หากใช้เซ็นเซอร์เพื่อวัดพารามิเตอร์บางอย่าง เช่น ความดัน การวัดโดยตรงเป็นเรื่องยาก ดังนั้น จึงต้องแปลงค่าดังกล่าวเป็นพารามิเตอร์อื่นที่วัดได้ง่าย แล้วจึงวัดความดัน เซ็นเซอร์ที่ใช้ความต้านทานในการวัดพารามิเตอร์อื่นๆ เรียกว่า เซ็นเซอร์แบบต้านทาน บทความต่อไปนี้จะอธิบายแนวคิดของเซ็นเซอร์แบบต้านทานอย่างละเอียด

คำนิยาม

เซ็นเซอร์แบบต้านทานเป็นอุปกรณ์ที่นิยมใช้กันมากที่สุดในการวัดค่าพารามิเตอร์ทางกายภาพ เช่น การเคลื่อนที่ ความดัน อุณหภูมิ เป็นต้น ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว เซ็นเซอร์แบบต้านทานจะแปลงค่าพารามิเตอร์ที่ต้องการวัดเป็นค่าความต้านทาน แล้วจึงทำการวัดค่าความต้านทาน หลักการทำงานของเซ็นเซอร์แบบต้านทานทั่วไปจะอธิบายไว้ด้านล่าง

• ความต้านทานเป็นพารามิเตอร์ที่ละเอียดอ่อนซึ่งอาจได้รับผลกระทบจากพารามิเตอร์ต่างๆ มากมาย เช่น พื้นที่ของตัวนำ ความยาวของตัวนำ เป็นต้น
• เมื่อปัจจัยข้างต้นบางส่วนเปลี่ยนแปลง ก็จะส่งผลต่อความต้านทานด้วย นี่คือหลักการทำงานหลักของเซ็นเซอร์แบบต้านทาน
• การวัดความต้านทานเริ่มต้นของลวดหรือโลหะในเบื้องต้น
• เมื่อทำเสร็จแล้ว พารามิเตอร์ที่ต้องการวัดจะถูกใช้เพื่อส่งผลต่อพารามิเตอร์ข้างต้นตัวใดตัวหนึ่ง ส่งผลให้ความต้านทานเปลี่ยนแปลงไป
• ปริมาณของพารามิเตอร์นั้นจะวัดโดยการคำนวณการเปลี่ยนแปลงความต้านทานระหว่างความต้านทานเริ่มต้นและความต้านทานสุดท้าย

เซ็นเซอร์แบบต้านทานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและการประยุกต์ใช้งาน

แม้ว่าความต้านทานสามารถนำมาใช้วัดค่าพารามิเตอร์ได้หลายอย่าง แต่พารามิเตอร์ทางกายภาพบางอย่างก็อาจส่งผลโดยตรงต่อความต้านทานได้ พารามิเตอร์เหล่านี้สามารถวัดได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้เซ็นเซอร์แบบต้านทาน พารามิเตอร์เหล่านี้และวิธีการใช้เซ็นเซอร์แบบต้านทานในการวัดค่าแสดงไว้ด้านล่าง

อุปกรณ์สัมผัสแบบเลื่อน

อุปกรณ์สัมผัสแบบเลื่อนเป็นอุปกรณ์พื้นฐานของเซ็นเซอร์แบบต้านทานต่างๆ แม้ว่าจะไม่ได้ใช้งานโดยตรงในวงจร แต่เซ็นเซอร์ที่ใช้เทคนิคการสัมผัสแบบเลื่อนก็ถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์และวงจรอิเล็กทรอนิกส์หลายชนิด การทำงานหลักของอุปกรณ์สัมผัสแบบเลื่อนมีดังนี้

• อุปกรณ์สัมผัสแบบเลื่อนประกอบด้วยโครงสร้างคล้ายลวดซึ่งมีความต้านทานที่ทราบอยู่แล้ว
• อนุญาตให้ใช้แท่งโลหะขนาดเล็กหรือปลายแหลมเลื่อนไปตามลวดได้ตลอดความยาว
• หากวางสไลเดอร์ไว้ที่จุดเริ่มต้นของสาย ความต้านทานจะสูงเนื่องจากความยาวของวัสดุตัวนำสูง
• เมื่อเลื่อนแถบเลื่อนไปทางสุด ความต้านทานจะค่อยๆ ลดลงและจะถึงศูนย์หรือค่าที่ไม่สำคัญที่จุดสิ้นสุด
• ดังที่ได้กล่าวข้างต้น อุปกรณ์นี้ไม่ใช่เครื่องมือที่สมบูรณ์แบบ แต่เป็นหนึ่งในเทคนิคที่ง่ายที่สุดและทรงพลังในการแปลงพารามิเตอร์เชิงกล เช่น การกระจัด (การกระจัดของสไลเดอร์) ให้เป็นความต้านทาน

รีโอสตัทหรือโพเทนชิโอมิเตอร์

โพเทนชิออมิเตอร์คืออุปกรณ์สัมผัสแบบเลื่อนรุ่นปรับปรุงใหม่ที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง โพเทนชิออมิเตอร์ยังถือเป็นการใช้งานหลักของอุปกรณ์สัมผัสแบบเลื่อนอีกด้วย รายละเอียดโครงสร้างและการทำงานจะอธิบายต่อไป

• โพเทนชิออมิเตอร์สามารถแบ่งออกได้กว้างๆ เป็น 2 ประเภท คือ โพเทนชิออมิเตอร์เชิงเส้น และโพเทนชิออมิเตอร์แบบหมุน
• ทั้งสองประเภทใช้เทคนิคอุปกรณ์สัมผัสแบบเลื่อนเดียวกันเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงของความต้านทาน
• ในโพเทนชิออมิเตอร์เชิงเส้นจะมีสายยาวซึ่งทำหน้าที่เป็นความต้านทานในวงจร แต่สายนี้มีค่าความต้านทานที่แปรผันได้
• สายไฟเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าและมีโวลต์มิเตอร์เชื่อมต่ออยู่ด้วย หากแถบเลื่อนเปลี่ยนความต้านทานของสายไฟ ก็จะส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าในวงจรด้วย
• โพเทนชิออมิเตอร์แบบหมุนประกอบด้วยแทร็กต้านทานรูปครึ่งวงกลมซึ่งมีสไลเดอร์เคลื่อนที่อยู่ข้างใน
• เช่นเดียวกับโพเทนชิออมิเตอร์เชิงเส้น แรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านโพเทนชิออมิเตอร์จะแตกต่างกันไปตามตำแหน่งของสไลเดอร์บนแทร็กความต้านทาน
• โพเทนชิออมิเตอร์มีประโยชน์อย่างมากในแอปพลิเคชันที่ต้องการความต้านทานที่แปรผัน เนื่องจากช่วยลดขั้นตอนการเปลี่ยนตัวต้านทานทุกครั้ง

เกจวัดความเครียด

สเตรนเกจคือเซ็นเซอร์วัดความต้านทานที่ใช้วัดความเครียดหรือแรงที่กระทำต่อตัวเซ็นเซอร์ โดยอาศัยหลักการที่ว่าความต้านทานจะเปลี่ยนแปลงไปตามพื้นที่ของโลหะที่เปลี่ยนแปลงไป โครงสร้างและการทำงานของสเตรนเกจมีดังต่อไปนี้

• เกจวัดความเครียดประกอบด้วยลวดบางๆ ที่ติดกาวไว้บนแผ่นต้านทานหรือแผ่นฟอยล์ที่มีรูปร่างเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าในลักษณะซิกแซก
• โดยทั่วไป เกจวัดความเครียดจะเชื่อมต่อกับวงจรในรูปแบบสะพานวีทสโตน ทำให้สามารถวัดความเครียดได้ง่าย
• เมื่อมีแรงหรือแรงกระทำต่อเกจวัดความเครียด รูปแบบซิกแซกของลวดจะถูกรบกวน
• ผลที่ตามมาคือจะมีการเปลี่ยนแปลงของความต้านทาน การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานนี้จะแปรผันตรงกับแรงที่กระทำ
• การวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงความต้านทานทำให้สามารถคำนวณปริมาณแรงหรือความเครียดได้

เทอร์มิสเตอร์และเทอร์โมคัปเปิล

เทอร์มิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดอุณหภูมิโดยใช้ความต้านทาน

• ลองพิจารณาวงจรที่มีตัวต้านทานต่ออยู่ วงจรนี้ถูกวางไว้ที่อุณหภูมิห้องก่อน
• ความต้านทานของตัวต้านทานจะคงที่ตราบเท่าที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิมากนัก
• หากอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมเกินค่าที่กำหนดหรือต่ำกว่าค่าที่กำหนด ความต้านทานของตัวต้านทานจะเปลี่ยนไป
• ความต้านทานและอุณหภูมิแปรผกผันกัน ดังนั้น การวัดความต้านทานคร่อมเทอร์มิสเตอร์จึงสามารถหาค่าอุณหภูมิได้

ดังที่ชื่อระบุ เทอร์โมคัปเปิลเป็นอุปกรณ์วัดอุณหภูมิที่ใช้ส่วนประกอบสองสามอย่าง โดยส่วนใหญ่เป็นโลหะ

• ปลายของโลหะต่างชนิดสองชนิดเชื่อมต่อกันและเชื่อมต่อกับวงจร เมื่อได้รับพลังงาน อุณหภูมิของโลหะทั้งสองจะเริ่มเพิ่มขึ้น แต่อัตราไม่เท่ากัน
• โลหะชนิดหนึ่งร้อนเร็วกว่าอีกชนิดหนึ่ง ในกรณีเช่นนี้ ความร้อนจะเริ่มไหลจากด้านที่ร้อนไปยังด้านที่เย็น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมินี้ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความต้านทาน ซึ่งสามารถวัดได้
• สามารถคำนวณอุณหภูมิทั่วทั้งวงจรได้โดยใช้ค่าความต้านทานที่วัดได้

ตัวต้านทานที่ขึ้นอยู่กับแสง (LDR)

ตัวต้านทานที่ขึ้นกับแสง หรือที่รู้จักกันในชื่อโฟโตเรซิสเตอร์ หรือโฟโตไดโอด ซึ่งใช้ในการวัดความเข้มของลำแสงโดยใช้ความต้านทาน โครงสร้างและการทำงานของ LDR มีคำอธิบายไว้ด้านล่าง

• LDR ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งมีความต้านทานสูงกว่าวัสดุตัวนำ
• เนื่องจากลำแสงประกอบด้วยโฟตอนซึ่งสามารถเพิ่มพลังงานให้กับอิเล็กตรอนอิสระในสารกึ่งตัวนำ พลังงานใหม่นี้ทำให้การไหลของกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นและความต้านทานลดลง
• ที่นี่ความต้านทานจะแปรผกผันกับความเข้มของแสง
• อีกครั้งหนึ่ง ความเข้มของแสงสามารถคำนวณได้โดยใช้การเปลี่ยนแปลงความต้านทาน

เซ็นเซอร์ความชื้นแบบต้านทาน

เซ็นเซอร์ความชื้นแบบต้านทาน (Resistive Humidity Sensor) คือเซ็นเซอร์แบบต้านทานที่ใช้วัดความชื้นของสภาพแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในดิน หลักการทำงานหลักของเซ็นเซอร์ความชื้นแบบต้านทานมีดังต่อไปนี้

• ความต้านทานไฟฟ้าของอะตอมวัดโดยเซนเซอร์ความชื้นแบบต้านทาน ซึ่งใช้ไอออนในเกลือ
• ความต้านทานของอิเล็กโทรดทั้งสองด้านของตัวกลางเกลือจะเปลี่ยนแปลงเมื่อความชื้นเปลี่ยนแปลง
• ความชื้นของอากาศโดยรอบทำให้เซ็นเซอร์ความร้อนสองตัวนำไฟฟ้า
• ปริมาณไฟฟ้าที่นำจะคำนวณโดยการวัดความต้านทานข้ามอิเล็กโทรด

ประเด็นสำคัญที่ต้องจำ

นี่คือประเด็นสำคัญที่เราต้องจำเกี่ยวกับ “เซ็นเซอร์แบบต้านทาน”

• เซ็นเซอร์แบบต้านทานคืออุปกรณ์ที่วัดพารามิเตอร์เชิงกลโดยแปลงให้เป็นความต้านทาน
• อุปกรณ์สัมผัสแบบเลื่อนเป็นฐานของเซนเซอร์แบบต้านทานต่างๆ
• โพเทนชิออมิเตอร์ใช้เป็นตัวต้านทานแบบแปรผันในแอปพลิเคชันต่างๆ มากมาย
• เกจวัดความเครียดจะแปลงแรงที่กระทำต่อเกจวัดให้เป็นความต้านทานเพื่อให้วัดได้ง่ายขึ้น
• เทอร์มิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดอุณหภูมิที่แม่นยำในแอปพลิเคชันขนาดใหญ่
• เทอร์โมคัปเปิลประกอบด้วยโลหะสองชนิด ซึ่งสามารถใช้คำนวณอุณหภูมิของวงจรได้
• LDR ใช้พลังงานจากโฟตอนในลำแสงเพื่อลดความต้านทานของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์