ทรานสดิวเซอร์

ทรานสดิวเซอร์

ทราน สดิวเซอร์ ทำหน้าที่แปลงค่าปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ เช่น อุณหภูมิ, ความดัน และอัตราไหล ฯลฯ ให้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้าได้อย่างเป็นสัดส่วน หรือบางชนิดก็จะเปลี่ยนค่าความต้านทาน ในตัวเองตามค่าอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป

ทรานสดิวเซอร์ชนิดที่ใช้กันอยู่ในวงการวิทยาศาสตร์ และวิศวกรรม ได้แก่ เทอร์โมคัปเปิล, RTDs, เทอร์มิสเตอร์, สเตรนเกจ(Strain Gauges), ทรานสดิวเซอร์วัดอัตราการไหล (Flow Transducers), ทรานสดิวเซอร์วัดค่าความดัน (Pressure Transducers)และไอซีเซนเซอร์เป็นต้น

ชนิด แรกที่จะกล่าวถึง ก็คือ เทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple) มันถูกสร้างขึ้นจากแผ่นโลหะ 2 ชิ้นต่างชนิดกัน เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมเกิดการเปลี่ยนแปลง จะทำให้กิดการสร้างแรงดันขึ้นบนแผ่นโลหะ ซึ่งแปรผันตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่แผ่นโลหะทั้ง 2 ได้รับ

แต่แรงดันที่สร้างขึ้นนี้มีค่าน้อยมากเพียง 7 ถึง 40 ไมโครโวลต์ เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป 1 องศาเซลเซียส การใช้งานจริงจึงต้องใช้การขยายสัญญาณ หรือใช้ตัวแปลงสัญญาณเข้ามาช่วยเพิ่มระดับสัญญาณให้สูงขึ้น หรือสูงพอที่จะทำให้การแยกแยะสัญญาณ (Resolution) และเกิดสัญญาณรบกวนน้อยที่สุด

การเชื่อมต่อสเตรนเกจ เข้ากับตัวแปลงสัญญาณ เพื่อทำการวัดแบบ Half bridge

การ ใช้เทอร์โมคัปเปิลวัดอุณหภูมิ จะต้องทำการชดเชยผลกระทบจากอุณหภูมิจุดต่อ หรือ Cold -Junction ด้วย ทั้งนี้เพื่อแก้ผลของแรงดันที่เกิดจากจุดต่อระหว่างสายตัวนำ ของตัวเทอร์โมคัปเปิลกับแผ่นโลหะคู่

ทรานสดิวเซอร์ชนิดอื่นๆ ที่จะกล่าวถึงในลำดับต่อไปก็คือ RTDs (Resistance Temperature Detectors) และเทอร์มิสเตอร์ ทั้ง 2 ตัวนี้จะตอบสนองกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และสุดท้ายก็คือ "สเตรนเกจ" ซึ่งเป็นทรานสดิวเซอร์ที่ค่อนข้างแปลกกว่าใครอื่น กล่าวคือมันจะเปลี่ยนค่าความต้านทานทางไฟฟ้าในตัวมันแปรผันตามการเปลี่ยน แปลงของค่าความเครียด

ทรานสดิวเซอร์ทั้ง 3 ชนิดหลังดังกล่าวนี้ ต้องการแหล่งจ่ายพลังงานกระแสไฟฟ้า หรือแรงดันไฟฟ้า มาเป็นตัวกระตุ้น เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของค่าความต้านทานของตัวมันเอง อย่างไรก็ตาม เทอร์มิสเตอร์ซึ่งให้สัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานสูง บางตัวอาจเปลี่ยนค่าความต้านทานถึง 160โอห์มเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนเพียง 1 (C ดังนั้น เราจึงสามารถใช้งานเทอร์มิสเตอร์วัดอุณหภูมิได้ด้วยวงจรง่ายๆ ที่ประกอบด้วยแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า กับตัวต้านทานอ้างอิงเพียง 1 ตัว

ใน ทางกลับกัน RTDs จะลดค่าความต้านทานลงน้อยมากเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ดังนั้น RTDs จึงถูกจัดเป็นอุปกรณ์ที่มีค่าความไวต่ำ การที่จะใช้งานเพื่อวัดอุณหภูมิจึงต้องเพิ่มตัวแปลงสัญญาณ เพื่อขยายความไว และช่วยชดเชยผลกระทบจากความต้านในสายตัวนำ และการใช้สเตรนเกจ นั้นคล้ายกับ RTDs เพราะมักเกิดปัญหาขึ้นเกี่ยวกับความไว และเสถียรภาพต่ำ