Jakie są typy przetworników i ich zastosowania

Jakie są typy przetworników i ich zastosowania

Są różne komponenty elektryczne i elektroniczne służą do budowy obwodów i projektów dla studentów inżynierii. Komponenty to aktywne i pasywne komponenty, czujniki, przetworniki, nadajniki, odbiorniki, moduły (WiFi, Bluetooth, GSM, RFID, GPS) i tak dalej. Ogólnie proces transdukcji obejmuje konwersję jednej formy energii w inną. Proces ten obejmuje głównie element wykrywający, który wyczuwa energię wejściową, a następnie przekształca ją w inną postać za pomocą elementu transdukcyjnego. Measurand informuje o właściwości, ilości lub stanie, które przetwornik ma przełożyć na wyjście elektryczne. W tym artykule omówiono, czym jest przetwornik, typy przetworników i zastosowania przetwornika.

Co to są typy głowic / głowic?

Przetwornik to urządzenie elektryczne, które służy do przekształcania jednej formy energii w inną. Ogólnie rzecz biorąc, urządzenia te radzą sobie z różnymi rodzajami energii, takimi jak mechaniczna, energia elektryczna , energia świetlna, energia chemiczna, energia cieplna, energia akustyczna, energia elektromagnetyczna i tak dalej.


Transduktor

Transduktor



Weźmy na przykład mikrofon, którego używamy na co dzień w telefonach, telefonach komórkowych, który przekształca dźwięk w sygnały elektryczne, a następnie wzmacnia go w preferowanym zakresie. Następnie zamienia sygnały elektryczne na sygnały dźwiękowe na o / p głośnika. Obecnie świetlówki służą do oświetlenia, zamieniają energię elektryczną w energię świetlną.

Najlepsze transduktor przykłady to głośniki, mikrofony, położenie, termometry, antena i czujnik ciśnienia. Podobnie, istnieją różne rodzaje przetworników projekty elektryczne i elektroniczne .

Warunki dotyczące typów przetworników

Niektóre warunki, które są głównie używane do oceny przetworników, omówiono poniżej.

Zakres dynamiczny

Zakres dynamiczny przetwornika to stosunek sygnału o wysokiej amplitudzie do sygnału o najmniejszej amplitudzie, tak aby przetwornik mógł wydajnie tłumaczyć. Gdy przetworniki mają wysoki zakres dynamiczny, są bardziej precyzyjne i czułe.


Powtarzalność

Powtarzalność to zdolność przetwornika do generowania takiej samej mocy wyjściowej po pobudzeniu go podobnym wejściem.

Hałas

Na wyjściu przetwornika pojawia się losowy szum. W przetwornikach typu elektrycznego hałas dodany przez to może być elektryczny z powodu termicznego działania ładunków w obwodach. Małe sygnały mogą być zniekształcone przez szum bardziej niż duże sygnały.

Histereza

W tej właściwości sygnał wyjściowy przetwornika zależy nie tylko od jego aktualnego wejścia, ale zależy również od jego przeszłego wejścia. Na przykład, siłownik wykorzystuje przekładnię zębatą, która ma pewną reakcję, gdy kierunek ruchu siłownika przewróci się, wówczas nastąpi martwa strefa, zanim wyjście siłownika przewróci się przez luz między zębami koła zębatego.

Typy przetworników i ich zastosowania

Istnieje wiele typów przetworników, takich jak przetwornik ciśnienia, przetwornik piezoelektryczny, przetwornik ultradźwiękowy, przetwornik temperatury i tak dalej. Omówmy zastosowanie różnych typów przetworników w praktycznych zastosowaniach.

Niektóre typy przetworników, takie jak przetwornik aktywny i przetworniki pasywne, są oparte na tym, czy źródło zasilania jest wymagane, czy nie.

Rodzaje przetworników

Rodzaje przetworników

Aktywny przetwornik nie wymaga do swojej pracy żadnego źródła zasilania. Te przetworniki działają na zasadzie konwersji energii. Generują sygnał elektryczny proporcjonalny do i / p. Najlepszym przykładem takiego przetwornika jest termopara. Natomiast przetworniki pasywne wymagają do pracy zewnętrznego źródła zasilania. Generują o / p w postaci pojemności, rezystancji. Następnie należy go przekonwertować na równoważny sygnał napięciowy lub prądowy. Najlepszym przykładem przetwornika pasywnego jest fotokomórka.

Przetwornik ultradźwiękowy

Główną funkcją przetwornika ultradźwiękowego jest zamiana sygnałów elektrycznych na fale ultradźwiękowe. Ten przetwornik można również nazwać przetwornikami pojemnościowymi lub piezoelektrycznymi.

Przetwornik ultradźwiękowy

Przetwornik ultradźwiękowy

Zastosowanie przetwornika ultradźwiękowego

Ten przetwornik może służyć do pomiaru odległości dźwięku na podstawie odbicia. Pomiar ten oparty jest na odpowiedniej metodzie w porównaniu z metodami prostymi, które wykorzystują różne skale pomiarowe. Obszary, które są trudne do znalezienia, takie jak obszary nacisku, bardzo wysoka temperatura, konwencjonalnymi metodami pomiar odległości nie jest prostym zadaniem. Tak więc ten oparty na przetworniku system pomiarowy może być używany w tego rodzaju strefie.

Proponowany system wykorzystuje 8051 mikrokontrolerów , zasilacze, moduł przetwornika ultradźwiękowego, który zawiera nadajnik i odbiornik, stosowane są bloki wyświetlaczy LCD pokazane na powyższym schemacie blokowym.

Tutaj, jeśli zostanie znaleziona jakakolwiek przeszkoda lub jakikolwiek obiekt, który zostanie wykryty przez przetwornik ultradźwiękowy, wówczas transmituje on fale i zostaje odbity z powrotem od obiektu, a fale te są odbierane przez przetwornik. Czas zużyty przez przetwornik do nadawania a odbiór fal można zauważyć, biorąc pod uwagę prędkość dźwięku. Następnie na podstawie prędkości dźwięku i zaprogramowanego mikrokontrolera wykonywany jest pomiar odległości i wyświetlenie go na wyświetlaczu LCD. Tutaj wyświetlacz jest połączony z mikrokontrolerem. Przetwornik ultradźwiękowy wytwarza fale o częstotliwości 40 kHz.

Przetwornik temperatury

Przetwornik temperatury to urządzenie elektryczne, które służy do konwersji temperatury urządzenia na inną wielkość, taką jak energia elektryczna lub ciśnienie lub energia mechaniczna, a następnie ilość zostanie wysłana do urządzenie sterujące do kontrolowania temperatury urządzenia.

Zastosowanie przetwornika temperatury

Przetwornik temperatury służy do pomiaru temperatury powietrza w taki sposób, że kontroluje temperaturę kilka systemów sterowania jak klimatyzacja, ogrzewanie, wentylacja i tak dalej.

Oparty na Arduino automatyczny regulator prędkości wentylatora sterujący schematem blokowym temperatury

Oparty na Arduino automatyczny regulator prędkości wentylatora sterujący schematem blokowym temperatury

Rozważmy praktyczny przykład przetwornika temperatury, który służy do sterowania temperaturą dowolnego urządzenia w zależności od potrzeb różnych zastosowań przemysłowych. Automatyczny regulator prędkości wentylatora oparty na Arduino kontrolujący temperaturę i pokazujący pomiar temperatury na wyświetlacz LCD .

W proponowanym systemie IC LM35 służy jako przetwornik temperatury. Na Płytka Arduino służy do sterowania różnymi funkcjami, które obejmują konwersja analogowo-cyfrowa oraz wyświetlacz LCD podłączony na powyższym rys.

Temperaturę można ustawić za pomocą ustawień takich jak INC i DEC do zwiększania i zmniejszania. Na podstawie zmierzonej temperatury zostanie wygenerowana modulacja szerokości impulsu o / p przez program płytki Arduino. Wynik tego jest używany do sterować wentylatorem DC przez układ sterownika silnika.

Przetwornik piezoelektryczny

Przetwornik piezoelektryczny jest szczególnym rodzajem czujnika, a głównym zadaniem tego przetwornika jest zamiana energii mechanicznej na energię elektryczną. W ten sam sposób energię elektryczną można przekształcić w energię mechaniczną.

Przetwornik piezoelektryczny

Przetwornik piezoelektryczny

Zastosowania przetworników piezoelektrycznych

  • Ten przetwornik jest używany głównie do wykrywania wpływu perkusisty pałeczki na elektroniczne pady perkusyjne. A także służy do wykrywania ruchu mięśnia, który można nazwać akceleromiąografią.
  • Obciążenie silnika można określić poprzez obliczenie zróżnicowanego ciśnienia bezwzględnego, co można wykonać wykorzystując te przetworniki jako czujnik MAP w układach wtrysku paliwa.
  • Ten czujnik może być używany jako czujnik stuków w samochodowych układach sterowania silnikiem do wykrywania stuków silnika.

Przetwornik ciśnienia

Przetwornik ciśnienia to specjalny rodzaj czujnika, który zmienia ciśnienie wymuszane na sygnałach elektrycznych. Te przetworniki są również nazywane wskaźnikami ciśnienia, manometrami, piezometrami, przetwornikami i czujniki ciśnienia .

Zastosowanie przetwornika ciśnienia

Przetwornik ciśnienia służy do pomiaru ciśnienia określonej wielkości, takiej jak gaz lub ciecz, poprzez zmianę ciśnienia na energię elektryczną. Różne rodzaje tych przetworników, takie jak przetwornik napięcia ze wzmocnieniem, przetwornik ciśnienia bazowego tensometru, przetwornik ciśnienia miliwoltowego (mv), przetwornik ciśnienia 4-20 mA i przetwornik ciśnienia.

Zastosowania przetwornika ciśnienia obejmują głównie wykrywanie wysokości, ciśnienia, poziomu lub głębokości, wykrywania przepływu i testowania szczelności. Przetworniki te mogą być używane do wytwarzania energii elektrycznej pod wyłącznikami prędkości na autostradach lub drogach, gdzie siła pojazdów może być przekształcana w energię elektryczną.

Klasyfikacja typów przetworników

Istnieją różne metody klasyfikacji przetworników, które obejmują, ale nie ograniczają się do funkcji przetwornika, strukturę, w innym przypadku występowanie ich działania. Kategoryzowanie przetworników, takich jak przetworniki wejściowe i wyjściowe, jest niezwykle proste, ale są one traktowane jak proste przetworniki sygnału. Główną funkcją przetwornika wejściowego jest pomiar wielkości od nieelektrycznych do elektrycznych.

Z drugiej strony, przetworniki o / p działają zupełnie odwrotnie, ponieważ ich elektryczne są sygnałami wejściowymi, podczas gdy nieelektryczne są sygnałami wyjściowymi, takimi jak przemieszczenie, siła, ciśnienie, moment obrotowy itp.
Przetworniki są podzielone na trzy typy w oparciu o ich zasadę działania, takie jak elektryczne, termiczne i mechaniczne. Poniższe trzy metody służą do klasyfikowania przetworników.

  • Efekt fizyczny
  • Wielkość fizyczna
  • Źródło energii
  • Zasada transdukcji
  • Przetwornik pierwotny i wtórny
  • Przetwornik analogowy i cyfrowy
  • Przetwornik i odwrotny przetwornik

Efekt fizyczny

Pierwszą klasyfikację przetwornika można przeprowadzić na podstawie efektu fizycznego. Jest to pierwsza klasyfikacja przetwornika zależna od efektu fizycznego, stosowana do zmiany wielkości z fizycznej na elektryczną. Na przykład zmiana rezystancji elementów miedzianych będzie proporcjonalna do zmiany temperatury. Oto efekty fizyczne, które są używane do zmiany rezystancji, indukcyjności, pojemności, efektu Halla i efektu piezoelektrycznego

Wielkość fizyczna

Drugą klasyfikację przetwornika można przeprowadzić na podstawie zmienionej wielkości fizycznej, to znaczy końcowego zastosowania przetwornika za konwersją. Na przykład przetwornik ciśnienia to przetwornik, który przekształca ciśnienie w sygnał elektryczny. Klasyfikacja przetwornika na podstawie wielkości fizycznej obejmuje następujące elementy.

  • Przetwornik przepływu, taki jak przepływomierz
  • Przetwornik przyspieszenia, taki jak akcelerometr
  • Przetwornik temperatury podobny do termopary
  • Przetwornik poziomu, taki jak rura momentu obrotowego
  • Przetwornik ciśnienia, taki jak Bourdon Gauge
  • Przetwornik przemieszczenia, taki jak liniowy zmienny transformator różnicowy (LVDT)
  • Przetwornik siły jak dynamometr

Źródło energii

Klasyfikację przetworników na podstawie źródła energii można przeprowadzić na dwa rodzaje, które obejmują następujące.

  • Aktywne przetworniki
  • Przetworniki pasywne

Aktywne przetworniki

W tego typu przetwornikach energia wejściowa może służyć jako sygnał sterujący podczas przesyłania energii za pomocą zasilacza w kierunku wyjścia proporcjonalnego.

Na przykład w aktywnym przetworniku, takim jak tensometr, odkształcenie można zmienić na rezystancję. Ponieważ jednak energia odkształcanego elementu jest mniejsza, wówczas energia na wyjściu może być dostarczona z zewnętrznego źródła zasilania.

Przetworniki pasywne

W tym przetworniku energia wejściowa może być zamieniana bezpośrednio na wyjście. Na przykład przetwornik pasywny, taki jak termopara, wszędzie tam, gdzie energia cieplna może zostać pobrana z wejścia, można zamienić na napięcie lub sygnały elektryczne.

Zasada transdukcji

Klasyfikacji przetwornika można dokonać na podstawie medium transdukcji. Tutaj medium może być pojemnościowe, rezystancyjne lub indukcyjne w oparciu o metodę konwersji polegającą na tym, że sposób przetwornika wejściowego zmienia sygnał wejściowy odpowiednio na rezystancję, indukcyjność i pojemność.

Przetwornik pierwotny i wtórny

Główny przetwornik zawiera urządzenia elektryczne i mechaniczne. Urządzenia mechaniczne nazywane są również przetwornikami pierwotnymi, które służą do zmiany fizycznej wielkości i / p na sygnał mechaniczny. Główną funkcją drugiego przetwornika jest zmiana sygnału z mechanicznego na elektryczny. Wielkość sygnału o / p zależy głównie od sygnału mechanicznego i / p.

Przykład

Najlepszym przykładem przetwornika pierwotnego i wtórnego jest rurka Bourdona, ponieważ w ten sposób rura działa jak przetwornik pierwotny, zauważając siłę, a także zmieniając ją w przemieszczenie od jej otwartego końca. Przemieszczenie otwartych końców przesuwa środek LVDT. Ruch środkowy może indukować napięcie wyjściowe, które jest bezpośrednio związane z przemieszczeniem otwartego końca rury.

Dlatego w rurce zachodzą dwa rodzaje transdukcji. Najpierw siłę można zmienić na zwichnięcie, a następnie za pomocą LVDT zamienia się ją na napięcie. Rurka Bourdona jest głównym przetwornikiem, podczas gdy LVDT jest przetwornikiem wtórnym.

Przetwornik analogowy i cyfrowy

Klasyfikacji przetwornika można dokonać na podstawie ich sygnałów wyjściowych, które są ciągłe, inaczej dyskretne.

Główną funkcją przetwornika analogowego jest zmiana wielkości wejścia na funkcję stałą. Najlepsze przykłady przetworników analogowych to LVDT, termopara, tensometr i termistor. Przetworniki cyfrowe służą do zmiany ilości sygnału wejściowego na sygnał cyfrowy, który działa przy małej lub dużej mocy.

Przetwornik cyfrowy służy do pomiaru wielkości fizycznych w celu przesyłania danych, takich jak zakodowane sygnały cyfrowe, a nie ciągłe zmieniające się napięcia lub prądy. Typy przetworników cyfrowych to enkodery wału, resolwery cyfrowe, tachometry cyfrowe, czujniki efektu Halla i wyłączniki krańcowe

Przetwornik i odwrotne przetworniki

Przetwornik - Urządzenie, które przekształca wielkość nieelektryczną w wielkość elektryczną, nazywane jest przetwornikiem.

Przetwornik odwrotny - Przetwornik, który przekształca wielkość elektryczną w wielkość fizyczną, taki typ przetworników jest znany jako przetwornik odwrotny. Przetwornik ma wysokie wejście elektryczne i niską moc nieelektryczną.

Przetwornik tensometru

Główną funkcją przetwornika tensometrycznego jest elektryczna konwersja wielkości fizycznych. Działają poprzez zmianę wielkości fizycznych na ciśnienie mechaniczne w komponencie znanym jako element czujnikowy, a następnie przekształcają naprężenie elektrycznie za pomocą tensometru.

Miernik odkształcenia

Miernik odkształcenia

Struktura elementu czujnikowego, jak również tensometr, są zaprojektowane optymalnie, aby zapewnić obsługę i najwyższą dokładność produktów. Te przetworniki są ogólnie klasyfikowane na podstawie ich zastosowania do typów budowlanych / inżynieryjnych lub ogólnych. Niektóre z przetworników typu ogólnego są wykorzystywane w budownictwie lub inżynierii lądowej. Typy przetworników tensometrycznych to Miernik naprężenia drutu, Miernik naprężenia folii i Miernik naprężenia półprzewodników.

Przetwornik indukcyjny

Przetwornik indukcyjny działa na zasadzie zmiany indukcyjności ze względu na znaczną transformację mierzonej wielkości. Na przykład LVDT jest typem przetwornika indukcyjnego, używanym do pomiaru przemieszczenia, takiego jak dysproporcja napięcia między dwoma napięciami wtórnymi. Napięcia te są wynikiem indukcji z powodu zmiany strumienia w cewce wtórnej przez przemieszczenie pręta żelaznego. Typy przetworników indukcyjnych to Prosta indukcyjność i Wzajemna indukcyjność z dwiema cewkami.

Przetwornik indukcyjny

Przetwornik indukcyjny

Charakterystyka typów przetworników

Charakterystyki przetwornika są podane poniżej, które są określane przez badanie odpowiedzi o / p przetwornika na różne sygnały i / p. Warunki testowe tworzą ściśle określone warunki pracy. Do danych testowych można zastosować metody obliczeniowe i standardowe metody statystyczne.

Charakterystyka przetwornika odgrywa kluczową rolę przy doborze odpowiedniego przetwornika, szczególnie do konkretnego projektu. Dlatego znajomość jego właściwości jest niezbędna do odpowiedniego doboru. Tak więc charakterystyki przetwornika są podzielone na dwa typy, takie jak statyczne i dynamiczne.

  • Precyzja
  • Rozkład
  • Wrażliwość
  • Dryf
  • Liniowość
  • Zgodność
  • Zakres
  • Histereza
  • Zniekształcenie
  • Hałas
  • Liniowość
  • Wrażliwość
  • Rozkład
  • Próg
  • Rozpiętość i zakres
  • Precyzja
  • Stabilność
  • Dryf
  • Powtarzalność
  • Reakcja na coś
  • Próg
  • Impedancja wejściowa i O / P

Charakterystyka statyczna

Charakterystyki statyczne przetwornika są zbiorem kryteriów działania, które są rozpoznawane podczas kalibracji statycznej, co oznacza wyjaśnienie wartości pomiaru poprzez fundamentalne zachowanie obliczonych wielkości, ponieważ wartości stałe zmieniają się bardzo powoli.

W przypadku przyrządów można zdefiniować zestaw kryteriów do obliczania wielkości, które zmieniają się stopniowo w czasie, w przeciwnym razie przeważnie stałe, które nie różnią się w czasie, są znane jako charakterystyki statyczne. Charakterystyka obejmuje następujące elementy.

Charakterystyka dynamiczna

Dynamiczna charakterystyka przetwornika zmienia się w kierunku jego wydajności, gdy zmierzona pojemność jest funkcją czasu, który zmienia się szybko w czasie. Gdy te charakterystyki zależą od wydajności przetwornika, mierzona wielkość jest w zasadzie stabilna.

Tak więc te charakterystyki opierają się na wejściach dynamicznych, ponieważ zależą od ich własnych parametrów i charakteru sygnału wejściowego. Charakterystyki dynamiczne przetwornika są następujące.

  • wierność
  • Szybkość reakcji
  • Pasmo
  • Błąd dynamiczny

Ogólnie rzecz biorąc, obie charakterystyki przetwornika, takie jak statyczna i dynamiczna, zweryfikują jego działanie i określą, jak skutecznie może on rozpoznawać preferowane sygnały wejściowe, a także odrzucać niepotrzebne sygnały wejściowe.

Zastosowania typów przetworników

Zastosowania typów przetworników omówiono poniżej.

  • Typy przetworników są używane w zastosowaniach elektromagnetycznych, takich jak anteny, wkłady magnetyczne, czujniki halla, głowice odczytu i zapisu dysków.
  • Typy przetworników są używane w zastosowaniach elektromechanicznych, takich jak akcelerometry, LVDT, galwanometry, czujniki ciśnienia, ogniwa obciążnikowe, MEMS, potencjometry, czujniki przepływu powietrza, silniki liniowe i obrotowe.
  • Typy przetworników są używane w zastosowaniach elektrochemicznych, takich jak czujniki tlenu, czujniki wodoru, mierniki pH,
  • Typy przetworników są używane w zastosowaniach elektroakustycznych, takich jak głośniki, kryształy piezoelektryczne, mikrofony, nadajniki ultradźwiękowe, sonar itp.
  • Typy przetworników są używane w zastosowaniach fotoelektrycznych, takich jak diody LED, fotodiody, diody laserowe, ogniwa fotoelektryczne, LDR, świetlówki, lampy żarowe i fototranzystory
  • Typy przetworników są używane w zastosowaniach termoelektrycznych, takich jak termistory, termopary, rezystancyjne czujniki temperatury (RTD)
  • Typy przetworników są używane w zastosowaniach radiowo-akustycznych, takich jak rura Geigera-Mullera, nadajniki i odbiorniki radiowe

A więc o to chodzi różne typy przetworników używany w kilku projekty elektryczne i elektroniczne . Czy jesteś zafascynowanyrealizować projekty z wykorzystaniem przetworników? Następnie podaj swoje sugestie, komentując w sekcji komentarzy poniżej. Oto pytanie do Ciebie, jaka jest główna funkcja przetwornika?