เซ็นเซอร์และทรานสดิวเซอร์

ทรานสดิวเซอร์ (Transducer) คือ อุปกรณ์แปลงข้อมูลหรือพลังงานรูปแบบต่าง ๆ ให้เป็นข้อมูลหรือพลังงานไฟฟ้า
หรืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงาน รูปแบบหนึ่งเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง โดยที่ทรานสดิวเซอร์อาจรวมทั้งอุปกรณ์ตรวจจับและปรับแต่งสัญญาณ เช่น ทรานสดิวเซอร์ชั่งน้ำหนักจะหมายรวมทั้ง 4 ส่วนคือ ส่วนการตรวจจับ ส่วนปรับแต่งสัญญาณ ส่วนประมวลผล และส่วนแสดงผลดังรูป

เซนเซอร์ (Sensor) คือตัวอุปกรณ์ตรวจรู้ตัวแรกในระบบการวัด ซึ่งใช้ตรวจจับหรือรับรู้การเปลี่ยนแปลงปริมาณทางกายภาพของตัวแปรต่างๆ เช่น ความร้อน แสง สี เสียง ระยะทาง การเคลื่อนที่ ความดัน การไหล เป็นต้น แล้วเปลี่ยนให้อยู่ในรูปของสัญญาณหรือข้อมูลที่สอดคล้องและเหมาะสมกับส่วน ของการกำหนดเงื่อนไขทางสัญญาณ

ถ้าเป็นการวัด แบบสัมผัสกับตัวแปรโดยตรงเรียกตัวตรวจรู้แบบปฐม (Primary sensors) หรือตัวตรวจรู้ชั้นต้น หากมีการตรวจรู้โดยผ่านส่วนอื่นก่อน เช่น สเตรนเกจตรวจรับแรงกดที่ต้องรับแรงถ่ายถอดจากแท่งโลหะที่รับแรงโดยตรงอีกทอด โดยใช้เตรนเกจแปะติดกับแท่งโลหะดังกล่าวเพื่อวัดแรงนั้น เราจะเรียกสเตรนเกจในกรณีนี้ว่าเป็น ตัวตรวจรู้ทุติยภูมิ(Secondary sensor) หรือตัวตรวจจับชั้นรอง การตรวจรู้จะอาศัยผลการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ในตัวเซนเซอร์เองที่สามารถ ตรวจวัดได้ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า เช่น แรงดัน กระแส ความต้านทาน ความจุ และความเหนี่ยวนำ เป็นต้น

เมื่อค่าตัว แปรเปลี่ยนแปลงแล้วพารามิเตอร์ดังกล่าวจะเปลี่ยนตาม ทำให้สามารถวัดและทราบค่าพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าที่เปลี่ยนตามได้ ซึ่งเราอาจวัดได้โดยใช้มิเตอร์หรือวงจรบริดจ์ต่าง ๆ ซึ่งเป็นการวัดตัวแปรด้วยวิธีทางไฟฟ้าโดยเราจะทำการเทียบหรือปรับแต่งปริมาณ ทางไฟฟ้านี้แทนค่าตัวแปรที่ทำการวัดอีกที เราจึงอาจเรียกว่าเป็นการวัดโดยวิธีอ้อมได้ กระบวนการนี้เรียกว่าการตรวจจับ (Sensing) กรณีนี้คำว่าทรานสดิวเซอร์จะถูกเรียกว่า เซนเซอร์ จะเห็นว่าทรานสดิวเซอร์และเซนเซอร์แท้จริงคืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เดียวกัน ต่างตรงที่เราจะกล่าวถึงหลักการทำงานหรือกล่าวถึงลักษณะการใช้งาน

ปัจจุบันทราน สดิวเซอร์และเซนเซอร์เป็นคำกลางๆ ที่ใช้ร่วมกันโดยทรานสดิวเซอร์อาจจะรวมทั้งตัวเซนเซอร์และวงจรการปรับแต่ง สัญญาณต่างๆ เข้าเป็นหน่วยเดียวกัน แล้วนำไปใช้ได้ทันที เช่น ทรานสดิวเซอร์ความดัน (Pressure Transducer) เมื่อมีความดันเข้ามาจะให้เอาต์พุตเป็นแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสที่แปรเป็นสัด ส่วนกับความดัน เป็นต้น

ชนิดของเซนเซอร์การแบ่งชนิดของทรานสดิวเซอร์

แบ่งโดยอาศัยหลักเกณฑ์ต่างๆ ดังต่อไปนี้คือ

• แบ่งตามความต้องการพลังงาน

- แบบแอคทีฟ (Active sensors) เป็นทรานสดิวเซอร์ที่สามารถปล่อยพลังงานเองได้ เช่น เทอร์โมคัปเปิ้ล เพียชโซ เซลล์แสงอาทิตย์ ออปโตไดโอด เป็นต้น อุปกรณ์เหล่านี้ไม่ต้องมีแหล่งจ่ายกำลังจากภายนอกให้ก็สามารถให้สัญญาณแรง ดันหรือกระแสที่แปรตามตัวแปรได้เอง

- แบบพาสซีฟ (Passive sensors) แบบนี้จะต้องใช้แหล่งจ่ายจากภายนอกจึงจะทำการตรวจรู้ได้ เช่น เซ็นเซอร์ที่ใช้หลักการเปลี่ยนค่าความต้านทาน ค่าความจุ ค่าความเหนี่ยวนำ ฯลฯ เป็นต้น

• แบ่งตามลักษณะกลไกในการทำงาน

- การเปลี่ยนแปลงค่าความจุ (Variable capacitance transducer)

- การเปลี่ยนแปลงค่าความเหนี่ยวนำ (Variable inductance transducer)

- การเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทาน (Variable resistance transducer)

• แบ่งตามชนิดของการเปลี่ยนแปลงพลังงาน

- เปลี่ยนพลังงานกลเป็นไฟฟ้า

- เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล

- เปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า

- เปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า

• แบ่งตามชนิดของสัญญาณที่ใช้

- แบบอนาลอก ให้สัญญาณเป็นแบบต่อเนื่อง

- แบบไบนารี ให้สัญญาณแบบเปิด-ปิด (ON-OFF)

- ดิจิตอล ให้สัญญาณเป็นแบบดิจิตอล

• แบ่งตามตำแหน่งที่ใช้ในระบบ

- ทรานสดิวเซอร์ด้านเข้า(Input transducer) อยู่ทางด้านเข้าของระบบเครื่องมือเช่น ไมโครโฟน เป็นต้น

- ทรานสดิวเซอร์ด้านออก (Output transducers) เช่น ลำโพงของระบบเครื่องขยายเสียง เป็นต้น

• แบ่งตามข้อมูลหรือวัตถุประสงค์ในการวัด

เช่น ทรานสดิวเซอร์วัดการเคลื่อนที่ วัดอุณหภูมิ ความดัน อัตราการไหล ตำแหน่ง เป็นต้น