Електромеханичен преобразувател: работа, видове и приложения

Преобразувателят е електронно устройство, използвано за промяна на енергията от една форма в друга. Обикновено преобразувателят променя една форма на енергиен сигнал в друга форма на енергиен сигнал. Примери за преобразувател са; микрофони, слънчеви клетки, електрически крушки с нажежаема жичка, електрически двигатели и т.н. Тези устройства често се използват, когато електрическите сигнали се променят на други физически величини като сила, енергия, светлина, въртящ момент, позиция, движение и т.н. различни видове преобразуватели като ток, налягане, магнитно поле, термодвойка , пиезоелектричен, тензодатчик , взаимна индукция и електромеханичен преобразувател. Тази статия обсъжда общ преглед на електромеханичен преобразувател – работа с приложения.

Какво е електромеханичен преобразувател?

Електромеханичният преобразувател е вид устройство, използвано за преобразуване или на електрически сигнал в звукови вълни като в високоговорител (или) преобразуване на звукова вълна в електрически сигнал като в микрофон. С други думи, известно е устройството, което преобразува механичното движение в електрически сигнали електромеханичен преобразувател . Примерите за електромеханични преобразуватели са; високоговорител, пиезоелектричен преобразувател, микрофон и измервателен механизъм на инструмент с постоянен магнит.

Принцип на работа на електромеханичния преобразувател

Електромеханичният преобразувател просто работи, като променя механичното движение във вариации на ток или напрежение и обратно. Тези преобразуватели се използват главно като активиращи механизми в системите за автоматично управление и също като сензори за механично движение в рамките на технологията за измерване и автоматизация. Класификацията на тези преобразуватели може да се извърши въз основа на принципа на преобразуване, използван като електромагнитни, резистивни, магнитоелектрични, електростатични типове, а също и типа o/p сигнал като аналогови и цифрови типове.

Тези типове преобразуватели се оценяват по отношение на техните статични и динамични характеристики, чувствителността E = Δy/Δx, статичната грешка на сигнала, работния честотен диапазон на o/p сигнала и грешката на статичното преобразуване.

Диаграма на електромеханичния преобразувател

Електромеханичният преобразувател, който се използва за прилагане на техниката Capnography, е показан по-долу. Изследването на изтичането на въглероден диоксид се нарича капнометрия. Електромеханичният преобразувател в следната диаграма има източник на инфрачервена светлина, който произвежда широкоспектърно излъчване в диапазона от 2 до 16 µm. Източниците на инфрачервено лъчение, които се използват в капнографията, трябва да имат равномерна излъчвателна способност, високо излъчване, спектрална еднородност и голяма радиационна площ. От реални източници радиацията винаги е ниска в сравнение с идеалното черно тяло, което има най-висока излъчвателна способност.

Горещата нажежаема жичка на кварцовите волфрамови халогенни лампи просто осигурява силна близка инфрачервена светлина. В горната диаграма широколентовият инфрачервен светлинен лъч преминава през инфрачервен филтър, след което предава светлина с максимална дължина на вълната на абсорбция на CO2 като 4,26 µm с 0,07 µm честотна лента. При ниски честоти светлинният лъч се взема чрез въртящо се колело. След като това колело се завърти, тогава тяхната позиция е навсякъде, където инфрачервената светлина преминава през цялата камера за проби и радиацията се абсорбира от наличните молекули CO2 в издишания въздух.

Във втора позиция инфрачервената светлина преминава през пробата и референтните камери. Тук референтната камера е запечатана с CO2. В останалото място светлина не преминава през въртящото се колело. Радиацията, която преминава през колелото, не се абсорбира от молекулите на CO2 и просто се събира от фотодетектора, обикновено GeAs фотодиод .

Честотата на импулсния фотодиод o/p ток е еквивалентна на семплирането и амплитудата му се регулира чрез количеството на предаваното лъчение. Интензитетът на осцилиращия сигнал се обработва, за да се определи концентрацията на CO2 в дъха на пациента. Така че чрез използване на техниката на капнография в реално време състоянието на вентилация на пациентите, както и потенциалните дихателни усложнения могат да бъдат наблюдавани от доставчиците на здравни услуги.

Типове електромеханични преобразуватели

Има различни видове електромеханични преобразуватели, които са разгледани по-долу.

Линеен променлив диференциален трансформатор

LVDT е електромеханичен преобразувател, използван за промяна на праволинейното движение на обекта, към който е свързан механично, в променливо напрежение, ток или електрически сигнал. Моля, вижте тази връзка, за да научите повече за LVDT.

Моля, вижте тази връзка, за да научите повече за LVDT .

Еластомерни преобразуватели

Еластомерният преобразувател е електромеханичен преобразувател, използван за превръщане на електрическата енергия в механична енергия. Полимерните структури, оптимизиращи тези преобразуватели, зависят главно от свойствата на диелектрика. Оптимизираните елементи се състоят от силикон Q, полидиметилсилоксан PDMS и полукристален полиуретан PUR. Така че полукристалният полиуретан е предимно предпочитан поради диапазона на диелектричната му константа от 3 до 10 и висока йонна проводимост, особено при повишени температури. Диапазонът на диелектрична константа на полидиметилсилоксан е сравнително нисък, вариращ от 2,5 до 3, а силиконът Q е подобен на полукристалния полиуретан, въпреки че има ниска температура на встъкляване.

Пиезоелектричен наногенератор

Пиезоелектричният наногенератор е един вид електромеханичен преобразувател, използван за промяна на енергията от механична в електрическа с помощта на пиезоелектрични ZnO нанопроводници, които могат да бъдат активирани чрез малки физически движения и да работят в огромен диапазон от честоти. Те се използват в иновативни приложения в здравеопазването поради тяхната проста реализация, самозахранваща се природа и високоефективно преобразуване на енергия като терапия с електрическа стимулация, в пространството на активно откриване и събиране на човешка биомеханична енергия до междинна мощност над телесните устройства.

Диелектрични еластомери

Диелектричният еластомер (DEs) е електромеханичен преобразувател, използван за превръщане на електрическата енергия в механична енергия. Тези еластомери работят в два режима като задвижващ и общ. В режим на задвижване той променя енергията от електрическа в механична, докато в общ режим преобразува енергията от механична в електрическа. Това са интелигентни материални системи, които генерират големи напрежения. Те принадлежат към групата на електроактивните полимери. Те имат висока еластична енергийна плътност и са леки.

Предимства и недостатъци

The предимства на електромеханичните преобразуватели са обсъдени по-долу.

• Този изход на преобразувателя може да се използва лесно чрез предаване и обработка за измерване.
• Електрическите системи се управляват с изключително малък диапазон на мощност.
• Тези преобразуватели ще намалят ефектите на триене, както и други механични нелинейности.
• Благодарение на технологията на интегралната схема много системи са компактни, преносими и с по-малко тегло.
• Няма шанс за механични повреди.
• Проблемите с инерцията на масата могат да бъдат намалени.
• Без механично износване.

The недостатъци на електромеханичните преобразуватели са обсъдени по-долу.

• Този трансдюсер е скъп.
• При проектирането на схеми трябва да се вземат предвид ефектите на стареене и отклонението на параметрите на активните компоненти. Така че това ще направи дизайна сложен.

Приложения

The приложения на електромеханичен преобразувател са обсъдени по-долу.

• Електромеханичният преобразувател се използва за превръщане на електрически сигнал в звукови вълни или звукови вълни в електрически сигнал.
• Този преобразувател променя физическото движение в o/p напрежение, амплитудата и фазата, където те са пропорционални на позицията.
• Този преобразувател получава вълни от електрическа система и ги предава на механична система.
• Те се използват за измерване на вибрации.
• Това се използва за осигуряване на линеен изход, който е пропорционален на входа на ъгловото изместване.
• Като електромеханичен преобразувател RVDT се използва главно за измерване на ъглово изместване.
• Това устройство променя сигнала от електрически към механичен или физически o/p чрез движещи се части.
• Този тип преобразувател е предназначен главно за подмяна на въртящия момент в серво крана на клапата на фиксираната дюза.
• Електромеханичният трансдюсер RVDT преобразува праволинейното движение на обект, към който е механично свързан, в еквивалентен електрически сигнал.

Каква е разликата между електромеханичен преобразувател и електрохимичен преобразувател?

Електромеханичният трансдюсер е устройство, което или променя електрическия сигнал в звукови вълни, в противен случай променя звуковата вълна в електрически сигнал. Електрохимичният преобразувател се използва за отчитане на промени под формата на електрически сигнал, който е пропорционален директно на концентрацията на аналита.

Как избирате правилния електромеханичен преобразувател за конкретно приложение?

Има много параметри, които трябва да се вземат предвид при избора на електромеханичен преобразувател като работен обхват, точност, принцип на работа, чувствителност, ефект на натоварване, съвместимост с околната среда и др.

Могат ли електромеханичните преобразуватели да се използват в опасни среди?

Когато електромеханичен преобразувател е електрически свързан към каквото и да е оборудване в опасна среда, тогава трябва да се използва бариера за електрическа безопасност в рамките на серия от връзката.

Как се калибрира електромеханичен преобразувател?

Механичният преобразувател трябва да бъде калибриран през целия период на експлоатация, тъй като чувствителността на този преобразувател се променя в зависимост от употребата и напрежението, приложено върху материалите, от които са направени. И така, методът на реципрочност се използва за калибриране на електромеханичен преобразувател, който предоставя описание на принципа на техниката и след това нейните приложения при калибриране на електромеханичен преобразувател.

Какви са някои общи съвети за отстраняване на неизправности при електромеханични преобразуватели?

• Отстраняването на неизправности се използва за проверка дали даден преобразувател работи или не с волтметър. Свържете този преобразувател към волтметъра и възбудете преобразувателя чрез правилното напрежение на възбуждане. След това измерете изходното напрежение на преобразувателя без товар.
• Уверете се, че натоварването и налягането са постоянни или не.
• Проверете стабилността на захранването на възбуждането.
• Проверете миливолта o/p чрез волтметъра.
• Уверете се за RFI или EMI смущения.

По този начин, това е общ преглед на електромеханичните трансдюсер - работещ принцип, видове, предимства, недостатъци и приложения. Преобразувател, който получава вълни от електрическа система и ги предава на механична система, е известен също като електромагнитен преобразувател. Ето един въпрос към вас, какво е трансдюсер?