พร็อกซิมิตี้สวิตช์ Proximity Switches

---

ในปัจจุบันโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ ได้พัฒนาเครื่องจักรที่ใช้ให้มีประสิทธิภาพในการผลิตมากขึ้น และอุปกรณ์ต่างๆที่ใช้ก็มีการพัฒนาให้ดีขึ้นกว่าเดิม และอุปกรณ์ที่จะกล่าวถึงในที่นี้คือ พร็อกซิมิตี้สวิตช์ (Proximity Switches) หรือสวิตช์แบบไม่สัมผัสกับวัสดุ ซึ่งนำมาใช้ตรวจจับวัตถุต่างๆ ที่เข้ามาในระยะที่ตรวจจับ ซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้หลายแบบ ตัวอย่างเช่น การตรวจจับตำแหน่งของเครื่องจักร, การตรวจสอบปริมาณที่บรรจุภาชนะ, การตรวจจับความเร็วรอบ, การตรวจจับสิ่งของ, ฯลฯ พร็อกซิมิตี้สวิตช์แบ่ง ได้เป็น 2 ประเภทได้แก่

1. อินดัคทีฟพร็อกซิมิตี้ (Inductive Proximity)
2. คะแพซิทีฟพร็อกซิมิตี้ (Capacitive Proximity)

อินดัคทีฟพร็อกซิมิตี้สวิตช์ (Inductive Proximity)

เป็นเซ็นเซอร์ที่ใช้ตรวจจับวัตถุที่เป็นโลหะเท่านั้น เช่น เหล็ก, สแตนเลส, อลูมิเนียม เป็นต้น โดยอินดัคทีฟพร็อก สามารถที่จะตรวจจับโลหะที่มีคาร์บอนน้อย (Mild Steel) ได้ดี

ส่วนประกอบของอินดัคทีฟพร็อกซิมิตี้ วัตถุเป้าหมาย (Target) สนามแม่เหล็กไฟฟ้า (Magnetic Fleld) ตัวเรื่อน (HOUSING) ขดลวดออสซิลเลเตอร์ (Oscillator Coil) แกนเฟอร์ไรท์ (Ferrous)

หลักการทำงานของอินดัคทีฟพร็อกซิมิตี้สวิตช์

 

การทำงานของอินดัคทีฟพร็อกซิมิตี้จะเริ่มจากวงจรออสซิลเลทกำเนิดสัญญานส่งให้ขดลวดซึ่งพันอยู่บนแกนเฟอร์ไรท์ ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าบริเวณด้านหน้าซึ่งเรียกบริเวณนี้ว่าส่วนตรวจจับ เมื่อมีวัตถุเป้าหมาย (ต้องเป็นโลหะเท่านั้น) เคลื่อนเข้ามายังบริเวณส่วนตรวจจับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะเหนี่ยวนำในวัตถุเป้าหมายได้ดีกว่าอากาศ (เนื่องจากวัตถุเป้าหมายเป็นโลหะ) ทำให้ภายในวัตถุเป้าหมายมีกระแสไหลวน (EDDY CURRENT) ขึ้น ซึ่งเท่ากับว่าวัตถุเป้าหมายได้ดูดซับสนามแม่เหล็กไฟฟ้านี้ จนเมื่อถึงจุดๆหนึ่งที่วัตถุเป้าหมายได้ดูดซับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจนหมดทำให้วงจรออสซิลเลเตอร์ไม่ทำงาน ส่งผลให้วงจรทริกเกอร์ทำงานเกิดเอาท์พุตออกมา หลักการดูดกลืนสนามแม่เหล็กไฟฟ้านี้เรียกว่า "EDD CURRENT KILL OSCILLATOR"

---

ระยะตรวจจับของ อินดัคทีฟ ขึ้นอยู่กับอะไรบ้าง?

1. ขนาดของพร็อกซิมิตี้ ถ้าพร็อกตัวใหญ่จะมีระยะการตรวจจับวัตถุได้ใกลกว่าพร็อกตัวเล็ก เนื่องจากพร็อกตัวใหญ่มีขดลวดออสซิลเลเตอร์ใหญ่ สามารถสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้มากกว่าพร็อกที่ขนาดเล็กและขดลวดออสซิลเลเตอร์เล็ก
2. ชนิดของโลหะที่ตรวจจับ ระยะตรวจจับของพร็อกซิมิตี้จะใกล้หรือใกลขึ้นอยู่กับชนิดของวัตถุที่ถูกจับด้วย โดยวัตถุที่ถูกตรวจจับ (โลหะ) แต่ละชนิดจะมีตัวคูณ (FACTOR) ของมันเพื่อที่จะหาระยะในการตรวจจับ (ดูตารางที่ 2.1)
3. ขนาดของวัตถุเป้าหมาย ถ้าวัตถุเป้าหมายที่มีขนาดเล็กระยะตรวจจับจะใกล้กว่าวัตถุเป้าหมายที่มีขนาดใหญ่กว่า เนื่องจากวัตถุขนาดเล็ก-ใหญ่มีผลต่อการเหนี่ยวนำ ดังนั้น (ขนาดใหญ่เหนี่ยวนำง่ายจึงจับได้ใกลกว่า)

ชนิดของโลหะที่ตรวจจับ	ตัวคูณ (FACTOR)
เหล็ก (MILD)	1
สแตนเลส (STANLESS)	0.7
อลูมิเนียม (ALUMINIUM)	0.5
ทองเหลือง (BRASS)	0.4
ทองแดง (COPPER	0.2

ตารางที่ 2.1 แสดงค่าตัวคูณของโลหะ

คะแพซิทีฟพร็อกซิมิตี้ (Capacitive Proximity Swich)

เป็นเซ็นเซอร์ที่ใช้ตรวจจับวัตถุทุกชนิด ไม่ว่าจะเป็น แก้ว, น้ำ, ไม้, พลาสติก, กระดาษ ฯลฯ คะแพซิทีฟพร็อก สามารถจับวัตถุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (DIELECTRIC CONSTANT, (ε_r) มาก ๆ ได้ดี

ส่วนประกอบของอินดัคทีฟพร็อกซิมิตี้ วัตถุเป้าหมาย (Target) สนามไฟฟ้า (Electric Fiele) ตัวเรื่อน (Housing) เอิทธ์อิเล็กโทรด (Earth Electrode) อิเล็กโทรดชดเชย (Compensate) แอคทีฟอิเล็กโทรด (Active Electrode)

---

หลักการทำงานของคะแพซิทีฟ พร็อกซิมิตี้ สวิตช์

การทำงานของคะแพซิทีฟพร็อกซิมิตี้ใช้หลักการวงจร RC OSCILLATOR คือมีความต้านทานที่ปรับค่าได้เพื่อปรับระยะตรวจจับ ซึ่งบริเวณด้านหน้าของตัวพร็อกจะมองเหมือนเป็นแผ่นเพลทอยู่แผ่นหนึ่ง และวัตถุเป้าหมายจะมองเหมือนเป็นแผ่นเพลทอีกแผ่นหนึ่ง ระทางระหว่างหน้าพร็อกและวัตถุเป้าหมายจะเป็นค่าประจุไฟฟ้า (Capacitance, C) เมื่อค่าเประจุเปลี่ยนแปลงจนถึงค่าๆหนึ่งเดียวกันกับความต้านทานที่ปรับไว้ตอนแรก ซึ่งจะเกิดสภาวะ RC รีโซแนนต์ ส่งผลให้เกิดการออสซิลเลทสัญญานขึ้น ส่งต่อให้ O/P ทำงาน

ระยะตรวจจับวัตถุขึ้นอยู่กับอะไร ?

1. การปรับค่าความไว (Sensitivity) เป็นการปรับค่าระยะครวจจับให้ใกล้หรือใกลโดยมีปุ่มให้หมุน ถ้าหมุนทวนเข็มระยะตรวจจับจะลดลง ถ้าหมุนตามเข็มจะได้ระยะที่เพิ่มขึ้น
2. ค่าคงที่ไดอิเล็กทริค (Dielectric Constant, (ε_r) ระยะตรวจจับจะต่างกัน วัตถุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริคมาก จะถูกตรวจจับได้ดีกว่าวัตถุที่มีค่าน้อย
3. ถ้าใช้พร็อกซิมิตี้แบบคะแพซิทีฟตรวจจับวัตถุที่เป็นโลหะ ระยะตรวจจับจะได้เท่ากันหมด ไม่ว่าจะเป็นโลหะชนิดใดก็ตาม

ชนิดของพร็อกซิมิตี้ มี 2 ชนิด คือ

1. ชนิด FLUSH บริเวณปลายหัวจะไม่มีสาย shield พันล้อมรอบอยู่ทำให้การกระจายของสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้า กระจายได้เฉพาะบริเวณหัวเท่านั้น วัตถุที่ตรวจจับ ต้องอยู่เฉพาะบริเวณด้านหน้าเท่านั้น
2. ชนิด NON FLUSH บริเวณปลายหัวจะไม่มีสาย shield พันอยู่ ทำให้ด้านข้างของพร็อกสามารถกระจายสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้าได้ ชนิด NON FLUSH จึงสามารถจับวัตถุได้ใกลกว่าแบบ FLUSH ในพร็อกรุ่นเดียวกัน

เอาท์พุตของพร็อกซิมิตี้แบ่งเป็น

1. แบบ NAMUR เหมาะกับโซนที่เป็นโซนอันตรายและป้องกันการระเบิด งานที่ต้องการความปลอดภัยเนื่องจากใช้ไฟเลี้ยงเพียง 8.2 โวลต์ มีแบบ NORMALLY CLOSE, NC เท่านั้น
2. แบบ ทรานซิสเตอร์มีทั้งแบบ PNP และ NPN มีไฟเลี้ยงในช่วง 10-65 VDC มีทั้งแบบ NO และ NC โดยเอาท์พุตจะออกมาเกือบเท่ากับไฟเลี้ยง โดยจะเป็น ON/OFF
3. แบบ SCR จะใช้ไฟเลี้ยงเป็นแรงดันไฟสลับในช่วง 20-240 VAC มีทั้งแบบ NO และ NC เอาท์พุตจะออกเหมือนกับแบบทรานซิสเตอร์
4. แบบ รีเลย์ ไฟเลี้ยงสามารถใช้ได้ทั้งแรงดันตรงและแรงดันสลับ เอาท์พุตจะเป็น ON/OFF และ NO,NC ในตัวเดียวกัน เอาท์พุตเป็นเพียงหน้าคอนแทค (CONTACT) เท่านั้น
5. แบบ ANALOG ใช้กับงานที่ต้องการความละเอียดในการควบคุมหรือสังเกตุผลการเปลี่ยนแปลงของเครื่องจักร โดยจะให้สัญญานเป็น 2 ลักษณะ คือ 4~20 mA และ 1~10 V

---

การนำพร็อกซิมิตี้สวิตช์ชนิดอินดักทีฟ และคะแพซีทีฟไปประยุกต์ใช้งาน