัวตรวจจับว่าเมื่อใดสมควรจับวัตถุได้

ตัวตรวจจับแบบใช้แสงอินฟราเรดอย่างง่ายแสดงดังรูปที่ 9 ซึ่งใช้ LED แบบอินฟราเรดและโฟโตทราน

ซิสเตอร์แบบอินฟราเรด โดยเอาต์พุตของทรานซิสเตอร์สามารถนำไปต่อเข้ากับวงจรควบคุมใด ๆ ก็ได้


รูปที่ 9 วงจรตรวจจับที่ใช้แสงใช้ LED และโฟโตทรานซิสเตอร์

ความต้านทาน R2 ใช้ปรับเพิ่มหรือลดความไวของวงจร การเพิ่มค่าความไวจะทำให้หุ่นยนต์สามารถตรวจจับวัตถุได้ไกล ส่วนการลดความไวหุ่นจะสามารถเคลื่อนเข้าไปใกล้วัตถุได้มากขึ้นก่อนที่จะตรวจจับได้ โฟโตทรานซิสเตอร์แบบใช้แสงอินฟราเรดจะต้องมีแผ่นกั้นแสง ทั้งที่กระจายอยู่ในห้องและแสงจากหลอด LED ซึ่งตำแหน่งของหลอด LED และโฟโตทรานซิสเตอร์ต้องวางให้ถูกต้อง ซึ่งอาจสร้างเองหรือหาซื้อตัวตรวจจับที่ทำสำเร็จแล้วเช่น ตัวตรวจจับ TIL139 จากบริษัท Taxas Instruments

รูปที่ 10 การติดตั้งตัวตรวจจับแบบใช้แสงอยู่ด้านหน้า

รูปที่ 10 แสดงการติดตั้ง LED และโฟโตทรานซิสเตอร์ ซึ่งอาจติดไว้ด้านบนของหุ่นยนต์เพื่อใช้

สำหรับตรวจจับสิ่งกีดขวาง เช่น ผนัง เก้าอี้ หรือคน เป็นต้น

การใช้ออปโตไอโซเลเตอร์(Opto-isolator)

ออปโตไอโซเลเตอร์เป็นอุปกรณ์ทำงานด้วยแสงใช้แยกวงจรระหว่างวงจรที่มีระดับแรงดันต่างกัน ประกอบด้วยส่วนกำเนิดแสง (LED)ซึ่งควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟ และออปโตทรานซิสเตอร์จะตรวจจับแสงและทำหน้าที่ต่ออุปกรณ์ภายนอกเข้ากับสัญญาณด้านออกของทรานซิสเตอร์แสดงดังรูปที่ 11 โดยที่แต่ละด้านของออปโตไอโซเลเตอร์จะต่อเข้ากับแหล่งจ่ายไฟแยกกัน จึงสามารถใช้งานเป็นตัวปรับระดับแรงดันไฟฟ้าได้ เช่น เปลี่ยนจากสัญญาณไฟฟ้า 5 โวลต์เป็น 12 โวลต์เป็นต้น

รูปที่ 11 ออปโตไอโซเลเตอร์

4. ตัวตรวจจับแบบไม่สัมผัส

ตัวตรวจจับแบบไม่สัมผัส หรือที่นิยมเรียกตามศัพท์ตรง ๆ ว่า พร็อกซิมิตี้เซนเซอร์

4.1 ตัวตรวจจับแบบเหนี่ยวนำ (Inductive Sensors)

รูปที่ 12 ตัวอย่างตัวตรวจจับแบบไม่สัมผัสใช้หลักการเหนี่ยวนำ(www.balluff.com/solutions/inductive.htm)

ตัวตรวจจับแบบเหนี่ยวนำเรียกตามศัพท์คือ อินดั๊กทีฟเซนเซอร์ ทำงานโดยใช้หลักการเปลี่ยนแปลงค่า

ความเหนี่ยวนำของขดลวด วัตถุที่ตรวจจับได้จะเป็นโลหะเท่านั้น ลักษณะภายนอกแสดงดังรูปที่ 12 ส่วน

ประกอบภายในประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ ดังรูปที่ 13

4.1.1 ส่วนประกอบ

1.) ส่วนตรวจจับ (ขดลวด) (Active zone :coil)

2.) วงจรกำเนิดคลื่นความถี่ (Oscillator)

3.) ส่วนการประมวลผล (Evaluator)

4.) วงจรเปรียบเทียบและจุดชนวน (Trigger)

5.) หลอดแสดงสถานะการทำงาน (Status display)

รูปที่ 13 แสดงส่วนประกอบของตัวตรวจจับแบบเหนี่ยวนำ

6.) วงจรคงค่าแรงดันภายใน (Internal Constant Voltage Supply)

7.) แหล่งจ่ายแรงดันภายนอก (External Voltage)

8.) วงจรขยายและป้องกันด้านออก (Output and protective)

9.) สัญญาณด้านออก (เป็นแบบ ON-OFF)

4.1.2 หลักการทำงานของตัวตรวจจับแบบความเหนี่ยวนำ

พิจารณาการทำงานได้จากรูปที่ 13 ดังนี้คือ ส่วนที่ 1 จะสร้างสนามแม่เหล็กตามความถี่ของออสซิลเล

เตอร์หมายเลข 2 เมื่อมีวัตถุหรือชิ้นงานที่เป็นโลหะเข้ามาในระยะที่สนามแม่เหล็กส่งไปถึงจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่าความเหนี่ยวนำ ทำให้การออสซิลเลตลดลง หรือหยุดการออสซิลเลต เมื่อนำโลหะออกห่างจากบริเวณตรวจจัง วงจรกำเนิดความถี่จะเริ่มทำงานตามปกติ จากทั้งสองสภาวะจะถูกเปรียบเทียบด้วยส่วนหมายเลข 3 และ 4 จากนั้นก็ผลไปส่วนที่ 5 และส่วนที่ 8 ซึ่งจะเป็นสภาวะ ON หรือ OFF ระยะการตรวจรู้มาตรฐานแบบความเหนี่ยนนำหาได้โดยการใช้แผ่นเหล็กอ่อน (mild steel) เป็นวัตถุนำ ถ้าวัตถุที่ต้องการตรวจจับเป็นโลหะอื่น เช่น อลูมิเนียม ทองเหลือง ทองแดง ฯลฯ ระยะการตรวจจับจะลดน้อยลง ทั้งนี้เราสามารถค่าค่าได้โดยใช้ค่าตัวประกอบ (factor) คูณกับระยะตรวจจับมาตรฐาน เช่น เหล็กอ่อนมีค่าตัวประกอบ = 1 ทองเหลือง = 0.35 และ ทองแดง = 0.25 ถ้าระยะตรวจจับมาตรฐานที่ได้จากเหล็กอ่อนเป็น 10 มิลลิเมตร เมื่อตรวจจับทองเหลืองจะมีระยะเป็น 3.5 และทองแดงจะมีระยะเป็น 2.5 มิลลิเมตร เป็นต้น

4.1.3 ลักษณะเฉพาะ (Specification)

เป็นรายละเอียดของข้อมูลด้านเทคนิคของตัวตรวจจับ อธิบายได้ดังรูปที่ 14

รูปที่ 14 ระยะต่าง ๆ ของการตรวจจับของตัวตรวจจับแบบไม่สัมผัส

จากรูปที่ 14 มีรายละเอียดที่ควรทราบเพื่อการใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพดังต่อไปนี้คือ

- ระยะการตรวจจับ (Sensing Range) คือระยะที่แผ่นโลหะที่ถูกตรวจจับเคลื่อนที่เข้ามาใกล้ด้านหน้าของ

ตัวตรวจจับ จะทำให้สัญญาณเกิดการเปลี่ยนแปลง เช่น จากสภาวะต่อวงจร (ON) เป็นสภาวะเปิดวงจร

(OFF) หรือ ตรงข้าม

- ระยะการตรวจจับทั่วไป (Norminal Sensing Range ; Sn) คือระยะตามคุณลักษณะโดยไม่คิดรวมผล

ความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากการผลิตแต่ละตัว หรือผลกระทบจากภายนอก เช่น อุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้า เป็นต้น

- ระยะการตรวจจับจริง (Real Sensing Range; Sr) คือระยะตรวจจับซี่งวัดค่าโดยการใช้แหล่งจ่ายไผตาม

ค่าที่กำหนด อุณหภูมิที่กำหนด ระยะการตรวจจับจริงจะมีค่าอยู่ในช่วงระหว่าง 90 % ถึง 110 % ของระยะการตรวจจับแบบทั่วไป (Sn)

- ระยะการตรวจจับที่ใช้ประโยชน์ (Useful Sensing Range: Su) คือระยะการตรวจจับที่วัดตามมาตรฐาน

EN 50010 โดยใช้แหล่งจ่าย และอุณหภูมิแวดล้อมในช่วงที่ยอมรับได้ ระยะตรวจจับนี้จะอยู่ในช่วง

81 %ถึง121 % ของระยะการตรวจจับแบบทั่วไป

- ระยะตรวจจับในการทำงาน (Working Sensing Range : Sw) คือระยะที่เซ็นเซอร์สามารถทำงานได้

อย่างถูกต้อง ที่อุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้าตามกำหนด

-ค่าในการชดเชยระยะที่ถูกต้อง ระยะตรวจจับทั่วไป (Sn) ของตัวตรวจจับจะตรวจจับวัตถุได้ตามที่

กำหนดไว้ โดยใช้แผ่นเหล็กอ่อน (Mild steel) เป็นวัตถุที่ถูกตรวจจับ การใช้แผ่นโลหะที่มีขนาดเล็กกว่าที่กำหนดไว้ จะทำให้ระยะการตรวจจับสั้นลง เช่นเดียวกันถ้าแผ่นโลหะมีผิวโค้งก็จะมีผลต่อการตรวจจับด้วย และระยะการตรวจจับจะเปลี่ยนแปลงไปถ้าวัตถุที่ตรวจจับเป็นโลหะประเภทอื่น ซึ่งจะทราบได้ว่าระยะตรวจจับสำหรับโลหะประเภทนั้นเป็นเท่าไร โดยคูณระยะมาตรฐานด้วยค่าตัวประกอบ (factor) ที่ระบุไว้ในตารางคุณสมบัติเฉพาะของแต่ละรุ่น การใช้ตัวตรวจจับแบบเหนี่ยวนำตรวจจับแผ่นโลหะบาง ๆ อาจทำให้ระยะการตรวจจับน้อยกว่าระยะการตรวจจับของแผ่นโลหะที่หนาปกติ กรณีเช่นนี้ขึ้นกับความสามารถทะลุผ่านแผ่นโลหะบางของสนามแม่เหล็กมากน้อยเพียงใด ถ้าความหนาของแผ่นโลหะน้อยกว่าระยะที่สามารถทะลุผ่านไปได้จะทำให้แผ่นโลหะเกิดกระแสไหลวน (eddy current) ทำให้ค่าความนำไฟฟ้าของแผ่นโลหะนั้นมีค่าต่ำลงกว่าค่าปกติ และทำให้ระยะการตรวจจับลดลงตามไปด้วย

-ค่าความสามารถในการกระทำซ้ำ (Repeatability) สามารถหาได้โดยการวัดสองครั้งติดต่อกันภายใต้

สภาวะที่กำหนดในมาตรฐานของ EURO-NORM ซึ่งตัวตรวจจับที่ดีควรจะได้ระยะที่เท่ากัน

-ค่าฮีสเตอร์รีซีสของการตัดต่อ (Switching Hysteresis) คือ ระยะความแตกต่างระหว่างตัวตรวจจับขณะ

ทำงาน (ON) กับสภาวะหยุดทำงาน (OFF) เมื่อนำแผ่นโลหะที่ใช้ทดสอบเลื่อนเข้ามาใกล้หรือห่างจากบริเวณด้านหน้าส่วนตรวจจับของตัวตรวจจับ ค่าฮีสเตอร์รีซีสจะมีค่าเป็นเปอร์เซ็นต์ของระยะตรวจจับจริง

5. ตัวตรวจจับแบบความจุไฟฟ้า (Capacitive Sensor)

ตัวเหนี่ยวนำแบบนี้ใช้ตรวจจับวัตถุทั้งโลหะและไม่ใช่โลหะ ใช้หลักการตรวจจับค่าความจุที่เปลี่ยน

แปลง เรียกทับศัพท์ด้านเทคนิคว่า คาปาซิตีฟเซนเซอร์

5.1 ส่วนประกอบ

 

รูปที่ 15 ตัวอย่างตัวตรวจจับแบบความจุแบบต่าง ๆ (http://www.balluff.com/solutio…..uctive.htm)

 

รูปที่ 16 ภาพตัดขวางด้านข้างส่วนตรวจจับของตัวตรวจจับแบบไม่สัมผัสแบบความจุไฟฟ้า

โครงสร้างและส่วนประกอบจะคล้ายกับตัวตรวจจับแบบความเหนี่ยวนำ ต่างกันที่ส่วนตรวจจับจะใช้

หลักการของการเปลี่ยนค่าความจุแทน เมื่อวัตถุที่จะตรวจจับเคลื่อนที่เข้ามาที่ระยะสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุของตัวตรวจจับซึ่งเกิดจาก active และ earth electrode และอาจมีตัวนำชดเชยซึ่งทำหน้าที่ป้องกันและชดเชยผลของความชื้นที่ด้านหน้าของบริเวณตรวจจับ เมื่อมีวัตถุเคลื่อนที่เข้ามาในบริเวณตรวจจับ ค่าความจุของวงจรกำเนิดคลื่นความถี่จะเปลี่ยนแปลงไป

5.2 หลักการทำงาน

จากรูปที่ 16 แสดงโครงสร้างและส่วนประกอบของตัวตรวจจับแบบความจุ เมื่อมีวัตถุใด ๆ เคลื่อนที่เข้า

มาในบริเวณสนามไฟฟ้าจะทำให้ค่าความจุของวงจรกำเนิดความถี่มีการเปลี่ยนแปลง ซึ่งขึ้นกับค่าระยะห่างระหว่างตัวกลางหรือวัตถุกับด้านหน้าของส่วนตรวจจับ ค่าคงที่ทางไฟฟ้าของตัวกลาง (Dielectric constant) (ถ้ามีค่าคงที่มากระยะการตรวจจับก็จะมีระยะไกลขึ้น ) รวมทั้งขนาดและรูปร่างของตัวกลาง

ตัวตรวจจับแบบความจุสามารถตรวจจับวัตถุตัวกลางได้ทั้งที่เป็นโลหะและไม่เป็นโลหะ การทำงาน

(ON) และ ไม่ทำงาน (OFF) นั้นได้จากสภาวะของวงจรกำเนิดความถี่ ว่ามีการออสซิลเลตหรือไม่ โดยใช้หลักการเช่นเดียวกันกับตัวตรวจจับแบบเหนี่ยวนำ ระยะการตรวจจับมาตรฐานได้จากการใช้แผ่นโลหะเป็นวัตถุตัวกลางเมื่อเปลี่ยนวัตถุตัวกลางเป็นวัสดุอื่นระยะทางก็จะต่างกันออกไป โดยการคูณค่าตัวประกอบ กับระยะมาตรฐานจะได้ระยะตรวจจับ ตารางที่ 1 เป็นตัวอย่างตัวประกอบของวัตถุตัวกลางชนิดต่าง ๆ

ตารางที่ 2 ตัวอย่างตัวประกอบของวัตถุตัวกลางชนิดต่าง ๆ

 

5.3 การปรับตัวตรวจจับแบบความจุ

ตัวตรวจจับแบบใช้หลักการความจุจะมีโพเทนซิโอมิเตอร์ (Potentiometer) สำหรับปรับความไวของ

ระยะการตรวจจับอยู่ด้านท้ายตรงข้ามกับด้านส่วนตรวจจับ ซึ่งจะทำให้สามารถปรับเลือกให้ไม่ตรวจจับวัตถุที่ขวางกั้นอยู่ก่อนวัตถุที่ต้องการตรวจจับ ตัวอย่าง เช่น การตรวจจับน้ำที่อยู่ในภาชนะบรรจุ ตรวจจับขวดในกล่องกระดาษ เป็นต้น ซึ่งตัวตรวจจับสามารถปรับไม่ให้ตรวจจับภาชนะบรรจุ หรือกล่องกระดาษได้ง่ายมาก

รูปที่ 17 ตัวอย่างการใช้ตัวตรวจจับแบบความจุกับงานต่าง ๆ

(www.ifmefector.com/ifmus/web/capacitive.htm)

การประยุกต์ใช้งานตัวตรวจจับแบบความจุ มีหลายอย่าง เช่น การตรวจจับระดับของของเหลวในภาชนะ

บรรจุ และการตรวจจับจำนวนขวดในกล่องกระดาษ ดังแสดงในรูปที่ 17 

1:01 pm
February 23, 2013


cx123

Guest

The Fu balleuropameisterschaft l uft and everywhere you can see the colourful flags of the different cheap evening dresses who participate in this European Championship.That brought the designer inch blue baby shoes on the idea, just this trendy robe de mariee pas cher nderoutfits and follows the flag colours for a small to use constant stained sport collection. You tr gt nameGlobetrotter".Inch blue is a label based in Gro Britain, which since 1999 baby shoes best quality t designs for children at the age of 0 to 6, and whatabeautifullife review make by hand sst. These slippers are made of finest leather and need llig design, exactly what makes them so popular with parents and children. please vist:http://www.whatabeautifullife…….Meanwhile, more than 400 different designs were designed in the family business. Inspired l is it leaves inch blue by the colourful and funny world of children.The small Babyfü e must be treated quite particularly sensitive, because close they should develop healthy and stay healthy throughout life. The company takes into account in the development of the rounder and softer shape of the small whatabeautifullife reviews ; d chen and also, that they have only a few solid bone. In the baby shoes by inch blue k r ; d can chen breathe and will not be restricted. The soft natural leather shoe cost € 30 and you can buy them on the Internet at inchblue.de. There is also the newGlobetrotter"collection. With these colorful shoes can show the little earthlings, engineer for whom his EM heart gt or but what team in favour of his parents.Even if the Barefoot will certainly run the best for small Kinderfü e, so the baby shoes by inch blue are a really good alternative for this.read more:http://www.whatabeautifullife.com.

No Tags

About the http://www.engineerfriend.com Forum

Forum Timezone: Asia/Bangkok

Most Users Ever Online: 40

Currently Online:
1 Guest

Currently Browsing this Topic:
1 Guest

Forum Stats:

Groups: 3
Forums: 11
Topics: 40
Posts: 92

Membership:

There are 789 Members
There have been 7 Guests

There are 2 Admins
There are 9 Moderators

Top Posters:

Team 7 – 6
siamnet16 – 4
MD Boiler – 4
songvut – 3
Team 11 – 3
namsae – 2

Recent New Members: rkwitpust, uojrijsgr, tnyautomation, Nuttapun, Matin, jariya

Administrators: vikan (9 Posts), admin (3 Posts)

Moderators: Semi-Stories (5 Posts), mikeneko (1 Post), krittin (0 Posts), Kampolsak (0 Posts), atomicplanet (0 Posts), mojo (0 Posts), susuza01 (0 Posts), satit.t (0 Posts), pawarissara.p (0 Posts)