Какви са типовете преобразуватели и техните приложения

Какви са типовете преобразуватели и техните приложения

Има различни електрически и електронни компоненти се използват за изграждане на схеми и проекти за студенти по инженерство. Компонентите са активни и пасивни компоненти, сензори, преобразуватели, предаватели, приемници, модули (WiFi, Bluetooth, GSM, RFID, GPS) и т.н. Като цяло процесът на трансдукция включва превръщането на една форма на енергия в друга форма. Този процес включва предимно сензорен елемент за усещане на вложената енергия и след това преобразуването му в друга форма чрез трансдукционен елемент. Measurand казва на свойството, количеството или състоянието, че преобразувателят се превръща в електрически изход. Тук тази статия разглежда какво представлява преобразувателят, типовете преобразуватели и приложенията на преобразувателя.



Какво представляват типовете преобразуватели / преобразуватели?

Датчик е електрическо устройство, което се използва за преобразуване на една форма на енергия в друга форма. Като цяло тези устройства се справят с различни видове енергии като механични, електрическа енергия , светлинна енергия, химическа енергия, топлинна енергия, акустична енергия, електромагнитна енергия и т.н.


Датчик

Датчик





Например, помислете за микрофон, който използваме в ежедневието в телефони, мобилни телефони, който преобразува звука в електрически сигнали и след това го усилва в предпочитания диапазон. След това променя електрическите сигнали в аудио сигнали на o / p на високоговорителя. В днешно време флуоресцентните крушки се използват за осветление, променят електрическата енергия в светлинна.

Най-доброто преобразувател примери са високоговорители, микрофони, позиция, термометри, антена и сензор за налягане. По същия начин има различни видове преобразуватели, използвани в електрически и електронни проекти .



Условия за типовете преобразуватели

Някои условия, които се използват главно за оценка на датчиците, са разгледани по-долу.

Динамичен обхват

Динамичният обхват на преобразувателя е съотношението между сигнала с висока амплитуда, както и сигнала с най-малка амплитуда, така че преобразувателят да може ефективно да транслира. Когато преобразувателите имат висок динамичен обхват, са по-прецизни и чувствителни.


Повторяемост

Повторяемостта е способността на преобразувателя да генерира еднакъв изход, след като бъде стимулиран чрез подобен вход.

Шум

Изходът на преобразувателя добавя някакъв случаен шум. При електрически преобразуватели тип шумът, добавен от това, може да бъде електрически поради топлинното действие на зарядите в схемите. Малките сигнали могат да бъдат повредени от шума повече от големите сигнали.

Хистерезис

В това свойство изходът на преобразувателя зависи не само от настоящия му вход, но също така зависи от миналия му вход. Например, задвижващ механизъм използва зъбна предавка, която има някаква реакция, когато посоката на движение на задвижващия механизъм се преобърне, тогава ще има забавена зона, преди изходът на задвижващия механизъм да се преобърне чрез игра между зъбите на предавката.

Видове преобразуватели и неговите приложения

Съществуват различни видове преобразуватели като преобразуватели на налягане, пиезоелектрически преобразуватели, ултразвукови преобразуватели, температурни преобразуватели и т.н. Нека обсъдим използването на различни видове преобразуватели в практически приложения.

Някои видове преобразуватели като активни преобразуватели и пасивни преобразуватели се основават на това дали е необходим източник на захранване или не.

Видове преобразуватели

Видове преобразуватели

Активният преобразувател не изисква източник на захранване за своите операции. Тези преобразуватели работят на принципа на преобразуване на енергия. Те генерират електрически сигнал, който е пропорционален на i / p. Най-добрият пример за този преобразувател е термодвойка. Докато пасивният преобразувател изисква външен източник на енергия за тяхната работа. Те генерират o / p под формата на капацитет, съпротивление. Тогава това трябва да се преобразува в еквивалентно напрежение или токов сигнал. Най-добрият пример за пасивен преобразувател е фотоклетката.

Ултразвуков преобразувател

Основната функция на ултразвуковия преобразувател е да преобразува електрическите сигнали в ултразвукови вълни. Този преобразувател може да се нарече и капацитивен или пиезоелектричен преобразувател.

Ултразвуков преобразувател

Ултразвуков преобразувател

Приложение на ултразвуков преобразувател

Този преобразувател може да се използва за измерване на разстоянието на звука въз основа на отражение. Това измерване се основава на подходящ метод в сравнение с правите методи, които използват различни скали за измерване. Областите, които е трудно да се намерят, като зони под налягане, много висока температура, като се използват конвенционални методи, измерването на разстоянието не е проста задача. Така че, тази измервателна система, базирана на датчик, може да се използва в този вид зона.

Предложената система използва 8051 микроконтролери , захранвания, ултразвуков преобразувател модул, който включва предавател и приемник, се използват LCD дисплейни блокове, които са показани в горната блок-схема.

Тук, ако се открие някакво препятствие или някакъв обект, който се открива от ултразвуков преобразувател, тогава той предава вълните и се отразява обратно от обекта и тези вълни се приемат от преобразувателя. Времето, консумирано от преобразувател за предаване & приемането на вълните може да се отбележи, като се вземе предвид скоростта на звука. След това въз основа на скоростта на звука се изпълнява предварително програмиран микроконтролер, така че разстоянието да се измерва и показва на LCD дисплей. Тук дисплеят е свързан с микроконтролер. Ултразвуковият преобразувател произвежда 40kHz честотни вълни.

Датчик за температура

Датчик за температура е електрическо устройство, което се използва за преобразуване на температурата на дадено устройство в друго количество като електрическа енергия или налягане или механична енергия, след което количеството ще бъде изпратено на контролно устройство за контрол на температурата на устройството.

Прилагане на температурен датчик

Датчик за температура се използва за измерване на температурата на въздуха, така че да контролира температурата на няколко системи за управление като климатизация, отопление, вентилация и т.н.

Автоматичен регулатор на скоростта на вентилатора, базиран на Arduino, контролиращ блокова диаграма на температурата

Автоматичен регулатор на скоростта на вентилатора, базиран на Arduino, контролиращ блокова диаграма на температурата

Нека разгледаме практически пример за датчик за температура, който се използва за контролиране на температурата на всяко устройство въз основа на необходимостта от различни индустриални приложения. Автоматичен регулатор на скоростта на вентилатора, базиран на Arduino, контролиращ температурата и показващ мярка за температура на ЛСД дисплей .

В предложената система, IC LM35 се използва като преобразувател на температура. An Дъска Arduino се използва за управление на различните функции, които включват аналогово-цифрово преобразуване и LCD дисплей, който е свързан на горната фиг.

Температурата може да бъде фиксирана чрез използване на настройки като INC и DEC за увеличаване и намаляване. Въз основа на измерената температура, модулацията на широчината на импулса o / p ще бъде генерирана от програмата на Arduino платка. Резултатът от това се използва за управлявайте DC вентилатора през интегралната схема на мотора

Пиезоелектричен преобразувател

Пиезоелектричният преобразувател е специален вид сензор и основната функция на този преобразувател е да преобразува механичната енергия в електрическа. По същия начин електрическата енергия може да се трансформира в механична енергия.

Пиезоелектричен преобразувател

Пиезоелектричен преобразувател

Приложения за пиезоелектрични преобразуватели

  • Този преобразувател се използва главно за откриване на въздействието на барабаниста на пръчката върху електронните барабанни накладки. И също така се използва за откриване на движението на мускула, което може да се нарече акселеромиография.
  • Натоварването на двигателя може да се определи чрез изчисляване на различно абсолютно налягане, което може да се направи чрез използването на тези преобразуватели като сензор MAP в системите за впръскване на гориво.
  • Този сензор може да се използва като сензор за детонация в системите за управление на автомобилни двигатели за забелязване на детонацията на двигателя.

Датчик за налягане

Преобразувателят на налягане е специален вид датчик, който променя налягането, принудено в електрически сигнали. Тези преобразуватели се наричат ​​още индикатори за налягане, манометри, пиезометри, предаватели и сензори за налягане .

Прилагане на преобразувател на налягане

Преобразувателят на налягане се използва за измерване на налягането на определено количество като газ или течност чрез промяна на налягането в електрическа енергия. Различните видове тези преобразуватели като усилен преобразувател на напрежение, преобразувател на базово налягане с напрежение, датчик за налягане в миливолтове (mv), преобразувател на налягане 4-20mA и преобразувател на налягане.

Приложенията на преобразувателя на налягане включват основно засичане на надморска височина, засичане на налягане, засичане на ниво или дълбочина, измерване на потока и тестване на течове. Тези преобразуватели могат да се използват за генериране на електрическа енергия под прекъсвачите на скоростта по магистралите или пътищата, където силата на превозните средства може да се преобразува в електрическа енергия.

Класификация на типовете преобразуватели

Съществуват различни методи за класифициране на преобразувателите, които включват, но не се ограничават до функцията на преобразувателя, структура иначе възникването на тяхната работа. Изключително лесно е да се категоризират преобразувателите като входни и изходни преобразуватели, но те се третират като обикновени преобразуватели на сигнали. Основната функция на входния преобразувател е да измерва количества от неелектрически към електрически.

От друга страна, o / p преобразувателите работят съвсем противоположно, защото техните електрически са входни сигнали, докато неелектрическите са изходни сигнали като изместване, сила, налягане, въртящ момент и т.н.
Преобразувателите са класифицирани в три типа въз основа на техния принцип на работа като електрически, термични и механични. Следните три метода се използват за класифициране на преобразувателите.

  • Физически ефект
  • Физическо количество
  • Източник на енергия
  • Принцип на трансдукция
  • Първичен и вторичен преобразувател
  • Аналогов и цифров преобразувател
  • Датчик и обратен преобразувател

Физически ефект

Първата класификация на датчика може да бъде направена въз основа на физическия ефект. Това е първата класификация на преобразувателя, която зависи от физическия ефект, използвана за промяна на количеството от физическо на електрическо. Например, медните елементи, които се променят в рамките на съпротивлението, ще бъдат пропорционални на температурните промени. Ето физическите ефекти, които се използват за промяна в съпротивлението, индуктивността, капацитета, ефекта на Хол и пиезоелектричния ефект

Физическо количество

Втората класификация на преобразувателя може да се направи въз основа на промененото физическо количество, т.е. крайната употреба на преобразувателя зад преобразуването. Например, преобразувател на налягане е преобразувател, който преобразува налягането в електрически сигнал. Класификацията на датчика въз основа на физическо количество включва следното.

  • Датчик на потока като разходомер
  • Датчик за ускорение като акселерометър
  • Датчик за температура като термодвойка
  • Датчик за ниво като тръба на въртящия момент
  • Датчик за налягане като манометър на Бурдон
  • Изместващ преобразувател като линеен променлив диференциален трансформатор (LVDT)
  • Преобразувател на сила като динамометър

Източник на енергия

Класификацията на датчика въз основа на източника на енергия може да се направи чрез два типа, които включват следното.

  • Активни преобразуватели
  • Пасивни преобразуватели

Активни преобразуватели

При този тип преобразуватели входната енергия може да се използва като управляващ сигнал, докато се предава енергия, като се използва захранване към пропорционалния изход.

Например, в активен преобразувател като тензодатчик, деформацията може да се промени в съпротивление. Тъй като обаче енергията на напрегнатия елемент е по-малка, тогава енергията за изхода може да се даде чрез външно захранване.

Пасивни преобразуватели

В този преобразувател входната енергия може да се преобразува директно в изходната. Например, пасивен преобразувател като термодвойка, където топлинната енергия може да бъде погълната от входа, може да се промени в напрежение или електрически сигнали.

Принцип на трансдукция

Класификацията на датчик може да се направи въз основа на средата на трансдукция. Тук средата може да бъде капацитивна, резистивна или индуктивна въз основа на метода на преобразуване, който показва как входният преобразувател променя входния сигнал съответно в съпротивление, индуктивност и капацитет.

Първичен и вторичен преобразувател

Основният преобразувател включва електрически и механични устройства. Механичните устройства се наричат ​​още първични преобразуватели, които се използват за промяна на физическото i / p количество в механичен сигнал. Основната функция на втори преобразувател се използва за промяна на сигнала от механичен към електрически. Големината на o / p сигнала зависи главно от i / p механичния сигнал.

Пример

Най-добрият пример за първичен и вторичен преобразувател е тръбата на Bourdon’s, тъй като по този начин тръбата работи като първичен преобразувател, за да забележи силата, както и да я промени в дислокация от отворения й край. Дислокацията на отворените краища премества центъра на LVDT. Централното движение може да индуцира изходното напрежение, което е относително директно към дислокацията на отворения край на тръбата.

Следователно двата вида трансдукция се извършват в тръбата. Първо, силата може да се промени в дислокация и след това тя се променя в напрежението с помощта на LVDT. Тръбата на Бурдон е основният преобразувател, докато LVDT е вторичният преобразувател.

Аналогов и цифров преобразувател

Класификацията на датчика може да се направи въз основа на техните изходни сигнали, която е непрекъсната, иначе дискретна.

Основната функция на аналоговия преобразувател е да промени количеството на входа до постоянна функция. Най-добрите примери за аналоговия преобразувател са LVDT, термодвойка, тензодатчик и термистор. Цифровите преобразуватели се използват за промяна на количеството на входа към цифров сигнал, който работи с ниска или голяма мощност.

Цифровият преобразувател се използва за измерване на физически величини за предаване на данни като кодирани цифрови сигнали, а не като непрекъснато променящи се напрежения или токове. Типовете дигитални преобразуватели са кодови валове, цифрови резолвери, цифрови тахометри, сензори за ефекта на Хол и крайни превключватели

Преобразуватели и обратни преобразуватели

Датчик - Устройството, което преобразува неелектрическото количество в електрическо количество, е известно като преобразувател.

Обратен преобразувател - Преобразувателят, който преобразува електрическото количество във физическо количество, такъв тип преобразуватели е известен като обратен преобразувател. Преобразувателят има висока електрическа мощност и ниска неелектрическа мощност.

Датчик за деформация

Основната функция на тензодатчика е да преобразува физически величини по електрически път. Те функционират чрез промяна на физическите величини в механично налягане в компонент, известен като сензорен елемент, и след това преобразуват напрежението електрически с помощта на деформационен манометър.

Тензодатчик

Тензодатчик

Структурата на сензорния елемент, както и тензодатчикът, са проектирани оптимално, за да осигурят продукти за обработка и превъзходна точност. Тези преобразуватели са класифицирани като цяло въз основа на тяхното приложение към строителни / строителни типове или общи типове. Някои от преобразувателите от общ тип се използват в областта на строителството или строителството. Видовете тензодатчици са теленомер, тензодатчик на фолио и полупроводников тензодатчик.

Индуктивен преобразувател

Индуктивният преобразувател работи на принципа на промяна на индуктивността поради значителна трансформация в рамките на количеството, което трябва да бъде измерено. Например, LVDT е тип индуктивен преобразувател, използван за измерване на изместване като несъответствие на напрежението между двете му вторични напрежения. Тези напрежения са резултат от индукцията поради промяната на потока във вторичната намотка от дислокацията на желязната пръчка. Видовете индуктивни преобразуватели са проста индуктивност и взаимна индуктивност с две намотки.

Индуктивен преобразувател

Индуктивен преобразувател

Типове преобразуватели Характеристики

Характеристиките на датчика са дадени по-долу, които се определят чрез изследване на o / p реакцията на датчика на различни i / p сигнали. Условията за изпитване създават възможно най-точно определени работни условия. Методите за изчислителна и стандартна статистическа информация могат да бъдат приложени към данните от теста.

Характеристиките на преобразувателя играят ключова роля при избора на подходящия преобразувател, особено за специфичен дизайн. Така че познаването на неговите характеристики е от съществено значение за подходящия подбор. Така че характеристиките на преобразувателя се категоризират в два типа като статични и динамични.

  • Прецизност
  • Резолюция
  • Чувствителност
  • Дрейф
  • Линейност
  • Съответствие
  • Размах
  • Хистерезис
  • Изкривяване
  • Шум
  • Линейност
  • Чувствителност
  • Резолюция
  • Праг
  • Обхват и обхват
  • Точност
  • Стабилност
  • Дрейф
  • Повторяемост
  • Отзивчивост
  • Праг
  • Входни и O / P импеданси

Статични характеристики

Статичните характеристики на преобразувателя са набор от критерии за действие, които се разпознават по време на статичното калибриране, което означава обяснение на стойността на измерването чрез основно поддържане на изчислените величини, тъй като постоянните стойности се променят много бавно.

За инструментите може да се дефинира набор от критерии за изчисляване на количествата, които постепенно се променят с времето, иначе предимно константа, която не се различава във времето, е известна като статични характеристики. Характеристиките включват следното.

Динамични характеристики

Динамичните характеристики на преобразувателя се свързват с неговите характеристики, след като измереният капацитет е функция на времето, която се променя бързо по отношение на времето. След като тези характеристики разчитат на работата на преобразувателя, измереното количество е основно стабилно.

Така че тези характеристики разчитат на динамични входове, защото разчитат на собствените си параметри и характера на входния сигнал. Динамичните характеристики на преобразувателя включват следното.

  • Верност
  • Скорост на отговор
  • Честотна лента
  • Динамична грешка

По принцип и двете характеристики на преобразувателя като статични и динамични ще проверят неговите характеристики и ще посочат колко ефективно той може да разпознава предпочитаните входни сигнали, както и да отказва ненужни входове.

Типове преобразуватели Приложения

Приложенията на типовете преобразуватели са разгледани по-долу.

  • Типовете преобразуватели се използват в електромагнитни приложения като антени, магнитни патрони, сензори за ефект на Хол, глави за четене и запис на диска.
  • Типовете преобразуватели се използват в електромеханични приложения като акселерометри, LVDT, галванометри, сензори за налягане, товарни клетки, MEMS, потенциометри, сензори за въздушен поток, линейни и ротационни двигатели.
  • Типовете преобразуватели се използват в електрохимични приложения като кислородни сензори, водородни сензори, рН метри,
  • Видовете преобразуватели се използват в електроакустични приложения като високоговорители, пиезоелектрични кристали, микрофони, ултразвукови приемопредаватели, сонари и др.
  • Типовете преобразуватели се използват във фотоелектрически приложения като LED, фотодиоди, лазерни диоди, фотоелектрически клетки, LDR, флуоресцентни, лампи с нажежаема жичка и фототранзистор
  • Видовете преобразуватели се използват в термоелектрически приложения като термистори, термодвойки, резистентни температурни детектори (RTD)
  • Видовете преобразуватели се използват в радиоакустични приложения като тръба на Geiger-Muller, радиопредаватели и приемници

По този начин става въпрос за всичко различни видове преобразуватели използвани в няколко проекти за електричество и електроника . Очаровани ли сте отизпълнение на проекти чрез използване на преобразуватели? След това, моля, дайте вашите предложения, като коментирате в раздела за коментари по-долу. Ето въпрос към вас, каква е основната функция на преобразувателя?