ความก้าวหน้าของการวัดอุณหภูมิด้วยอินฟราเรด

ธิระศักดิ์ เสภากล่อม
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

    การพัฒนาล่าสุดในอุปกรณ์เซนเซอร์อินฟราเรด ไม่เพียงแต่จะช่วยให้กระบวนการผลิตหรือการดำเนินธุรกิจของคุณมีประสิทธิภาพและเกิดประโยชน์สูงสุดเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มมาตรฐานภายในอุตสาหกรรมของคุณ ซึ่งจะทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ถูกผลิตออกมามีคุณภาพและความเชื่อถือได้

  ในหลายปีมานี้ อุตสาหกรรมการผลิตทั้งหลายได้ประสบความสำเร็จเป็นอย่างมากจากการใช้เทคโนโลยีของอินฟราเรดมาทำการวัดอุณหภูมิและทำการควบคุมภายในสายการผลิต แม้ว่าเทคโนโลยีที่ผ่านมาจะพิสูจน์ให้เห็นว่าสามารถทำให้เกิดประโยชน์ได้อย่างมากมาย แต่ผู้ที่ทำการผลิตเครื่องมือวัดต่างก็ทำการพัฒนาให้เกิดผลิตภัณฑ์ใหม่อย่างต่อเนื่อง ทั้งการพัฒนาในเรื่องของความถูกต้องแน่นอน ความเชื่อถือได้ และการใช้งานของอุปกรณ์แต่ละชิ้นตามความต้องการในสายการผลิตภายใต้สิ่งแวดล้อมที่มีลักษณะแตกต่างกัน

การใช้งานของอินฟราเรด
 สำหรับผู้ผลิตที่เป็นอุตสาหกรรม อุณหภูมิในการผลิตเป็นเรื่องที่ต้องให้ความสำคัญเป็นอย่างสูง เพราะถ้าหากว่าเราต้องมีการวัดสภาวะของอุณหภูมิในกระบวนการผลิต ภายในผลิตภัณฑ์ หรือแม่แต่ภายในชิ้นส่วนของเครื่องจักรเองก็ตาม ซึ่งความถูกต้องแม่นยำของอุณหภูมิจากการตรวจจับนั้นเป็นสิ่งสำคัญที่จะช่วยปรับปรุงให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีคุณภาพและเป็นการเพิ่มผลิตภาพในสายการผลิตได้อีกด้วย

เวลาของการสูญเสียลดลงเนื่องจากกระบวนการผลิตสามารถดำเนินการไปได้อย่างต่อเนื่องโดยปราศจากการติดขัดในเรื่องต่าง ๆ เครื่องจักร โรงงาน หรืออุตสาหกรรมทั้งหลาย ต่างก็มีการนำอินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์เข้ามาใช้ เพื่อให้ได้ค่าการวัดอุณหภูมิที่มีความถูกต้องแม่นยำในย่านวัดต่าง ๆ กับการใช้งานที่เป็นระบบออโตเมชั่น เครื่องมือวัดนี้สามารถวัดอุณหภูมิได้โดยปราศจากการสัมผัสกับตัวผลิตภัณฑ์หรือเป้าหมายอื่น ๆ ที่ต้องทำการตรวจวัด

ด้วยความสามารถนี้เป็นไปตามกฎเบื้องต้นของ Planck’ Law ในเรื่องของการกระจายแสงสีดำออกจากวัตถุ ซึ่งวัตถุทุกชนิดจะมีพลังงานอยู่ในตัวและมีการแผ่รังสีออกมา และความเข้มของรังสีที่แผ่ออกมาก็นั้นคือฟังก์ชันของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นของวัตถุชิ้นนั้น ซึ่งเซนเซอร์สามารถที่จะตรวจจับได้อย่างดายด้วยการตรวจจับความเข้มที่วัตถุแผ่กระจายออกมานั่นเอง ซึ่งเป็นวิธีที่ใช้ในการตรวจวัดอุณหภูมิของวัตถุนั้น (ดังรูปที่ 1)

รูปที่ 1 คุณสมบัติทางสเปกตรัมของการกระจายแสงสีดำออกจากตัววัตถุ

   เทคโนโลยีของอินฟราเรดจึงไม่ได้เป็นปรากฏการณ์ใหม่แต่อย่างใด แต่เป็นเรื่องของนวัตกรรมปัจจุบันที่นำมาใช้ในการลดต้นทุน เพิ่มความน่าเชื่อถือ และเพิ่มสามารถในการวัดให้สูงขึ้นกว่าเดิม ซึ่งจากปัจจัยทั้งหมดนี้ การวัดด้วยอินฟราเรดจึงถูกนำมาใช้กับการประยุกต์ใช้งานในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ปัจจุบัน


ข้อพิจารณาในการนำมาใช้งาน

   แม้ว่าการวัดอุณหภูมิด้วยอินฟราเรดจะถูกนำมาใช้ประโยชน์อย่างมากมายในการปฏิบัติงานภายในโรงงานอุตสาหกรรม แต่คุณต้องมีความเข้าใจถึงธรรมชาติที่เป็นคุณสมบัติต่าง ๆ ของเทคโนโลยี เมื่อมีการนำเอาอุปกรณ์มาใช้งานในสิ่งแวดล้อมจริงด้วย ดังเช่นตัวอย่าง เป้าหมายในการวัดด้วยอินฟราเรดจะต้องมีความชัดเจนตรงกับเซนเซอร์ ต้องไม่มีสิ่งกีดขวาง และต้องไม่อยู่ในภาชนะปิดที่ไม่สามารถสะท้อนรังสีได้

อย่างเช่นภายในตู้คอนเทนเนอร์ซึ่งไม่สามารถทำการวัดได้ ในการนี้ยังรวมถึงเซนเซอร์ของอินฟราเรดจะต้องถูกป้องกันจากอนุภาคต่าง ๆ และรวมไปถึงของเหลวทั้งหลายด้วย ซึ่งปัจจัยสำคัญทั้งหมดที่จะกล่าวถึงนี้ เป็นข้อควรพิจารณา เมื่อต้องมีการนำเอาอุปกรณ์การวัดอุณหภูมิด้วยอินฟราเรดไปใช้งาน


 ความคมชัดของการมองเห็น (Optical Resolution): ระบบการมองเห็นของอินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์ได้จากการรวมกลุ่มของพลังงานอินฟราเรดที่ถูกแผ่ออกมาจากจุดวัดที่เป็นวงกลม ซึ่งเป้าหมายที่เป็นจุดวัดนี้จะต้องมีความสมบูรณ์ ไม่เช่นนั้นแล้ว ถ้าเซนเซอร์สามารถมองเห็นการแผ่รังสีของอุณหภูมิจากพื้นหลังได้ ก็จะทำให้ค่าที่ได้จากการวัดมีความผิดพลาดเกิดขึ้น

   ความคมชัดของการมองเห็นของอินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์ จะถูกกำหนดโดยค่าอัตราส่วน D:S (D:S Ratio) ซึ่งสามารถคำนวณหาโดยทำการเปรียบเทียบกันระหว่างระยะจากวัตถุถึงเซนเซอร์ (D) กับขนาด (เช่น เส้นผ่าศูนย์กลาง) ของจุดที่จะทำการวัด (S) ซึ่งตัวเลขของอัตราส่วนยิ่งมีขนาดใหญ่ขึ้นก็จะมีความคมชัดของเซนเซอร์ที่ดีกว่า แม้ว่าจุดที่เราจะทำการวัดมีขนาดเล็กและมีระยะทางที่ไกลก็สามารถทำการวัดได้ดี ดังตัวอย่างเช่น จุดที่จะทำการวัดมีขนาด 1 นิ้ว และมีระยะห่างจากเป้าหมายของการวัด 10 นิ้ว ก็จะมีอัตราส่วน D:S เท่ากับ 10:1 เป็นต้น (ดังรูปที่ 2)

รูปที่ 2 ความคมชัดในการมองเห็นของอินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์ที่ถูกกำหนดด้วยอัตราส่วน D:S

 

   อินฟราเรดเซนเซอร์ในตลาดปัจจุบันมีอัตราส่วน D:S ตั้งแต่ขนาด 2:1 (ความคมชัดการมองเห็นต่ำ) ไปจนถึงขนาดมากกว่า 300:1 (ความคมชัดการมองเห็นสูง) ซึ่งความคมชัดของการมองเห็นที่สูงก็จะทำให้ต้นทุนของวัสดุที่ใช้มีค่าสูงขึ้นตามไปด้วย

    ในไซต์งานของอุตสาหกรรมบางอย่างจะประกอบไปด้วยสภาวะของ ไอน้ำ ฝุ่น ควัน ซึ่งจะเป็นปัจจัยที่ทำให้ความถูกต้องแม่นยำของเครื่องมือวัดอินฟราเรดมีค่าลดลง เนื่องจากสิ่งเหล่านี้จะไปกีดขวางหรือบดบังชิ้นส่วนที่ใช้ในการมองเห็นของอุปกรณ์ และทั้งนี้ยังรวมไปถึง เสียง สนามแม่เหล็กไฟฟ้า หรือแม้แต่การสั่นสะเทือน สิ่งเหล่านี้สามารถทำให้ประสิทธิภาพการทำงานของเซนเซอร์ลดต่ำลงได้
    

   การมองเห็นเป้าหมาย (Target Sighting): ความหลากหลายทางเทคนิคในการมองเห็นวัตถุทั้งหมดนั้น ถูกใช้งานด้วยเซนเซอร์อุณหภูมิแบบอินฟราเรดโดยปราศจากการสัมผัส ซึ่งเทอร์โมมิเตอร์แบบง่าย ๆ นั้น จะมีชิ้นส่วนทางกลที่ไม่มีการมองเห็น เนื่องจากมันถูกสร้างขึ้นมาให้ใช้งานโดยวางไว้ใกล้กันกับเป้าหมายที่จะทำการวัดเท่านั้น แต่ถ้าคุณทำการเคลื่อนย้ายมันให้ห่างไปจากเป้าหมาย คุณจำเป็นต้องใช้ตัวช่วยให้สามารถมองเห็นเป้าหมายในการวัดได้

   ทางเลือกของการมองเห็นเป้าหมายสำหรับย่านการวัดของเซนเซอร์อินฟราเรดมีตั้งแต่แบบง่ายที่เป็นลักษณะของศูนย์ปืนที่ทำการเจาะช่องไว้ (สำหรับการวัดระยะสั้นถึงปานกลาง) ไปจนถึงทางเลือกที่เป็นแบบทันสมัยที่สามารถดูภาพจากกล้องถ่ายรูปได้, แบบที่สามารถมองผ่านเลนส์มองภาพได้ หรือสามารถใช้ลำแสงนำทางแบบถอดประกอบได้เป็นตัวเล็งเป้า เป็นต้น

   การมองเป้าหมายโดยใช้เลเซอร์เป็นทางเลือกหนึ่งซึ่งถูกสร้างขึ้นมา โดยจะมีลักษณะการทำงานโดยใช้ลำแสงเพียงลำแสงเดียว โดยจะทำหน้าที่เล็งไปที่พื้นที่ของเป้า หรือบริเวณที่วาดเป็นวงกลมไว้รอบ ๆ เป้าหมาย ได้อย่างถูกต้องแม่นยำ แล้วทำการวัด แต่ในส่วนของพื้นที่ที่มีแสงสว่างจ้า หรือบริเวณภายนอกที่มีแสงสว่าง หรือระยะห่างของเป้าหมายมีระยะทางที่ไกลเกินไป สิ่งเหล่านี้อาจจะทำให้ลำแสงของเลเซอร์ทำงานผิดพลาดได้ 

   การทำงานแบบใช้การมองภาพผ่านเลนส์ จะเป็นลักษณะเดียวกันกับกล้องถ่ายรูป ผู้ใช้งานจะทำการมองผ่านเลนส์ไปยังเป้าหมายที่จะทำการวัด ซึ่งการทำงานแบบนี้จะให้ประสิทธิภาพที่ดีพอสมควรในทุก ๆ สภาวะแสง แต่โดยทั่วไปก็มีราคาแพงเช่นกันเมื่อเปรียบเทียบกับการมองเป้าหมายแบบใช้เลเซอร์ 

   ในขณะทำการติดตั้งอินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์นั้น หากเราไม่ให้ความใส่ใจในเรื่องของการมองเห็นหรือทิศทางของการวัดไม่ถูกต้องก็อาจจะทำให้มีผลต่อการอ่านค่าหรือความสามารถในการทำงานควบคุมอุณหภูมิของกระบวนการถูกจำกัดลง ซึ่งนี่เป็นปัญหาพื้นฐานในการนำไปใช้งาน เช่น อาจจะมีผลิตภัณฑ์ในกระบวนการกีดขวางทิศทางของการมองเห็น หรืออากาศเป็นตัวสร้างปัญหาให้เกิดอุปสรรคต่อการมองเห็นเป้าหมาย เป็นต้น


    ตัวแปรของการแผ่รังสี (Variable Emissivity): การแผ่รังสีนั้นจะเป็นตัวช่วยบ่งบอกให้เรารู้ค่าการวัดที่ได้จากวัตถุ เนื่องจากวัตถุมีแผ่พลังงานอินฟราเรดออกมา ซึ่งพลังงานที่แผ่ออกมานั้นเป็นเครื่องหมายแสดงให้เห็นถึงอุณหภูมิที่มีอยู่ในวัตถุ การแผ่รังสีมีค่าได้ตั้งแต่ 0 (Shiny Mirror) ไปจนถึง 1.0 (a Blackbody) ส่วนมากสารที่เป็นอินทรียวัตถุ สี หรือพื้นผิวที่เกิดการออกไซด์จะมีค่าการแผ่รังสีความร้อนมากถึง              0.95 (ดังรูปที่ 3)

รูปที่ 3 แสดงกราฟของการแผ่รังสีความร้อนและความยาวคลื่นสเปกตรัมของการแผ่รังสีซึ่งมีค่าที่แตกต่างกัน

     คุณสมบัติของวัตถุคือสามารถสะท้อนแสง มีความโปร่งใสและมีแผ่พลังงาน แต่สิ่งเดียวที่สามารถทำให้ทราบถึงอุณหภูมิของวัตถุได้นั่นคือพลังงานที่ถูกแผ่ออกมา เมื่อใช้อินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์ทำการวัดอุณหภูมิที่ผิวหน้าของเป้าหมาย เหล่านี้จะส่งพลังงานทั้ง 3 ชนิดออกมา ทำให้ค่าจากการวัดที่ได้มีความผิดพลาดซึ่งส่วนมากเป็นผลมาจากพลังงานอินฟราเรดมีการสะท้อนกลับจากแหล่งกำเนิดแสง ดังนั้นเหตุผลเช่นนี้จึงเป็นปัจจัยที่สำคัญในการเลือกเทอร์โมมิเตอร์ที่ถูกต้องสำหรับการนำใช้งานและทำติดตั้งอย่างเหมาะสม

    ความถูกต้องแม่นยำของการอ่านค่าอุณหภูมิที่เกิดขึ้นในกระบวนการขึ้นอยู่กับความสามารถของอินฟราเรดเซนเซอร์ที่จะชดเชยสำหรับการแผ่รังสีของเป้าหมายที่ทำการวัด แม้ว่าค่าของการแผ่รังสีที่ทำการปรับตั้งไว้ก่อนจะสามารถใช้ได้กับเซนเซอร์แบบออนไลน์ในการตรวจสอบเป้าหมายต่าง ๆ ที่มีค่าการแผ่รังสีคงที่ เครื่องมือวัดของวัสดุที่มีความผันแปรของค่าการแผ่รังสีจึงมีความต้องการในเรื่องของความเที่ยงตรงและสามารถทำการปรับค่าการแผ่รังสีได้ ซึ่งตามข้อกำหนดแล้ว

เป้าหมายการวัดที่เป็นโลหะจะมีความผันแปรของการแผ่รังสีและมีการสะท้อนแสงที่สามารถเปลี่ยนจากส่วนหนึ่งไปสู่อีกส่วนหนึ่งได้และมีค่าอุณหภูมิที่ไม่คงที่ ด้วยเหตุนี้ ทุกการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับโลหะจึงมีปัญหาในเรื่องของการแผ่รังสีของวัตถุเสมอ

   ปัจจุบัน การออกแบบอินฟราเรดเซนเซอร์ได้มีการตั้งค่าให้มีการปรับค่าแผ่รังสีได้ตั้งแต่ค่า 0.1-1.0 แต่อย่างไรก็ตาม เครื่องมือวัดแต่ละชนิดมีความสามารถในการวัดความยาวคลื่นได้สูงเพื่อทำการวัดอุณหภูมิที่มีค่าต่ำ ๆ ในขณะที่วัตถุมีการแผ่พลังงานอินฟราเรดออกมา ส่วนปัญหาของข้อนี้ก็คือการที่เครื่องมือวัดมีความยาวคลื่นที่กว้างนั้น จะมีความเปลี่ยนแปลงความไวในการตอบสนองค่าการแผ่รังสีได้มากกว่าเครื่องมือวัดที่มีค่าความยาวคลื่นที่สั้นกว่า ซึ่งในทางอุดมคติแล้ว เซนเซอร์ที่เป็นแบบความยาวคลื่นสั้นจะทำให้การวัดค่ามีความถูกต้องแม่นยำกว่า (ดังรูปที่ 4)

รูปที่ 4 ความผิดพลาดของอุณหภูมิที่เกิดจากความไม่แน่นอนของการแผ่รังสี

 

เทคโนโลยีการใช้งานในปัจจุบัน

   ในปัจจุบันบริษัทที่ทำการผลิตเครื่องมือวัดเหล่านี้ได้มีการสำรวจการใช้งานอินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์ ตัวกราดภาพและระบบภาพ รวมไปถึงความท้าทายในการนำอินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์ไปใช้งานในสถานที่ต่าง ๆ มากขึ้น จึงทำให้เกิดเทคโนโลยีใหม่ ๆ ทางด้านอินฟราเรดเซนเซอร์ ซึ่งก่อให้เกิดความเที่ยงตรงที่ดีกว่า มีความเชื่อถือได้สูงกว่า และใช้งานได้ง่ายและสะดวกขึ้น

   ปัจจุบันนี้ การวัดอุณหภูมิด้วยอินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์ภายในกระบวนการที่มีการเคลื่อนที่สามารถทำได้เร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้นเช่นเดียวกัน ไม่เหมือนกับเทคโนโลยีอื่น ๆ ซึ่งการที่เราสามารถปรับค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ ในกระบวนการได้อย่างรวดเร็วนี้ จึงเป็นประโยชน์ที่จะทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูงขึ้น

ในส่วนของตัวเซนเซอร์เองก็ยังสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตและปรับปรุงให้เกิดผลิตภาพในกระบวนการได้มากขึ้นด้วยการให้ความคมชัดในการวัดและข้อมูลทางด้านอุณหภูมิในการนำไปใช้งานได้มากกว่า อินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์ยังสามารถทำการวัดในพื้นที่ที่กว้างขึ้นหรือจุดที่เล็กลง นอกจากนี้ การพัฒนาทางด้านการออกแบบของเซนเซอร์ยังนำไปสู่การมีจำนวนของเซนเซอร์ให้เราเลือกใช้ประโยชน์ได้มากยิ่งขึ้นอีกด้วย

        
   การมองเห็นได้ง่ายขึ้น: ในพื้นที่ที่เป็นอุปสรรคต่อการมองเห็นของอินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์นั้น บริษัทที่ทำการผลิตเครื่องมือวัดเหล่านี้ได้มีการพัฒนาในส่วนของฐานเซนเซอร์ให้มีการสอดรับกับการมองเป้าหมายผ่านทางเลนส์ด้วยเลเซอร์หรือการมองผ่านวิดีโอ ซึ่งทำให้การนำไปใช้งานมีความมั่นใจได้ว่าจะสามารถมองเห็นเป้าหมายได้อย่างถูกต้อง แม้ว่าเป้าหมายที่ต้องการตรวจวัดนั้นจะอยู่ในพื้นที่ที่เป็นอุปสรรคก็ตาม

 นอกจากนี้ เทอร์โมมิเตอร์ยังสามารถรวมเข้าไว้ด้วยกันกับการมองภาพผ่านทางวิดีโอแบบเรียลไทม์ ทำการบันทึกและเก็บภาพแบบอัตโนมัติได้อีกด้วย จึงทำให้เป็นประโยชน์ต่อกระบวนการทำงานแบบใหม่ ๆ เป็นอย่างมาก และหากคุณต้องการเก็บข้อมูลการทำงานของกระบวนการ คุณก็เพียงแค่เก็บภาพจากกระบวนการ ทำการบันทึกค่าของอุณหภูมิ รวมถึงเวลาและวันที่ จากนั้นก็จัดเก็บเป็นเอกสารได้อย่างรวดเร็วและง่ายดายยิ่งขึ้น

      
    ความคมชัดที่สูงกว่า: อินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์ปัจจุบันให้ค่าความคมชัดที่สูงและสามารถทำงานได้อย่างรวดเร็ว มีรูปร่างที่ทันสมัยเหมาะกับการนำไปใช้งานเพื่อการควบคุมกระบวนการผลิตและทั้งนี้ เรายังสามารถทำการเปลี่ยนหัวสัมผัสของเครื่องมือได้อีกด้วย ซึ่งเซนเซอร์แบบนี้สามารถนำไปใช้งานได้หลากหลายอุตสาหกรรม อาทิเช่น การขึ้นรูปด้วยความร้อน และกระบวนการทำให้แห้ง อุตสาหกรรมกระดาษ การพิมพ์ อุตสาหกรรมสี รวมไปถึงกระบวนการที่เกี่ยวกับอาหารและบุหรี่ เป็นต้น

  อินฟราเรดเซนเซอร์บางตัวถูกออกแบบใหม่ เพื่อให้สามารถนำไปใช้งานได้กับการเซนเซอร์อุปกรณ์ชิ้นส่วนเล็ก ๆ อย่างเช่นการคัดแยกชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้ต้องมีความคมชัดของการมองเห็นสูงถึง 22:1 และมีความต้านทานอุณหภูมิบริเวณรายรอบได้สูงถึง 200๐C โดยปราศจากการทำความเย็น และสามารถทำการวัดได้อย่างแม่นยำแม้ว่าจุดที่จะทำการวัดจะมีขนาดเล็กมาก อยู่ในพื้นที่ที่คับแคบหรือถูกจำกัดและมีสภาพแวดล้อมที่เป็นอุปสรรคต่อการวัด เซนเซอร์เหล่านี้ถูกออกแบบมาให้มีขนาดเล็กซึ่งสามารถติดตั้งบริเวณใดก็ได้ เพียงแต่อาจจะต้องมีการป้องกันอุบัติเหตุกระแทกที่เกิดจากการปฏิบัติงานหรือจากกระบวนการในอุตสาหกรรม เหล่านี้เป็นต้น

  ปัจจุบัน นวัตกรรมใหม่ ๆ ทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ของอินฟราเรดเซนเซอร์ ยังสามารถทำให้สัญญาณของกระบวนการมีการพัฒนามากขึ้น รวมถึงการแผ่รังสี การทดสอบ การเก็บค่าสัญญาณสูงสุด ต่ำสุด หรือค่าเฉลี่ยของสัญญาณ และนอกจากนี้เรายังสามารถทำการปรับค่าต่าง ๆ ได้จากการเชื่อมต่อผ่านรีโมทเพื่อให้มีความสะดวกมากขึ้นอีกด้วย (ดังรูปที่ 5)

รูปที่ 5 การปรับปรุงสัญญาณของกระบวนการซึ่งเป็นผลมาจากนวัตกรรมของอิเล็กทรอนิกส์เซนเซอร์

     มีความยืดหยุ่นสูง: ปัจจุบันคุณสามารถเลือกใช้อินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์ได้หลากหลายรูปแบบ อาทิเช่น อุปกรณ์ที่มาพร้อมกับเครื่องยนต์กลไก ที่สามารถควบคุมด้วยรีโมทแบบปรับเปลี่ยนเป้าหมายการวัดได้ ซึ่งเหล่านี้จะต้องมีความสามารถในการปรับโฟกัสและเป้าหมายที่จะทำการวัดได้อย่างรวดเร็วและถูกต้องแม่นยำ ทั้งการปรับตั้งด้วยมือหรือด้วยรีโมทที่ผ่านการเชื่อมต่อด้วยบัส RS-232/RS-485 และในขณะทำการปรับตั้งค่านั้นก็สามารถมองผ่านวิดีโอแบบเรียลไทม์ได้ด้วย (ดังรูปที่ 6)

    อินฟราเรดเซนเซอร์ที่สามารถปรับโฟกัสของเป้าหมายที่จะทำการวัดด้วยรีโมทคอนโทรลนั้น จะต้องพิจารณาให้สอดคล้องตามความต้องการการใช้งานแต่ละรูปแบบ ทั้งนี้เพื่อเป็นการลดความผิดพลาดในการติดตั้ง วิศวกรสามารถปรับเซนเซอร์เพื่อหาโฟกัสเป้าหมายที่จะทำการวัดได้จากออฟฟิศของพวกเขา เฝ้าสังเกตการณ์ได้อย่างต่อเนื่อง และทำการบันทึกค่าของอุณหภูมิที่มีการเปลี่ยนแปลงของกระบวนการผลิต

ปัจจุบันคุณสามารถเลือกใช้อินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์ได้หลากหลายรูปแบบ อาทิเช่น อุปกรณ์ที่มาพร้อมกับเครื่องยนต์กลไก ที่สามารถควบคุมด้วยรีโมทแบบปรับเปลี่ยนเป้าหมายการวัดได้ ซึ่งเหล่านี้จะต้องมีความสามารถในการปรับโฟกัสและเป้าหมายที่จะทำการวัดได้อย่างรวดเร็วและถูกต้องแม่นยำ ทั้งการปรับตั้งด้วยมือหรือด้วยรีโมทที่ผ่านการเชื่อมต่อด้วยบัส RS-232/RS-485

ปัจจุบันคุณสามารถเลือกใช้อินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์ได้หลากหลายรูปแบบ อาทิเช่น อุปกรณ์ที่มาพร้อมกับเครื่องยนต์กลไก ที่สามารถควบคุมด้วยรีโมทแบบปรับเปลี่ยนเป้าหมายการวัดได้ ซึ่งเหล่านี้จะต้องมีความสามารถในการปรับโฟกัสและเป้าหมายที่จะทำการวัดได้อย่างรวดเร็วและถูกต้องแม่นยำ ทั้งการปรับตั้งด้วยมือหรือด้วยรีโมทที่ผ่านการเชื่อมต่อด้วยบัส RS-232/RS-485

ปัจจุบันคุณสามารถเลือกใช้อินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์ได้หลากหลายรูปแบบ อาทิเช่น อุปกรณ์ที่มาพร้อมกับเครื่องยนต์กลไก ที่สามารถควบคุมด้วยรีโมทแบบปรับเปลี่ยนเป้าหมายการวัดได้ ซึ่งเหล่านี้จะต้องมีความสามารถในการปรับโฟกัสและเป้าหมายที่จะทำการวัดได้อย่างรวดเร็วและถูกต้องแม่นยำ ทั้งการปรับตั้งด้วยมือหรือด้วยรีโมทที่ผ่านการเชื่อมต่อด้วยบัส RS-232/RS-485

และในขณะทำการปรับตั้งค่านั้นก็สามารถมองผ่านวิดีโอแบบเรียลไทม์ได้ด้วย (ดังรูปที่ 6)    อินฟราเรดเซนเซอร์ที่สามารถปรับโฟกัสของเป้าหมายที่จะทำการวัดด้วยรีโมทคอนโทรลนั้น จะต้องพิจารณาให้สอดคล้องตามความต้องการการใช้งานแต่ละรูปแบบ ทั้งนี้เพื่อเป็นการลดความผิดพลาดในการติดตั้ง วิศวกรสามารถปรับเซนเซอร์เพื่อหาโฟกัสเป้าหมายที่จะทำการวัดได้จากออฟฟิศของพวกเขา เฝ้าสังเกตการณ์ได้อย่างต่อเนื่อง และทำการบันทึกค่าของอุณหภูมิที่มีการเปลี่ยนแปลงของกระบวนการผลิต

 หากมีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นก็สามารถทำการแก้ไขได้อย่างทันท่วงที การทำงานของเซนเซอร์แบบนี้ถูกใช้กันอย่างกว้างขวาง การใช้งานส่วนใหญ่จะมีการติดตั้งเซนเซอร์ในพื้นที่หลายตัว เพื่อทำการสลับการใช้งาน หากมีการเปลี่ยนเซนเซอร์เนื่องจากเกิดความเสียหายหรือระยะทางของวัตถุที่ทำการวัดมีการเปลี่ยนแปลงก็สามารถใช้เซนเซอร์ที่อยู่ถัดไปได้ เป็นต้น

รูปที่ 6 อินฟราเรดเทอร์โมมิเตอร์ Raytek รุ่น Marathon MM ซึ่งสามารถมองผ่านเลนส์ด้วยเลเซอร์หรือวิดีโอได้

 

     ปัจจุบันซัพพลายเออร์ผู้ผลิตเครื่องมือวัดได้มีการปรับปรุงเครื่องมือวัดอุณหภูมิแบบอินฟราเรดให้มีการพัฒนามากขึ้น เช่น มีการใส่ซอฟต์แวร์สำหรับการสอบเทียบเข้าไปในเครื่องมือวัด ซึ่งผู้ใช้สามารถทำการสอบเทียบเซนเซอร์ได้บริเวณหน้างาน เซนเซอร์แบบใหม่ ๆ ยังสามารถเชื่อมต่อได้ง่าย มีย่านการวัดที่วัดอุณหภูมิได้ทั้งสูงและต่ำ รวมทั้งมีให้เลือกทั้งการวัดมิลลิแอมป์ มิลลิโวลต์ และสัญญาณเทอร์โมคัปเปิล

     
   ความถูกต้องแม่นยำสูง: ผู้ที่ทำการออกแบบเครื่องมือวัดได้หยิบเอาประเด็นของการแผ่รังสีของวัตถุมาทำการปรับปรุงอินฟราเรดเซนเซอร์ในช่วงคลื่นความยาวสั้นมาพัฒนาให้เกิดความผิดพลาดน้อยที่สุด เนื่องจากการใช้งานที่อุณหภูมิค่าต่ำ ๆ จะทำให้เกิดความไม่แน่นอนของการแผ่รังสีของวัตถุ อย่างเช่นการหลอมเหล็กแล้วทำให้อ่อนตัว เป็นต้น ซึ่งปกติอุปกรณ์เหล่านี้จะไม่ตอบสนองเมื่อมีการเปลี่ยนค่าการแผ่รังสีของวัสดุเป้าหมายที่ทำการวัด การวัดค่าและอ่านค่าของอุณหภูมิที่มีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่สม่ำเสมอจึงต้องมีความถูกต้องแม่นยำสูง

    เซนเซอร์สำหรับวัดอุณหภูมิแบบอินฟราเรดที่สามารถทำปรับค่าการแผ่รังสีให้ถูกต้องได้อย่างอัตโนมัติเหมาะสำหรับนำมาเซ็ตอัพใช้กับสายการผลิตที่ผลิตภัณฑ์มีการเปลี่ยนแปลงบ่อย ซึ่งจะสามารถระบุได้อย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิของเป้าหมายที่ทำการวัดมีความไม่สม่ำเสมอเกิดขึ้น ทำให้ผลิตภัณฑ์มีคุณภาพมากขึ้น ลดของเสียและช่วยปรับปรุงให้การปฏิบัติงานมีประสิทธิภาพมากขึ้น และถ้ามีความผิดพลาดข้อบกพร่องเกิดขึ้น ตัวเซนเซอร์ก็สามารถแจ้งเตือนเพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานทำการแก้ไขให้ถูกต้องต่อไป

  ดังเช่นตัวอย่าง ผู้ผลิตกระจกซึ่งมีการแผ่รังสีต่ำ (Low-E) สามารถทำการปรับค่าของการแผ่รังสีได้อย่างอัตโนมัติเมื่อมีการเปลี่ยนชนิดของกระจกหรือในระหว่างกระบวนการเคลือบและทำการเปลี่ยนให้มีความเหมาะสมด้วยการควบคุมอัตโนมัติ

  ในกรณีการใช้งานลักษณะนี้ อินฟราเรดจะตรวจจับอุณหภูมิที่กระจายอยู่ที่ผิวด้านบนซึ่งถูกทำให้ร้อนของแผ่นกระจกที่ถูกเคลือบและแสดงผลเป็นภาพความร้อนและค่าของอุณหภูมิออกมา ส่วนตัวชี้ของเซนเซอร์ซึ่งติดตั้งอยู่ข้างใต้จะทำการวัดพื้นผิวของกระจกที่ไม่ได้ถูกเคลือบ ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่แท้จริงของกระจก อินพุตที่ใช้จะได้จากไลน์สแกนเนอร์และตัวชี้เซนเซอร์ ส่วนซอฟต์แวร์ของระบบนั้นจะตัวช่วยในการสร้างภาพของอุณหภูมิที่ถูกต้องแม่นยำของแผ่นกระจก 

   
    ประสิทธิภาพสูงขึ้น: อุตสาหกรรมการผลิตได้พยายามมองหาเทคโนโลยีของอินฟราเรดเซนเซอร์ที่จะมานำมาใช้ในกระบวนการผลิตให้สามารถทำงานได้เร็วขึ้น เมื่อนำเซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบอินฟราเรดมาใช้สำหรับวัดการนำความร้อน ผู้ปฏิบัติงานสามารถเลือกค่าการวัดได้จากรายการของอุณหภูมิที่ถูกตั้งค่าเอาไว้ และสามารถทำการบันทึกได้อย่างอัตโนมัติในแต่ละค่าสูงสุดของอุณหภูมิ ซึ่งการช่วยแยกแยะและคัดเลือกค่าการวัดได้อย่างรวดเร็วนี้จึงทำให้ช่วยเพิ่มรอบเวลาการทำงานได้มากขึ้น สามารถควบคุมความร้อนได้ง่ายและยังช่วยในการเพิ่มผลผลิตให้กับกระบวนการอีกด้วย

 ในกระบวนการขึ้นรูปด้วยความร้อน เทคโนโลยีของอินฟราเรดเซนเซอร์ยังสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้กับกระบวนการขึ้นรูปพลาสติกด้วยความร้อน ซึ่งในกระบวนการขึ้นรูปแบบนี้ในบางครั้ง ส่วนของเตาอบจะมีความร้อนมากเกินไปหรือชิ้นส่วนพลาสติกถูกปล่อยทิ้งไว้ในโมลด์นานเกินไป การนำเซนเซอร์อินฟราเรดมาใช้ในระบบการขึ้นรูปแบบนี้ เราสามารถรักษาค่าระดับอุณหภูมิของโมลด์ได้ ทำให้สามารถเพิ่มปริมาณงานในกระบวนการผลิตและลดของเสียพลาสติกได้อีกด้วย

    ปัจจุบัน เทคโนโลยีของการวัดแบบใช้อินฟราเรดสามารถพัฒนาให้เกิดความเชื่อถือได้และมีคุณภาพสูง เป็นไปตามความต้องการใช้งานในอุตสาหกรรมโดยทั่วไป ซึ่งการนำเครื่องมือวัดแบบอินฟราเรดมาใช้งานในระบบนี้ ทำให้สามารถประหยัดค่าใช้จ่ายทั้งในเรื่องของต้นทุนการผลิต ที่ทำให้ของเสียในกระบวนการลดลง ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีคุณภาพมากขึ้น ตรงตามความต้องการของการผลิต และเพิ่มศักยภาพทางด้านเวลาการทำงานอีกด้วย

แปลและเรียบเรียงจาก
-Advances in IR Temperature Measurement by Frank Schneider, Raytek Corp.