Sensors and Transducers (1)

[Zawgyi]

Automation စံနစ္ေတြမွာ input/output အေနနဲ႔ အေရးပါတဲ့ ပစၥည္းေတြကေတာ့ Sensor ေတြ၊ Transducer ေတြပါဘဲ။ နယ္ပယ္မ်ဳိးစုံမွာ သုံးတဲ့ sensor အမ်ဳိးမ်ဳိး ရွိမွာပါ။ လက္လွမ္းမီသေလာက္ အသုံးမ်ားတဲ့ sensor ေတြရဲ႕ အေျခခံ သေဘာေလးေတြ ေျပာျပခ်င္ပါတယ္။

Sensor ဆိုတာကေတာ့ တစ္ခုခုကို တိုင္းတာ၊ အာ႐ုံခံတဲ့ ပစၥည္းေပါ့။ Transducer ကေတာ့ စြမ္းအင္တစ္ခုခုကို တစ္ျခားစြမ္းအင္ပုံစံတစ္ခုခု ေျပာင္းေပးတဲ့ ပစၥည္းလို႔ အဓိပၸာယ္ရပါတယ္။ ဥပမာ အပူ၊ ဖိအား၊ အပတ္ေရ စတဲ့ mechanical signal ေတြကို Current, Voltage စတဲ့ လွ်ပ္စစ္ signal ေတြ ေျပာင္းေပးတာ၊ အျပန္အလွန္ျဖစ္တဲ့ လွ်ပ္စစ္ signal ေတြကို mechanical signal အျဖစ္ ေျပာင္းေပးတဲ့ ပစၥည္းေတြကို ေခၚပါတယ္။ ဆိုလိုတာက Sensor ေတြကို Transducer လို႔ ေခၚယင္လည္းရပါတယ္။

Sensor ေတြနဲ႔ တိုင္းတာေတြကေတာ့ Temperature, Pressure, Flow Rate, Speed, Force, Stress/ Strain, Weight, Gas, Proximity, Volume, Level, Density, Acidity, Salinity, Viscosity, Opacity, Voltage, Current, Phase အစရွိတာေတြပါဘဲ။

Sensor ကေန ျပန္ထုတ္ေပးမယ့္ signal မွာ ႏွစ္မ်ဳိး ရွိပါတယ္။ ပထမတစ္မ်ဳိးကေတာ့ Digital signal (သို႔) on/off ရလာဒ္ကို ထုတ္ေပးတာပါ။ ဒုတိယတစ္မ်ဳိးကေတာ့ analog signal (သို႔) တန္ဘိုးတစ္ခုခု ထုတ္ေပးတာပါ။ အဲဒီ analog signal ေတြမွာ အသုံးမ်ားတာေတြကေတာ့ လွ်ပ္စစ္ signal ေတြဆိုယင္ 4-20 mA, 0-10V, mV signal ေတြျဖစ္ၿပီး Pressure ကို signal အေနနဲ႔ ထုတ္ေပးယင္ေတာ့ 0.2-1 bar ျဖစ္ပါတယ္။ တစ္ျခား အသုံးမမ်ားတဲ့ signal ေတြလည္းရွိပါတယ္။

(၁) Temperature Transducers

Temperature တိုင္းတာတဲ့ အေျခခံေပၚမူတည္ၿပီး ဒီလို ထပ္ခြဲလို႔ရပါတယ္။

(က) Thermocouples

အမ်ဳိးမတူတဲ့ သတၱဳႏွစ္မ်ဳိးကို ထိပ္ႏွစ္ဘက္မွာ ဆက္ထားၿပီး တစ္ဘက္ကို ပူတဲ့ေနရာ၊ ေနာက္တစ္ဘက္ကို ေအးတဲ့ေနရာမွာထားယင္ current တစ္ခုစီးပါတယ္။ အဲဒီ current ဟာ အပူခ်ိန္ကြာျခားခ်က္နဲ႔ တိုက္႐ိုက္အခ်ဳိးက်တယ္ဆိုတဲ့ သဘာဝကို အေျခခံၿပီး တိုင္းပါတယ္။ တိုင္းမယ့္ probe မွာ အဆက္တစ္ခု ထားပါတယ္။ Controller ဘက္က အဆက္နားမွာ mV တိုင္းတဲ့ circuit ထည့္ထားပါတယ္။ Power မရွိတဲ့ အခ်ိန္ Resistance တိုင္းၾကည့္ယင္ တန္ဘိုး အမ်ားႀကီး (High Ohm) ျပပါတယ္။ သုံးတဲ့ သတၱဳ အမ်ဳိးအစားေပၚမူတည္ၿပီး တိုင္းႏိုင္တဲ့ Temperature range ကြာပါတယ္။ J, K, T, E, R, S, B, L type အမ်ဳိးမ်ဳိးရဲ႕ range ေတြကို ေအာက္မွာ ဇယားနဲ႔ ျပထားပါတယ္။

(ခ) Resistance Temperature Detectors (RTD)

Conductor ပစၥည္းေတြရဲ႕ resistance ဟာ အပူခ်ိန္တက္လာတာနဲ႔အမွ် မ်ားလာပါတယ္။ အဲဒီသဘာဝကို အေျခခံထားပါတယ္။ Sensor မွာသုံးတဲ့ conductor ေတြဟာ Platinum ျဖစ္ၿပီး 0  ံC မွာ 100 ohm ရွိယင္ PT100 လို႔ ေခၚပါတယ္။ 0  ံC မွာ 1000 ohm ရွိတဲ့ sensor ေတြကို PT1000 လို႔ ေခၚပါတယ္။ PT100 က 1  ံC ေျပာင္းယင္ 0.391 ohm ေျပာင္းၿပီး PT1000 ကေတာ့ 1  ံC မွာ 3.91 ohm ေျပာင္းပါတယ္။ Temperature အလိုက္ ရွိတဲ့ Resistance ကို ေအာက္က ဇယားမွာ ၾကည့္ႏိုင္ပါတယ္။ RTD sensor ေတြမွာ wire ရွည္လာယင္ resistance ေျပာင္းေတာ့ တန္ဘုိး မတိမက်ျဖစ္တတ္တာမုိ႔ compensation အတြက္ wire အပုိတစ္ေခ်ာင္း(သုိ႔) ႏွစ္ေခ်ာင္း ထည့္သုံးတတ္ပါတယ္။ ဒီေတာ့ 2 wire, 3 wire, 4 wire ဆုိၿပီးအမ်ဳိးမ်ဳိး ရွိပါတယ္။

RTD ထဲမွာ အထူး sensor တစ္မ်ဳိးကေတာ့ Thermistor ပါ။ သူက semiconductor တစ္မ်ဳိးသုံးထားၿပီး အပူခ်ိန္ နည္းနည္း ေျပာင္းတာနဲ႔ Resistance အမ်ားႀကီး ေျပာင္းသြားပါတယ္။ Thermistor မွာ ႏွစ္မ်ဳိးရွိပါေသးတယ္။ ပူလာယင္ Resistance တက္တဲ့ Positive Temperature Coefficient (PTC) နဲ႔ ပူလာယင္ Resistance ေလ်ာ့ သြားတဲ့ Negative Temperature Coefficient (NTC) ပါ။ 

(ဂ) Liquid Expansion & Vapor Pressure Type Sensors

ဒီ Sensor မ်ဳိးရဲ႕ အထဲမွာ Mercury လို အရည္မ်ဳိး၊ ဒါမွမဟုတ္ အေငြ႕ပ်ံတတ္တဲ့ အရည္တစ္မ်ဳိးကို အလုံပိတ္ထည့္ထားပါတယ္။ပူလာယင္ Thermal expansion ေၾကာင့္ အရည္ရဲ႕ ထုထည္ တိုးလာမယ္၊ ဒါမွမဟုတ္ အေငြ႕ရဲ႕ Pressure တက္လာမယ္။ အဲဒီအခါ Sensor နဲ႔ ဆက္ထားတဲ့ ပိုက္ေသးေသးေလး (capillary tube) ကတစ္ဆင့္ တြန္းၿပီး gauge မွာ တန္ဘိုးျပတာတို႔၊ temperature transmitter ဆိုယင္ electrical signal ေျပာင္းၿပီး ထုတ္ေပးတာတို႔၊ temperature switch ဆိုယင္ on/off contact ေျပာင္းေပတာတို႔ လုပ္ပါတယ္။ 

ဖန္ျပဒါးတိုင္ thermometer ေတြကိုလည္း ဒီအမ်ဳိးအစားမွာ ထည့္ရပါမယ္။ အဲဒီမွာေတာ့ ျပဒါး Level ကေန Temperature တန္ဘိုး တန္းဖတ္ႏိုင္တာေပါ့။

(ဃ) Bimetallic Type Sensors

Thermal expansion rate မတူတဲ့ သတၱဳပစၥည္းႏွစ္ခုကို ႏွစ္လႊာအတူကပ္ထားၿပီး အပူေပးလိုက္ယင္ ေကြးသြားပါမယ္။ အဲဒီသေဘာကို ယူသုံးထားတဲ့ bimetallic type thermostat switch ေတြကို အမ်ားစုသိၿပီးျဖစ္မွာပါ။ အိမ္သုံး လွ်ပ္စစ္ မီးပူ၊ ေရေႏြးအိုး စတဲ့ေနရာေတြမွာ သုံးထားတတ္ပါတယ္။ Thermal overload တို႔ MCCB တို႔မွာလည္း သုံးပါတယ္။ တစ္ခ်ဳိ႕ေနရာေတြမွာ delay timer အေနနဲ႔လည္း သုံးပါတယ္။ အဲဒီ သတၱဳ ႏွစ္လႊာတြဲကို ပါးလႊာရွည္လ်ားတဲ့ ပုံလုပ္ၿပီး တစ္ဘက္ပိတ္ ပိုက္ေသးေသးေလးထဲ ေခြထည့္ထားပါတယ္။ က်န္တဲ့ တစ္ဘက္စကို ဒိုင္ခြက္ေပၚက လက္တံ လည္ေအာင္ တြန္းဖို႔ ပုံစံလုပ္ထားပါတယ္။ ဒီေတာ့ အပူခ်ိန္အလိုက္ တန္ဘိုးျပေနမွာျဖစ္ပါတယ္။ လိုအပ္တဲ့ အပူခ်ိန္အတြက္ limit switch ကို ဖြင့္၊ပိတ္လုပ္ဖို႔လည္း စီစဥ္ထားႏိုင္ပါတယ္။ 

(င) Fibre Optic Temperature Sensor

ဒီအမ်ဳိးအစား Temperature Probe ေတြမွာ Gallium Arsenic (GaAs) ဆိုတဲ့ semiconductor ရဲ႕ အပူခ်ိန္အလိုက္ အလင္းစုပ္ဂုဏ္သတၱိ ေျပာင္းလဲမႈကို အေျခခံယူထားပါတယ္။ Controller ဘက္ကေန ထည့္ေပးလိုက္တဲ့ အျဖဴေရာင္ အလင္း၊ probe ထိပ္က mirror ကိုထိၿပီး ျပန္ထြက္လာတဲ့ ေရာင္ျပန္ရဲ႕ wave length ကို တိုင္းပါတယ္။ ဒီ Sensor ရဲ႕ ထူးျခားတဲ့ သဘာဝက Cable အပါအဝင္ probe ဘက္အျခမ္းမွာ သတၱဳမဟုတ္တဲ့ ပစၥည္းေတြခ်ည္း သုံးထားပါတယ္။ ဒီေတာ့ Electromagnetic Interference (EMI) အတြက္ စိုးရိမ္ရတဲ့ေနရာေတြ၊ explosive proof(EX) လိုအပ္တဲ့ ေနရာေတြနဲ႔ biomedical ေနရာေတြမွာ သုံးပါတယ္။

(စ) Infrared Temperature Sensor

အရာဝတၱဳေတြက ထုတ္လႊင့္တဲ့ thermal radiation (သို႔) black body radiation ကို အေသးစိတ္ခ်ိန္ထားတဲ့ မွန္ဘီလူးေတြကတစ္ဆင့္ တိုင္းတာပါ။ ဒီ Sensor ရဲ႕ အားသာခ်က္က တိုင္းမယ့္ ပစၥည္းကို ထိစရာမလိုဘဲ အကြာအေဝးတစ္ခုကေန တိုင္းလို႔ရတာပါ။ ဥပမာ Temperature gun, thermal imaging တို႔မွာ သုံးပါတယ္။

[Unicode]

Automation စံနစ်တွေမှာ input/output အနေနဲ့ အရေးပါတဲ့ ပစ္စည်းတွေကတော့ Sensor တွေ၊ Transducer တွေပါဘဲ။ နယ်ပယ်မျိုးစုံမှာ သုံးတဲ့ sensor အမျိုးမျိုး ရှိမှာပါ။ လက်လှမ်းမီသလောက် အသုံးများတဲ့ sensor တွေရဲ့ အခြေခံ သဘောလေးတွေ ပြောပြချင်ပါတယ်။

Sensor ဆိုတာကတော့ တစ်ခုခုကို တိုင်းတာ၊ အာရုံခံတဲ့ ပစ္စည်းပေါ့။ Transducer ကတော့ စွမ်းအင်တစ်ခုခုကို တစ်ခြားစွမ်းအင်ပုံစံတစ်ခုခု ပြောင်းပေးတဲ့ ပစ္စည်းလို့ အဓိပ္ပာယ်ရပါတယ်။ ဥပမာ အပူ၊ ဖိအား၊ အပတ်ရေ စတဲ့ mechanical signal တွေကို Current, Voltage စတဲ့ လျှပ်စစ် signal တွေ ပြောင်းပေးတာ၊ အပြန်အလှန်ဖြစ်တဲ့ လျှပ်စစ် signal တွေကို mechanical signal အဖြစ် ပြောင်းပေးတဲ့ ပစ္စည်းတွေကို ခေါ်ပါတယ်။ ဆိုလိုတာက Sensor တွေကို Transducer လို့ ခေါ်ယင်လည်းရပါတယ်။

Sensor တွေနဲ့ တိုင်းတာတွေကတော့ Temperature, Pressure, Flow Rate, Speed, Force, Stress/ Strain, Weight, Gas, Proximity, Volume, Level, Density, Acidity, Salinity, Viscosity, Opacity, Voltage, Current, Phase အစရှိတာတွေပါဘဲ။

Sensor ကနေ ပြန်ထုတ်ပေးမယ့် signal မှာ နှစ်မျိုး ရှိပါတယ်။ ပထမတစ်မျိုးကတော့ Digital signal (သို့) on/off ရလာဒ်ကို ထုတ်ပေးတာပါ။ ဒုတိယတစ်မျိုးကတော့ analog signal (သို့) တန်ဘိုးတစ်ခုခု ထုတ်ပေးတာပါ။ အဲဒီ analog signal တွေမှာ အသုံးများတာတွေကတော့ လျှပ်စစ် signal တွေဆိုယင် 4-20 mA, 0-10V, mV signal တွေဖြစ်ပြီး Pressure ကို signal အနေနဲ့ ထုတ်ပေးယင်တော့ 0.2-1 bar ဖြစ်ပါတယ်။ တစ်ခြား အသုံးမများတဲ့ signal တွေလည်းရှိပါတယ်။

(၁) Temperature Transducers

Temperature တိုင်းတာတဲ့ အခြေခံပေါ်မူတည်ပြီး ဒီလို ထပ်ခွဲလို့ရပါတယ်။

(က) Thermocouples

အမျိုးမတူတဲ့ သတ္တုနှစ်မျိုးကို ထိပ်နှစ်ဘက်မှာ ဆက်ထားပြီး တစ်ဘက်ကို ပူတဲ့နေရာ၊ နောက်တစ်ဘက်ကို အေးတဲ့နေရာမှာထားယင် current တစ်ခုစီးပါတယ်။ အဲဒီ current ဟာ အပူချိန်ကွာခြားချက်နဲ့ တိုက်ရိုက်အချိုးကျတယ်ဆိုတဲ့ သဘာဝကို အခြေခံပြီး တိုင်းပါတယ်။ တိုင်းမယ့် probe မှာ အဆက်တစ်ခု ထားပါတယ်။ Controller ဘက်က အဆက်နားမှာ mV တိုင်းတဲ့ circuit ထည့်ထားပါတယ်။ Power မရှိတဲ့ အချိန် Resistance တိုင်းကြည့်ယင် တန်ဘိုး အများကြီး (High Ohm) ပြပါတယ်။ သုံးတဲ့ သတ္တု အမျိုးအစားပေါ်မူတည်ပြီး တိုင်းနိုင်တဲ့ Temperature range ကွာပါတယ်။ J, K, T, E, R, S, B, L type အမျိုးမျိုးရဲ့ range တွေကို အောက်မှာ ဇယားနဲ့ ပြထားပါတယ်။

(ခ) Resistance Temperature Detectors (RTD)

Conductor ပစ္စည်းတွေရဲ့ resistance ဟာ အပူချိန်တက်လာတာနဲ့အမျှ များလာပါတယ်။ အဲဒီသဘာဝကို အခြေခံထားပါတယ်။ Sensor မှာသုံးတဲ့ conductor တွေဟာ Platinum ဖြစ်ပြီး 0  ံC မှာ 100 ohm ရှိယင် PT100 လို့ ခေါ်ပါတယ်။ 0  ံC မှာ 1000 ohm ရှိတဲ့ sensor တွေကို PT1000 လို့ ခေါ်ပါတယ်။ PT100 က 1  ံC ပြောင်းယင် 0.391 ohm ပြောင်းပြီး PT1000 ကတော့ 1  ံC မှာ 3.91 ohm ပြောင်းပါတယ်။ Temperature အလိုက် ရှိတဲ့ Resistance ကို အောက်က ဇယားမှာ ကြည့်နိုင်ပါတယ်။RTD sensor တွေမှာ wire ရှည်လာယင် resistance ပြောင်းတော့ တန်ဘိုး မတိမကျဖြစ်တတ်တာမို့ compensation အတွက် wire အပိုတစ်ချောင်း(သို့) နှစ်ချောင်း ထည့်သုံးတတ်ပါတယ်။ ဒီတော့ 2 wire, 3 wire, 4 wire ဆိုပြီးအမျိုးမျိုး ရှိပါတယ်။

RTD ထဲမှာ အထူး sensor တစ်မျိုးကတော့ Thermistor ပါ။ သူက semiconductor တစ်မျိုးသုံးထားပြီး အပူချိန် နည်းနည်း ပြောင်းတာနဲ့ Resistance အများကြီး ပြောင်းသွားပါတယ်။ Thermistor မှာ နှစ်မျိုးရှိပါသေးတယ်။ ပူလာယင် Resistance တက်တဲ့ Positive Temperature Coefficient (PTC) နဲ့ ပူလာယင် Resistance လျော့ သွားတဲ့ Negative Temperature Coefficient (NTC) ပါ။ 

(ဂ) Liquid Expansion & Vapor Pressure Type Sensors

ဒီ Sensor မျိုးရဲ့ အထဲမှာ Mercury လို အရည်မျိုး၊ ဒါမှမဟုတ် အငွေ့ပျံတတ်တဲ့ အရည်တစ်မျိုးကို အလုံပိတ်ထည့်ထားပါတယ်။ပူလာယင် Thermal expansion ကြောင့် အရည်ရဲ့ ထုထည် တိုးလာမယ်၊ ဒါမှမဟုတ် အငွေ့ရဲ့ Pressure တက်လာမယ်။ အဲဒီအခါ Sensor နဲ့ ဆက်ထားတဲ့ ပိုက်သေးသေးလေး (capillary tube) ကတစ်ဆင့် တွန်းပြီး gauge မှာ တန်ဘိုးပြတာတို့၊ temperature transmitter ဆိုယင် electrical signal ပြောင်းပြီး ထုတ်ပေးတာတို့၊ temperature switch ဆိုယင် on/off contact ပြောင်းပေတာတို့ လုပ်ပါတယ်။ 

ဖန်ပြဒါးတိုင် thermometer တွေကိုလည်း ဒီအမျိုးအစားမှာ ထည့်ရပါမယ်။ အဲဒီမှာတော့ ပြဒါး Level ကနေ Temperature တန်ဘိုး တန်းဖတ်နိုင်တာပေါ့။

(ဃ) Bimetallic Type Sensors

Thermal expansion rate မတူတဲ့ သတ္တုပစ္စည်းနှစ်ခုကို နှစ်လွှာအတူကပ်ထားပြီး အပူပေးလိုက်ယင် ကွေးသွားပါမယ်။ အဲဒီသဘောကို ယူသုံးထားတဲ့ bimetallic type thermostat switch တွေကို အများစုသိပြီးဖြစ်မှာပါ။ အိမ်သုံး လျှပ်စစ် မီးပူ၊ ရေနွေးအိုး စတဲ့နေရာတွေမှာ သုံးထားတတ်ပါတယ်။ Thermal overload တို့ MCCB တို့မှာလည်း သုံးပါတယ်။ တစ်ချို့နေရာတွေမှာ delay timer အနေနဲ့လည်း သုံးပါတယ်။ အဲဒီ သတ္တု နှစ်လွှာတွဲကို ပါးလွှာရှည်လျားတဲ့ ပုံလုပ်ပြီး တစ်ဘက်ပိတ် ပိုက်သေးသေးလေးထဲ ခွေထည့်ထားပါတယ်။ ကျန်တဲ့ တစ်ဘက်စကို ဒိုင်ခွက်ပေါ်က လက်တံ လည်အောင် တွန်းဖို့ ပုံစံလုပ်ထားပါတယ်။ ဒီတော့ အပူချိန်အလိုက် တန်ဘိုးပြနေမှာဖြစ်ပါတယ်။ လိုအပ်တဲ့ အပူချိန်အတွက် limit switch ကို ဖွင့်၊ပိတ်လုပ်ဖို့လည်း စီစဉ်ထားနိုင်ပါတယ်။ 

(င) Fibre Optic Temperature Sensor

ဒီအမျိုးအစား Temperature Probe တွေမှာ Gallium Arsenic (GaAs) ဆိုတဲ့ semiconductor ရဲ့ အပူချိန်အလိုက် အလင်းစုပ်ဂုဏ်သတ္တိ ပြောင်းလဲမှုကို အခြေခံယူထားပါတယ်။ Controller ဘက်ကနေ ထည့်ပေးလိုက်တဲ့ အဖြူရောင် အလင်း၊ probe ထိပ်က mirror ကိုထိပြီး ပြန်ထွက်လာတဲ့ ရောင်ပြန်ရဲ့ wave length ကို တိုင်းပါတယ်။ ဒီ Sensor ရဲ့ ထူးခြားတဲ့ သဘာဝက Cable အပါအဝင် probe ဘက်အခြမ်းမှာ သတ္တုမဟုတ်တဲ့ ပစ္စည်းတွေချည်း သုံးထားပါတယ်။ ဒီတော့ Electromagnetic Interference (EMI) အတွက် စိုးရိမ်ရတဲ့နေရာတွေ၊ explosive proof(EX) လိုအပ်တဲ့ နေရာတွေနဲ့ biomedical နေရာတွေမှာ သုံးပါတယ်။

(စ) Infrared Temperature Sensor

အရာဝတ္တုတွေက ထုတ်လွှင့်တဲ့ thermal radiation (သို့) black body radiation ကို အသေးစိတ်ချိန်ထားတဲ့ မှန်ဘီလူးတွေကတစ်ဆင့် တိုင်းတာပါ။ ဒီ Sensor ရဲ့ အားသာချက်က တိုင်းမယ့် ပစ္စည်းကို ထိစရာမလိုဘဲ အကွာအဝေးတစ်ခုကနေ တိုင်းလို့ရတာပါ။ ဥပမာ Temperature gun, thermal imaging တို့မှာ သုံးပါတယ်။