มูลนิธิโครงการสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน

เล่มที่ 2

อุปกรณ์ขยายขอบเขตของสัมผัส

สามารถแชร์ได้ผ่าน :

อุปกรณ์ขยายขอบเขตของสัมผัสที่ให้ปฏิกิริยาควบคุมแทนมนุษย์

โฟโตอิเล็กทริกเซลล์

โฟโตอิเล็กทริกเซลล์ (photo-electric cell) หรือโฟโตเชลล์ (photocell) เป็นส่วนประกอบสำคัญในเครื่องมือที่อาจใช้ควบคุมการทำงานแทนมนุษย์หลายชนิด เช่น ในเครื่องวัดแสงสำหรับใช้กับกล้องถ่ายรูปประตูที่ปิดเปิดได้เองเมื่อมีคนเดินผ่าน เครื่องส่งสัญญาณจับขโมย

แผนภาพแสดงส่วนประกอบของโฟโตอิเล็กทริกเซลล์

โฟโตอิเล็กทริกเซลล์ เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่มีความไวต่อแสงมาก เช่นเดียวกับนัยน์ตาของมนุษย์ที่มีความไวต่อแสง เมื่อแสงส่งกระทบ โพโตอิเล็กทริกเซลล์จะสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าจากแสงนั้นได้ทันที

โฟโตอิเล็กทริกเซลล์ อาจเป็นหลอดสุญญากาศหรือหลอดบรรจุก๊าซ หรือสิ่งประดิษฐ์ทางโซลิดสเตด ส่วนประกอบสำคัญของโฟโตอิเล็กทริกเซลล์ ได้แก่ แผ่นโลหะที่มีความไวต่อแสงเป็นพิเศษ แผ่นโลหะนี้อาบโลหะบางชนิด เช่น ซีเซียม หรือโพแทสเซียมไว้ เมื่อมีแสงส่องมาถูกแผ่นโลหะ แผ่นโลหะจะปล่อยอิเล็กตรอนออกมา

ในโฟโตอิเล็กทริเซลล์ ส่วนที่ไวต่อแสง ได้แก่ ขั้วลบ หรือแคโทด (cathode) ซึ่งอยู่ทางปลายหลอดด้านหนึ่ง ส่วนขั้วบวก หรือแอโนด (anode) ซึ่งอาจเป็นเส้นลวดอยู่ทางปลายหลอดอีกด้านหนึ่ง เมื่อมีแสงส่องถูกขั้วลบจะเกิดอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนจะวิ่งจากขั้วลบไปยังขั้วบวกทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นในวงจร กระแสไฟฟ้านี้จะมีมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับปริมาณของแสงที่โฟโตอิเล็กทริกเซลล์อยู่ แต่เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนี้อ่อนมาก จึงต้องขยายให้แรงขึ้น เพื่อให้ใช้งานได้

จากโฟโตอิเล็กทริกเซลล์ ได้มีผู้คิดค้นคว้าสืบต่อกันมาจนสามารถประดิษฐ์โฟโตคอนดักทิฟเซลล์ (photoconductive cell) ขึ้นได้สำเร็จ โฟโตคอนดักทิฟเซลล์ไม่ใช้หลอดสุญญากาศแต่ใช้สารกึ่งตัวนำที่มีความไวต่อแสงเป็นพิเศษแทน สารกึ่งตัวนำนี้อาจทำขึ้นจากแคดเมียมซัลไฟด์ (cadmium sulphide) หรือแคดเมียมเซเลไนด์ (cadmium selenide) ก็ได้ ทั้งสองชนิดนี้สามารถเปลี่ยนแปลงสมบัติในการต้านทานไฟฟ้าไปได้ถึงพันล้านเท่าเมื่อถูกแสง (จากมืดสนิทเป็นได้รับแสงสว่างจ้า) ดังนั้นจึงสามารถนำกระแสไฟฟ้าได้มากน้อยเป็นสัดส่วนกับความเข้มของแสงที่ส่อง

โฟโตคอนดักทิฟเซลล์ใช้ประโยชน์ได้มาก เช่น ใช้ทำเป็นสวิตช์ปิดเปิดไฟฟ้าโดยอัตโนมัติ ใช้ควบคุมอุณหภูมิของเตาไฟฟ้า ใช้ส่องนับของที่เคลื่อนผ่านใช้เป็นเครื่องบันทึกเสียงลงบนฟิล์มภาพยนตร์ ใช้เป็นเครื่องวัดแสง ใช้เป็นเครื่องปิดเปิดหน้ากล้องถ่ายรูปแบบอัตโนมัติ และนำไปประดิษฐ์เครื่องดนตรีที่เรียกว่า "แสงสังคีต"

ตัวควบคุมอุณหภูมิ

ตัวควบคุมอุณหภูมิ (thermostat) เป็นเครื่องมือสำหรับควบคุมอุณหภูมิภายในบริเวณใดบริเวณหนึ่ง ให้มีระดับตามที่ต้องการ ตัวควบคุมอุณหภูมิประกอบด้วยส่วนใหญ่ๆ ๒ ส่วน คือ หน่วยสัมผัสอุณหภูมิกับหน่วยที่ใช้บังคับหรือควบคุมอุณหภูมิ

แผนภาพแสดงหลักเบื้องต้นของการควบคุมด้วยตัวควบคุมอุณหภูมิ

หน่วยสัมผัสอุณหภูมิ มีหน้าที่ตรวจวัดอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไปจากระดับอุณหภูมิที่ต้องการ เมื่อตรวจวัดได้ก็รายงานไปยังส่วนที่ใช้บังคับให้ควบคุมอุณหภูมิไว้อีกต่อหนึ่ง

ส่วนสืบเสาะความร้อนเย็นของตัวควบคุมอุณหภูมิที่ใช้กันมี ๕ แบบ คือ

แบบที่ ๑ ใช้แผ่นโลหะสองชนิดที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวไม่เท่ากันยึดติดกันไว้ (ส่วนมากใช้เหล็กกับทองเหลือง) เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไป โลหะทั้งสองจะโค้งงอ

แผนภาพแสดงหน่วยสัมผัสของอุณหภูมิ โดยใช้โลหะ ๒ ชนิด

แบบที่ ๒ อาศัยการขยายตัวของของเหลว เมื่อได้รับความร้อน ของเหลวจะขยายตัวดันแท่งโลหะให้เคลื่อนที่ไป

แบบที่ ๓ ใช้กล่องโลหะที่ย่นพับเป็นกลีบ ยืดหดตัวได้เช่นเดียวกับหีบเพลงชัก ภายในบรรจุของเหลว ไอ หรือก๊าซ เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไปปริมาตรของกล่องโลหะจะเปลี่ยนไป

แผนภาพแสดงหน่วยสัมผัสของอุณหภูมิ ชนิดกล่องโลหะย่นพับเป็นกลีบ

แบบที่ ๔ ใช้ไฟฟ้า ความต้านทานไฟฟ้าของเส้นลวดเปลี่ยนแปลงไป จากสมบัติทางไฟฟ้านี้เอง ที่นำมาใช้ทำตัวควบคุมอุณหภูมิ

แบบที่ ๕ ใช้สารกึ่งตัวนำ เช่น เทอร์มิสเตอร์ (thermistor) ซึ่งเปลี่ยนค่าความต้านทานไฟฟ้าไปตามอุณหภูมิ

การเปลี่ยนแปลงแบบต่างๆ ของหน่วยสัมผัสอุณหภูมิเมื่อได้รับความร้อน จะทำให้เกิดการเคลื่อนไหว นำการเคลื่อนไหวไปบังคับเครื่องกลไก หรือสวิตช์ เพื่อให้สวิตช์ปิดเปิด หรือบังคับมอเตอร์ให้หมุนไปทางขวาหรือซ้าย ก็จะสามารถควบคุมอุณหภูมิให้คงที่อยู่ได้ตามต้องการ ตัวควบคุมอุณหภูมิที่ใช้อยู่ในเครื่องใช้ในบ้านมีอยู่ในเตารีดไฟฟ้า ตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ เครื่องต้มน้ำร้อน หม้อหุงข้าวไฟฟ้า เป็นต้น

ระบบบังคับระยะไกล

ระบบบังคับระยะไกล (remote control system) คือระบบที่ใช้บังคับสิ่งต่างๆ ในระยะห่างไกล สิ่งที่ใช้ในการบังคับและสิ่งที่ถูกบังคับจะต้องอยู่แยกกันห่างไกล เช่น ในการพูดโทรศัพท์ เสียงที่ปลายข้างหนึ่งจะเป็นสิ่งที่ใช้ในการบังคับ และเสียงที่เปล่งออกมาจากหูฟังของอีกปลายหนึ่งจะเป็นสิ่งที่ถูกบังคับ สิ่งที่สำคัญอีกสิ่งหนึ่งคือ ตัวกลางในการส่งคำสั่ง ซึ่งในตัวอย่างนี้ได้แก่ เครื่องโทรศัพท์ และสายโทรศัพท์

ระบบบังคับระยะไกลเป็นส่วนหนึ่งของระบบอัตโนมัติ ซึ่งแบ่งออกเป็นระบบนายกับทาส และระบบวัดระยะไกล

ระบบนายกับทาส

สามารถทำได้ด้วยวิธีกลและไฟฟ้า วิธีกลคือ การใช้คาน รอก สายพาน และอื่นๆ เข้าช่วย ส่วนวิธีไฟฟ้า ใช้คลื่นเสียง แสงวิทยุ เป็นต้น เข้าช่วยในการปรับวิทยุหรือโทรทัศน์ในระยะไกล ปิดเปิดประตูโรงรถ บังคับเครื่องบิน หรือเรือที่ไม่ใช้คนขับ บังคับจรวดนำวิถี ขีปนาวุธ ดาวเทียม และยานอวกาศ เป็นต้น

รถบังคับด้วยคลื่นวิทยุ

ระบบวัดระยะไกล

เป็นระบบที่ใช้วัดสิ่งที่ต้องการรู้ที่อยู่ระยะไกล เช่น ส่งดาวเทียมออกไปวนรอบโลกเพื่อวัดอุณหภูมิ รังสีคอสมิก สนามแม่เหล็ก แล้วส่งสัญญาณกลับมายังพื้นโลกโดยอาศัยคลื่นวิทยุ หรือส่งเครื่องมือวิทยาศาสตร์ไปไว้ที่ดวงจันทร์ และแล้วเครื่องมือเหล่านี้จะส่งค่าที่วัดได้ต่างๆ โดยอาศัยคลื่นวิทยุกลับมายังโลก

เครื่องคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์ (computer) คือ เครื่องมือสำหรับคิดเลขตั้งแต่บวก ลบ คูณ หาร ไปจนถึงการคำนวณที่ยุ่งยากซับซ้อน เราใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ในการแก้ปัญหาที่ต้องเสียเวลาและเสียแรงงานคนเป็นจำนวนมากเพื่อที่จะช่วยกันคิดให้สำเร็จลุล่วงไปได้ เช่น ในการรวบรวมสถิติของประชากร การแก้ปัญหาที่ยุ่งยากมากๆ ทางวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ บัญชีและธุรกิจต่างๆ เครื่องคอมพิวเตอร์เป็นเครื่องคำนวณที่อาจทำงานแทนมนุษย์ได้ เมื่อนำไปใช้ร่วมกับอุปกรณ์ขยายขอบเขตของสัมผัส จะสามารถสร้างเป็นระบบควบคุมกระบวนการอุตสาหกรรม เช่น ใช้ควบคุมอุณหภูมิของเตาอบ สายพานส่ง ขนาดเหล็กหรือวัดเหล็ก นอกจากนี้ยังสามารถใช้สร้างระบบเตือนภัยได้ เช่น ไฟไหม้ โจรกรรม

เครื่องคอมพิวเตอร์แบ่งออกได้เป็น ๓ แบบ คือ เครื่องคอมพิวเตอร์เชิงอุปมาน (analog computer) เครื่องคอมพิวเตอร์เชิงตัวเลข (digital computer) และ เครื่องคอมพิวเตอร์แบบผสม (hybrid computer)

เครื่องคอมพิวเตอร์เชิงอุปมาน

ทำงานโดยการเปลี่ยนเกียร์ หรือเปลี่ยนค่าความดันไฟฟ้า ทำให้ได้ตัวเลขผลลัพธ์ เครื่องคอมพิวเตอร์เชิงอุปมานแบบแรกๆ ใช้วิธีกลทำงาน เช่น ไม้บรรทัดคำนวณหรือสไลด์รูล (slide rule) ซึ่งวิศวกรและสถาปนิกชอบใช้ ปัจจุบันมีเครื่องคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์แบบจำลองสามารถบวก ลบ คูณ หาร และถอดสมการได้อย่างแม่นยำ เครื่องคอมพิวเตอร์ชนิดที่กล่าวถึงนี้ใช้หลอดสุญญากาศหรือโซลิดสเตต และวงจรไฟฟ้าทำงานได้รวดเร็วและมีราคาถูก

ไม้บรรทัดคำนวณ

เครื่องคอมพิวเตอร์เชิงตัวเลข

ใช้ตัวเลขแทนปริมาณที่ต้องการคำนวณ เครื่องคอมพิวเตอร์เชิงตัวเลขที่ง่ายที่สุด ได้แก่ ลูกคิด ซึ่งชาวจีนและชนที่อยู่อาศัยอยู่ตามชายฝั่งทะเลเมดิเตอร์เรเนียนใช้มาแต่โบราณกาล เครื่องคอมพิวเตอร์เชิงตัวเลขสามารถคำนวณได้ถูกต้องแม่นยำและเร็วมาก แต่มีราคาแพงมากด้วย

ส่วนความจำของเครื่องคอมพิวเตอร์
(ขยายประมาณ ๗ เท่า)

เครื่องคอมพิวเตอร์เชิงตัวเลขประกอบด้วยหน่วยใหญ่หลายหน่วย ได้แก่ หน่วยรับงาน หน่วยคำนวณ หน่วยบังคับสั่งงาน หน่วยความจำ และหน่วยผลลัพธ์

หน่วยรับงานเป็นหน่วยที่ใส่ข้อมูลให้เครื่อง ซึ่งอาจเป็นกระดาษเจาะรูหรือแถบแม่เหล็ก (ซึ่งมีข้อดีที่สามารถแก้ไขเพิ่มเติมข้อมูลได้ตามต้องการ) หน่วยบังคับสั่งงานจะทำงานตามคำสั่งของชุดคำสั่งที่เราป้อนให้ หน่วยคำนวณจะทำหน้าที่คิดเลข เช่น บวก ลบ คูณ หาร หน่วยความจำจะทำหน้าที่เหมือนกระดาษทดเลขและตารางคำนวณ เช่น ตารางลอการิทึม ซึ่งสามารถเรียกออกมาใช้ได้ หน่วยความจำนี้ทำขึ้นจากสารแม่เหล็กรูปวงแหวนเล็กๆ จำนวนมาก หน่วยผลลัพธ์จะแสดงผลลัพธ์ออกมา โดยอาจพิมพ์เป็นบัตรเจาะรู หรือพิมพ์เป็นตัวอักษร หรือบันทึกลงแถบ หรือปรากฏบนจอหลอดภาพ (มีลักษณะคล้ายจอโทรทัศน์) เมื่อรวมหน่วยทุกหน่วยเข้าด้วยกันก็จะได้เครื่องคอมพิวเตอร์เชิงตัวเลข ที่มีใช้มากในปัจจุบันสามารถคำนวณได้รวดเร็วมาก

เครื่องคอมพิวเตอร์แบบผสม

ใช้การเปลี่ยนปริมาณต่อเนื่องให้เป็นปริมาณไม่ต่อเนื่อง (โดยเป็นสัญลักษณ์ของตัวเลข) หรือเปลี่ยนปริมาณไม่ต่อเนื่องให้เป็นปริมาณต่อเนื่อง เพื่อสามารถทำให้มีการทำงานผสมระหว่างเครื่องคอมพิวเตอร์เชิงอุปมานและเชิงตัวเลขได้

หัวข้อก่อนหน้า

บทความและภาพประกอบที่อยู่ในเว็บไซต์ของมูลนิธิโครงการสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ นี้ใช้สำหรับเพื่อสนับสนุนการผลิตหนังสือสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ
เป็นการเผยแพร่วิชาการให้แก่เยาวชนและประชาชนทั่วไป โดยจะนำไปแจกจ่ายให้โรงเรียนทั่วประเทศ และจำนวนหนึ่งนำออกจำหน่ายเพื่อนำเงินมาสมทบทุนในการจัดพิมพ์ต่อไป
ซึ่งเป็นการใช้สิทธิโดยสุจริต ทั้งนี้มูลนิธิได้รับอนุญาตทั้งบทความและภาพประกอบจากผู้เขียนแล้ว หากมีประเด็นขัดข้องสงสัยในเรื่องลิขสิทธิ์อย่างใด ขอได้โปรดแจ้งให้
มูลนิธิโครงการสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ ทราบเพื่อพิจารณาแก้ไขความขัดข้องสงสัยนั้นต่อไป จะเป็นพระคุณยิ่ง

ลิขสิทธิ์เป็นของมูลนิธิโครงการสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ
ห้ามนำข้อความและรูปภาพไปเผยแพร่โดยไม่ได้รับอนุญาต