บทที่ 1 เรื่อง เซนเซอร์

บทท่ี 1 เรื่อง เซนเซอร์ สาระสาคญั เซนเซอร์ คือ อุปกรณ์ตรวจจบั สญั ญาณ หรือปริมาณทางฟิ สิกส์ตา่ งๆ เช่น อุณหภูมิ แสง เสียง แรงทาง กล ความเร็ว ระดบั ของของเหลว หรือแมก้ ระทง่ั อตั ราการไหล เป็นตน้ จากน้นั จะทาหนา้ ท่ีเปล่ียนใหเ้ ป็น สัญญาณออก หรือปริมาณเอาตพ์ ุตท่ีไดจ้ ากการวดั ในอีกรูปแบบหน่ึง ท่ีสามารถนาไปประมวลผลต่อได้ สาระการเรียนรู้ 1. หลกั การทางานพ้นื ฐานของเซนเซอร์ 2. ระบบเซนเซอร์ 3. คุณสมบตั ิท่ีสาคญั ของเซนเซอร์ สมรรถนะประจาหน่วย 1. อธิบายหลกั การทางานพ้ืนฐานของเซนเซอร์ 2. จาแนกระบบเซนเซอร์ 3. อธิบายคุณสมบตั ิที่สาคญั ของเซนเซอร์ ผลการเรียนรู้ 1. เพอื่ ใหม้ ีความรู้ความเขา้ ใจอธิบายหลกั การทางานพ้ืนฐานของเซนเซอร์ 2. เพือ่ ใหม้ ีความรู้ความเขา้ ใจจาแนกระบบเซนเซอร์ 3. เพอ่ื ใหม้ ีความรู้ความเขา้ ใจอธิบายคุณสมบตั ิท่ีสาคญั ของเซนเซอร์ จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. อธิบายหลกั การทางานพ้ืนฐานของเซนเซอร์ 2. จาแนกระบบเซนเซอร์แต่ละระบบได้ 3. อธิบายคุณสมบตั ิท่ีสาคญั ของเซนเซอร์

ในส่วนของการตรวจวดั และตรวจจบั ปริมาณทางฟิ สิกส์ต่างๆ น้นั มกั ถูกกาหนดความตอ้ งการของ อุตสาหกรรมการผลิต ในการท่ีจะตรวจสอบ ควบคุมค่ากระบวนการ ตลอดจนนาตวั แปรทางฟิ สิกส์เหล่าน้นั ไปใชง้ าน ดงั น้นั เง่ือนไขซ่ึงเป็นปัจจยั ในการเลือกเซนเซอร์ใชง้ านจึงข้ึนอยกู่ บั ธรรมชาติของปริมาณทาง ฟิ สิกส์ท่ีจะทาการวดั และควบคุมคา่ เป็นสาคญั รวมไปถึงราคา ความน่าเชื่อถือ ตลอดจนคุณภาพของขอ้ มูลที่ ทาการวดั นอกจากน้ียงั มีปัจจยั สาคญั อ่ืนท่ีควรพจิ ารณาอีก อาทิเช่น ความเหมาะสมของเซนเซอร์ที่จะ นาไปใชง้ านในสภาพแวดลอ้ มน้นั ๆ ยกตวั อยา่ งเช่น เซนเซอร์ตรวจวดั อุณหภูมิที่ถูกออกแบบใชง้ านใน บา้ นพกั อาศยั ทว่ั ไป จะมีความแตกต่างและไมส่ ามารถนาไปใชแ้ ทนเซนเซอร์ตรวจวดั อุณหภูมิที่ใชง้ านใน โรงงานผลิตสารเคมีได้ ท้งั น้ีเน่ืองจากเซนเซอร์ตรวจวดั อุณหภูมิซ่ึงใชใ้ นกระบวนการผลิตในโรงงาน อุตสาหกรรมต่างๆ น้นั จาเป็นตอ้ งมีอตั ราความสามารถในการทนตอ่ สภาพการใชง้ านในสภาวะที่อุณหภมู ิ สูง ความดนั สูง หรือสามารถทนต่อสภาพการกดั กร่อนไดส้ ูงกวา่ เซนเซอร์ตรวจวดั อุณหภูมิที่ถูกออกแบบมา ใชใ้ นงานทวั่ ไป 1. หลกั การทางานพนื้ ฐานของเซนเซอร์ ปัจจุบนั เซนเซอร์ไดม้ ีการนาไปประยกุ ตใ์ ชง้ านอยา่ งแพร่หลายแทบทุกดา้ น ไมว่ า่ จะเป็นทางดา้ น งานอุตสาหกรรม งานก่อสร้าง งานทางทหาร หรือตามบา้ นพกั อาศยั ทวั่ ไป ซ่ึงโครงสร้างของอุปกรณ์ เซนเซอร์และระบบเซนเซอร์อาจจะเป็นโครงสร้างทางกล หรือเป็นโครงสร้างทางไฟฟ้ า หรือเป็นโครงสร้าง ผสมระหวา่ งทางกลกบั ทางไฟฟ้ าก็ได้ ทาใหอ้ ุปกรณ์เคร่ืองมือเครื่องใชต้ า่ งๆ จึงมกั มีการทางานของเซนเซอร์ เป็นองคป์ ระกอบสาคญั เสมอ อาทิเช่น การตรวจสอบขนาดและจานวนของผลิตภณั ฑใ์ นสายการผลิตใน โรงงานอุตสาหกรรม การควบคุมกาลงั ไฟฟ้ าของสถานีไฟฟ้ ายอ่ ย การตรวจระดบั ของน้าในถงั เครื่องซกั ผา้ หรือการแสดงความเร็วของรถยนต์ เป็นตน้ ดงั น้นั จากความสามารถและความหลากหลายในการนาไป ประยกุ ตใ์ ชง้ านของเซนเซอร์จึงมีความน่าสนในเป็นอยา่ งยง่ิ ในการที่จะทาความเขา้ ใจถึงหลกั การทางาน พ้ืนฐานและคุณสมบตั ิสาคญั ของเซนเซอร์ในระบบต่างๆ เซนเซอร์เป็นอุปกรณ์ตรวจจบั ปริมาณทางฟิ สิกส์ต่างๆ แลว้ ทาหนา้ ที่เปลี่ยนใหเ้ ป็นปริมาณท่ีไดจ้ าก การตวจวนั ในอีกรูปแบบหน่ึงข้ึนมา ซ่ึงเป็นสัญญาณออกของเซนเซอร์เพอ่ื ทีจะนาไปประมวลผลต่อ รูปท่ี 1.1 แสดงใหเ้ ห็นถึงตวั อยา่ งหลกั การทางานพ้นื ฐานของเซนเซอร์แบบตา่ งๆ โดยเทอร์มิสเตอร์ (Thermister) และ สเตรนเกจ (Strain Gauqe) จะเป็นเซนเซอร์ท่ีใหส้ ัญญาณออกเป็นรูปแบบของคา่ ความตา้ นทานทาง ไฟฟ้ าที่เปล่ียนแปลง ถึงแมว้ า่ เซนเซอร์หลายชนิดจะใหส้ ัญญาณออกมาในลกั ษณะของค่าความตา้ นทาน ไฟฟ้ าท่ีเปล่ียนไปตามปริมาณทางฟิ สิกส์ท่ีตรวจสอบอยู่ แต่ก็ยงั มีเซนเซอร์อีกมากมายเช่นกนั ที่ใหส้ ัญญาณ ออกในทางไฟฟ้ าเป็นค่าของแรงดนั ไฟฟ้ า (Voltage) กระแส(Current) หรือความถี่ (Frequency) ดว้ ย สปริง สมดุล (Spring Balance) เป็นเซนเซอร์อีกชนิดหน่ึงท่ีใหป้ ริมาณเอาตพ์ ตุ ในลกั ษณะของระยะขจดั ที่ แปรเปลี่ยนเป็นสดั ส่วนไปตามภาระหรือโหลด (Load) ที่กระทากบั สปริง โดยมีเขม็ ช้ีเป็นอุปกรณ์บอกถึง

ระยะขจดั ท่ีเกิดข้ึน หลอดเวนทูรี่ (Venturi Tube) เป็นเซนเซอร์ใชท้ าหนา้ ที่วดั ผลต่างความดนั (Pressure) เพือ่ นาค่าที่ไดไ้ ปคานวณหาอตั ราการไหล(Flow Rate) ของของเหลวในท่อที่กาลงั ตรวจสอบอยู่ รูปท่ี 1.1 แสดงหลกั การทางานพ้นื ฐานของเซนเซอร์แบบตา่ งๆ จากตวั อยา่ งแสดงการทางานพ้ืนฐานของเซนเซอร์แบบต่างๆ ในรูปท่ี 1.1 น้นั จะเห็นวา่ สัญญาณ เอาตพ์ ุตที่ไดจ้ ากเซนเซอร์มีมากมายหลายรูปแบบ ซ่ึงการนาสัญญาณดงั กล่าวไปใชง้ านจึงตอ้ งพิจารณา ลกั ษณะของงานที่จะใช้ รวมไปถึงตอ้ งอยใู่ นรูปแบบท่ีเหมาะสมกบั ความตอ้ งการในการแสดงผลของระบบ ท่ีใชง้ านอีกดว้ ย ในระบบการวดั และควบคุมกระบวนการมีศพั ทอ์ ยู่ 2 คาที่นิยมใชก้ นั อยา่ งแพร่หลาย และ มกั ก่อใหเ้ กิดความสับสนข้ึนไดบ้ อ่ ยคร้ัง นนั่ คือ คาวา่ “เซนเซอร์ (Sensor) ” กบั คาวา่ “ทรานสดิวเซอร์ (Transducer) ” ซ่ึงท้งั สองคาน้ีมีความหมายคลา้ ยคลึงกนั มาก บางคร้ังถูกนามาใชแ้ ทนกนั ได้ แตโ่ ดยความ เป็นจริงแลว้ เซนเซอร์กบั ทรานสดิวเซอร์น้นั มีความหมายและจุดประสงคใ์ นการใชง้ านตา่ งกนั กล่าวคือ คา วา่ ทรานสดิว หมายถึง อุปกรณ์ท่ีทาหนา้ ท่ีเปลี่ยนพลงั งานรูปแบบหน่ึงไปเป็นพลงั งานอีกรูปแบบหน่ึง ดงั น้นั จึงกล่าวไดว้ า่ เซนเซอร์โดยทวั่ ไปกค็ ือ ทรานสดิวเซอร์แตใ่ นทางกลบั กนั ทรานสดิวเซอร์บางชนิด เท่าน้นั ที่ทาหนา้ ท่ีเป็นเซนเซอร์ และเพือ่ ใหเ้ ขา้ ใจง่ายๆ จะอธิบายเปรียบเทียบความแตกต่างระหวา่ งเซนเซอร์ กบั ทรานสดิวเซอร์ดงั น้ี ยกตวั อยา่ งเช่น หลอดไฟท่ีใชต้ ามบา้ นเรือนทว่ั ไปจะเป็นลกั ษณะของ ทรานสดิวเซอร์อยา่ งหน่ึง ซ่ึงทาหนา้ ที่เปลี่ยนพลงั งานไฟฟ้ าใหเ้ ป็นพลงั งานแสงสวา่ งหรือพลงั งานความ ร้อน ในท่ีน้ีจุดประสงคใ์ นการใชง้ านของหลอดไฟก็คือ ทาหนา้ ท่ีใหแ้ สงสวา่ งภายในหอ้ งเทา่ น้นั ไมใ่ ช่ทา หนา้ ท่ีเป็นอุปกรณ์ตรวจวดั หรือบ่งช้ีปริมาณไฟฟ้ าในขณะน้นั แตถ่ า้ หากนาหลอดไฟดวงดงั กล่าวไปใชใ้ น

วงจรไฟฟ้ า เพอื่ ทาหนา้ ท่ีเป็นอุปกรณ์บง่ ช้ีหรือแสดงผล ใหร้ ู้วา่ มีกระแสไฟฟ้ าไหลผา่ นในวงจร ดงั น้นั ใน กรณีเช่นน้ีหลอดไฟที่ใชใ้ นวงจรจึงจะทาหนา้ ท่ีเป็นเซนเซอร์ 2. ระบบเซนเซอร์ ระบบกระบวนการโดยทวั่ ไปสามารถจะจาแนกชนิดและคุณลกั ษณะของระบบไดม้ ากมายหลาย แบบ แตเ่ พ่อื ใหส้ อดคลอ้ งกบั เน้ือหาของลกั ษณะการวดั คุมค่าและกระบวนการแลว้ ในท่ีน้ีจะพจิ ารณาตาม ลกั ษณะของระบบไดม้ ากมายหลายแบบ แต่เพ่ือใหส้ อดคลอ้ งกบั เน้ือหาของลกั ษณะการวดั คุมคา่ และ กระบวนการแลว้ ในที่น้ีจะพจิ ารณาตามลกั ษณะของระบบเซนเซอร์ท่ีใหส้ ัญญาณออกหรือปริมาณเอาตพ์ ตุ ของระบบมีค่าเปลี่ยนแปลงเป็นสดั ส่วนไปตามปริมาณตา่ งๆ ท่ีตรวจวดั ทางอินพตุ โดยหลกั การทางาน พ้ืนฐานของระบบกระบวนการทว่ั ไปน้นั สามารถแสดงไดด้ งั ผงั สัญญาณ(Flow Diagram) ในรูปที่ 1.2 ซ่ึงการ ประยกุ ตใ์ ชเ้ ซนเซอร์ในกระบวนการสามารถจาแนกการนาไปใชง้ านในระบบต่างๆ ไดเ้ ป็น 3 ระบบ คือ ระบบการวดั (Measurement Systems) ระบบควบคุมวงเปิ ด (Open loop Control System) และระบบควบคุม วงปิ ด(Closed loop Control System) Input Process Output รูปท่ี 1.2 แสดงระบบกระบวนการพ้ืนฐาน 2.1 ระบบการวดั (Measurement Systems) ระบบการวดั ทาหนา้ ท่ีแสดงผลหรือบนั ทึกขอ้ มูลของปริมาณเอาตพ์ ตุ ซ่ึงไดจ้ ากปริมาณอินพุต ท่ีไดท้ าการวดั ผงั สญั ญาณของระบบการวดั สามารถแสดงดงั รูป 1.3 หลกั การทางานสาคญั ของระบบการวดั คือ ระบบการวดั จะทาหนา้ ท่ีเพยี งแต่แสดงผลหรือบนั ทึกขอ้ มูลค่าที่ไดจ้ ากการวดั ปริมาณจากอินพตุ เท่าน้นั ไม่สามารถปรับหรือควบคุมสภาพการทางานของระบบใหเ้ ป็นไปตามท่ีตอ้ งการไดแ้ ต่อยา่ งใด รูปที่ 1.3 แสดงระบบการวดั ตวั อยา่ งพ้นื ฐ่านที่ง่านที่สุดของระบบการวดั ไดแ้ ก่ เทอร์โมมิเตอร์แบบกระเปาะแกว้ ซ่ึงใช้ สาหรับวดั อุณหภมู ิกรณีน้ีปริมาณอินพตุ ของระบบการวดั อุณหภูมิจะเป็นความร้อนจากอากาศท่ีส่งผา่ น ใหก้ บั เทอร์โมมิเตอร์ โดยมีปริมาณเอาตพ์ ตุ ของระบบเป็นค่าอุณหภมู ิของอากาศท่ีอา่ นไดจ้ ากสเกลแสดงผล

อุณหภมู ิของเทอร์โมมิเตอร์เอง ดงั น้นั กระบวนการของการวดั อุณหภมู ิในกรณีน้ี คือ การเปลี่ยนความร้อน จากอากาศใหเ้ ป็นค่าอุณหภูมิท่ีสามารถอ่านไดบ้ นสเกลแสดงผลของเทอร์โมมิเตอร์ และกล่าวไดว้ า่ น่ีคือ หลกั การทางานพ้นื ฐานของระบบการวดั เนื่องจากเทอร์โมมิเตอร์น้นั ไม่สามารถไปควบคุมอุณหภูมิของ อากาศไดเ้ ลย องคป์ ระกอบสาคญั ในระบบการวดั ประกอบดว้ ยส่วนท่ีสาคญั 3 ส่วน คือ 2.1.1 ส่วนตรวจจบั สัญญาณ (Sensing Unit) 2.1.2 ส่วนปรับแต่งสญั ญาณ(Signal Conditioning Unit) 2.1.3 ส่วนแสดงผล หรือส่วนบนั ทึกขอ้ มูล(Display or Recording Unit) ในรูปท่ี 1.4 เม่ือพจิ ารณาเทียบกบั กรณีของเทอร์โมมิเตอร์ซ่ึงเป็นตวั อยา่ งพ้นื ฐานของระบบ การวดั ท่ีกล่าวมาแลว้ ขา้ งตน้ จะเห็นวา่ องคป์ ระกอบท้งั สามส่วนจะถูกรวมอยใู่ นเทอร์โมมิเตอร์ตวั เดียว ท้งั หมด กล่าวคือ การปรับแสดงสัญญาณเกิดข้ึนจากการเปล่ียนพลงั งานความร้อนไปเป็นการเคลื่อนที่ของ ปรอทในกระเปาะแกว้ ของเทอร์โมมิเตอร์ขณะท่ีการแสดงผลกค็ ือ สเกลบอกคา่ อุณหภูมิบนกระเปาะแกว้ ของเทอร์มิเตอร์เช่นกนั () () () รูปที่ 1.4 แสดงองคป์ ระกอบสาคญั ในระบบการวดั จากรูป 1.4 ปริมาณทางฟิ สิกส์ท่ีทาการวดั จะถูกเซนเซอร์เปล่ียนใหเ้ ป็นสัญญาณออกที่สามารถ นาไปปรับแตง่ หรือแสดงผลต่อได้ จากน้นั หน่วยปรับแต่งสัญญาณจะทาหนา้ ที่ปรับแต่งสภาพของสัญญาณ ออกที่ไดจ้ ากเซนเซอร์ใหม้ ีรูปแบบเหมาะสมเพอื่ ใหส้ ามารถนาไปใชง้ านไดก้ บั หน่วยแสดงผลหรือหน่วย บนั ทึกขอ้ มลู เช่น ถา้ สัญญาณออกจากเซนเซอร์เป็นแรงดนั ไฟฟ้ าท่ีมีขนาดของสัญญาณต่ามากก็ตอ้ งมีหน่วย ปรับแตง่ สภาพสัญญาณเป็นวงจรขยายแรงดนั (Amplifier) เพอ่ื ทาหนา้ ที่ขยายสญั ญาณดงั กล่าวใหม้ ีขนาด ใหญข่ ้ึน หรือถา้ สญั ญาณออกเป็นการเคล่ือนท่ีทางกลท่ีมีระยะขจดั ส้ัน กค็ วรมีการเปล่ียนรูปแบบการ เคล่ือนท่ีใหม้ ีระยะขจดั เพิ่มข้ึน เป็นตน้ หลงั จากน้นั สัญญาณท่ีมีการปรับแต่งแลว้ จะถูกนาไปแสดงผลใหก้ บั ผใู้ ชง้ านอา่ นคา่ หรืออาจมีการเก็บคา่ ท่ีวดั ไดล้ งในเคร่ืองบนั ทึกขอ้ มูลเพอื่ นามาใชเ้ ป็นขอ้ มูลในภายหลงั 2.2 ระบบควบคุมวงเปิ ด(Open loop Control System) ระบบควบคุม(Control System) มีหลกั การทางานพ้นื ฐานตา่ งจากระบบการวดั กล่าวคือ ระบบ ควบคุมจะปรับสภาพกระบวนการหรือรักษาสภาพการทางานของกระบวนการใหม้ ีค่าเป็นไปตามค่าท่ีต้งั ไว้ ทางอินพุท (Set Point) หรือใหม้ ีเป้ าหมายเป็นไปตามท่ีผคู้ วบคุมกระบวนการตอ้ งการ ผงั สัญญาณแสดง หลกั การทางานของระบบควบคุมวงปิ ดแสดงในรูปที่ 1.5 สัญญาณอินพุตซ่ึงเป็นค่าท่ีต้งั ไวจ้ ะถูกส่งใหก้ บั

อุปกรณ์ควบคุม(Controller) เพ่อื สร้างสญั ญาณควบคุมไปปรับสภาพการทางานของระบบภายใตก้ ารควบคุม ใหม้ ีสญั ญาณออกหรือสภาพกระบวนการของระบบเป็นไปตามเป้ าหมายที่ตอ้ งการ โดยประมาณวา่ การ ควบคุมลกั ษณะน้ีสภาพกระบวนการของระบบสามารถเป็นไปตามค่าเป้ าหมายท่ีต้งั ไวจ้ ากอินพุตได้ โดยไม่ มีการวดั หรือตรวจสอบสภาพกระบวนการที่เอาตพ์ ตุ ของระบบเลย สงั เกตไดง้ ่ายๆ จากผงั สญั ญาณของ ระบบจะเห็นวา่ ระบบมีการส่งผา่ นสญั ญาณอินพตุ เป็นลาดบั ไปยงั เอาตพ์ ุต โดยไม่มีส่วนหน่ึงส่วนใดของ ระบบป้ อนสัญญาณกลบั มายงั อินพตุ อีกเลย ( () ) รูปท่ี 1.5 แสดงหลกั การทางานของระบบควบคุมวงเปิ ด รูปท่ี 1.6 แสดงการควบคุมระบบแสงสวา่ งทางเดินหรือตามทอ้ งถนนแบบต้งั เวลาเปิ ดปิ ดซ่ึง เป็นตวั อยา่ งง่ายๆ ถึงลกั ษณะการควบคุมแบบวงเปิ ด เป้ าหมายที่ตอ้ งการของระบบควบคุมแสงสวา่ งแบบน้ี คือ เมื่อถึงเวลากลางคืนแสงมืดลง ระบบควบคุมแสงสวา่ งจะทางานเปิ ดหลอดไฟตามทางเดินใหส้ วา่ งข้ึน และเมื่อถึงตอนเชา้ หลอดไฟจะตอ้ งดบั ลง การทางานของระบบจะถูกควบคุมโดยสญั ญาณควบคุมจากสวติ ช์ ซ่ึงทาหนา้ ที่เปิ ดปิ ดหลอดไฟตามช่วงเวลาที่ไดต้ ้งั คา่ ไวใ้ นช่วงเชา้ และช่วงเยน็ โดยใชอ้ ุปกรณ์ต้งั เวลา แตจ่ ะ เห็นวา่ การทางานของระบบควบคุมแสงสวา่ งทางเดินแบบต้งั เวลาเปิ ดปิ ดน้ีมีช่วงเวลาท่ีเหมาะสมเพียงไมก่ ี่ เดือนเท่าน้นั ท้งั น้ีเนื่องจากช่วงเวลากลางวนั และช่วงเวลากลางคืนน้นั มีการเปล่ียนแปลงอยตู่ ลอดปี จึงทาให้ ช่วงเวลาที่ไดต้ ้งั ค่าในการเปิ ดปิ ดหลอดไฟอาจชา้ หรือเร็วเกินไป ไมส่ อดคลอ้ งกบั แสงสวา่ งทางเดินที่ ตอ้ งการ จึงเกิดความคลาดเคลื่อนข้ึน - () รูปท่ี 1.6 แสดงระบบควบคุมแสงสวา่ งทางเดินแบบต้งั เวลาเปิ ดปิ ด เนื่องจากคุณสมบตั ิของระบบควบคุมวงเปิ ดที่ไม่มีส่วนของการตรวจสอบสภาพกระบวนการ จริงที่เอาตพ์ ตุ ของระบบในขณะท่ีปฏิบตั ิการวา่ มีสภาพเป็นอยา่ งไร ทาใหร้ ะบบควบคุมแสงสวา่ งทางเดินจึง ไมม่ ีการตรวจสอบวา่ สภาพแวดลอ้ มในขณะน้นั วา่ เป็นอยา่ งไร สวา่ งหรือมืด ดงั น้นั ขอ้ เสียอีกประการหน่ึงที่ พบในการควบคุมระบบแบบน้ีกค็ ือจาเป็นตอ้ งมีผคู้ วบคะมระบบอยา่ งนอ้ ยหน่ึงคนในการตรวจสอบสภาพ

ความมืดหรือความสวา่ ง เพอื่ คอยปรับต้งั คา่ เวลาในการเปิ ดปิ ดหลอดไฟใหแ้ สงส่างกบั ทางเดินไดอ้ ยา่ ง เหมาะสม และยงั ตอ้ งมีการปรับแตง่ คา่ เวลาดงั กล่าวตลอดปี อีกดว้ ย นอกจากน้ีการควบคุมแบบวงเปิ ดยงั ไม่ สามารถตดั สินใจในกรณีเกิดเหตุการณ์ท่ีไมไ่ ดค้ าดการณ์เอาไว้ ทาใหบ้ างคร้ังการทางานของระบบอาจเกิด ขอ้ ผดิ พลาดข้ึนไดเ้ ช่นกนั ตวั อยา่ งเช่น ในบางวนั ทอ้ งฟ้ าอาจมีเมฆมาก มือคร้ึม ระบบควบคุมแสงสวา่ ง ทางเดินก็ควรทางานทาใหห้ ลอดไฟสวา่ งข้ึนเร็วกวา่ ในวนั ปกติ แตใ่ นความเป็นจริงแลว้ ระบบยงั คงไม่ ทางานจนกวา่ จะถึงเวลาที่ไดต้ ้งั ไวซ้ ่ึงเป็นขอ้ ผดิ พลาดที่เกิดข้ึนในกรณีน้ี เป็นตน้ ดงั น้นั จึงสรุปไดว้ า่ ระบบควบคุมวงเปิ ดเป็นระบบควบคุมพ้ืนฐานที่มีรูปแบบง่าย การออกแบบ ระบบไม่ซบั ซอ้ นมีราคาไม่แพงมากนกั แต่ประสิทิภาพในการทางานของระบบคอ่ นขา้ งต่า ท้งั ยงั ตอ้ งการผู้ ควบคุมเขา้ ไปทาการตรวจสอบหรือปรับแตง่ ระบบบอ่ ยคร้ัง และเนื่องจากสภาพกระบวนการของระบบมกั มี การเปลี่ยนแปลงไปตามปัจจยั จากส่ิงแวดลอ้ มภายนอกตา่ งๆ ที่มากระทากบั ระบบ จึงทาใหจ้ าเป็นตอ้ งมีการ ปรับแต่งค่าอินพุตของระบบท่ีต้งั ไวอ้ ยเู่ สมอ และตอ้ งอาศยั ประสบการณ์ ความชานาญในการปรับแต่งค่า เพอื่ ใหร้ ะบบมีสภาพการทางานเป็นไปอยา่ งถูกตอ้ งตามท่ีตอ้ งการ นอกจากน้ีระบบควบคุมวงเปิ ดยงั ไม่ เหมาะสมกบั กรณีของกระบวนการที่มีตวั แปรนอกเหนือจากการควบคุมซ่ึงหากเกิดข้ึนแลว้ ก่อใหเ้ กิด อนั ตรายอยา่ งร้ายแรง เช่น กรณีเกิดขอ้ ผดิ พลาดข้ึนสนการควบคุมระดบั สารเคมีเป็นพษิ ในถงั บรรจุ จนทาให้ สารเคมีน้นั ลน้ ออกมาจากถงั แลว้ ก่อใหเ้ กิดอนั ตรายแก่ผคู้ วบคุมกระบวนการ ซ่ึงกรณีเช่นน้ีไมค่ วรที่จะใช้ การควบคุมแ่ บบวงเปิ ดเป็นอยา่ งยง่ิ 2.3 ระบบควบคุมวงปิ ด(Closed loop Control System) สาหรับระบบควบคุมวงปิ ดดงั แสดงในรูป 1.7 จะมีองคป์ ระกอบของระบบต่างจากระบบ ควบคุมวงเปิ ด โดยมีการเพ่มิ ส่วนของระบบการวดั เพ่ือทาหนา้ ท่ีวดั และตรวจสอบคา่ ตวั แปรเอาตพ์ ตุ หรือ สภาพกระบวนการทางดา้ นเอาตพ์ ตุ ของระบบแลว้ นาสญั ญาณป้ อนกลบั มาเปรียบเทียบกบั คา่ ท่ีต้งั ไวเ้ ป็น สัญญาณอา้ งอิงทางอินพตุ อีก จึงทาใหส้ ภาพกระบวนการของระบบทางดา้ นเอาตพ์ ุตมีผลโดยตรงกบั เง่ือนไข ทางดา้ นอินพตุ +- รูปที่ 1.7 แสดงหลกั การทางานของระบบควบคุมวงปิ ด

จากรูปท่ี 1.7 สัญญาณอา้ งอิง (Reference) หรือค่าที่ต้งั ไว้ (Set Point) เป็นเป้ าหมายในการ ควบคุมระบบใหม้ ีสภาพกระบวนการเป็นไปตามที่ตอ้ งการ ซ่ึงสัญญาณส่วนน้ีจะถูกอุปกรณ์เปรียบเทียบ (Comparator) นาไปเปรียบเทียบกบั สัญญาณป้ อนกลบั (Feedback Signal) ที่ไดจ้ ากระบบการวดั โดยผลตา่ ง ระหวา่ งสัญญาณอา้ งอิงกบั สัญญาณป้ อนกลบั ท่ีไดเ้ รียกวา่ สัญญาณคลาดเคล่ือน (Error Signal) จากน้นั อุปกรณ์ควบคุมจะนาสัญญาณคลาดเคล่ือนน้ีไปปรับแตง่ ใหอ้ ยใู่ นรูปแบบที่เหมาะสม แลว้ สร้างเป็นสญั ญาณ ควบคุม(Control Signal) เพือ่ ทาการปรับการทางานของระบบในสภาพกระบวนการทางดา้ นเอาตพ์ ุตมีการ เปลี่ยนแปลง จนกระทงั่ สญั ญาณป้ อนกลบั ท่ีไดจ้ ากระบบการวดั มีค่าเขา้ ใกลส้ ญั ญาณอา้ งอิง ทาใหส้ ญั ญาณ คลาดเคลื่อนมีคา่ เป็นศนู ย์ หรือนน่ั คือ สภาพกระบวนการของระบบเขา้ สู่เป้ าหมายในการควบคุมแลว้ นนั่ เอง รูปท่ี 1.8 แสดงการควบคุมระดบั ของเหลวในถงั ) +- ( รูปที่ 1.9 แสดงระบบควบคุมของระดบั ของเหลวในถงั พจิ ารณาตวั อยา่ งของถงั บรรจุสารเคมีเป็นพษิ ในกระบวนการทางเคมีดงั แสดงในรูป 1.8 ในที่น้ี สารเคมีซ่ึงเป็นของเหลวจะถูกเติมเขา้ ถงั โดยการใชป้ ั๊มและระดบั ของสารเคมีในถงั จะลดระดบั ลงเมื่อมีการ เปิ ดวาลว์ ควบคุมจะเห็นวา่ กระบวนการในลษั ณะเช่นน้ีไม่เหมาะสมกอยา่ งยงิ่ กบั การควบคุมแบบวงเปิ ด เน่ืองจากอาจก่อใหเ้ กิดอนั ตรายแก่ผคู้ วบคุมกระบวนการและปฏิบตั ิงานข้ึนไดใ้ นกรณีลาดบั ของการควบคุม

มีขอ้ ผดิ พลาดข้ึน เช่นมีการป๊ัมสารเคมีเขา้ ถงั มากเกินไปจ่นลน้ ออกมาจากถงั บรรจุ หรือมีการเปิ ดวาลว์ ควบคุมปล่อยสารเคมีออกมาจนหมดถงั เป็นตน้ สาหรับกระบวนการท่ีทางานอยา่ งมีประสิทธิภาพแลว้ ในขณะใชง้ านระดบั ของสารเคมีในถงั ควรมีระดบั พอเหมาะ ดงั น้นั การควบคุมระดบั ของสารเคมีในถงั บรรจุดงั รูปที่ 1.8 น้นั จึงจาเป็นตอ้ งใชร้ ะบบควบคุม แบบวงปิ ดซ่ึงการทางานของระบบสามารถเขียนแสดงไดด้ งั รูปที่ 1.9 เซนเซอร์ระดบั ของเหลวจะทาการ ตรวจสอบระดบั ของของเหลวในถงั แลว้ สร้างเป็นสัญญาณเอาตพ์ ุตในรูปสัญญาณทางไฟฟ้ าข้ึนมามีค่าเป็น สดั ส่วนโดยตรงกบั ระดบั ของเหลวท่ีวดั ได้ และถูกป้ อนกลบั ไปเปรียบเทียบกบั สัญญาณอา้ งอิงซ่ึงเป็นระดบั ของเหลวที่ตอ้ งการ สญั ญาณคลาดเคล่ือนท่ีไดจ้ ากการเปรียบเทียบจะถูกอุปกรณ์ควบคุมทาการขยาย สญั ญาณใหม้ ีขนาดใหญข่ ้ึน เพือ่ สร้างเป็นสัญญาณควบคุมจ่ายใหก้ บั มอเตอร์ปั๊มทาการสูบของเหลวเขา้ สู่ถงั โดยมีเซนเซอร์ระดบั ของเหลวทาหนา้ ที่ตรวจสอบระดบั ของเหลวในถงั ตลอดเวลา การทางานของ กระบวนการจะเป็นเช่นน้ีไปจนกระทง่ั สญั ญาณคลาดเคลื่อนมีค่าเทา่ กบั ศูนย์ และสัญญาณควบคุมจาก อุปกรณ์ควบคุมก็จะมีคา่ เป็นศนู ยเ์ ช่นกนั ทาใหม้ อเตอร์ปั๊มหยดุ ทางาน แสดงวา่ ขณะน้ีระดบั ของเหลวในถงั มี ค่าเท่ากบั ระดบั ท่ีตอ้ งการแลว้ นนั่ เอง เน่ืองจากระบบควบคุมวงปิ ดมีการตรวจสอบและปรับสภาพ กระบวนการดว้ ยการทางานของระบบเอง ทาใหข้ อ้ ผดิ พลาดในการควบคุมเกิดข้ึนนอ้ ยกวา่ ระบบควบคุม แบบวงเปิ ด ระบบควบคุมแบบน้ีจึงมีประสิทธิภาพในการทางานสูงกวา่ ระบบควบคุมวงเปิ ด บางคร้ังมกั นิยม เรียกระบบควบคุมในลกั ษณะน้ีอีกช่ือหน่ึงวา่ “ระบบควบคุมอตั โนมตั ิ (Automatic Control System) ” หรือ “ระบบควบคุมแบบป้ อนกลบั (Feedback Control System) ” อยา่ งไรกต็ ามขอ้ เสียของระบบควบคุมแบบน้ี ก็ คือ มีราคาแพง และมีความซบั ซอ้ นมากกวา่ ระบบควบคุมแบบวงเปิ ด 3. คุณสมบตั ทิ ส่ี าคญั ของเซนเซอร์ การเลือกนาเอาเซนเซอร์ไปประยกุ ตใ์ ชง้ านในระบบการวดั หรือระบบควบคุมกระบวนกรต่างๆ น้นั ข้ึนอยกู่ บั หลายปัจจยั อาทิเช่น ราคา ความเหมาะสม รวมไปถึงปัจจยั ส่ิงแวดลอ้ มภายนอกต่างๆ เป็นตน้ แต่ ปัจจยั สาคญั ท่ีสุดประการหน่ึงในการเลือกพจิ ารณา คือ คุณสมบตั ิของสญั ญาณเอาตพ์ ุตที่ไดจ้ ากเซนเซอร์ ควรมีความเหมาะสมและสอดคลอ้ งกบั สัญญาณหรือรูปแบบท่ีตอ้ งการนาไปใชง้ านต่อ ยกตวั อยา่ งเช่น เซนเซอร์ตรวจสอบอุณหภูมิโดยทวั่ ไปมีมากมายหลายชนิด แต่ละชนิดต่างกม็ ีคุณสมบตั ิประจาตวั ไม่ เหมือนกนั บางชนิดอาจจะมีช่วงของการวดั อุณหภมู ิไม่เหมาะสมกบั งานที่ตอ้ งการใช้ บางชนิดอาจมีราคา แพงเกินความจาเป็น หรือบางชนิดตอ้ งใชแ้ หล่งจ่ายไฟเล้ียง ทาใหก้ ารเลือกชนิดของเซนเซอร์อุณหภมู ิใหม้ ี ความเหมาะสมกบั การใชง้ านมากที่สุดจึงจาเป็นตอ้ งพิจารณาขอ้ กาหนดและคุณสมบตั ิต่างๆ เหล่าน้ีเป็นหลกั ดงั น้นั ขอ้ กาหนดและคุณสมบตั ิตา่ งๆ ที่สาคญั ประจาตวั เซนเซอร์ที่เลือกใชจ้ ึงนบั วา่ เป็นปัจจยั สาคญั ประการ แรกที่ควรทราบ และในหวั ขอ้ น้ีจึงไดอ้ ธิบายถึงขอ้ กาหนดตลอดจนคุณสมบตั ิท่ีสาคญั ประจาตวั เซนเซอร์ โดยมีรายละเอียดดงั น้ี

3.1 ความแม่นยา (Accuracy) ความแม่นยาเป็นค่าบ่งช้ีถึงความสามารถของเซนเซอร์ในการแสดงคา่ เอาตพ์ ุตวา่ ใกลเ้ คียงกบั คา่ ที่แทจ้ ริงของปริมาณที่ทาการวดั อยมู่ ากนอ้ ยแค่ไหน ในทางปฏิบตั ิแลว้ อุปกรณ์การวดั ทุกชนิดจะเกิดคา่ ความคลาดเคลื่อนในการวดั ข้ึนเสมอ แต่จะมีค่ามากหรือนอ้ ยน้นั ข้ึนอยกู่ บั ความแม่นยาของอุปกรณ์การวดั น้นั ซ่ึงทวั่ ไปคา่ ความแม่นยาน้ีอาจแสดงในเทอมของหน่วยในการวดั เช่น เทอร์โมมิเตอร์ตวั หน่ึงถูกกาหนด ไวว้ า่ มีค่าความแมน่ ยาเท่ากบั +0.2 oC นนั่ หมายถึงวา่ หากนาเทอร์โมมิเตอร์ตวั น้ีไปทาการวดั อุณหภูมิแลว้ แสดงคา่ เทา่ กบั 20.1 oC แสดงวา่ ขณะน้ีอุณหภูมิจริงท่ีทาการวดั มีคา่ อยรู่ ะหวา่ ง 19.9 oC กบั 20.3oC ใน บางคร้ังคา่ ความแม่นยาน้ีอาจใชบ้ ่งช้ีถึงเปอร์เซ็นตค์ า่ ความคลาดเคล่ือนของยา่ นการวดั ของอุปกรณ์วดั ตวั น้นั ๆ อีกดว้ ย 3.2 ความแน่นอน(Precision) ความแน่นอน คือ คา่ บง่ ช้ีถึงความสามารถของเซนเซอร์ในการแสดงค่าเอาตพ์ ุตเหมือนคา่ เดิม ทุกคร้ังเม่ือทาการวดั สญั ญาณอินพตุ ค่าเดิมซ้ากนั หลายๆ คร้ัง โดยทว่ั ไปมกั เขา้ ใจสับสนวา่ ความแน่นอนกบั ความแมน่ ยาน้นั เป็นขอ้ กาหนดเดียวกนั เนื่องจากคาท้งั สองมีความหมายคลา้ ยคลึงกนั แตใ่ นระบบการวดั แลว้ จะมีความหมายตา่ งกนั สามารถอธิบายใหเ้ ขา้ ใจง่ายๆ ดงั น้ี เซนเซอร์ตวั ใดท่ีมีค่าความแน่นอนสูง หมายความวา่ เซนเซอร์ตวั น้นั สามารถแสดงค่าเอาตพ์ ตุ ไดเ้ หมือนค่าเดิมทุกคร้ังในการวดั สัญญาณอินพุตค่า เดิมซ้าๆ กนั หลายคร้ัง แต่กไ็ มไ่ ดห้ มายความวา่ เซนเซอร์ตวั น้ีมีคา่ ความแม่นยาสูง หากค่าเอาตพ์ ุตท่ีไดจ้ าก เซนเซอร์มีคา่ ความคลาดเคลื่อนแตกตา่ งไปจากคา่ ที่เป็นจริงสูง 3.3 ความสามารถในการแสดงค่าซ้า(Repeatability) ความสามารถในการแสดงคา่ ซ้า เป็นขอ้ กาหนดของความแน่นอนซ่ึงถูกระบุมาประจา ตวั เซนเซอร์น้นั ๆ โดยหมายถึงคา่ ความแน่นอนของเซนเซอร์ภายใตเ้ ง่ือนไขในการวดั แบบเดิม ซ่ึงบ่งช้ีถึง ความสามารถในการแสดงค่าเอาตพ์ ุตใหม้ ีคา่ เหมือนเดิม เมื่อนาไปใชง้ านในลกั ษณะการวดั ปริมาณทาง ฟิ สิกส์อินพุตคา่ เดิมซ้ากนั หลายๆ คร้ัง อาจแสดงค่าเป็นเปอร์เซ็นตส์ ูงสุดของการอ่าน 3.4 ความคลาดเคล่ือน(Error) ความคลาดเคล่ือน คือ ผลตา่ งระหวา่ งคา่ ท่ีวดั ไดก้ บั ค่าท่ีแทจ้ ริง ยกตวั อยา่ งเช่น เม่ือนาไม้ บรรทดั อนั หน่ึงไปวดั ความกวา้ งของหนา้ กระดาษหนงั สือ ไดค้ า่ เท่ากบั 210.5 มิลลิเมตร แตค่ ่าความกวา้ งที่ แทจ้ ริงของหนา้ กระดาษหนงั สือกค็ ือ 209.9 มิลลิเมตร ดงั น้นั ในกรณีน้ีจะเห็นวา่ ค่าความคลาดเคลื่อนในการ วดั มีคา่ เท่ากบั 0.6 มิลลิเมตร (210.5 ลบดว้ ย 209.9) เป็นตน้ โดยทว่ั ไปคา่ ความคลาดเคล่ือนน้ีนิยมบอกเป็น หน่วยของเปอร์เซ็นต์ และยงั เป็นค่าบ่งช้ีถึงความแม่นยาของระบบการวดั น้นั อีกดว้ ย 3.5 ความคลาดเคลื่อนสถิต(Static Error) ความคลาดเคล่ือนสถิต คือ คา่ ความคลาดเคลื่อนท่ีมีคา่ คงท่ีตลอดยา่ นการวดั ของอุปกรณ์ ดงั น้นั หากทราบค่าความคลาดเคลื่อนสถิตของอุปกรณ์น้นั แลว้ สามารถทาการชดเชยใหม้ ีค่านอ้ ยลงไดเ้ พอ่ื ลด ผลกระทบตอ่ ค่าความแม่นยาของอุปกรณ์

3.6 การปรับเทียบ(Calibration) ในที่น้ีการปรับเทียบจะหมายถึง การเปรียบเทียบหน่วยของสเกลในการแสดงผลของเซนเซอร์ เช่น เซนเซอร์ตรวจสอบความเร็วรถยนตบ์ างชนิดที่ใหส้ ญั ญาณเอาตพ์ ุตออกมาอยใู่ นรูปของแรงดนั ไฟฟ้ าที่มี ค่าแปรผนั ตรงกบั ความเร็วของรถยนต์ จากน้นั เขม็ ช้ีของมิเตอร์วดั ความเร็ว ก็จะแสดงผลโดยการเบี่ยงเบน เป็นสัดส่วนไปตามแรงดนั ไฟฟ้ าที่ไดจ้ ากเซนเซอร์ จะเห็นวา่ ในกรณีน้ีสเกลในการแสดงผลของมิเตอร์ตอ้ งมี หน่วยเป็นความเร็วไมใ่ ช่แรงดนั ไฟฟ้ า ซ่ึงลกั ษณะการอ่านคา่ ที่ไดจ้ ากหน่วยของปริมาณหน่ึงมาเป็นหน่วย ของอีกปริมาณหน่ึงโดยการเปรียบเทียบแบบน้ีจึงเรียกวา่ การปรับเทียบ 3.7 บริเวณไร้การตอบสนอง (Dead Zone) บริเวณไร้การตอบสนอง เป็นขอ้ กาหนดที่แสดงถึงขนาดสูงสุดของปริมาณที่ทาการวดั ทาง อินพุต โดยไม่ทาใหส้ ญั ญาณเอาตพ์ ตุ มีการเปล่ียนแปลง หรือขนาดอินพตุ สูงสุดที่ยงั คงทาใหส้ ญั ญาณ เอาตพ์ ุตมีค่าเป็นศูนย์ ซ่ึงมีคุณสมบตั ิแสดงไดด้ งั กราฟความสมั พนั ธ์ในรูป 1.10 สาเหตุท่ีทาใหเ้ กิดบริเวณไร้ การตอบสนองน้ีมาจากผลของแรงเสียดทานสถิต(Static Friction) รูปที่ 1.10 แสดงบริเวณไร้การตอบสนอง 3.8 ขนาด(Dimension) ขนาดของเซนเซอร์เป็นขนาดทางกายภาพของเซนเซอร์ที่ระบุมาประจาตวั เซนเซอร์น้นั ๆ 3.9 ดริฟต์ (Drift) ดริฟต์ แสดงถึงการเปล่ียนแปลงคุณสมบตั ิของเซนเซอร์ วงจร หรือระบบ เมื่อเวลาในการใช้ งานหรือสิ่งแวดลอ้ มภายนอกมีการเปล่ียนแปลง กล่าวคือ คุณสมบตั ิดริฟตน์ ้ีทาใหส้ ญั ญาณเอาตพ์ ุตมีการ เปล่ียนแปลงถึงแมว้ า่ อินพตุ ของระบบจะไมม่ ีการเปล่ียนแปลงก็ตาม ซ่ึงส่งผลกระทบถึงความแม่นยาของ อุปกรณ์น้นั ดว้ ย อุณหภูมิรอบขา้ งนากรใชง้ านเป็นปัจจยั สาคญั ปัจจยั หน่ึงท่ีทาใหเ้ กิดผลของดริฟตข์ ้ึนซ่ึง ส่งผลต่อการทางานของเซนเซอร์ ทาใหร้ ะบบการวดั มีคุณสมบตั ิเปล่ียนแปลงไป 3.10 ฮีสเตอริซิส(Hysteresis) ฮีสเตอริซิส เกิดข้ึนจากผลตา่ งของสัญญาณเอาตพ์ ตุ ของเซนเซอร์เมื่อทาการตรวจวดั ปริมาณ

ฟิ สิกส์ทางอินพุตโดยการปรับคา่ จากนอ้ ยไปมากและปรับคา่ ลดลงจากมากไปนอ้ ย คุณสมบตั ิฮีสเตอริซีสน้ี ก่อใหเ้ กิดค่าความคลาดเคล่ือนข้ึนและส่งผลกระทบตอ่ ความแมน่ ยาของระบบหรืออุปกรณ์ดว้ ย กราฟ คุณสมบตั ิฮีสเตอริซีสแสดงดงั รูป 1.11 ปริมาณอินพตุ ของเซนเซอร์ซ่ึงเป็นคา่ ที่ทาการวดั หรือตอ้ งการ ตรวจสอบจะถูกปรับค่าใหม้ ีค่ามากข้ึนจนกระทง่ั ถึงยา่ นในการวดั สูงสุด ในทางกลบั กนั กท็ าการปรับค่าให้ ลดลงจนกระทง่ั ถึงยา่ นในการวดั ต่าสุดเช่นกนั ซ่ึงพบวา่ เกิดผลตา่ งของสัญญาณเอาตพ์ ุตที่ไดจ้ ากเซนเซอร์ข้ึน โดยจะเรียกคา่ ความคลาดเคล่ือนของสัญญาณเอาตพ์ ตุ ท่ีเกิดข้ึนน้ีวา่ ฮีสเตอริซีส () รูปท่ี 1.11 แสดงกราฟผลกระทบเนื่องจากคุณสมบตั ิของฮีสเตอริซีส 3.11 การหน่วงสัญญาณ(Lag) การหน่วงสัญญาณ คือ การลา้ หนงั ของสัญญาณเอาตพ์ ุตที่ไดจ้ ากเซนเซอร์เม่ือเทียบกบั การ เปล่ียนแปลงของสัญญาณอินพตุ ท่ีทาการวดั ทว่ั ไปมีหน่วยเป็นวนิ าที หรือเศษส่วนของวนิ าที ในการ ประยกุ ตใ์ ชง้ านบางประเภท เช่นในงานระบบควบคุมกระบวนการ การหน่วงสัญญาณเป็นขอ้ กาหนดสาคญั ท่ีตอ้ งคานึงถึงเน่ืองจากมีผลต่อสมรรถนะของระบบเป็นอยา่ งมาก 3.12 ความเป็นเชิงเส้น(Linearity) คุณสมบตั ิของความเป็นเชิงเส้น คือ ความสมั พนั ธ์ระหวา่ งอินพุตกบั เอาตพ์ ตุ ของเซนเซอร์ที่มี คุณสมบตั ิเป็นเชิงเส้น หรือมีลกั ษณะเป็นกราฟเส้นตรง ดงั แสดงในรูปท่ี 1.12 คุณสมบตั ิความเป็นเชิงเส้นยงั แสดงถึงช่วงสูงสุดที่กราฟคุณสมบตั ิยงั คงเป็นเชิงเส้นอยู่ หรือเรียกช่วงดงั กล่าวน้ีวา่ ช่วงในการปฏิบตั ิงาน (Operating Range) ของเซนเซอร์โดยทว่ั ไปนิยมบอกในหน่วยของเปอร์เซ็นต์ () รูปท่ี 1.12 แสดงคุณสมบตั ิความเป็นเชิงเส้น

3.13 อายกุ ารใชง้ าน(Operating Lift) อายกุ ารใชง้ านของเซนเซอร์ เป็นคา่ แสดงถึงอายใุ นการใชง้ านของเซนเซอร์ท่ียงั คงให้ คุณสมบตั ิในการทางานเป็นไปตามขอ้ กาหนดประจาตวั ตา่ งๆ ท่ีระบุมาใหโ้ ดยทว่ั ไปอาจจะบอกมาในเทอม ของ ระยะเวลา หรือจานวนคร้ังในการใชง้ าน เป็นตน้ 3.14 ยา่ นปฏิบตั ิงาน (Range) ยา่ นปฏิบตั ิงานของอุปกรณ์ คือ ขอบเขตในการปฏิบตั ิงานของอุปกรณ์น้นั ซ่ึงทางานไดอ้ ยา่ งมี ประสิทธิภาพสาหรับยา่ นปฏิบตั ิงานของเซนเซอร์มกั กาหนดมาในรูปของปริมาณอินพตุ ต่าสุดกบั ปริมาณ อินพตุ สูงสุดท่ีเซนเซอร์สามารถวดั และตรวจสอบได้ 3.15 อตั ราการทางาน(Rating) อตั ราการทางานของอุปกรณ์ใดๆ ก็ตามแสดงถึงอตั ราการทนต่อสัญญาณตา่ งๆ ในการทางาน ของอุปกรณ์โดยยงั คงสามารถทางานไดอ้ ยา่ งปลอดภยั ไมเ่ สียหาย ส่วนใหญ่ขอ้ กาหนดของอตั ราการทางาน ตอ้ งระบุรายละเอียดชนิดของสญั ญาณมาดว้ ย เช่น อตั ราของอุณหภมู ิในการทางานสูงสุด หรืออตั ราโหลด เฉล่ียในการใชง้ าน เป็นตน้ 3.16 ผลตอบสนอง(Response) ผลตอบสนองของอุปกรณ์ คือ ช่วงเวลาที่อุปกรณ์น้นั ใชใ้ นการตอบสนองสัญญาณเอาตพ์ ุตใหม้ ี คา่ เทา่ กบั ค่าเอาตพ์ ุตสุดทา้ ย ทวั่ ไปมีหน่วยเป็นวนิ าที หรือเศษส่วนของนาที หรือบางคร้ังอาจบอกมาเป็น เปอร์เซ็นตข์ องคา่ เอาตพ์ ตุ สุดทา้ ยกไ็ ด้ เช่น ถา้ ขอ้ กาหนดของอุปกรณ์การวดั ตวั หน่ึงระบุมาวา่ มีผลตอบสนอง ของเวลาเป็น 80% ใชเ้ วลา 2 วนิ าที นน่ั หมายความวา่ อุปกรณ์ตวั น้ีจะใชเ้ วลา 2 วนิ าทีเพื่อตอบสนองให้ สัญญาณเอาตพ์ ตุ มีค่าประมาณ 80% ของคา่ สุดทา้ ย 3.17 ความละเอียด(Resolution) ความละเอียดของเซนเซอร์หรืออุปกรณ์การวดั คือ ขนาดปริมาณอินพตุ ต่าสุดท่ีอุปกรณ์ สามารถวดั หรือตรวจสอบได้ 3.18 ความไว(Sensitivity) คือ ความสมั พนั ธ์ระหวา่ งการเปลี่ยนแปลงของเอาตพ์ ุตของอุปกรณ์เทียบกบั การเปลี่ยนแปลง ของอินพุต สาหรับคา่ ความไวของเซนเซอร์ จะมีค่าเทา่ กบั ผลต่างของสญั ญาณเอาตพ์ ุตในยา่ นการวดั ที่ กาหนดมาใหห้ ารดว้ ยผลตา่ งของสัญญาณอินพุตซ่ึงเป็นปริมาณที่ทาการวดั 3.19 เสถียรภาพ(Stability) เป็นตวั บ่งช้ีถึงสัญญาณเอาตพ์ ตุ ของอุปกรณ์หรือระบบวา่ มีคุณสมบตั ิเปลี่ยนปลงไปมากหรือ นอ้ ยแคไ่ หน เมื่อป้ อนสัญญาณอินพตุ มีคา่ คงท่ีในช่วงเวลานานๆ ภายใตเ้ ง่ือนไขในการวดั ที่ไมเ่ ปล่ียนแปลง หากอุปกรณ์หรือระบบมีความเป็นเสถียรภาพแลว้ สัญญาณเอาตพ์ ุตควรมีคุณสมบตั ิไม่เปลี่ยนแปลงมากนกั

3.20 คา่ เบี่ยงเบน (Tolerance) ค่าเบี่ยงเบน บอกถึงคา่ ความคลาดเคล่ือนสูงสุดท่ีเกิดข้ึนขณะทาการวดั ในบางคร้ังค่าเบ่ียงเบนน้ี อาจใชใ้ นการแสดงถึงความแมน่ ยาของอุปกรณ์ไดอ้ ีกดว้ ย

ใบงานที่ 1 เร่ือง เซนเซอร์ โดยมีรายละเอียดการคน้ ควา้ วตั ถุประสงค์ 1. อธิบายหลกั การทางานพ้นื ฐานของเซนเซอร์ 2. จาแนกระบบเซนเซอร์แต่ละระบบได้ 3. อธิบายคุณสมบตั ิที่สาคญั ของเซนเซอร์ เครื่องมอื และอุปกรณ์ 1. เอกสารวชิ าอิเลก็ ทรอนิกส์อุตสาหกรรม ข้นั ตอนการทางาน ใหน้ กั ศึกษาจดั ทารายงานและนาเสนอหนา้ ช้นั เรียนเร่ือง เซนเซอร์ ดงั น้ี 1. หลกั การทางานพ้นื ฐานของเซนเซอร์ 2. ระบบเซนเซอร์ 3. คุณสมบตั ิที่สาคญั ของเซนเซอร์

แบบฝึ กหดั บทที่ 1 เรื่อง เซนเซอร์ ตอนท่ี 1 จงเลือกคาตอบท่ีถูกตอ้ งเพยี งคาตอบเดียว 1. การประยกุ ตใ์ ชเ้ ซนเซอร์ในกระบวนการสามารถจาแนกไดก้ ่ีระบบ ก. 1 ระบบ ข. 2 ระบบ ค. 3 ระบบ ง. 4 ระบบ 2. ขอ้ ใดไมใ่ ช่การประยกุ ตใ์ ชเ้ ซนเซอร์ในกระบวนการ ก. ระบบการวดั ข. ระบบควบคุมวงเปิ ด ค. ระบบควบคุมอตั โนมตั ิ ง. ระบบควบคุมวงปิ ด 3. องคป์ ระกอบสาคญั ในระบบการวดั ประกอบไปดว้ ยส่วนท่ีสาคญั ก่ีส่วน ก. 1 ส่วน ข. 2 ส่วน ค. 3 ส่วน ง. 4 ส่วน 4. ขอ้ ใดไม่ใช่องคป์ ระกอบสาคญั ในระบบการวดั ก. ส่วนตรวจจบั สัญญาณ ข. ส่วนปรับแต่งสัญญาณ ค. ส่วนประมวลผลขอ้ มลู ง. ส่วนแสดงผล หรือส่วนบนั ทึกขอ้ มูล 5. ระบบควบคุมอตั โนมตั ิ เรียกอีกอยา่ งวา่ อะไร ก. ระบบควบคุมแบบป้ อนกลบั ข. ระบบควบคุมแบบยอ้ นกลบั ค. ระบบควบคุมแบบกลบั ง. ระบบควบคุมแบบแต่งสญั ญาณ 6. ขอ้ ใดเป็นขอ้ เสียของระบบควบคุมอตั โนมตั ิ ก. ราคาแพง ข. ระบบมีค่าผดิ พลาดสูง ค. ไมเ่ หมาะกบั ผเู้ ริ่มตน้ ใชง้ าน ง. ถูกทุกขอ้

7. จากขอ้ ความ “คา่ บง่ ช้ีถึงความสามารถของเซนเซอร์ในการแสดงค่าเอาตพ์ ตุ เหมือนค่าเดิมทุกคร้ังเม่ือทา การวดั สญั ญาณอินพุต” คือค่าใด ก. ความแน่นอน ข. ความสามารถในการแสดงคา่ ซ้า ค. ความคลาดเคล่ือน ง. ความคลาดเคล่ือนสถิต 8. ความสามารถในการแสดงคา่ ซ้า คือค่าใด ก. Precision ข. Repeatability ค. Error ง. Static Error 9. จากขอ้ ความ “ผลต่างระหวา่ งค่าที่วดั ไดก้ บั ค่าท่ีแทจ้ ริง” คือคา่ ใด ก. ความแน่นอน ข. ความสามารถในการแสดงคา่ ซ้า ค. ความคลาดเคล่ือน ง. ความคลาดเคลื่อนสถิต 10. จากขอ้ ความ “คา่ ความคลาดเคลื่อนที่มีคา่ คงท่ีตลอดยา่ นการวดั ของอุปกรณ์” คือคา่ ใด ก. ความแน่นอน ข. ความสามารถในการแสดงค่าซ้า ค. ความคลาดเคล่ือน ง. ความคลาดเคล่ือนสถิต

แบบฝึ กหดั บทที่ 1 เรื่อง เซนเซอร์ คาชี้แจง จงอธิบายคุณสมบตั ิท่ีสาคญั ของเซนเซอร์ดงั มีรายละเอียดดงั น้ี 1. ความแม่นยา (Accuracy) 2. ความแน่นอน(Precision) 3. ความสามารถในการแสดงคา่ ซ้า(Repeatability) 4. ความคลาดเคลื่อน(Error) 5. ความคลาดเคลื่อนสถิต(Static Error) 6. การปรับเทียบ(Calibration) 7. บริเวณไร้การตอบสนอง (Dead Zone)

8. ขนาด(Dimension) 9. ดริฟต์ (Drift) 10. ฮีสเตอริซิส(Hysteresis) 11. การหน่วงสญั ญาณ(Lag) 12. ความเป็นเชิงเส้น(Linearity) 13. อายกุ ารใชง้ าน(Operating Lift)

14. ยา่ นปฏิบตั ิงาน (Range) 15. อตั ราการทางาน(Rating) 16. ผลตอบสนอง(Response) 17. ความละเอียด(Resolution) 18. ความไว(Sensitivity) 19. เสถียรภาพ(Stability) 20. ค่าเบี่ยงเบน (Tolerance)