Proximity Sensor

วิชา อปุ กรณ์การวดั และควบคมุ

30127-2003

หลกั สตู รประกาศนียบตั รวิชาชีพชนั้ สงู
พทุ ธศกั ราช 2563

ประเภทวิชาอตุ สาหกรรม สาขาวิชาเมคคาทรอนิกส์

วิทยาลยั เทคนิคชลบรุ ี
สานกั งานคณะกรรมการการอาชวี ศกึ ษา

กระทรวงศกึ ษาธิการ

ใบความรู้ท่ี 2.7
หนว่ ยท่ี 2 อุปกรณเ์ ซนเซอร์
เรื่อง พร็อกซิมติ ี้ เซนเซอร์

1.1 บทนำ
อุปกรณ์เซนเซอร์ที่ได้กล่าวมา ส่วนใหญ่จะต้องสัมผัสกับวัตถุหรือชิน้ งานทีต่ ้องการตรวจวัดหาคา่ ปริมาณ

ทางฟิสิกซ์ แต่ยังมีอุปกรณ์เซนเซอร์บางชนิด ที่สามารถทำงานโดยไม่ต้องสัมผัสกับชิ้นงานหรือวัตถุภายนอก โดย
ลักษณะของการทำงานอาจจะส่งหรือรับพลังงานรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งออกไปยังวัตถุหรือชิ้นงานเป้าหมาย ซึ่งพ
ร็อกซมิ ิต้เี ซนเซอร์จะจดั อยู่ในกลุม่ ของอปุ กรณ์ประเภทท่ีทำงานโดยที่ตัวอปุ กรณ์ไม่สัมผัสตวั แปรท่ีต้องการตรวจวัด
โดยตรง
1.2 พร็อกซิมิตี้เซนเซอร์ (Sensor Proximity)

พร็อกซิมิตี้เซนเซอร์ (Proximity Sensor) หรือ พร็อกซิมิตี้สวิตซ์ (Proximity Switch) หมายถึง
อุปกรณ์เซนเซอร์ที่จัดอยู่ในกลุ่มของอุปกรณ์ประเภทที่ทำงานโดยที่ตัวอุปกรณ์ไม่สัมผัสตัวแปรที่ต้องการตรวจวัด
โดยตรง แต่จะอาศัยหลักการแผ่กระจาย (Radiate) พลังงานในรูปแบบต่าง ๆ เช่น สนามแม่เหล็กไฟฟ้า การ
เหน่ียวนำ ความดนั ลม (Pneumatic) อลั ตราโซนกิ หรือกมั มนั ตภาพรังสีเป็นตัวกลางในการตรวจวัดค่าปริมาณตัว
แปรเหล่านนั้
1.3 พรอ็ กซิมติ ช้ี นดิ เหนย่ี วนำ (Inductive Proximity)

พร็อกซิมิตี้ชนิดเหนี่ยวนำ สามารถใช้ได้เฉพาะวัตถุที่เป็นโลหะเท่านั้น ด้วยหลักการเหนี่ยวนำของ
สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่กำเนิดขึ้นจากวงจรออสซิลเลเตอร์ที่ประกอบด้วยวงจร L – C บริเวณด้านหน้าของอุปกรณ์
ซงึ่ เปน็ ส่วนทใี่ ชใ้ นการเซนเซอร์ ดังแสดงบล็อกไดอะแกรมในรูปที่ 1.1

รูปที่ 1.1 ส่วนประกอบหลัก Inductive Proximity Sensor หน้า 1
สุวินต์ พงศพ์ ทุ ธชาติ

รูปที่ 1.2 โครงสรา้ งและการแผ่กระจายสนามแม่เหล็ก
หนา้ ทขี่ องสว่ นประกอบแต่ละสว่ น
1. Coil-Wire (ชุดขดลวด) ซึ่งจะถูกพันไว้รอบแกนเฟอร์ไรต์ ซึ่งมีหน้าที่สร้างคลื่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้า
ออกมาจากผวิ หน้าของเซน็ เซอร์
2. Oscillator วงจรกำเนิดคลื่นความถ่ีสูง มหี นา้ ท่ีแปลงคลน่ื สนามแมเ่ หล็กไฟฟ้าใหเ้ ปน็ คล่นื ความถ่ี
3. Amplifier (ตัวขยายสัญญาณ) มีหน้าที่ขยายความแรงของสัญญาณคลื่นความถี่ เพื่อส่งไปยังวงจรแยก
สภาวะและการส่ังงาน (Trigger)
4. Trigger วงจรแยกสภาวะและส่งั งาน
5. Output Driver (ตัวส่งสัญญาณออก) มีหน้าที่เพิ่มกำลังของสัญญาณไปที่ระดับของการใช้งานของ
สญั ญาณออก สำหรับเคร่อื งจกั ร CNC หรอื อปุ กรณ์ PLC และอ่นื ๆ

รูปท่ี 1.3 ระยะการหนว่ งออสซิลเลตในขณะเซนเซอรว์ ตั ถุของ Inductive Proximity หน้า 2
สุวนิ ต์ พงศ์พุทธชาติ

เมื่อวัตถุที่ต้องการเซนเซอร์ (Target Material) เคลื่อนที่เข้ามาใกล้บริเวณเซนเซอร์ที่มีลักษณะและการ
แผก่ ระจายของสนามแมเ่ หล็กดังรูปที่ 1.2 จะทำให้มกี ารเหนยี่ วนำเกิดขึ้นกับวัตถุนนั้ และเกดิ กระแสไหลวน (Eddy
Current) ขึ้นภายในวัตถุ มีผลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่าความเหนี่ยวนำ วงจรออสซิลเลเตอร์จะเริ่มทำงาน
น้อยลง จนถึงตำแหน่งที่วัตถุเคลื่อนที่เข้าใกล้กับบริเวณตัวเซนเซอร์ จะทำให้เกิดการเหนี่ยวนำมากที่สุด ณ จุดนี้
วงจรออสซิลเลเตอร์จะหยุดทำงาน ดังรูปที่ 1.3 ซึ่งสภาวะดังกล่าวจะถูกแยกแยะด้วยวงจรทริกเกอร์ (Trigger
Circuit) หรอื Pulse Shaper ก่อนทีจ่ ะนำสัญญาณที่ไดไ้ ปขยายและใชง้ านต่อไป

โดยทั่วไประยะการเซนเซอร์ (Sensing Range) ของพร็อกซิมิตี้เซนเซอร์นั้น จะขึ้นอยู่กับขนาดของ
ตัวเซนเซอร์ หากมขี นาดใหญ่มากกจ็ ะสามารถเซนเซอร์ไดใ้ นระยะไกลเนือ่ งจากวงจรออสซิลเลเตอร์สามารถกำเนิด
สนามแม่เหล็กไดม้ าก (โดยท่วั ไปจะอยูใ่ นช่วงระหว่าง 1.5 mm ถึง 15 mm) แต่ในกรณีท่รี ะยะการเซนเซอร์ไกลจะ
มีข้อเสียคือสนามแม่เหล็กที่แผ่กระจายออกมาเป็นวงกว้าง จะมีผลทำให้ความแม่นยำในการเซนเซอร์ลดลงถ้ามี
วตั ถชุ นิดอ่ืนอยูใ่ กลก้ บั บริเวณท่ตี อ้ งการเซนเซอร์

นอกจากนี้ชนิดของวัตถุที่ต้องการเซนเซอร์ก็จะมีผลต่อระยะการเซนเซอร์ด้วยเช่นกัน โดยสามารถหา
ระยะการเซนเซอร์ได้จากคุณสมบัติของเซนเซอร์แต่ละตัว (Nominal Sensing Distance) และค่าตัวประกอบ
(Correction Factor) ของวัตถุแต่ละชนิด ดงั แสดงในสมการ

Sr = (Sn) (C.F)

เมื่อ Sr คือ ระยะการเซนเซอร์ที่แท้จริง (Actual Sensing Distance)
Sn คือ ระยะเซนเซอร์จากคุณสมบตั ิของตัวเซนเซอร์ (Nominal Sensing Distance)
C.F คือ ค่าตวั ประกอบของวตั ถุ (Correction Factor)

ค่าตัวประกอบของวัตถุแต่ละชนิด แสดงได้ดังตารางที่ 1.2 ส่วนตารางที่ 1.3 แสดงตัวอย่างค่า Sn ของ
อุปกรณเ์ ซนเซอรท์ ่มี ีขนาดแตกตา่ งกนั

ตารางท่ี 1.2 แสดงค่าตวั ประกอบของวตั ถุแต่ละชนดิ

Target Material Correction Factor

Mild Steel 1.0
Stainless Steel 0.85
0.45
Brass 0.35
Aluminium 0.30

Copper

สุวนิ ต์ พงศพ์ ุทธชาติ หน้า 3

ตารางที่ 1.3 แสดงตัวอย่างคา่ Sn ตามขนาดของเซนเซอรแ์ ตล่ ะตัว

mm Dimensions (mm) of Nominal Sensing
Sensed Plate Distance ; Sn (mm)
6.5
M18 8x8x1 0 – 2.5
M12 8x8x1 0 – 2.5
M18 12x12x1 0–4
M30 18x18x1 0–8
30x30x1 0 – 15

1.4 คุณสมบัตกิ ารทำงาน (Operating Characteristics)
การใช้งานอุปกรณ์เซนเซอร์ในทางปฏิบัติจำเป็นท่ีจะต้องทำความเข้าใจถึงรายละเอียดและข้อมูลพื้นฐาน

ของเซนเซอร์แต่ละชนิด เพื่อที่จะสามารถนำอุปกรณ์เซนเซอร์ไปใช้งานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ ดังรายละเอียด
ดังต่อไปนี้

(ก) ระยะการเซนเซอร์ (Sensing Distance : S) หมายถึง ระยะห่างในการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เข้ามา
ใกล้บริเวณด้านหนา้ ของตวั เซนเซอร์แล้วมีผลทำใหเ้ กิดการเปล่ียนแปลงสภาวะของสญั ญาณทางด้านเอาต์พตุ

(ข) ระยะเซนเซอร์จากคุณสมบัติของตัวเซนเซอร์แต่ละตัว (Nominal Sensing Distance : Sn)
หมายถึงระยะการเซนเซอร์โดยทั่วไปของตัวเซนเซอร์แต่ละตัว ซึ่งจะขึ้นอยู่กับลักษณะและรูปร่างของตัวเซนเซอร์
ในแตล่ ะร่นุ โดยไมต่ ้องคำนึงถงึ ความคลาดเคล่อื นทเ่ี กิดจากตัวอุปกรณ์ อุณหภูมิ หรอื แรงดันไฟฟ้าจากภายนอก

(ค) ระยะการเซนเซอร์ท่ีแทจ้ ริง (Actual Sensing Distance : Sr) หมายถึงค่าจริงของการวัดท่ีได้จาก
การเซนเซอร์ภายใต้ลักษณะเงื่อนไขที่กำหนด เช่น อุณหภูมิ แรงดันไฟฟ้า และการติดตั้งอุปกรณ์เป็นต้น โดย
จะตอ้ งอยรู่ ะหว่าง 90% และ 110% ของระยะเซนเซอรจ์ ากคุณสมบตั ิของตวั เซนเซอร์แต่ละตวั ดังสมการ

0.9Sn < Sr < 1.1Sn

(ง) ระยะทีใ่ ช้งานไดข้ องการเซนเซอร์ (Usable Sensing Distance : Su) หมายถงึ คา่ การวัดที่ได้จาก
ระยะ เซนเซอร์ท่ีอยภู่ ายใต้ขอบเขตทจ่ี ำกัดของอณุ หภูมิ และแรงดนั ไฟฟา้ ซ่ึงจะอย่รู ะหว่าง 81% และ 121% ของ
ระยะเซนเซอร์จากคุณสมบตั ิของเซนเซอร์แตล่ ะตวั ดงั สมการ

0.81Sn < Su < 1.21Sn

สวุ ินต์ พงศ์พทุ ธชาติ หนา้ 4

(จ) ระยะการใช้งานในการเซนเซอร์ (Operating Sensing Distance : Sa) หมายถงึ ระยะท่ีมี
ความเหมาะสมมากท่ีสุดต่อการใชง้ าน และเป็นระยะที่ตวั เซนเซอร์สามารถตรวจจบั วตั ถุไดอ้ ย่างถูกต้องแม่นยำ
ภายใตเ้ งือ่ นไขที่กำหนด ดังสมการ

0 < Sa < 0.81Sn

(ฉ) ความสามารถในการซ้ำคา่ เดิม (Repeatability: R) หมายถึงความผนั ผวนของคา่ ทไี่ ด้จากการวัดใน
แต่ละคร้งั ของระยะการเซนเซอร์ทแ่ี ทจ้ ริง (Sr) ตามเงอ่ื นไขท่กี ำหนดเช่น ชว่ งเวลา อณุ หภมู ิ และแรงดันไฟฟา้ เป็น
ตน้

(ช) ความแตกต่างของระยะในการเซนเซอร์ (Differential Travel : H) หมายถึงระยะห่างวัตถุท่ี
ตอ้ งการเซนเซอร์กับตวั เซนเซอร์ โดยตำแหนง่ ที่ดที สี่ ดุ คือระยะท่วี ัตถุเคล่ือนทเ่ี ข้ามาใกล้กับบริเวณเซนเซอร์และจะ
ลดลงเมื่อวตั ถเุ คลอ่ื นทถ่ี อยหา่ งออกไป

รปู ท่ี 1.4 แสดงระยะการใชง้ านของ Inductive Proximity

1.5 ลักษณะการตดิ ต้งั ใชง้ าน
ในกรณีที่ใช้งานเซนเซอร์มากกว่าหนึ่งตัวจะต้องคำนึงถึงการวางตำแหน่งในการติดตั้งด้วย นั่นคือจะต้อง

พิจารณาระยะห่างระหว่างตัวอุปกรณ์แต่ละตัวเพื่อไม่ให้เกิดการกวนกันของสนามแม่เหล็กที่กระจายออกมาจาก
บริเวณหัววัด (Probe) ตำแหน่งที่เหมาะสมในการตดิ ตั้งจะต้องมีระยะหา่ งอยา่ งน้อยหนึ่งเทา่ ของเส้นผ่าศูนย์กลาง
ของหัววัดหรือสว่ นที่ใช้เซนเซอร์แต่ละตัว ดังแสดงในรูปที่ 1.5 ส่วนรูปที่ 1.6 และ 1.7 เป็นลักษณะของพร็อกซิมิต้ี
เซนเซอร์ชนดิ เหนีย่ วนำ และการใช้งานโดยท่วั ไปในอตุ สาหกรรม

สุวินต์ พงศ์พุทธชาติ หนา้ 5

รปู ท่ี 1.5 ตำแหน่งการติดต้ังของตัวเซนเซอร์

รูปท่ี 1.6 Inductive Proximity Sensor ทใี่ ช้ในงานอตุ สาหกรรม

รูปท่ี 1.7 แสดงการใช้งานของพร็อกซมิ ิต้ีเซนเซอรแ์ บบเหนี่ยวนำ หนา้ 6
สวุ ินต์ พงศพ์ ุทธชาติ

1.6 ข้อดแี ละขอ้ ดอ้ ยของ Inductive Proximity Sensor
ข้อดี
1. ไมม่ ีผลกระทบจากความเปยี กช้ืน
2. ไม่มีผลกระทบจากฝ่นุ ผงหรอื ส่ิงสกปรกจากสภาพแวดลอ้ ม
3. ไม่มสี ว่ นประกอบในการเคล่ือนที่ จึงไมเ่ กิดความเสยี ดสีและสกึ หรอขึน้ กับอปุ กรณ์
4. การตรวจจับไมข่ ึน้ อยู่กับสขี องวัตถุ
5. ลกั ษณะพ้นื ผิวของวัตถุที่ต้องการเซนเซอรจ์ ะมีผลน้อยมากตอ่ การตรวจจบั เม่ือเทียบกับ
ตวั เซนเซอรบ์ างชนิดท่ใี ช้หลกั การอื่น
6. ไมม่ บี รเิ วณทบ่ี อดตอ่ การเซนเซอร์ (Blind Zone)
ขอ้ ด้อย
1. สามารถเซนเซอร์ได้เฉพาะวัตถทุ ่ีเปน็ โลหะเทา่ นัน้
2. มรี ะยะการเซนเซอรท์ ี่ใกลเ้ มื่อเทยี บกับตวั เซนเซอร์ชนิดอื่น ๆ บางชนดิ
3. อาจมีผลกระทบจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหลง่ กำเนดิ อ่ืนที่อยบู่ รเิ วณรอบข้าง

1.7 พร็อกซมิ ติ ้ีชนิดเก็บประจุ (Capacitive Proximity)
อุปกรณ์เซนเซอร์ที่ใช้สำหรับเซนเซอร์วัตถุโดยไม่สัมผัสกับชิ้นงานที่ต้องการเซนเซอร์อีกชนิดหนึ่งที่มี

ลกั ษณะโครงสรา้ งและรูปร่างคลา้ ยคลึงกับเซนเซอรช์ นดิ Inductive Proximity แตใ่ ชห้ ลกั การทำงานทีแ่ ตกต่างกัน
คือ Capacitive Proximity Sensor อุปกรณ์ชนิดนี้ใช้หลักการเปลี่ยนแปลงค่าความจุ (Capacitance) อัน
เนื่องมาจากระยะห่าง และชนิดของวัตถุที่ต้องการตรวจจับ โดยที่อุปกรณ์ดังกล่าวมีข้อดีกว่า Inductive
Proximity Sensor ตรงที่สามารถเซนเซอร์วัตถุไดท้ ุกชนดิ ทง้ั ชนดิ ท่เี ปน็ โลหะและอโลหะ โดยเฉพาะอย่างยิง่ วัตถุท่ี

มีค่าคงท่ีทางไดอเิ ล็กทริกมาก ๆ (Dielectric Constant : r )

รปู ท่ี 1.8 ระยะการเกดิ ออสซิลเลตในขณะตรวจจบั วตั ถขุ อง Capacitive Proximity Sensor

สุวินต์ พงศ์พทุ ธชาติ หนา้ 7

การเปลี่ยนแปลงค่าความจุของ Capacitive Proximity Sensor นั้นจะเกิดข้ึนก็ต่อเมื่อมีวัตถุเคล่ือนที่เข้า
มาใกล้กับบรเิ วณเซนเซอร์ซึง่ มีการแผ่กระจายของสนามไฟฟ้าที่กำเนิดขึน้ จากวงจร R – C Oscillator และเมื่อค่า
ความจุเปลี่ยนแปลงไปจนถึงค่า ๆ หนึ่งจะเกิดสภาวะที่เรยี กว่า R – C Resonance มีผลทำให้เกิดการออสซิลเลต
ขึน้ ของสัญญาณ ดังแสดงในรปู ท่ี 1.8 และส่งต่อไปยังวงจรทริกเกอรเ์ พ่ือแยกแยะสภาวะของสัญญาณว่ามีการออส
ซสิ เลตเกดิ ขึ้นหรือไม่ การเปล่ียนแปลงดงั กล่าวจะขนึ้ อยู่กับองคป์ ระกอบหลาย ๆ อย่างดว้ ยกัน เช่น ระยะของวัตถุ
ที่ต้องการเซนเซอร์ ชนิดของวัตถุ และที่สำคัญคือค่าคงที่ทางไดอิเล็กตริกของวัตถุแต่ละชนิด โดยค่าคงที่ทาง
ไดอเิ ล็กตรกิ ของวตั ถแุ ต่ละชนดิ แสดงในตารางที่ 1.4

หมายเหตุ ถา้ ใช้ Capacitive Proximity Sensor ทำการตรวจจบั วัตถุที่เปน็ โลหะ ระยะของการเซนเซอร์
จะเท่ากันท้งั หมดโดยไมข่ ้นึ อยกู่ ับชนดิ ของโลหะ

ตารางที่ 1.4 คา่ คงทที่ างไดอิเลก็ ตริกของวัตถุทั่วไปในอุตสาหกรรม

Material Constant Material Constant Material Constant
Acetone 19.5 Glass 3.7 - 10 Powdered Milk 3.5 - 4
Acrylic Resin Press Board 2 – 5
2.7 – 4.5 Glycerine 47 Quartz Glass 3.7
Air 1.000264 Marble 8.0 – 8.5
Melamine
Alcohol 25.8 Resin 4.7 – 10.2 Rubber 2.5 – 3.5
Metal
Ammonia 15 - 25 Mica 1.0 Salt 6.0
Aniline 6.9 5.7 – 6.7 Sand 3 – 5
Aqueous Nitrobenzine
Solutions 50 - 80 36 Shellac 2.5 – 4.7
Bakelite Nyion
3.6 Oil Saturated 4-5 Shell Line 1.2

Benzene 2.3 Paper 4.0 Silicon Varnish 2.8 3.3
Paraffin
Carbon Dioxide 1.000985 1.9 – 2.5 Soybean Oil 2.9 – 3.5
Carbon Paper
2.2 1.6 – 2.6 Steel 1.0
Tetrachloride Perspex
Celluloid 3.0 Petroleum 3.2 – 3.5 Styrene Resin 2.3 – 3.4
4.0 Phenol Resin 2.0 – 2.2 Sugar 3.0
Cement Powder 3-5 Polyacetal 4 - 12 Sulphur 3.4
Cereal 2.0 3.6 – 3.7 Teflon 2.0

Chlorine Liquid

สวุ นิ ต์ พงศพ์ ทุ ธชาติ หนา้ 8

ตารางที่ 1.4 (ตอ่ )

Material Constant Material Constant Material Constant
Ebonite 2.7 – 2.9 Polyamide 5.0 Toluene 2.3
Polyester
Epoxy Resin 2.5 - 6 2.8 – 8.1 Transformer Oil 2.2
Resin 2.3
Ethanol 24 Polyethylene Turpentine Oil 2.2
Ethylene Glycol 38.7 Polypropylene 2.0 – 2.3 Urea Resin 5-8
1.5 – 1.7 Polystyrene 3.0 Vaseline 2.2 – 2.9
Fired Ash 1.5 – 1.7 Water 80
Flour Polyvinyl 2.8 – 3.1
6.11 Chloride Resin Wood, Dry 2-7
Freon R22&502 4.4 - 7
(Liquid) 2.2 Porcelain Wood, Wet 10 - 30
Gasoline

1.8 ส่วนประกอบพนื้ ฐาน (Basic Components)
สว่ นประกอบหลักทส่ี ำคัญพ้ืนฐานของอุปกรณ์เซนเซอร์แบบไม่สัมผัสชิน้ งานชนดิ เกบ็ ประจุ สามารถแสดง

ได้จากบล็อกไดอะแกรมในรูปท่ี 1.9 โดยแบง่ ออกเป็น 5 ส่วน ซ่ึงแต่ละสว่ นมรี ายละเอียดดงั ตอ่ ไปนีค้ อื
(ก) หัววัดหรือแผ่นประจุตัวนำ (Capacitive Probe or Plate) ทำหน้าที่แผ่กระจายสนามไฟฟ้าซึ่งกำเนดิ

ค่าความจทุ ่ีสัมพันธก์ นั ระหว่างหวั วดั และวตั ถุทีต่ อ้ งการเซนเซอรข์ ณะเข้าไปในบรเิ วณสนามไฟฟา้
(ข) ตัวกำเนิดความถี่ (Oscillator) ซึ่งประกอบด้วยวงจร R – C Oscillator ทำหน้าที่เป็นตัวกำเนิด

พลังงานไฟฟา้ ใหก้ ับหัววดั หรือแผน่ ประจุตัวนำ
(ค) วงจรทริกเกอร์ (Trigger Circuit) จะทำหน้าที่แยกแยะการเปลี่ยนแปลงในส่วน Amplitude ของการ

ออสซิลเลต การเปลี่ยนแปลงนี้จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อวัตถุที่ต้องการเซนเซอร์เคลื่อนที่เข้ามาและถอยห่างออกไปจาก
สนามไฟฟ้าทเี่ กดิ จากอุปกรณเ์ ซนเซอร์

(ง) อุปกรณ์จดั ระดบั สัญญาณทางด้านเอาต์พตุ (Solid – State Output Switch Device) จะทำหนา้ ท่จี ดั
ระดับความเหมาะสมของสัญญาณที่มีการเปลี่ยนแปลงในแต่ละครั้งจากการเซนเซอร์ภายในสนามไฟฟ้า โดยวงจร
จดั ระดบั ของสญั ญาณจะกำเนิดสญั ญาณไฟฟ้าขน้ึ เม่ือมีการเซนเซอรแ์ ละสง่ ไปยงั อปุ กรณท์ ต่ี ่อรว่ ม ซ่ึงอาจจะเปน็ ชุด
PLC สัญญาณที่เกิดขน้ึ นจ้ี ะแสดงถงึ ตำแหนง่ และระยะหา่ งของวัตถุที่อย่ภู ายในบริเวณสนามไฟฟ้าของการเซนเซอร์

(จ) ชุดปรับความไวในการเซนเซอร์ (Adjustment Potentiometer) การปรับความไวจะมีลักษณะเป็น
การหมนุ อปุ กรณ์ Potentiometer โดยการหมุนตามเขม็ นาฬกิ าจะเปน็ การเพ่ิมความไว แตถ่ า้ หมนุ ทวนเขม็ นาฬิกา
จะเป็นการลดความไวในการเซนเซอร์

สวุ ินต์ พงศพ์ ุทธชาติ หนา้ 9

รูปท่ี 1.9 สว่ นประกอบพ้ืนฐานของอปุ กรณ์ Capacitive Proximity Sensor

1.10 การแบ่งชนิดและการติดตงั้ Capacitive Proximity Sensor
อุปกรณ์ Capacitive Proximity Sensor สามารถแบ่งตามลกั ษณะโครงสรา้ งออกได้เป็น 2 ชนิด ดงั นี้คือ
(ก) ชนิดที่มีชิลด์ที่หัววัด (Shielded Probe) หรืออีกชื่อหนึ่งคือ Flush เซนเซอร์ชนิดนี้จะมีแถบของ

โลหะพนั อยบู่ ริเวณของหัววัด เพอ่ื ชว่ ยในการบังคับสนามไฟฟ้าใหแ้ ผ่กระจายไปในทิศทางดา้ นหน้าของตัวเซนเซอร์
แสดงดังรูปที่ 1.10 ซึ่งจะมีผลทำให้เกิดความเข้มของสนามไฟฟ้ามากที่สุด ดังนั้นตำแหน่งของวัตถุที่ต้องการ
เซนเซอร์จะต้องอยู่ในบริเวณด้านหน้าของหัววดั เท่านั้น ในขณะที่การติดตั้งเซนเซอร์ชนิดนี้จะเป็นลกั ษณะที่ฝังกับ
วสั ดโุ ดยบริเวณหวั วดั อยู่ในระดบั เดียวกบั ผวิ วัสดุ ดังแสดงในรูปท่ี 1.11

รปู ท่ี 1.10 โครงสร้างของ Shielded Probe และลักษณะแผ่กระจายสนามไฟฟ้า หน้า 10
สวุ นิ ต์ พงศพ์ ทุ ธชาติ

รปู ท่ี 1.11 ลักษณะการตดิ ตัง้ และระยะหา่ งระหว่าง Shielded Probe แตล่ ะตวั

อุปกรณ์ Capacitive Proximity Sensor ที่มีโครงสร้างเป็นชนิด Shield จะสามารถใช้ได้ดีกับวัตถุที่มี
ค่าคงที่ทางไดอิเล็กตริกที่ต่ำ ๆ หรือวัตถุที่ยากต่อการเซนเซอร์ เนื่องจากมีความเข้มของสนามไฟฟ้าที่สูง จึงทำให้
ตัวเซนเซอร์ชนดิ นีส้ ามารถตรวจจับวตั ถชุ นดิ ที่ตวั เซนเซอรช์ นิด Unshielded ไมส่ ามารถตรวจจบั ได้

(ข) ชนิดที่ไม่มีชิลด์ที่หัววัด (Unshielded Probe) หรืออีกชื่อหนึ่งคือ Non Flush เซนเซอร์ชนิด
Unshielded จะไม่มีแถบโลหะพันอยู่ในบริเวณหัววัด เหมือนกับชนิด Shielded Sensor ด้วยเหตุนี้จึงทำให้มี
ความเข้มของสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นน้อย เนื่องจากการแผ่กระจายของสนามไฟฟ้าไม่ได้เกิดขึ้นในทิศทางด้านหน้า
ของหวั วัดเพยี งทศิ ทางเดยี ว ลกั ษณะโครงสร้างและทิศทางการแผ่กระจายของสนามไฟฟ้าแสดงในรปู ท่ี 1.12

รปู ท่ี 1.12 โครงสร้างของ Unshielded Probe และลักษณะแผ่กระจายสนามไฟฟา้
โดยปกติแล้ว Unshielded แต่ละรุ่นจะประกอบด้วยหัววัดที่ทำหน้าที่ในการชดเชยและเพิ่มเสถียรภาพ
ของเซนเซอร์ให้มากขึ้น ซึ่งการติดตั้งเซนเซอร์ชนิดนี้จะมีลักษณะเป็นแบบไม่ฝังตัวเซนเซอร์ทั้งตัวกับวัสดุ แต่จะมี
ส่วนของหัววัดโผล่ขึ้นมาโดยจะต้องสูงกว่าระดับพื้นผิวของวัสดุเป็นระยะ d และเส้นผ่าศูนย์กลางของผิววัสดุที่มี

ตัวเซนเซอร์ติดตั้งอยู่จะต้องมีระยะ ≥3d ดังแสดงในรูปที่ 1.13 โดยที่ระยะของ d จะเท่ากับ 3d (รุ่น 12 mm
และ 18 mm) เมือ่ ติดตั้ง Capacitive Sensor กับพลาสติก และจะมคี า่ เทา่ กับ 1.5d (รนุ่ 30 mm และ 34 mm)

สุวนิ ต์ พงศ์พุทธชาติ หน้า 11

เม่อื ติดต้งั กบั โลหะ นอกจากนี้ความไวในการตอบสนองของการเซนเซอร์จะข้ึนอยู่กับระยะห่างระหวา่ ง Capacitive
Sensor โดยระยะหา่ ง 3d จะใหค้ วามไวปานกลาง แตร่ ะยะ 8d จะใหค้ วามไวในการตอบสนองสูงท่สี ุด

รูปที่1.13 ลักษณะการตดิ ตั้งและระยะหา่ งระหวา่ ง Unshielded Probe แตล่ ะตัว

เนื่องจากสนามไฟฟ้าที่เกิดจากเซนเซอร์ชนิด Unshielded มีความเข้มที่น้อยกว่าชนิด Shielded ดังน้ัน
เซนเซอร์ชนิดนี้จึงเหมาะสำหรับการตรวจจับวัตถุที่มีค่าคงที่ทางไดอิเล็กตริกที่สูงๆ (วัตถุที่ง่ายต่อการเซนเซอร์)
หรอื ใช้สำหรบั แยกระหว่างวตั ถุท่ีมีค่าคงทที่ างไดอิเล็กตริกทส่ี งู และตำ่

รปู ที่ 1.14 แสดงลักษณะของ Capacitive Proximity Sensor ที่ใชง้ านในอุตสาหกรรม

สวุ นิ ต์ พงศ์พทุ ธชาติ หน้า 12

1.11 ขอ้ ดีและข้อด้อยของ Capacitive Proximity Sensor
ข้อดี
1. สามารถเซนเซอร์วัตถุได้ทงั้ ชนิดทเี่ ปน็ โลหะและอโลหะ ตลอดจนของแข็งและของเหลว
2. สามารถเซนเซอร์โดยทะลุผา่ นวัตถบุ างชนิดได้ (ผลติ ภัณฑ์จำพวกกล่อง)
3. มอี ายุการใชง้ านทีย่ าวนาน
4. มีลักษณะรปู ทรงท่ีหลากหลายเพอ่ื ความเหมาะสมกับการใช้งาน
ข้อด้อย
1. มรี ะยะการเซนเซอร์ที่สัน้ คือประมาณ 1 น้วิ หรอื อาจจะน้อยกว่าขนึ้ อยกู่ ับชนดิ ของวตั ถทุ ี
ต้องการเซนเซอร์
2. มีความไวตอ่ องคป์ ระกอบต่าง ๆ รอบขา้ ง เช่น ความชื้นทเ่ี กิดขึน้ จากสภาพภมู ิอากาโดยเฉพาะ
อยา่ งยงิ่ บรเิ วณแถบชายฝ่ังทะเล ซ่ึงจะทำใหม้ ีผลกระทบต่อสญั ญาณทไี่ ด้จากการเซนเซอร์
3. ไม่สามารถควบคมุ หรอื แยกแยะวัตถุที่ต้องการเซนเซอร์ได้ ถา้ มวี ตั ถุชนดิ อน่ื อยใู่ กลก้ บั ตัวเซน
เซอรเ์ นือ่ งจากเซนเซอร์ชนิดน้สี ามารถเซนเซอรว์ ัตถุได้ทุกชนดิ

1.12 เกณฑ์ในการเลอื กใช้พร็อกซิมิต้ีเซน็ เซอร์
การเลอื กใช้พร็อกซมิ ติ ีเ้ ซน็ เซอร์ มเี กณฑด์ งั นี้

• ระยะตรวจจับทตี่ อ้ งการ (โดยปกติ ระยะตรวจจับสูงสดุ อยูท่ ่ี 40 mm หรอื นอ้ ยกว่า)

• เปา้ หมายในการตรวจจบั (วสั ดุ, ขนาด, รูปร่าง และวธิ กี ารตรวจจับ)

• รูปรา่ งของเซ็นเซอร์ / รูปแบบการติดตงั้

• รูปแบบหนา้ สมั ผัสของเซน็ เซอร์ แบบหัวเรยี บ หรือแบบหวั ยน่ื

• สภาพแวดลอ้ มที่ติดตัง้ เซ็นเซอร์ สภาพพ้ืนทีแ่ ห้ง หรือเปียก หรอื มีโลหะโดยรอบ

• ขอ้ กำหนด และความตอ้ งการทางด้านไฟฟ้า (AC/DC, 3 สาย/2 สาย)

• สัญญาณเอาท์พุต เซ็นเซอร์ที่เลือกใช้มีสัญญาณเอาท์พุตเป็นแบบ NPN (common -) หรือ
PNP (common +)

• Switching Function แบบ NO หรือ NC การเลือกใช้งานจะข้ึนอยู่กับฟังก์ชันการทำงาน
ของตัวเซ็นเซอร์ โดยกรณีที่เป็นการต่อตัวเซ็นเซอร์ในวงจรท่ีเป็นการตัดการทำงานหรือส่วน
ของการป้องกันจะนิยมใช้แบบ Normally Close (NC) หรือปกติปิด แต่ถ้าเป็นวงจรทริก
เกอร์ทั่วไป เช่น การเริ่มวงจร, การนับจำนวน ก็จะนิยมใช้งานเป็นแบบ Normally Open
(NO) หรอื ปกตเิ ปดิ นอกจากน้ีในเซน็ เซอร์บางรุ่นอาจมีท้ังสองวงจรภายในตัว ซ่งึ จะขึน้ อยู่กับ
การตอ่ สายเอาตพ์ ุต

สุวนิ ต์ พงศพ์ ุทธชาติ หน้า 13

รูปท่ี 15 วงจร NPN และ PNP และ Switch Function ของพรอ็ กซมิ ติ ี้เซน็ เซอร์

สรุป
จากที่กล่าวมา เป็นการอธิบายถึงลักษณะโครงสร้างทางกายภาพพื้นฐาน ของอุปกรณ์เซนเซอร์ อุปกรณ์

ทรานสดิวเซอร์และพร็อกซิมิตี้ เพื่อสร้างความเข้าใจในหลักการทำงาน การแยกประเภท การติดตั้ง ข้อดีและ
ขอ้ ดอ้ ย อนั จะเป็นแนวทางในการเลือกใช้งานอปุ กรณ์ใหม้ ีความเหมาะสมกบั ตวั แปรที่ต้องการตรวจวัดมากทส่ี ุด

สวุ นิ ต์ พงศ์พุทธชาติ หน้า 14