พร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์เบื้องต้น

พร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์ (Proximity sensor)

พร็อก ซิมิตี้เซ็นเซอร์คือเซ็นเซอร์ตรวจจับวัตถุโดยใช้สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ผลของการตรวจจับจะนำไปใช้ในการควบคุมหน้าสัมผัสเอาท์พุทของเซ็นเซอร์ ให้ONหรือOFF   พร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์มี3แบบคือ 1.เซ็นเซอร์แบบตรวจจับเฉพาะแม่เหล็กถาวร 2.เซ็นเซอร์แบบตรวจจับโลหะเช่นเหล็กหรืออะลูมิเนียม และ3.เซ็นเซอร์แบบตรวจจับทั้งโลหะและวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ(อโลหะ)
  1.พร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์แบบตรวจจับแม่เหล็กถาวร คือเซ็นเซอร์แบบใช้สนามแม่เหล็กสั่งงาน ตัวอย่างเช่น reedสวิตช์ ,reedสวิตช์จะนิยมใช้กับอุปกรณ์ประเภทกระบอกสูบลม หรือกระบอกสูบไฮโดรลิกส์ เพื่อจับตำแหน่งของแกนกระบอกสูบ โดยในแกนกระบอกสูบจะมีแม่เหล็กถาวรฝังอยู่ เมื่อกระบอกสูบเคลื่อนที่ แม่เหล็กก็จะเคลื่อนที่ด้วย,reedสวิตช์จะติดตั้งอยู่ด้านนอกกระบอกสูบเพื่อ ตรวจจับตำแหน่งการเคลื่อนที่

reedสวิตช์ สามารถยึดกับกระบอกสูบได้หลายแบบเช่นรูปที่1.44ก เป็นการยึดreedสวิตช์กับกระบอกสูบโดยใช้สายรัด และรูปที่1.44ข เป็นการยึดreedสวิตช์กับรางของกระบอกสูบ

จาก รูป1.45 reedสวิตช์ประกอบไปด้วยแผ่นตัวนำสองแผ่นบรรจุในหลอดแก้ว โดยแผ่นตัวนำทั้งสองจะไม่แตะกัน แผ่นตัวนำทำจากสารเฟอร์โรแมกเนติก ส่วนหลอดแก้วจะบรรจุแก๊สเฉื่อยเข้าไปด้วย

จาก รูป1.46 เป็นหลักการทำงานของreedสวิตช์ เนื่องจากreedสวิตช์ต้องใช้ไฟในการทำงานด้วย อันดับแรกจะต้องจ่ายไฟกระแสตรง24Vให้กับreedสวิตช์โดยต่อขั้วบวกกับสายสี น้ำตาลและต่อขั้วลบกับสายสีน้ำเงินโดยต้องมีโหลดต่อกับสวิตช์ด้วย สภาวะปกติที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก หน้าสัมผัสของ reedสวิตช์จะเป็นแบบNO แต่ถ้ามีแม่เหล็กมาใกล้กับสวิตช์ สนามแม่เหล็กจะเหนี่ยวนำให้หน้าสัมผัสของสวิตช์แตะกัน ทำให้โหลดที่ต่ออยู่ทำงานได้ เราสามารถนำการตัดต่อของreedสวิตช์ไปใช้งานตัดต่อโหลดขนาดเล็กหรือใช้ควบคุม รีเลย์อินพุทของPLCก็ได้

รูป 1.48 เป็นการต่อreedสวิตช์กับโหลดรีเลย์

ข้อควรระวัง
1.ไม่ ควรต่อแรงดันไฟฟ้าเข้ากับreedสวิตช์โดยไม่มีโหลดรองรับซึ่งจะทำให้ reedสวิตช์พังเสียหาย 2.การต่อแรงดันขั้วบวก-ลบสลับกันจะทำให้reedสวิตช์เสียหายได้

2. พร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์แบบตรวจจับโลหะ คือเซ็นเซอร์แบบเหนี่ยวนำ(Inductive) เซ็นเซอร์ชนิดนี้จะมีวงจรOscillation สร้างสนามแม่เหล็กเพื่อส่งออกไปยังบรรยากาศ เพื่อตรวจหาวัสดุประเภทโลหะที่อยู่ใกล้เคียง เมื่อมีโลหะอยู่ใกล้ๆ สนามแม่เหล็กที่ส่งออกไปจะวิ่งเข้าไปที่โลหะและสร้างกระแสไหลวนในโลหะนั้น จากนั้นกระแสไหลวนก็จะสร้างสนามแม่เหล็กขึ้นมาอีกที สนามแม่เหล็กจากโลหะจะต้านทานสนามแม่เหล็กของเซ็นเซอร์ให้มีกำลังอ่อนลง วงจรตรวจจับภายในเซ็นเซอร์จะรู้ว่าสนามแม่เหล็กอ่อนกำลังลง และส่งสัญญาณไปควบคุมหน้าสัมผัสของเซ็นเซอร์

วัส ดุที่พร็อกซิมิตี้ตรวจจับได้ดีที่สุดคือเหล็ก เนื่องจากเหล็กจะสร้างสนามแม่เหล็กได้ดีที่สุด รองลงมาคือสแตนเลส ทองเหลือง อะลูมิเนียม ทองแดง ตามลำดับ ดังนั้นระยะตรวจจับของพร็อกซิมิตี้เมื่อนำไปใช้ตรวจจับเหล็กจะสามารถตรวจจับ ได้ไกลที่สุด สำหรับโลหะอื่นๆพร็อกซิมิตี้ก็สามารถตรวจจับได้เช่นกัน แต่ระยะทางในการตรวจจับจะน้อยลง ระยะตรวจจับของเซ็นเซอร์หมายถึงระยะที่เซ็นเซอร์สามารถตรวจจับการมีอยู่ของ วัตถุได้

ระยะ การตรวจจับนอกจากจะขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุแล้วยังขึ้นอยู่กับขนาดของ เซ็นเซอร์ด้วย เซ็นเซอร์ที่มีขนาดใหญ่จะตรวจจับวัตถุได้ไกลกว่าเซ็นเซอร์ขนาดเล็ก เนื่องจากสามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงกว่า จึงสามารถส่งสนามออกไปได้ไกลกว่า

3. พร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์แบบคาปาซิตีฟ(Capacitive) เซ็นเซอร์ชนิดนี้สามารถตรวจจับได้ทั้งโลหะและอโลหะ เซ็นเซอร์มีวงจรOscillation สร้างสนามไฟฟ้าเพื่อส่งออกไปยังบรรยากาศ เพื่อตรวจหาวัสดุประเภทโลหะและอโลหะที่อยู่ใกล้เคียง เมื่อมีวัสดุอยู่ใกล้ๆ สนามไฟฟ้าที่ส่งออกไปจะวิ่งเข้าไปที่วัสดุและจะมีแรงดันตกคร่อมขึ้นระหว่าง วัสดุกับเซ็นเซอร์ วงจรตรวจจับภายในเซ็นเซอร์จะรู้ว่าสนามไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลง และส่งสัญญาณไปควบคุมหน้าสัมผัสของเซ็นเซอร์

เนื่อง จากพร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์จะต้องสร้างสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ดังนั้นการนำเซ็นเซอร์ไปใช้งานจะต้องต่อแรงดันให้กับเซ็นเซอร์ด้วยซึ่งมี ทั้งแรงดันไฟกระแสสลับและกระแสตรง เซ็นเซอร์ที่ใช้ไฟกระแสตรงจะต้องต่อสายให้ถูกต้องกับขั้วของแรงดันด้วย โดยขั้วบวกต้องต่อกับสายสีน้ำตาล ส่วนขั้วลบต่อกับสายสีน้ำเงิน โหลดที่เหมาะสมสำหรับต่อกับเซ็นเซอร์คือรีเลย์หรือโหลดที่ใช้กระแสไฟน้อยๆ เนื่องจากเอาท์พุทของเซ็นเซอร์ทนกระแสไหลผ่านได้น้อย
  เอาท์พุทของพร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์จะเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำโดยมากจะใช้ อยู่2แบบคือทรานซิสเตอร์ชนิดNPNและPNP ใช้ไฟกระแสตรงตั้งแต่12VDCถึง24VDC และยังมีเอาท์พุทแบบไม่มีขั้ว(Non-polarity) ซึ่งใช้ได้ทั้งไฟACและDC
  เซ็นเซอร์ที่bodyหุ้มด้วยโลหะ หัวของเซ็นเซอร์จะมีสองแบบได้แก่หัวแบบมีชีลด์(Shielded)และหัวแบบไม่มี ชีลด์(Unshielded) หัวแบบมีชีลด์มีข้อดีคือสามารถป้องกันการกระแทกที่ทำให้หัวของเซ็นเซอร์เสีย หายได้ แต่ข้อเสียคือระยะตรวจจับน้อย ส่วนหัวแบบไม่มีชีลด์จะมีความแข็งแรงน้อยกว่า แต่ข้อดีคือมีระยะตรวจจับไกลมากกว่า การเลือกใช้เซ็นเซอร์ต้องพิจารณาการนำไปใช้งานด้วย ถ้าต้องใช้เซ็นเซอร์ในพื้นที่ที่มีความเสี่ยงต่อการแตกหักของเซ็นเซอร์ก็จะ ต้องเลือกใช้แบบมีชีลด์ แต่ถ้าต้องการใช้แบบไม่มีชีลด์เพื่อเพิ่มระยะการตรวจจับ ก็ต้องทำการ์ดสำหรับป้องกันเซ็นเซอร์

จำนวน สายไฟของพร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์จะมีทั้งแบบ2สายและแบบ3สาย แบบ2สายจะมีสายสีน้ำตาลกับสีน้ำเงิน รูปที่1.53 เป็นการต่อเซ็นเซอร์แบบ2สายกับโหลดแบบรีเลย์ สายสีน้ำตาลต้องต่อกับไฟบวกและสายสีน้ำเงินต่อกับไฟลบ ส่วนรีเลย์ต้องต่ออนุกรมกับเซ็นเซอร์โดยสามารถต่อกับสายด้านใดด้านหนึ่งก็ ได้ เนื่องจากรีเลย์ใช้ไฟDCเช่นกัน ดังนั้นต้องต่อให้ถูกกับขั้วบวกและลบด้วย ถ้ามีโลหะเข้ามาใกล้จนถึงระยะการตรวจจับ เอาท์พุทของเซ็นเซอร์ก็จะทำงาน และรีเลย์ก็จะทำงาน และเราก็นำหน้าสัมผัสของรีเลย์ไปใช้ในวงจรควบคุมหรือนำไปขับโหลดที่มีกระแส สูงๆได้

รูป ที่1.54 เป็นการต่อพร็อกซิมิตี้แบบ3สายทั้งแบบNPNและPNPกับโหลดรีเลย์เซ็นเซอร์ทั้ง สองจะต่อสายสีน้ำตาลกับ24Vและต่อสายสีน้ำเงินกับ0Vเหมือนกัน ที่แตกต่างกันคือการต่อโหลด ในกรณีของNPN เราจำง่ายๆว่าไฟที่ออกมาทางสายสีดำเป็นขั้วลบ ดังนั้นต้องต่อสายสีดำเข้ากับขั้วลบของรีเลย์ ส่วนขั้วบวกของรีเลย์ต่อกับไฟบวก สำหรับPNPไฟที่ออกมาทางสายสีดำเป็นบวก ซึ่งต้องต่อสายสีดำเข้ากับขั้วบวกของรีเลย์ ส่วนขั้วลบของรีเลย์ต่อกับ0V
ข้อควรระวังในการต่อเซ็นเซอร์
1.ไม่ควรต่อแรงดันสูงกว่าพิกัดของเซ็นเซอร์(ดูพิกัดแรงดันได้จากแคตตาล็อค)
2.ไม่ใช้แรงดันกระแสสลับต่อให้กับเซ็นเซอร์ที่ใช้ไฟกระแสตรง
3.สำหรับเซ็นเซอร์แบบใช้ไฟกระแสตรง(DC)ระวังการต่อสายผิดขั้วเช่นต่อสายสีน้ำตาลกับไฟลบและต่อสายสีน้ำเงินกับไฟบวก
4.ไม่ ควรต่อแรงดันไฟฟ้าเข้ากับเซ็นเซอร์โดยไม่มีโหลดรองรับซึ่งจะทำให้เซ็นเซอร์ พัง ถ้าเป็นเซ็นเซอร์แบบ2สายไม่ควรต่อไฟเข้าโดยตรง และถ้าเป็นเซ็นเซอร์แบบ3สายไม่ควรต่อสายเอาท์พุท(สายสีดำ)กับไฟบวกหรือลบโดย ไม่มีโหลด
5.ไม่ควรต่อโหลดที่ใช้กระแสไฟสูงกว่าพิกัดกระแสของเซ็นเซอร์เช่นโหลดประเภทหลอดไฟแบบเผาไส้(พิกัดกระแสดูได้จากแคตตาล็อคของเซ็นเซอร์)
6.ต้อง ระวังในเรื่องของสัญญาณรบกวน เนื่องจากทำให้เซ็นเซอร์ทำงานผิดพลาดได้ ดังนั้นต้องติดตั้งเซ็นเซอร์ให้ห่างจากอุปกรณ์ที่สร้างสัญญาณรบกวนเช่นอิน เวอร์เตอร์ แต่ถ้าต้องติดตั้งในจุดที่ใกล้กับอินเวอร์เตอร์ การแก้ไขสัญญาณรบกวนทำได้โดยติดตั้ง noise filter ก่อนเข้าอินเวอร์เตอร์และเช็คสายกราวด์ของอินเวอร์เตอร์ โดยต้องทำการต่อสายกราวด์จากอินเวอร์เตอร์เข้ากับระบบของแหล่งจ่าย หรือสามารถป้องกันสัญญาณรบกวนได้ที่ตัวเซ็นเซอร์โดยการต่อสายกราวด์กับสายสี น้ำเงินของเซ็นเซอร์โดยต่อผ่านตัวเก็บประจุดังรูป1.55ก หรืออีกกรณีคือต่อตัวเก็บประจุระหว่างสายน้ำตาลกับสายน้ำเงินดังรูป1.55ข

ถ้า สัญญาณรบกวนมาจากอากาศสามารถแก้ไขได้โดยใช้แผ่นตัวนำเช่นแผ่นอะลูมิเนียม หรือแผ่นเหล็กมากั้นรอบๆเซ็นเซอร์และต่อแผ่นตัวนำลงกราวด์(G) สัญญาณรบกวนจะวิ่งผ่านตัวนำและวิ่งลงกราวด์