โฟโต้สวิตช์ (PHOTO SWITCH) คืออะไร

---

โฟโต้สวิตช์ คือ อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในการตรวจจับการปรากฏขึ้นของวัตถุโดยอาศัยหลักการการส่งและการรับแสง โดยแสงที่ใช้จะเป็นแสงที่ได้จากหลอด LED ซึ่งจะมีองค์ประกอบ 2 ส่วน คือ

1. แสงที่สายตามนุษย์มองเห็นได้
2. แสงอินฟราเรด ซึ่งเป็นแสงที่มนุษย์ไม่เห็นเพราะมีความยาวคลื่นสูงกว่า 800 นาโนเมตร ดังแสดงใน รูปที่ 1

รูปที่ 1 แถบสีและความยาวคลื่นของแสง

ซึ่งข้อดีของแสงทั้ง 2 ส่วน ก็คือ แสงที่มนุษย์สามารถมองเห็นจะช่วยในการติดตั้งจโฟโต้สวิตช์ได้เร็วและสะดวกยิ่งขึ้นส่วนแสงอินฟราเรดจะช่วย เพิ่มประสิทธิภาพในการตรวจจับ เนื่องจากมีความเข้มของแสงสูงกว่าแสงที่สายตามองเห็นทำให้ตรวจจับได้ไกล และโฟโต้ทรานซศิสเตอร์ ซึ่งอยู่ในภาครับแสง จะตอบสนองกับแสงอินฟราเรดได้ดีกว่าแสงที่สายตามองเห็น ดังแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 กราฟแสดงความสัมพันธ์ของแสงกับการตอบสนองของโฟโต้ทรานซอสเตอร์

---

องค์ประกอบของโฟโต้สวิตช์ จะประกอบด้วย 2 ส่วน ได้แก่

1. ภาคส่งแสง (Emitter หรือ Transmitter)
   • Pulse modulator คือวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างพัลส์ ซึ่งความถี่ของพัลส์นี้ จะเป็นความถี่ของแสงที่จะถูกส่งออกไป
   • Amplifier ทำหน้าที่ขยายสัญญานพัลส์ให้มีโวลต์เตจสูงขึ้น
   • Opto-diode ทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญานไฟฟ้าที่ได้ให้เป็นแสง ซึ่งมีองค์ประกอบ 2 ส่วน คือ แสงอินฟราเรด และแสงที่มนุษย์มองเห็น ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแสงสีแดง รองลงมาคือแสงสีเขียว
   • เลนส์ (Lense) ทำหน้าที่รวมแสงแล้วส่งออกไป
2. ภาครับแสง (Reciever)
   • เลนส์ (Lense) ทำหน้าที่รวมแสงที่เข้ามา
   • Photo transister ทำหน้าที่แปลงแสงที่รับเข้ามาให้เป็นสัญญานไฟฟ้าออกมาเป็นมิลลิโวลต์
   • Pre-Amplifier ทำหน้าที่ขยายโวลต์เตจที่รับมาจาก Photo Transister ให้สูงขึ้น
   • Synchronizer ทำหน้าที่เปรียบเทียบความถี่ของแสงที่รับมาจาก Pulse Modulator ว่าตรงกันหรือไม่ หากตรงกันก็จะส่งเอาท์พุตออกไป ซึ่งวงจรเหล่านี้จะช่วยป้องกันแสงรบกวนจากแสงภายนอกทั้งจากแสงแดดและหลอดไฟในห้องทำงาน เพราะความถี่ของแสงที่รบกวนจะไม่ตรงกับความถี่ที่ส่งมาจากภาคส่งแสงทำให้สามารถแยกความแตกต่างได้
   • Sensitivity Adjustment เป็นตัวความต้านทานที่ปรับค่าได้ เพื่อกำหนดปริมาณแสงที่ได้รับมาว่าปริมาณเท่าใดจึงจะให้เอาท์พุตทำงาน โดยจะเป็นการปรับค่าโวลต์เตจ เพื่อจะให้วงจรถัดไปคือ Trigger ทำการ ON หรือ OFF
   • Trigger คือวงจรที่จะสั่งให้ทำการ ON หรือ OFF จะมีค่า ฮีสเตอร์รีซิส (Hysterresis) เพื่อป้องกันไม่ให้เอาท์พุตทำงานบ่อยเกินไป
   • Amplifier ทำหน้าที่ขยายสัญญานให้มีโวลต์เตจสูงขึ้น เพื่อสั่งให้เอาท์พุตทรานซิสเตอร์เปลี่ยนสภาวะ

---

โซลิดสเตตรีเลย์ คืออะไร และมีกี่ชนิด?

---

โซลิดสเตตรีเลย์ ที่เห็นกันในท้องตลาดส่วนใหญ่จะเป็นแบบ Zero Switching (สำหรับโหลด AC) และ DC Switching (สำหรับโหลด DC) เพราะว่าใช้ได้กับโหลดทุกประเภทไม่ต้องสอบถามรายละเอียดมากมาย และอาจจะมี Analog Switching อยู่บ้าง เพื่อนำไปควบคุมโหลดที่สามารถหรี่ได้ เช่น ฮีตเตอร์ โดยใช้ร่วมกับ เครื่องควบคุมอุณหภูมิ ระบบ PID ซึ่งโซลิดสเตตรีเลย์ประเภทนี้ มีผู้ผลิตน้อยมาก

โซลิดสเตตรีเลย์ดีกว่ารีเลย์ธรรมดาหรือไม่?

คำถามนี้ตอบยากเพราะว่าไม่มีสิ่งใดในโลกที่ดีเลิศ 100% และไม่มีสิ่งใดในโลกที่จะแย่ 100% จึงขึ้นอยู่กัยว่าเราจะมองข้อเปรียบเทียบจุดไหน แต่สามารถบอกได้แค่เพียงว่า โซลิดสเตตรีเลย์มีข้อดีมากกว่า รีเลย์ธรรมดาดีอย่างไร และมีข้อด้วยอะไร ขออธิบายต่อดังนี้

ข้อดีของโซลิดสเตตรีเลย์

• อายุการใช้งานมากกว่า 1 พันล้านครั้ง ข้อนี้หลายท่านคงจะนึกคิดค้านอยู่ในใจว่า ไม่จริงเคยใช้อยู่ ต้องเปลี่ยนอยู่บ่อยๆ เสียง่าย ข้อนี้จะขออธิบายเพิ่มเติม เจาะรายละเอียดภายหลัง
• ไม่มีการสปาร์ก หรือ อาร์ก, เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) น้อย
• ไม่กลัวการสั่นสะเทือน หรือการกระทบกระแทก
• ไม่กลัวฝุ่น
• ไม่มีเสียงรบกวน ทำงานเงียบสนิท
• ใช้งานกับ PLC หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้โดยตรง
• ทำงาน (การตัดต่อ) ได้เร็ว

ข้อด้อยของโซลิดสเตตรีเลย์

• ต้องใช้แผ่นระบายความร้อน (Heat Sink)
• ทน Transient Voltage ได้ต่ำ
• เกิดแรงดันตกคร่อม
• มีกระแสรั่วไหล เมื่ออยู่ในสภาวะ OFF

ข้อดี และ ข้อด้อย ของโซลิดสเตตรีเลย์ ในแต่ละข้อที่หยิบยกมา คงจะไม่ต้องอธิบายเพิ่มเติม เพราะว่าชัดเจนอยู่แล้ว

โซลิดสเตตรีเลย์ใช้งานได้ทนจริงหรือ ?

คำถามนี้ขอตอบว่าจริง แต่ก็ขึ้นอยู่กับวิธีการใช้งานที่ถูกต้องด้วย ไม่ใช้ว่า ซื้อโซลิดสเตตรีเลย์มาแล้ว ต่อไฟอินพุต, เอาต์พุตใช้งานเลย ถ้าทำอย่างนี้เสียง่ายแน่นอนในบางงานอาจจะเสียโดยใช้งานได้ไม่ถึงชั่วโมงถ้าต้องการใช้โซลิดสเตตรีเลย์ให้ทนทานนานจนลืม ต้องมีเฟอร์นิเจอร์หรืออุปกรณ์ช่วยโซลิดสเตตรีเลย์ ดังนี้

HEATSINK (แผ่นระบายความร้อน) เนื่องจากโซลิดสเตตรีเลย์ เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทุกชนิดแพ้ความร้อน ถ้าการระบายความร้อนไม่ดีพอจะเกิดความร้อนสะสมที่ตัวโซลิดสเตตรีเลย์ทำให้ OVER HEAT และเสียได้ ในบางงานถ้าใช้กระแสไฟฟ้าสูงๆ เพียงแค่ติด HEATSINK ก็ยังไม่พอ ต้องติดพัดลมระบายอากาศช่วยอีกด้วย และการติดตั้ง HEATSINK กับตัวโซลิดสเตตรีเลย์ ก็ต้องมี HEATSINK COMPOUND ช่วยด้วย เพื่อไม่ให้มีช่องอากาศอยู่ระหว่าง HEATSINK กับตัวโซลิดสเตตรีเลย์

• SEMICONDUCTOR FUSE ฟิวส์นี้จะช่วยป้องกัน OVER LOAD ถ้าโหลดเกิดช็อตขึ้นมา
• METAL OXIDE VARISTOR (MOV) ป้องกัน TRANSIENT VOLTAGE ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้ทุกขณะจึงต้องป้องกันไว้ก่อน ปัญหานี้พบบ่อยมากที่อยู่ดีๆ โซลิดสเตตรีเลย์เกิดเสียขึ้นมา โดยที่สภาพภายนอกก็ยังเหมือนเดิมทำให้หลายๆ ท่านเข้าใจว่าปัญหาอยู่ที่โซลิดสเตตรีเลย์ใช้งานได้ไม่ทน แต่ถ้าเอา Mov มาต่อคร่อม LINE OUT ก็จะช่วยลดปัญหานี้ไปได้

---

หลายๆ ท่านก็คงจะเคยได้ยิน, เคยเห็น หรือเคยใช้ โซลิดสเตตรีเลย์กันมาแล้ว แต่คงจะมีน้อยคนที่ทราบว่า โซลิดสเตตรีเลย์ มีหลายชนิด ดังนี้

• ZS : Zero Switching ใช้ได้กับโหลดทุกประเภท
• IO : Instant-On Switching โหลดที่ต้องการความเร็วในการ ON-OFF
• PS : Peak Switching ใช้ได้ดีกับโหลดที่เป็นหม้อแปลง
• AS : Analog Switching ใช้ได้กับโหลดทุกประเภท
• DCS : DC Switching ใช้ได้กับโหลดทุกประเภท

การป้องกันระบบไฟฟ้า แรงดัน-กระแส-ความถี่ ขาด/เกิน

---

การป้องกันระบบไฟฟ้า ในปัจจุบันไม่มีใครบอกว่าไฟฟ้าไม่มีความจำเป็นในชีวอตประจำวัน ไม่ว่าท่านจะอยู่ที่บ้าน ที่โรงเรียน ที่ทำงาน หรือที่ไหนๆ ทุกคนทุกชีวิตมีส่วนเกี่ยวข้องทั้งนั้น ในการป้องกันระบบไฟฟ้า จึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างหนึ่งเพื่อป้องกันอุปกรณืทางไฟฟ้าที่เราใช้งานอยู่

ความผิดปกติที่เกิดขึ้นได้ในระบบไฟฟ้า

1. แรงดันไฟฟ้าตกหรือเกิน

แรงดันไฟฟ้าตกเกิดขึ้นเนื่องจาก ความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงขึ้น ทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมระหว่างทางมาก ทำให้แรงดันปลายทางที่โหลดได้รับน้อย ส่วนแรงดันเกินส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นน้อย หรือจะเกิดขึ้นในส่วนที่ติดตั้งใกล้หม้อแปลงไฟฟ้า เพราะหม้อแปลงการไฟฟ้าแปลงออกมาอยู่ที่ 416 V_L-L และ 240 V_L-N

ตัวอย่างผลกระทบของแรงดันไฟฟ้าตกหรือเกิน จะแบ่งเป็นโหลด 2 ประเภท คือ ความต้านทานและอินดักทีฟ

ผลกระทบ
สมมุติ ถ้าแรงดันไฟฟ้าตก 20%	โหลดความต้านทาน (เช่น ฮีตเตอร์) กำลังไฟฟ้าจะตกเหลือ 64% ของพิกัด เช่น ฮีตเตอร์ 100 W จะเหลือ 64 W และกระแสไฟฟ้าจะลดลง 20% ของพิกัด	โหลดอินดักทีฟ (เช่น หม้อแปลงมอเตอร์) กำลังไฟฟ้าตกเหลือ 64% ของพิกัด มอเตอร์ขนาด 10 แรงม้าจะเหลือ 6.4 แรงม้าความเร็วรอบตกและกระแสไฟฟ้าสูงขึ้น เพื่อให้มีกำลังขับโหลดที่ 10 แรงม้าได้
สมมุติถ้าแรงดันไฟฟ้าตกเกิน 20%	กำลังไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเป็น 144% ของพิกัด เช่น ฮีตเตอร์ 100 W จะกลายเป็น 144 W และกระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น 20% ของพิกัด เป็นผลอาจทำให้ฮีตเตอร์ทำงานไม่ทนทาน	กำลังขับมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นเป็น 144% ของพิกัด เช่น มอเตอร์ขนาด 10 แรงม้าจะกลายเป็น 14.4 แรงม้า มีข้อดีก็คือ ความเร็วรอบสูงขึ้นกว่าพิกัด ข้อเสียคือ เกิดค่าความสูญเสียในแกนเหล็กสูงมากจนอาจทำให้มอเตอร์ไหม้ได้

2. กระแสไฟฟ้าตกหรือเกิน

กระแสไฟฟ้าเกินเป็นผลมาจากแรงดันไฟฟ้าเกินในโหลดความต้านทาน เช่น ฮีตเตอร์หรือเป็นผลจาก มอเตอร์ขับโหลดเกินพิกัด ซึ่งเป็นผลเสียคือ ทำให้อุปกรณืดังกล่าว เกิดความร้อนขึ้นอาจทำให้อุปกรณ์นั้น เกิดความเสียหายในที่สุด จึงจำเป็นต้องป้องกันไว้

ส่วนกระแสแสตกนั้น เป็นผลมาจากแรงดันไฟฟ้าตกทำให้ฮีตเตอร์ทำงานไม่เต็มที่ ทำให้งานไม่ได้กำลังไฟฟ้าที่ต้องการ ส่วนทางโหลดประเภทมอเตอร์นั้นจะหมายถึงการที่โหลดรับภาวะผิดปกติ เช่น มอเตอร์ขับสายพาน แล้วสายพานเกิดการขาดขึ้นมาจะทำให้มอเตอร์ตัวนั้นแสตก

การแก้ไขให้ระบบวัดอุณหภูมิด้วยเทอร์โมคัปเปิลให้ทำงานได้ดีขึ้น ต้องปฏิบัติดังนี้

1. ใช้ สายเทอร์โมคัปเปิล ขนาดใหญ่ที่สุดที่จะเป็นไปได้ เพราะมันจะไม่พ่วงเอาความร้อนออกจากพื้นที่การวัดเข้ามา
2. ถ้าต้องการใช้สายขนาดเล็ก ๆ ให้ใช้เฉพาะในขอบเขตที่ทำการวัด และใช้สายขยาย (Extention Wire) ในขอบเขตที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิกลางสาย
3. หลีกเลี่ยงความเค้นทางกล และการสั่นสะเทือนที่มีผลให้เกิดความเครียดในสาย
4. เมื่อใช้สายเทอร์โมคัปเปิลยาวๆ ให้ต่อชีลด์ที่สายไปยังขั้วต่อสายของดิจิตอลโวลต์ มิเตอร์ และใช้สายขยายสัญญาณแบบบิดเกลียว
5. หลีกเลี่ยงบริเวณที่เต็มไปด้วยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิกลางสาย
6. พยายามเลือกสายเทอร์โมคัปเปิลในพิกัดอุณหภูมิของมัน
7. ป้องกันวงจรแปลง Integrate A/D จากการรบกวน
8. ใช้สายขยายเฉพาะที่อุณหภูมิต่ำๆ และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิกลางสายน้อย ๆ
9. ทดสอบและเก็บค่าความต้านทานของเทอร์โมคัปเปิลเก่าๆ ไว้ พร้อมกับวัดค่าความต้านทานของเทอร์โมคัปเปิลเก็บไว้เป็นช่วงๆ