Skip to content
เซ็นเซอร์กระบอกลม ถูกใช้เพื่อให้ป้อนกลับตำแหน่งไปยังระบบควบคุมในเครื่องจักรและอุปกรณ์อัตโนมัติ กระบอกลมนิวเมติกส์ใช้เซ็นเซอร์เพื่อตรวจจับตำแหน่งเชิงเส้นของลูกสูบสำหรับการใช้งานที่การตอบสนองตำแหน่งเป็นสิ่งสำคัญ ประเภทเซ็นเซอร์ที่ใช้กันทั่วไปสำหรับ กระบอกลมนิวเมติกส์ คือเซ็นเซอร์ความใกล้ชิดแบบแม่เหล็ก ซึ่งจะตรวจจับสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กที่รวมอยู่ในลูกสูบของกระบอกสูบ เซ็นเซอร์จะติดตั้งเข้ากับตัวกระบอกลมนิวเมติกส์ และจะระบุว่า “เปิด” หรือ “ปิด” ตามระยะใกล้กับแม่เหล็ก ขึ้นอยู่กับการใช้งาน เทคโนโลยีเซนเซอร์จับความใกล้เคียงแบบแม่เหล็กต่างๆ สามารถใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ พื้นที่ และความน่าเชื่อถือได้สูงสุด รูปที่ 1 แสดงตัวอย่าง Proximity Sensors กระบอกลมแบบต่างๆ
Proximity Sensors กระบอกลมนิวเมติกส์ที่แตกต่างกัน
เซ็นเซอร์กระบอกลม ในงานอุตสาหกรรม
รีดสวิตช์ หรือ สวิตช์แม่เหล็ก (Reed Switch) เป็นเซ็นเซอร์กระบอกลม ชนิดที่พบมากที่สุด ใช้มานานหลายปีและเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว สาเหตุหลัก 2 ประการที่ทำให้ รีดสวิตซ์ มีความกังวลเหนือเซ็นเซอร์อื่นๆ ที่กล่าวถึงด้านล่างนี้ ได้แก่ อายุการใช้งาน และความกังวลเกี่ยวกับแรงกระแทก/การสั่นสะเทือน โดยทั่วไปแล้ว รีดสวิตซ์ จะมีวงจรไฟฟ้ามากกว่า 10 ล้านตัว และโดยทั่วไปแล้วรีดสวิตซ์ ไม่ใช่ตัวแรกที่ล้มเหลวเมื่ออยู่ในการใช้งานที่มีการกระแทกหรือการสั่นสะเทือนสูง ด้วยเหตุนี้ รีดสวิตซ์ จึงเป็นและยังคงเป็น เซ็นเซอร์กระบอกลม ที่ได้รับความนิยมสูงสุด
เลือกหัวข้อที่ต้องการอ่าน
ทําไมต้องใช้เซ็นเซอร์สําหรับกระบอกลม
เซ็นเซอร์ตําแหน่งเชิงเส้นกระบอกลม ใช้เพื่อตรวจจับตําแหน่งเชิงเส้นของลูกสูบระหว่างการทํางาน กระบอกลม มักจะทําด้วยแม่เหล็กที่ติดอยู่ภายในลูกสูบเพื่อให้สามารถใช้เซ็นเซอร์ความใกล้ชิดแม่เหล็กได้หากต้องการ ขึ้นอยู่กับตําแหน่งที่ติดตั้งเซ็นเซอร์สามารถตรวจจับส่วนขยายการหดกลับหรือตําแหน่งแต่ละตําแหน่งตามตัวกระบอกลม นอกจากนี้ยังสามารถติดเซ็นเซอร์หลายตัวเข้ากับกระบอกลมหนึ่งกระบอกสําหรับตําแหน่งป้อนกลับหลายตําแหน่ง กระบอกลม พร้อมเซ็นเซอร์ตําแหน่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยและข้อเสนอแนะเพื่อให้แน่ใจว่าตําแหน่งลูกสูบสําหรับการใช้งานที่สําคัญ
การติดตั้งเซ็นเซอร์กระบอกลม
ประเภทตัวถังนิวเมติกส์ที่พบมากที่สุดสองประเภท คือ Profile cylinders เช่น ISO 15552 หรือ Round cylinders เช่น ISO 6432 ขึ้นอยู่กับประเภทของส่วนประกอบมีวิธีการติดตั้งที่แตกต่างกัน วิธีการติดตั้งยังสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามประเภทเซ็นเซอร์ที่แตกต่างกันดังนั้นจึงเป็นเรื่องสําคัญที่จะต้องเข้าใจประเภทของตัวถังที่คุณมีกับประเภทเซ็นเซอร์ ตัวแทนจำหน่ายประเทศไทย
กระบอกสูบโปรไฟล์ (Profile cylinders)
กระบอกสูบโปรไฟล์เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าและมีสองวิธีง่ายๆในการติดตั้งเซ็นเซอร์เข้ากับตัวกระบอกสูบ สําหรับกระบอกสูบนิวเมติกที่ยึดติดกับ ISO 15552 จะมีร่องตามร่างกายเพื่อใส่เซ็นเซอร์ดังที่เห็นในรูป เซ็นเซอร์ (1) จะถูกยึดเข้าที่ด้วยสกรูชุด (2) โดยสกรูขับ (3) กระบอกสูบโปรไฟล์อื่น ๆ มีแท่งผูกซึ่งวิ่งตามความยาวของตัวกระบอกสูบที่มุมทั้งสี่ เซ็นเซอร์สามารถติดตั้งเข้ากับแกนผูกและเลื่อนไปยังตําแหน่งที่เหมาะสมตามความยาวของกระบอกสูบ
กระบอกสูบกลม (Round cylinders)
โดยทั่วไปกระบอกสูบทรงกลมจะมีขนาดเล็กกว่า เช่น ISO 6432 แต่เซ็นเซอร์ยังสามารถติดตั้งกับมันได้โดยใช้แถบวงกลมเพื่อไปรอบ ๆ ตัวเรือนของกระบอกสูบ ต้องระบุแถบตามเส้นผ่านศูนย์กลางของกระบอกสูบ เมื่อติดตั้งแล้วเซ็นเซอร์และแถบสามารถเลื่อนไปตามความยาวของกระบอกสูบแล้วยึดเข้าที่ กระบอกสูบนิวเมติก ISO 6432 พร้อมเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งอยู่
ตัวเลือก Magnetic proximity sensor
เซ็นเซอร์ทั้งหมดที่ใช้สําหรับกระบอกสูบนิวเมติกส์สําหรับข้อเสนอแนะเกี่ยวกับตําแหน่งเชิงเส้นของลูกสูบใช้สนามแม่เหล็ก ดังนั้นโดยทั่วไปแล้วกระบอกสูบนิวเมติกส์ทั้งหมดจะมีแม่เหล็กอยู่ภายในลูกสูบอยู่แล้ว อย่างไรก็ตามยังคงเป็นสิ่งสําคัญในการตรวจสอบข้อกําหนดการออกแบบนี้สําหรับกระบอกสูบนิวเมติกส์ของคุณหากจําเป็นต้องมีการตอบสนองตําแหน่งเชิงเส้น
การทํางานของ Reed Switch
Reed switch
รีดสวิตช์ (Reed switch) เป็นเซ็นเซอร์ความใกล้ชิดแม่เหล็กที่ “เปิด” เมื่อใช้สนามแม่เหล็กที่จัดแนวตามแนวแกน ขั้วแม่เหล็กของแม่เหล็กที่จัดแนวตามแนวแกนอยู่ติดกันในระนาบตามแนวแกน เมื่อแม่เหล็กที่จัดแนวตามแนวแกนเข้าใกล้ Reed switch สนามแม่เหล็กที่ขนานกับ Reed switch จะถูกสร้างขึ้น Reed switch ประกอบด้วยโลหะ Ferromagnetic คู่หนึ่งซึ่งอยู่ในหลอดแก้วที่ปิดสนิท หากไม่มีสนามแม่เหล็ก โลหะจะถูกแยกออกจากกันและเซ็นเซอร์จะถูก “ปิด” เมื่อลูกสูบกระบอกสูบผ่านสวิตช์และใช้สนามแม่เหล็กแรงพอที่จะดึงดูดเข้าด้วยกัน เซ็นเซอร์จะเปลี่ยนเป็น “ON”
การทํางานของ Hall effect sensor
Hall effect sensor
Hall effect sensor เป็นเซ็นเซอร์ความใกล้ชิดแม่เหล็กที่สลับ “เปิด” เมื่อใช้สนามแม่เหล็กที่จัดแนวรัศมี แม่เหล็กที่จัดแนวรัศมีจะสร้างสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กของ Hall effect sensor ดังที่แสดงในรูป ซึ่งแตกต่างจาก รีดสวิตช์ Hall effect sensor เป็นอุปกรณ์โซลิดสเตตและออกแบบด้วยส่วนประกอบที่แตกต่างกัน รีดสวิตช์ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนย้ายหน้าสัมผัสเชิงกลเพื่อให้เอาต์พุตเซ็นเซอร์ อุปกรณ์โซลิดสเตตให้เอาต์พุตเซ็นเซอร์โดยใช้วงจรไฟฟ้าโดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายส่วนประกอบ Hall effect sensor ประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์ที่มีกระแสไหลผ่านอย่างต่อเนื่องซึ่งสามารถดูได้ในภาพด้านบนใน เมื่อใช้สนามแม่เหล็กในแนวรัศมี (2) กับการไหลของกระแส (1) ดังที่เห็นในภาพด้านล่างใน อิเล็กตรอนที่มีประจุจะแยกไปยังด้านตรงข้ามของเซมิคอนดักเตอร์ตามขั้ว การแยกอิเล็กตรอนที่มีประจุทําให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในวงจรเอฟเฟกต์ฮอลล์ (4) เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาออกทั่วทั้งวงจรมากกว่าเกณฑ์การสลับเอาต์พุตเซ็นเซอร์จะถูกเปิด” ON”
ซึ่งแตกต่างจากรีดสวิตช์ Hall effect sensor ไม่รวมส่วนประกอบที่เคลื่อนไหวและจะมีการติดตั้งที่เล็กกว่า การออกแบบโซลิดสเตตช่วยเพิ่มอายุการใช้งานของเซ็นเซอร์เนื่องจากการทํางานที่ปราศจากการสึกหรอและยังทําให้มีความยืดหยุ่นต่อการกระแทกและการสั่นสะเทือน โดยไม่จําเป็นต้องเอาชนะความเฉื่อยของส่วนประกอบทางกล Hall effect sensor ยังเหมาะสําหรับการใช้งานที่สําคัญต่อเวลาซึ่งต้องการการสลับอย่างรวดเร็ว เช่นเดียวกับรีดสวิตช์การวางแนวแม่เหล็กเป็นสิ่งสําคัญสําหรับการทํางานที่เหมาะสม นอกจากนี้ยังมีความไวต่ํา ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางและความหนาของตัวกระบอกสูบเอาต์พุตการสลับอาจเปิดใช้งานไม่ถูกต้อง เช่นเดียวกับรีดสวิตช์จุดสวิตช์คู่ก็เป็นไปได้เนื่องจากเซ็นเซอร์มีความไวต่ํา
การทํางานของ AMR sensor
Anisotropic magnetoresistive sensor
เซ็นเซอร์แม่เหล็กแอนไอโซทรอปิก (AMR) เป็นเซ็นเซอร์ความใกล้ชิดแม่เหล็กโซลิดสเตตที่เปิด “เปิด” เมื่อใช้สนามแม่เหล็กในแนวรัศมีหรือตามแนวแกน วงจร AMR ประกอบด้วยวงจรสะพาน Wheatstone เพื่อวัดความต้านทาน ความต้านทานของเซ็นเซอร์ AMR จะลดลงตามความแรงของสนามแม่เหล็กซึ่งส่งผลให้เกิดการไล่ระดับแรงดันไฟฟ้ามากขึ้นในวงจร AMR เมื่อแรงดันไฟฟ้าในวงจรมากกว่าเกณฑ์การสลับ เอาต์พุตเซ็นเซอร์จะถูกเปิด “เปิด”
เช่นเดียวกับ Hall effect sensor AMR ทํางานได้อย่างรวดเร็วไม่สึกหรอและมีความยืดหยุ่นต่อการกระแทกและการสั่นสะเทือน ประโยชน์ของเซ็นเซอร์ AMR คือมีความไวน้อยกว่าเซ็นเซอร์ฮอลล์และตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของความแรงของสนามแม่เหล็กได้ดี ส่งผลให้การตรวจจับลูกสูบดีขึ้นในระยะทางที่มากขึ้นเนื่องจากความสามารถในการตรวจจับสนามแม่เหล็กที่อ่อนแอกว่า ความเป็นไปได้ของจุดสวิตช์คู่จะถูกกําจัดเนื่องจากความไวที่สูงขึ้น นอกจากนี้เซ็นเซอร์จะตรวจจับแม่เหล็กตามแนวแกนและรัศมี เซ็นเซอร์ AMR มีขนาดกะทัดรัดกว่ารีดสวิตช์ และสามารถแข่งขันด้านต้นทุนได้ ข้อเสียของเซ็นเซอร์ AMR คือโดยทั่วไปจะดึงกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง สําหรับการใช้งานที่มีความต้องการพลังงานต่ํา รีดสวิตช์อาจเป็นตัวเลือกเซ็นเซอร์ที่เหมาะสมกว่า
การทํางานของ GMR sensor
Giant magnetoresistive sensor
เซ็นเซอร์แม่เหล็กขนาดใหญ่ (GMR) เป็นเซ็นเซอร์ความใกล้ชิดแม่เหล็กโซลิดสเตตที่เปิด “เปิด” เมื่อใช้สนามแม่เหล็กรัศมีหรือตามแนวแกน เซ็นเซอร์ GMR ประกอบด้วยชั้นต่าง ๆ ของชั้นแม่เหล็กสลับและชั้นนําไฟฟ้าที่ไม่ใช่แม่เหล็กดังที่เห็นในรูป เช่นเดียวกับเซ็นเซอร์ AMR เมื่อสนามแม่เหล็กถูกนําไปใช้กับเซ็นเซอร์คุณสมบัติความต้านทานของวงจรจะเปลี่ยนทําให้เกิดการไล่ระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นทั่วทั้งวงจรเมื่อสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่นในการปรากฏตัวของสนามแม่เหล็ก ความต้านทานของวงจรจะลดลงทําให้กระแสไหล และแรงดันไฟฟ้าในวงจรจะเพิ่มขึ้น เมื่อแรงดันไฟฟ้าในวงจรมากกว่าเกณฑ์การสลับเอาต์พุตเซ็นเซอร์จะถูกเปิด” ON”
เซ็นเซอร์ GMR ให้ประโยชน์ที่คล้ายคลึงกันกับเซ็นเซอร์ AMR อย่างไรก็ตามเซ็นเซอร์เหล่านี้มีความไวต่อการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กมากกว่า ความไวสูงยังช่วยให้มีเซ็นเซอร์ขนาดกะทัดรัดซึ่งเหมาะสําหรับกระบอกสูบขนาดเล็กและสั้นกว่า แม้ว่าความไวสูงจะเป็นประโยชน์สําหรับการใช้งานที่ต้องการการตอบสนองของเซ็นเซอร์ทันที แต่ก็อาจทําให้เกิดสัญญาณเอาต์พุตโดยไม่ได้ตั้งใจหากถูกรบกวนจากสนามแม่เหล็กโดยรอบ ตัวอย่างเช่นสภาพแวดล้อมที่มีพลังงานสูงในบริเวณใกล้เคียง (มอเตอร์ AC หรือไฟขาเข้า AC) อาจรบกวนสัญญาณเซ็นเซอร์และทําให้เกิดข้อผิดพลาดโดยไม่ได้ตั้งใจ
คุณจะเลือกใช้งานเซ็นเซอร์ ได้อย่างไร
สําหรับการใช้งานส่วนใหญ่มักจะเลือก รีดสวิตช์ (Reed Sensor) เป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการพิสูจน์แล้วและมีวงจรที่ยาวนานพอและทนต่อการสั่นสะเทือนเพื่อจัดการกับการใช้งานทั่วไป อย่างไรก็ตามเกณฑ์อื่น ๆ ที่ต้องพิจารณาสําหรับการใช้งานพิเศษคือ :
- สิ่งแวดล้อม (Environment) : กระบอกสูบจะสัมผัสกับการสั่นสะเทือนหรือแรงกระแทกจํานวนมากหรือไม่ ? ถ้าเป็นเช่นนั้นเซ็นเซอร์ Solid-State จะทํางานได้อย่างน่าเชื่อถือ เซ็นเซอร์ Solid-State ทั่วไป ได้แก่ เซ็นเซอร์ Hall Effect, AMR และ GMR นอกจากนี้เซ็นเซอร์จะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่สะอาดหรือต้องการตัวเรือนที่มีการป้องกันสูงเช่น IP67 ควรคํานึงถึงอุณหภูมิด้วย
- ความเร็วในการสลับ (Switching Speed) : ความเร็วในการสลับ เอาต์พุต (output) มีความสําคัญต่อแอพพลิเคชันของคุณอย่างไร ? เซ็นเซอร์ Solid-State ให้เวลาเปลี่ยนเร็วขึ้น เซ็น Solid-State ทั่วไป ได้แก่ เซ็นเซอร์ Hall Effect, AMR และ GMR
- ประเภทเอาต์พุต (Output Type) : ระบบควบคุมต้องการสัญญาณเอาต์พุตประเภทใด? สัญญาณเอาต์พุต PNP และ NPN พร้อมใช้งานสําหรับอุปกรณ์ Solid-State
PNP: เอาต์พุต- PNP ให้เส้นทางในการจ่ายพลังงานบวกให้กับเอาต์พุต สิ่งนี้เรียกกันทั่วไปว่า “การจัดหาเซ็นเซอร์” PNP ถือว่าพบได้ทั่วไปในอเมริกาเหนือและยุโรป
- NPN: เอาต์พุต NPN ให้เส้นทางในการจ่ายลงสู่พื้นดิน สิ่งนี้เรียกกันทั่วไปว่า “เซ็นเซอร์จม” NPN ถือว่าเป็นที่นิยมมากขึ้นในเอเชีย
- ลักษณะสัญญาณสวิตชิ่ง (Switching Signal Characteristics) : ข้อกําหนดด้านกําลังสวิตชิ่งและกระแสไฟฟ้าของระบบควบคุมคืออะไร? เซ็นเซอร์ที่เลือกควรเข้ากันได้เพื่อการทํางานที่เหมาะสม
- การติดตั้ง (Mounting) : มีตัวเลือกการติดตั้งอะไรบ้างสําหรับกระบอกสูบแต่ละประเภท? ขึ้นอยู่กับว่าคุณมี กระบอกสูบโปรไฟล์ ที่มีร่องหรือแท่งผูกหรือหากคุณมี กระบอกสูบกลม ประเภทการติดตั้งจะเปลี่ยนไป
- การวางแนวแม่เหล็ก (Magnet Orientation) : Reed switch และ Hall effect sensors ต้องการการวางแนวที่ถูกต้องของสนามแม่เหล็กที่ใช้เพื่อการทํางานที่เหมาะสม ดังนั้นเซ็นเซอร์จะต้องติดตั้งในทิศทางที่เหมาะสมกับลูกสูบ
- การป้องกันวงจร (Circuit Protection) : หากจําเป็นเซ็นเซอร์สามารถรวมการป้องกันวงจรเช่นการลัดวงจรขั้วย้อนกลับและการป้องกันไฟกระชาก
- การเดินสาย (Wiring) : การเดินสายไฟของแหล่งจ่ายไฟไปยังเซ็นเซอร์จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับว่าเซ็นเซอร์เป็น Solid-State Sensor หรือไม่ (เช่น. AMR, GMR, hall effect) หรือ Reed Sensor ไฟ LED เพื่อระบุการเดินสายที่ถูกต้องมักจะมีให้สําหรับเซ็นเซอร์แต่ละตัว ตัวอย่างเช่นหากขั้วของแหล่งจ่ายไฟไปยัง Reed Sensor กลับด้านไฟ LED ที่เซ็นเซอร์จะไม่สว่างขึ้น Reed Sensor โดยทั่วไปมีการกําหนดค่า 2 สายในขณะที่ Solid-State Sensor มี 3 สาย นอกจากสายบวกและลบแล้วสายที่สามจะถูกใช้สําหรับเชื่อมต่อกับโหลด ควรตรวจสอบสายไฟที่ถูกต้องของสายโหลดเสมอก่อนที่จะใช้พลังงานเนื่องจากการหมุนเวียนผิดอาจทําให้เซ็นเซอร์เสียหายอย่างถาวร
การเปรียบเทียบเซ็นเซอร์ กระบอกลมนิวเมติกส์
Reed Switch | Hall Effect | AMR | GMR | |
Size | Large | Small | Medium | Small |
Construction | Mechanical | Solid State | Solid State | Solid State |
Magnet Strength Required | Medium | High | Low | Low |
Sensitivity | Medium | Low | High | High |
Temperature Stability | Medium | Low | Medium | High |
Power Consumption | Zero | Low | High | Low |
Noise Immunity | High | Low | High | High |
Switching Speed | Low | High | High | High |
Mechanical Robustness | Low | Medium | High | High |
Electrical Robustness | Low | Low | High | High |
Double Switch Points | Yes | Possible | No | No |
อ้างอิง: tameson.com, PNEUMAX PSA
กรุณาติดต่อเราสำหรับข้อมูลเพิ่มเติม: