---
title: "ประวัติและวิวัฒนาการของเซนเซอร์และเครื่องมือวัดคุม"
url: https://modsengineeringmath.com/learn/sensors-transducers/history-technology/
site: "Mod's Engineering Mathematics (อาจารย์มด)"
language: th
updated: 2026-10-14
---

> เส้นเวลา 400 ปีของเซนเซอร์และเครื่องมือวัดคุม: การค้นพบปรากฏการณ์ Seebeck Faraday Hall piezoelectric สเตรนเกจ ยุคนิวแมติก 3–15 psi ยุคอิเล็กทรอนิกส์ 4–20 mA DCS และ PLC ยุคทรานสมิตเตอร์อัจฉริยะ HART สงครามฟิลด์บัส PROFIBUS FOUNDATION Fieldbus ยุค Industrial Ethernet ไร้สาย IIoT และ Ethernet-APL พร้อมประเทศต้นกำเนิดของแต่ละเทคโนโลยี

ฉบับ Markdown ของ https://modsengineeringmath.com/learn/sensors-transducers/history-technology/ สำหรับผู้ช่วย AI และเครื่องมือค้นหา สูตรเขียนเป็น LaTeX ($…$ และ $$…$$) แล็บโต้ตอบและรูปมีเฉพาะในหน้าเว็บ

# ประวัติและวิวัฒนาการของเซนเซอร์และเครื่องมือวัดคุม

// บทที่ 20.2 · Sensors & Transducers · History & Evolution


มาตรฐานและสัญญาณที่เราใช้วันนี้ไม่ได้ถูกออกแบบใหม่ทั้งหมดในคราวเดียว แต่ละรุ่นต้องอยู่ร่วมกับรุ่นก่อน 4–20 mA สืบทอด live zero จากลม HART ซ้อนบน 4–20 mA และ Ethernet-APL ใช้สายคู่เดิมของฟิลด์บัส การรู้ที่มาจึงช่วยให้เข้าใจว่าทำไมตัวเลขเหล่านั้นจึงเป็นแบบนั้น

## เส้นเวลาของเครื่องมือวัดคุมอุตสาหกรรม

รูป 1 · ยุคเทคโนโลยีซ้อนทับกัน โรงงานจำนวนมากยังมีอุปกรณ์จากสามยุคทำงานพร้อมกัน

## ปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่กลายเป็นเซนเซอร์ พื้นฐาน

เซนเซอร์เกือบทุกชนิดในบทนี้อาศัยการค้นพบในศตวรรษที่ 17–19 ช่องว่างระหว่าง "ค้นพบ" กับ "ใช้ในโรงงาน" มักยาวหลายสิบถึงร้อยปี จนกว่าจะมีวัสดุและอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำให้ใช้งานได้จริง

- ราว 1593Galileo Galilei ทำเทอร์โมสโคป (อากาศขยายตัวดันน้ำในหลอด) · อิตาลี

- 1643Evangelista Torricelli วัดความดันบรรยากาศด้วยคอลัมน์ปรอท · อิตาลี

- 1714 · 1742Fahrenheit ทำเทอร์โมมิเตอร์ปรอท · Anders Celsius เสนอสเกลร้อยองศา · เนเธอร์แลนด์ · สวีเดน

- 1738 · 1797Daniel Bernoulli อธิบายความเร็วกับความดัน · Venturi ศึกษาการไหลผ่านท่อคอด · สวิตเซอร์แลนด์ · อิตาลี

- 1821Thomas Johann Seebeck พบแรงเคลื่อนไฟฟ้าจากผลต่างอุณหภูมิ → เทอร์โมคัปเปิล · เยอรมนี (ปรัสเซีย)

- 1831–1832Michael Faraday ค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า และทดลองวัดแรงดันจากแม่น้ำเทมส์ → CT, magmeter · สหราชอาณาจักร

- 1835Gaspard-Gustave de Coriolis อธิบายแรงในกรอบหมุน → มิเตอร์คอริโอลิส · ฝรั่งเศส

- 1843Charles Wheatstone เผยแพร่วงจรสะพานวัดความต้านทาน (ที่ Samuel Christie คิดไว้ก่อนในปี 1833) · สหราชอาณาจักร

- 1849Eugène Bourdon จดสิทธิบัตรท่อโค้งวัดความดัน · ฝรั่งเศส

- 1856William Thomson (Lord Kelvin) พบว่าความต้านทานโลหะเปลี่ยนเมื่อถูกดึง → พื้นฐานสเตรนเกจ · สหราชอาณาจักร

- 1871 · 1887William Siemens เสนอเทอร์โมมิเตอร์ความต้านทานแพลตตินัม · H. L. Callendar ทำให้แม่นยำ · สหราชอาณาจักร

- 1879 · 1880Edwin Hall พบปรากฏการณ์ฮอลล์ · Pierre และ Jacques Curie พบปรากฏการณ์ไพอีโซอิเล็กทริก · สหรัฐฯ · ฝรั่งเศส

- 1912Walter Rogowski อธิบายขดลวดวัดกระแสแบบแกนอากาศ · เยอรมนี

- 1938Edward Simmons และ Arthur Ruge พัฒนาสเตรนเกจแบบติดผิว · สหรัฐฯ

- 1954C. S. Smith (Bell Labs) รายงานผลไพอีโซรีซิสทีฟในซิลิคอน → เซนเซอร์ความดัน MEMS · สหรัฐฯ

## ห้ายุคของเครื่องมือวัดคุมในโรงงาน กลาง

### 1 · ยุคนิวแมติก (ทศวรรษ 1930–1960)

ตัวควบคุม PID แบบลมจากผู้ผลิตอย่าง Taylor และ Foxboro ในสหรัฐฯ ทำให้ควบคุมกระบวนการอัตโนมัติได้จริง ปี 1942 Ziegler และ Nichols ตีพิมพ์วิธีจูนที่ยังสอนกันถึงวันนี้ (ดู การจูน PID) สัญญาณมาตรฐานคือ 3–15 psi ข้อดีคือปลอดภัยในพื้นที่ไวไฟโดยธรรมชาติ ข้อเสียคือท่อลมยาวทำให้ตอบสนองช้า

H1 Pneumatic ↔ current signal แปลงสัญญาณลมกับกระแส (ตัวแปลง I/P)

$$P = 3 + 12\,\frac{I - 4}{16}\ \text{psi} \qquad 20\ \text{kPa} \leftrightarrow 4\ \text{mA},\;\; 100\ \text{kPa} \leftrightarrow 20\ \text{mA}$$

ตัวอย่าง H-1

### PLC สั่งวาล์วด้วย 12 mA ผ่านตัวแปลง I/P

- H1: $P = 3 + 12(8/16) = 9\ \text{psi}$ (60 kPa) = 50 % ของช่วงลม

- วาล์วแบบ air-to-open เปิด 50 % ส่วนแบบ air-to-close ปิด 50 % — การเลือกแบบขึ้นกับว่าถ้าลมหายวาล์วควรอยู่ที่ใด (fail-safe)

### 2 · ยุคอิเล็กทรอนิกส์แอนะล็อก (ทศวรรษ 1950–1980)

ทรานซิสเตอร์ทำให้ทรานสมิตเตอร์อิเล็กทรอนิกส์เป็นไปได้ ผู้ผลิตแต่ละรายใช้ช่วงกระแสต่างกันจนมาตรฐาน ISA S50.1 และ IEC 60381 ทำให้ 4–20 mA เป็นภาษากลาง ปี 1969 PLC รุ่นแรกจาก Modicon แทนที่ตู้รีเลย์ในอุตสาหกรรมรถยนต์สหรัฐฯ และปี 1975 ระบบควบคุมแบบกระจาย (DCS) รุ่นแรกออกสู่ตลาดเกือบพร้อมกันทั้งในสหรัฐฯ และญี่ปุ่น

### 3 · ยุคทรานสมิตเตอร์อัจฉริยะ (ทศวรรษ 1980)

ไมโครโปรเซสเซอร์ที่กินไฟต่ำพอจะอยู่ในงบ 3.6 mA ทำให้ทรานสมิตเตอร์ชดเชยอุณหภูมิและความไม่เชิงเส้นด้วยตัวเลข ตั้งช่วงจากระยะไกล และรายงานความผิดปกติได้ ทรานสมิตเตอร์ความดันอัจฉริยะเชิงพาณิชย์รุ่นแรก ๆ ออกในปี 1983 และ HART (กลางทศวรรษ 1980) กลายเป็นวิธีพูดคุยกับทรานสมิตเตอร์ผ่านสายเดิม ซึ่งยังเป็นทรานสมิตเตอร์ที่ติดตั้งมากที่สุดในโลกจนถึงวันนี้

### 4 · ยุคฟิลด์บัส (ทศวรรษ 1990)

ความหวังคือสายคู่เดียวต่อทุกอุปกรณ์แบบดิจิทัลล้วน แต่ค่ายเยอรมนี (PROFIBUS) ค่ายฝรั่งเศส (FIP/WorldFIP) และค่ายสหรัฐฯ (ISP แล้วกลายเป็น FOUNDATION Fieldbus) แข่งกันจนมาตรฐานสากลไม่สามารถเลือกโปรโตคอลเดียวได้ ผลประนีประนอมคือ IEC 61158 ที่บรรจุหลายโปรโตคอลเป็น "ชนิด" ต่าง ๆ บทเรียนสำคัญคือความเข้ากันได้ (interoperability) และเครื่องมือวินิจฉัยสำคัญพอ ๆ กับความเร็ว

### 5 · ยุคอีเทอร์เน็ต ไร้สาย และ IIoT (2000 ถึงปัจจุบัน)

Industrial Ethernet (PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT) ครองงานโรงงานผลิต WirelessHART (IEC 62591) และ ISA100.11a (IEC 62734) นำเซนเซอร์ไร้สายเข้าสู่กระบวนการ OPC UA ให้ข้อมูลมีความหมายข้ามระบบ คำว่า Industrie 4.0 ถูกนำเสนอในเยอรมนีปี 2011 และหน่วย SI ถูกนิยามใหม่ด้วยค่าคงตัวธรรมชาติในปี 2019 (ดู มาตรวิทยา) ล่าสุด Ethernet-APL นำอีเทอร์เน็ตสองสายลงไปถึงทรานสมิตเตอร์ในพื้นที่อันตราย

## ประเทศต้นกำเนิด: ใครวางรากฐานอะไร พื้นฐาน

| ประเทศ | องค์กร/ผู้ผลิตสำคัญ | สิ่งที่วางรากฐาน |

| สวิตเซอร์แลนด์ | IEC, ISO (เจนีวา) | มาตรฐานสากลเกือบทั้งหมดในบทนี้ (IEC 60751, 60584, 61158, 61508, ISO 5167) |

| ฝรั่งเศส | BIPM (Sèvres) | ระบบหน่วย SI ต้นแบบกิโลกรัมเดิม · Bourdon · Coriolis |

| เยอรมนี | DIN, PTB, NAMUR, PI, VDI/VDE | PROFIBUS/PROFINET · NE 43 · FISCO · เส้นโค้ง Pt100 (DIN) · Industrie 4.0 · EtherCAT |

| สหรัฐอเมริกา | ISA, NIST, IEEE, ODVA, FieldComm Group, API, ASME | ISA-5.1 P&ID · 4–20 mA (S50.1) · HART · FOUNDATION Fieldbus · Modbus · EtherNet/IP · ตาราง TC ของ NIST |

| สหราชอาณาจักร | NPL, BSI | Faraday · Wheatstone · Kelvin · Siemens/Callendar (RTD) |

| ญี่ปุ่น | JISC, CLPA | JIS C 1602/1604 · DCS ยุคแรก · CC-Link · เซนเซอร์ซิลิคอนเรโซแนนต์ |

| ไทย | มว. (NIMT), สมอ. (TISI), วสท. | มาตรฐานการวัดแห่งชาติ · มอก. · มาตรฐานการติดตั้งทางไฟฟ้า |

รายการมาตรฐานพร้อมเมืองที่ตั้งองค์กรและตัวกรองตามชนิดเซนเซอร์อยู่ที่ ฐานข้อมูลมาตรฐาน

## ทิศทางเทคโนโลยี: จาก "วัดค่า" สู่ "รู้สถานะ" กลาง

### เซนเซอร์บอกสุขภาพตัวเอง
ทรานสมิตเตอร์รุ่นใหม่ตรวจท่อตัน การเกาะติด การสั่น และความเสื่อมของเซนเซอร์ แล้วรายงานตามหมวด NAMUR NE 107 (ล้มเหลว · ตรวจสอบ · นอกสเปก · ต้องบำรุงรักษา)

### MEMS และการรวมหลายปริมาณ
ชิปเดียววัดความดัน อุณหภูมิ และความเร่ง ราคาลดลงจนเซนเซอร์กลายเป็น "ของถูก" และสิ่งที่มีค่าคือข้อมูลที่ได้

### ดิจิทัลถึงปลายทาง
IO-Link และ Ethernet-APL ทำให้ข้อมูลดิจิทัลเดินทางจากเซนเซอร์ถึงคลาวด์โดยไม่ผ่านการแปลงเป็นแอนะล็อก

### ข้อมูลช่องทางที่สองและ AI
NAMUR Open Architecture แยกการเฝ้าดูและวิเคราะห์ออกจากลูปควบคุม ทำให้ใช้ AI พยากรณ์ความเสียหายได้โดยไม่เสี่ยงต่อการควบคุม

อ่านรายละเอียดเชิงเทคนิคที่ เซนเซอร์อัจฉริยะและ IIoT

## แหล่งอ้างอิง

- Ziegler, J. G. & Nichols, N. B. (1942) Optimum Settings for Automatic Controllers, Transactions of the ASME 64

- ANSI/ISA-50.1 · IEC 60381-1 · IEC 60382 (สัญญาณแอนะล็อกไฟฟ้าและนิวแมติก)

- IEC 61158 / IEC 61784 · NAMUR NE 107 Self-monitoring and diagnosis of field devices

- BIPM — The 2019 redefinition of the SI base units

## คำถามที่พบบ่อย

ทำไมสัญญาณลมใช้ 3–15 psi?
ช่วง 3–15 psi (ประมาณ 20–100 kPa) กลายเป็นมาตรฐานของเครื่องมือวัดคุมแบบนิวแมติกตั้งแต่ก่อนยุคอิเล็กทรอนิกส์ จุดเริ่มที่ 3 psi แทนศูนย์ทำให้แยกท่อลมรั่วหรือขาดออกจากค่า 0 % ได้ และช่วยให้กลไกอยู่ในย่านที่ทำงานเป็นเชิงเส้น แนวคิดนี้ส่งต่อมาเป็น live zero ของ 4–20 mA และยังใช้กับตัวขับวาล์วจนถึงปัจจุบัน

ทรานสมิตเตอร์อัจฉริยะ (smart transmitter) เริ่มเมื่อไร?
ต้นทศวรรษ 1980 เมื่อไมโครโปรเซสเซอร์เล็กและกินไฟน้อยพอจะอยู่ในทรานสมิตเตอร์สองสาย ทรานสมิตเตอร์ความดันอัจฉริยะรุ่นแรก ๆ ออกสู่ตลาดในปี 1983 ทำให้ชดเชยอุณหภูมิและความไม่เชิงเส้นด้วยตัวเลข ตั้งช่วงจากระยะไกล และวินิจฉัยตัวเองได้ ตามมาด้วยโปรโตคอล HART ที่ให้สื่อสารกับทรานสมิตเตอร์ผ่านสาย 4–20 mA เดิม

## คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

**ทำไมสัญญาณลมใช้ 3–15 psi?**
ช่วง 3–15 psi (ประมาณ 20–100 kPa) กลายเป็นมาตรฐานของเครื่องมือวัดคุมแบบนิวแมติกตั้งแต่ก่อนยุคอิเล็กทรอนิกส์ จุดเริ่มที่ 3 psi แทนศูนย์ทำให้แยกท่อลมรั่วหรือขาดออกจากค่า 0 % ได้ และช่วยให้กลไกอยู่ในย่านที่ทำงานเป็นเชิงเส้น แนวคิดนี้ส่งต่อมาเป็น live zero ของ 4–20 mA และยังใช้กับตัวขับวาล์วจนถึงปัจจุบัน

**ทรานสมิตเตอร์อัจฉริยะ (smart transmitter) เริ่มเมื่อไร?**
ต้นทศวรรษ 1980 เมื่อไมโครโปรเซสเซอร์เล็กและกินไฟน้อยพอจะอยู่ในทรานสมิตเตอร์สองสาย ทรานสมิตเตอร์ความดันอัจฉริยะรุ่นแรก ๆ ออกสู่ตลาดในปี 1983 ทำให้ชดเชยอุณหภูมิและความไม่เชิงเส้นด้วยตัวเลข ตั้งช่วงจากระยะไกล และวินิจฉัยตัวเองได้ ตามมาด้วยโปรโตคอล HART ที่ให้สื่อสารกับทรานสมิตเตอร์ผ่านสาย 4–20 mA เดิม