เกร็ดความรู้

เซ็นเซอร์และทรานสดิวเซอร์

ความสำคัญของการวัดและการควบคุม

วัตถุประสงค์ของการวัดและการควบคุม มีความสำคัญดังต่อไปนี้

1.การวัดเป็นการแสดงตัวแปรซึ่งเป็นรายละเอียดของระบบ

2.เพื่อควบคุมความแน่นอนในการปฏิบัติงานหรือกระบวนการ   หลักการของการวัดคือ   เปรียบเทียบค่าจริงกับค่าที่ต้องการจะปฏิบัติงาน

3.การจำลองสภาพของระบบ

4.เป็นการทดลองเพื่อศึกษาการออกแบบ

5.เพื่อใช้ในการปรับกระบวนการ

6.เพื่อทดสอบวัสดุ รักษามาตรฐาน และกำหนดมาตรฐานผลิตภัณฑ์

7.เพื่อยืนยันปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์/ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์

8.เพื่อควบคุมคุณภาพในอุตสาหกรรม

นิยามอุปกรณ์รอบข้างและคุณลักษณะที่สำคัญของทรานสดิวเซอร์

( Definition and Specification of Transducer )

     1.  เซ็นเซอร์ (Sensor)   คือส่วนที่ใช้รับสัญญาณจากกระบวนการในตอนแรก

หรืออาจเรียกได้ว่า   “ อินพุตทรานสดิวเซอร์”

     2.  ทรานสดิวเซอร์  (Transducer)   คืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ตรวจจับ รับความรู้สึกตัวแปร

ทางกายภาพ ตัวใดตัวหนึ่งแล้วเปลี่ยนค่าทางด้านเอาต์พุตให้เป็นตัวแปรทางกายภาพตัวอื่น

                                         คุณลักษณะของทรานสดิวเซอร์ที่ต้องการ

มีความสามารถในการรับสัญญาณและตรวจจับพร้อมทั้งรับความรู้สึกค่าสัญญาณอินพุตที่ต้องการและต้อไม่มีความไวกับสัญญาณอื่น ๆ  (ที่ไม่ต้องการ) ขณะที่ทำการวัด ตัวอย่างเช่น ทรานสดิวเซอร์ที่วัดความเร็วจะต้องรับความเร็วอย่างทันทีทันใดนั้น  และต้องไม่รับเอาตัวแปร (ความรู้สึก) ของแรงเคลื่อนและอุณหภูมิที่อยู่ในบริเวณนั้น

—  ไม่ดัดแปลงหรือแก้ไขค่านัยสำคัญที่จะวัด

—  มีความสามารถต่อการดัดแปลงระบบ (amenable) นั่นคือให้ง่ายต่อการปรับปรุงระบบโดยใช้อุปกรณ์ที่อยู่ในกระบวนการเดิม ๅ ได้ เช่นรูปของทรานสดิวเซอร์ที่มักจะทำให้อยู่ในของสัญญาณทางไฟฟ้า

          การเลือกเครื่องมือวัด ( Selection of the Instrument )

                          มีการพิจารณาหลาย ๆ ปัจจัยที่จะเกี่ยวข้องกับการเลือกเครื่องมือวัด  ซึ่งประกอบไปด้วยหลักเกณฑ์ดังต่อไปนี้

(1) คุณภาพของเครื่องมือวัด เกณฑ์ของราคา

1.1  คุณสมบัติของความแน่นอน ความเที่ยงตรง และส่วนประกอบอื่น ๆ เช่น ความไว ความเป็นเชิงเส้น ฮิสเตอร์รีซีส  ค่าดริฟต์ศูนย์และดริฟต์ความไว เดดแบนด์ เป็นต้น

1.2  ธรรมชาติและชนิดของความสามารถทางด้านข้อมูล เช่น แบบแอนะล็อก แบบดิจิตอล แบบต่อเนื่อง  หรือแบบสุ่ม

1.3  ธรรมชาติและชนิดของการอ่านค่าออก เช่น ตัวบันทึกค่า หรือตัวบอกค่า เป็นต้น

1.4  ธรรมชาติของการคำนวณข้อมูล (หากว่าต้องการ)

1.5  คุณสมบัติของการรบกวนสัญญาณของทรานสดิวเซอร์ และความมั่นคงของระบบ  เมื่อมีการขยายสัญญาณแล้วส่งออกไป หรือมีการแปลงข้อมูลไปอยู่ในรูปอื่น

1.6  คุณสมบัติของผลตอบสนองทางพลวัตร ถ้าสัญญาณอินพุตเปลี่ยนแปลงไปกับเวลา

(2) การพิจารณาในแง่ความสะดวก เกณฑ์ความเหมาะสม

 1.มีความเหมาะสม (suitability) สำหรับงานที่จะใช้ เช่น

ใช้ในห้องทดลอง ในสนาม หรือ ทั้งสองข้อรวมกัน

 2.ความสามารถในการดัดแปลง (adaptability) เมื่อใช้กับ

ค่าทางอินพุตหลาย ๆ ค่าที่แตกต่างกัน เช่น การขยายสเกล

การเปลี่ยนย่าน เป็นต้น

  3.ง่ายต่อการปรับแต่ง เมื่อจำเป็น

  4.ง่ายและสะดวกต่อการวิเคราะห์พฤติกรรมของเครื่องมือวัด

  5.ต้องมีความทนทานของวัสดุที่ประกอบ และการออกแบบถูกหลักเกณฑ์ ไม่ยุ่งยากต่อการใช้งาน                 

(3) ราคาในสภาวะแรกและงบที่อาจจะบานปลาย

3.1  ราคาเบื้องต้นของเครื่องมือวัด ราคาในการติดตั้ง

และราคาค่างวดอื่น ๆ

3.2  ราคาในการปรับแต่ง การซ่อม การบำรุงรักษา เป็นต้น

3.3  ราคาในการปฏิบัติงาน

3.4  การพิจารณาอายุการใช้งาน หรือส่วนประกอบอื่น ๆ

ที่สามารถจะทดแทนเข้ากันได้ กับเครื่องมือแบบเดียวกัน

การวัดอุณหภูมิ (Measurement  of  Temperature) 

การวัดอุณหภูมิ (Measurement  of  Temperature)

•     วิธีการวัดที่ไม่ใช่วิธีทางไฟฟ้า ( Non-Electrical Methods )

     วิธีที่ไม่ใช่การวัดอุณหภูมิทางไฟฟ้า อาจจะอยู่บนวิธีใดวิธีหนึ่งดังต่อไปนี้

1.การเปลี่ยนแปลงสถานะทางฟิสิกส์

2.การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมี  และ

3.การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางฟิสิกส์

โดยทั่วไปวิธีการแสดงผลของอุณหภูมิ

    1. เทอร์โมมิเตอร์แบบแท่งโลหะ (Solid Rod thermometer)

หลักการของเทอร์โมมิเตอร์แบบแท่งโลหะนี้  อยู่บนหลักการของการขยายตัวเชิงเส้นของโลหะเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น

    2.  เทอร์โมมิเตอร์แบบไบเมทัล (Bimetallic  Thermometer)

เทอร์โมมิเตอร์นี้ใช้หลักการขยายตัวของของแข็ง

    3. เทอร์โมมิเตอร์แบบเติมของเหลวในหลอดแก้ว (Liquid-in-Glass  Thermometer)

เทอร์โมมิเตอร์แบบนี้ใช้วัดอุณหภูมิซึ่งใช้ความแตกต่างของการขยายตัวนี้เป็นตัวบอกระดับอุณหภูมิ

  4. เทอร์โมมิเตอร์แบบความดัน  (Pressure  Thermometer)

ทำงานบนพื้นฐานการขยายตัวของของไหล อันเนื่องมาจากการเพิ่มความดันของปริมาตรที่ใช้วัดอุณหภูมิ เทอร์โมมิเตอร์แบบนี้ใช้งานกันอย่างกว้างขวางในการวัดอุณหภูมิทางอุตสาหกรรม

    5. เทอร์โมมิเตอร์แบบปรอทที่อยู่ในโลหะ  (Mercury-in-steel  Thermometer)

เทอร์โมมิเตอร์แบบนี้มีสเกลเป็นเชิงเส้น และมีกำลังเพียงพอที่จะใช้งานกับปากกาบันทึกได้

           

    อาร์ทีดี คือ ตัวเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่ใช้หลักการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานของโลหะซึ่งค่าความต้านทานดังกล่าวจะมีค่าเพิ่มตามอุณหภูมิ ความต้านทานของโลหะที่เพิ่เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นนี้ เรียกว่า “ สัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบบวก

“ ( Positive Temperature Coefficient ; PTC )นอกจากนี้อาร์ทีดียังมีชื่อเรียกได้อีกอย่างว่า “ เทอร์โมมิเตอร์แบบค่าความต้านทาน “ ( Resistance Temperatures )

คุณลักษณะของอาร์ทีดี (Characteristic of RTD)

   1. ความไว (Sensitivity)

   2. ผลตอบสนองต่อเวลา (Response Time)                                   

   3. การปรับสภาพสัญญาณ (Sine Conditioning)

   4. ค่าคงที่ในการสูญเสีย (Dissipation Constant)

    5. ย่านการใช้งาน (Range)

           ตัวตรวจวัดอุณหภูมิ โดยใช้หลักการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทาน

 ( resistance  Temperature  Detectors ; RTD )

การวัดระยะทาง ตำแหน่งหรือที่ตั้ง เป็นหัวข้อที่มีความสำคัญในกระบวนการทางอุตสาหกรรม ตัวอย่างของการวัดตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ได้แก่

          1. ตำแหน่งหรือที่ตั้งของวัตถุบนสายพานลำเลียง

          2. การยืดของแผ่นเหล็กที่ทำการม้วน (rolling mill)

          3. การวัดระดับของของแข็งหรือของเหลว

              4. ที่ตั้งหรือตำแหน่งของชิ้นงานในการกลึง

              5. การแปลงค่าความดันไปเป็นระยะทางทางกายภาพเพื่อวัดระดับk