หลักการทำงานของ Sensor ที่ใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม
เซ็นเซอร์ (Sensor) เป็นอุปกรณ์ที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในงานอุตสาหกรรม โดยเฉพาะ ระบบการผลิตแบบอัตโนมัติ ทำหน้าที่เป็นตัวตรวจสอบ ตรวจวัด สิ่งที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิต เช่น กำหนดตำแหน่ง คัดแยกชิ้นงาน หรือตรวจนับจำนวน เพื่อให้ระบบการผลิตได้ดำเนินการอย่างต่อเนื่อง และมีคุณภาพ เซ็นเซอร์ที่ใช้ในกลุ่มอุตสาหกรรมมีหลายประเภทเช่น แสง อุณหภูมิ การไหล รูปภาพ เป็นต้น ซึ่งในบทความนี้จะเน้นไปที่ พร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์ (Proximity Sensor) และ โฟโต้เซ็นเซอร์ (Photoelectric Sensor)
พร็อกซิมิตี้เซนเซอร์ (PROXIMITY SENSOR)
เป็นเซ็นเซอร์ชนิดหนึ่งที่ไม่ต้องสัมผัสกับชิ้นงานหรือวัตถุ ลักษณะของการทำงานคือ รับและส่งพลังงาน คือ สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า การนำเซ็นเซอร์ประเภทนี้ไปใช้งานนั้น ส่วนใหญ่จะใช้กับงานตรวจจับ ตำแหน่ง ขนาด และระดับ ซึ่งปกติแล้วจะนำมาใช้แทนลิมิตสวิตซ์ (Limit Switch) เนื่องด้วยสาเหตุของอายุการใช้งานและความเร็วในการตรวจจับที่ทำได้ดีกว่า อุปกรณ์ประเภทสวิตซ์ ซึ่งสามารถแบ่งประเภทได้ดังนี้
1.เซ็นเซอร์แบบเหนี่ยวนำ (INDUCTIVE SENSOR) ทำงานโดยอาศัยหลักการเปลี่ยนแปลง ค่าความเหนี่ยวนำของขดลวด ซึ่งการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะมีผลต่อชิ้นงานหรือวัตถุที่เป็น โลหะเท่านั้น
2.เซ็นเซอร์ชนิดเก็บประจุ (CAPACITIVE SENSOR) มีโครงสร้างทั้งภายนอกและภายใน คล้ายกับแบบเหนี่ยวนำขดลวด เนื่องมาจากการเคลื่อนที่ของวัตถุหนึ่งเข้ามาใกล้สนามไฟฟ้า ของคาปาซิทิฟเซ็นเซอร์ ดังนั้นจึงสามารถตรวจจับอุปกรณ์ที่โลหะและอโลหะได้
หลักการทำงานของเซ็นเซอร์แบบเหนี่ยวนำ
บริเวณส่วนหัวของเซ็นเซอร์จะมีสนามแม่เหล็กความถี่สูง โดยรับสัญญาณมาจากวงจร กำเนิดความถี่ในกรณีที่มีวัตถุอยู่ในบริเวณที่สนามแม่เหล็กส่งไปถึง จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง ค่าความเหนี่ยวนำ ทำให้เกิดการหน่วงออสซิลเลท (Oscillate) ลดลง หรือบางทีอาจถึงจุดที่ หยุดการออสซิลเลท และเมื่อนำเอาวัตถุนั้นออกจากการตรวจจับ วงจรกำเนิดคลื่นความถี่จะ เริ่มการออสซิลเลทใหม่อีกครั้ง สภาวะดังกล่าวจะถูกแยกแยะได้ด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ภายใน หลังจากนั้นก็จะส่งผลไปยังเอาต์พุตว่าให้ทำงานหรือไม่ทำงาน โดยทั้งนี้จะขึ้นอยู่กับชนิดของ เอาต์พุตว่าเป็นแบบใด
ส่วนประกอบและลักษณะการกระจายสนามแม่เหล็กไฟฟ้า
ของพร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์ชนิดเหนี่ยวนำ
การทำงานของพร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์ชนิดเหนี่ยวนำ
โฟโตอิเล็กทริคเซ็นเซอร์ (PHOTOELECTRIC SENSOR)
เซ็นเซอร์ที่ใช้ลำแสงในการตรวจจับวัตถุโดยที่ไม่ต้องมีการสัมผัส คุณสมบัติพิเศษคือมีการ ตอบสนองตอบอย่างรวดเร็ว ระยะตรวจจับไกล และตรวจจับวัตถุได้หลากหลายประเภท เหมาะสำหรับ การใช้งานที่ต้องการความเร็วในการตรวจจับและไม่มีการสัมผัสกับตัววัตถุ โฟโตเซ็นเซอร์มี หลากหลายแบบให้เลือก ขึ้นอยู่กับฟังก์ชันในการทำงานที่แตกต่างกัน ซึ่งสามารถแบ่งประเภทได้ดังนี้
1. ตัวโฟโต้เซ็นเซอร์แบบตัวรับ ตัวส่ง แยกกัน (THROUGH BEAM PHOTOELECTRIC SENSOR) การใช้งานจะวางให้อยู่ตรงข้ามกัน เป็นโฟโต้เซ็นเซอร์ที่สามารถตรวจจับวัตถุที่มีขนาดใหญ่ และระยะ ในการจับมากที่สุด ในสภาวะปกติตัวส่งจะส่งสัญญาณให้ตัวรับได้ตลอดเวลา หากมีวัตถุผ่านหน้า เซ็นเซอร์จะขวางลำแสงทำให้สถานะของเอาท์พุตของตัวรับเปลี่ยนแปลง
2. โฟโต้เซ็นเซอร์แบบใช้งานคู่กับแผ่นสะท้อน (RETROREFLECTIVE PHOTOELECTRIC SENSOR)
ภายในตัวเซ็นเซอร์จะมีตัวส่ง และตัวรับ ติดตั้งภายในตัวเดียวกันและมีแผ่นสะท้อนแสง(Reflector) ติดตั้งไว้ตรงข้ามกับตัวเซ็นเซอร์ โดยโฟโต้เซ็นเซอร์แบบนี้เหมาะสำหรับชิ้นงานที่มีความทึบแสง ไม่เป็นมันวาว ซึ่งอาจทำให้ตัวเซ็นเซอร์เข้าใจผิดว่าเป็นตัวแผ่นสะท้อน และทำให้เกิดความผิดพลาด สภาวะปกติตัวรับสามารถรับสัญญาณแสงจากตัวส่งได้ตลอดเวลา เพราะลำแสงจะสะท้อนกับ แผ่นสะท้อนอยู่ตลอดเวลา หากมีวัตถุผ่านหน้าเซ็นเซอร์จะขวางลำแสงทำให้สถานะของเอาท์พุตของ ตัวรับเปลี่ยนแปลง
3. โฟโต้เซ็นเซอร์แบบสะท้อนกับวัตถุโดยตรง (DIFFUSE MODE, PROXIMITY MODE)
ภายในตัวเซ็นเซอร์แบบนี้จะมีตัวส่งและตัวรับ ติดตั้งภายในตัวเดียวกันโฟโต้เซ็นเซอร์แบบสะท้อนกับวัตถุ จะใช้ตรวจจับชิ้นงานได้ทั้งลักษณะทึบ และโปร่งแสง ในสภาะการทำงานปกติตัวรับ จะไม่สามารถ รับสัญญาณจากตัวส่ง ได้ เนื่องจากไม่มีวัตถุที่จะมาทำหงานที่สะท้อนสัญญาณ โดยเซ็นเซอร์นี้ จะทำหน้าตรวจจับวัตถุที่เคลื่อนที่ตัดผ่านหน้าของเซ็นเซอร์ วัตถุที่ผ่านหน้าเซ็นเซอร์จะทำหน้าที่ สะท้อนลำแสงที่ส่งมาจากตัวส่ง กลับไปยังตัวรับ ซึ่งจะทำให้วงจรภายในรับรู้ได้ว่า มีวัตถุหรือชิ้นงาน ขวางอยู่ ทำให้สถานะของเอาท์พุตของตัวรับเปลี่ยนแปลงไป
