Tipes van Omskakelaar

Transducers: Definisie, Funksies, en Klassifikasie

'n Transducer is 'n elektroniese toestel wat 'n belangrike rol speel in die omskakeling van fisiese hoeveelhede na elektriese sinale. Dit vervul twee fundamentele funksies: sensering en transduksie. Eerstens, dit ontdek die fisiese hoeveelheid van belang, soos temperatuur, druk, of verskuiving. Dan transformeer dit hierdie fisiese hoeveelheid na óf meganiese werk, óf, meer algemeen, 'n elektriese sein wat maklik gemeet, verwerk, en geanaliseer kan word.

Transducers kom in 'n wyd verskeidenheid tipes voor en kan volgens verskeie onderskeide kriteria geklassifiseer word:

• Gebaseer op die Gebruikte Transduksiemechanisme: Hierdie klassifikasie fokus op die spesifieke fisiese of chemiese prosesse waarmee die transducer die inset fisiese hoeveelheid omskakel na 'n elektriese uitset. Verskillende transduksiemekanismes is aangepas vir verskillende tipes metings en toepassings, wat akkurate en betroubare sensering oor 'n wye spektrum van fisiese verskynsels moontlik maak.

• As Primêre en Sekondêre Transducers: 'n Primêre transducer skakel direk die gemeete fisiese hoeveelheid oor na 'n elektriese sein. Tegengesteld hiervan, 'n sekondêre transducer werk saam met 'n primêre transducer, verder modifiseer of verwerk die elektriese sein wat deur die primêre toestel gegenereer is, om sy bruikbaarheid of akkuraatheid te verbeter.

• As Passiewe en Aktiewe Transducers: Passiewe transducers hang af van 'n eksterne kragbronne om te funksioneer en produseer 'n uitsetsein wat 'n funksie is van die inset fisiese hoeveelheid en die toegepasde krag. Aktiewe transducers, aan die ander kant, bevat hulle eie kragbronne en kan 'n uitsetsein genereer sonder die noodsaak van 'n eksterne kragvoorsiening, wat dikwels groter sensitiviteit en seinsterkte gee.

• As Analogiese en Digitale Transducers: Analogiese transducers produseer 'n uitsetsein wat kontinu varieer met die inset fisiese hoeveelheid, tipies in die vorm van 'n spanning of stroom. Digitale transducers, teenoorgesteld, skakel die insethoeveelheid oor na 'n diskrete digitale sein, wat makliker verwerk, gestoor, en oorge dra kan word met moderne digitale elektronika en rekenaarsisteme.

• As Transducers en Inverse Transducers: 'n Standaard transducer skakel 'n fisiese hoeveelheid oor na 'n elektriese sein. 'n Inverse transducer, tegengesteld, neem 'n elektriese sein as inset en skakel dit terug na 'n fisiese hoeveelheid, effektief die proses van 'n tradisionele transducer omkeer. Hierdie konsep is nuttig in toepassings waar elektriese beheer benodig word om 'n spesifieke fisiese reaksie te genereer.

In bedryf ontvang 'n transducer die measurand—die fisiese hoeveelheid wat gemeet word—and produseer 'n uitsetsein wat eweredig is aan die grootte van die inset. Hierdie uitsetsein word dan oorgedra na 'n sein-kondisieëringstoestel. Hier ondergaan die sein 'n reeks prosesse, insluitend demping (aanpassing van die seins se amplitude), filtrering (verwydering van ongewense ruis of frekwensies), en modulasie (kodeering van die sein vir beter oordrag of verwerking). Hierdie stappe verseker dat die finale sein in 'n optimale vorm is vir verdere analise, vertoon, of beheeroperasies.

Die insethoeveelheid van 'n transducer is tipies 'n nie-elektriese hoeveelheid, terwyl die uitset elektriese sein in die vorm van stroom, spanning, of frekwensie kan wees.

1. Klassifikasie gebaseer op die Prinsip van Transduksie

Transducers kan volgens die transduksiemedium wat hulle gebruik, geklassifiseer word. Die transduksiemedium kan weerstand, induktans, of kapasiteitsvloeiend wees. Hierdie klassifikasie word bepaal deur die omskakelingsproses waarmee die inset transducer die insetsein omskakel na weerstand, induktans, of kapasiteit, onderskeidelik. Elke tipe transduksiemedium het sy eie unieke kenmerke en is geskik vir verskillende metingstoepassings, wat die akkurate omskakeling van verskeie fisiese hoeveelhede na elektriese sinale moontlik maak.

2. Primêre en Sekondêre Transducers

• Primêre Transducer
  'n Transducer bestaan dikwels uit beide meganiese en elektriese komponente. Die meganiese deel van die transducer is verantwoordelik vir die omskakeling van fisiese insethoeveelhede na 'n meganiese sein. Hierdie meganiese komponent staan bekend as die primêre transducer. Dit funksioneer as die eerste sensorelement, direk interakteer met die fisiese hoeveelheid wat gemeet word, soos druk, temperatuur, of verskuiving, en skakel dit oor na 'n meganiese vorm wat verder verwerk kan word.

• Sekondêre Transducer
  Die sekondêre transducer neem die meganiese sein wat deur die primêre transducer gegenereer is, en skakel dit oor na 'n elektriese sein. Die grootte van die uitset elektriese sein is direk verwant aan die kenmerke van die inset meganiese sein. Op hierdie manier, sluit die sekondêre transducer die gaping tussen die meganiese en elektriese domeine, wat dit moontlik maak om die oorspronklike fisiese hoeveelheid te meet en te analiseer deur middel van elektriese meting en verwerkingsmetodes.

Voorbeeld van Primêre en Sekondêre Transducers

Neem die Bourdon's Tube, soos in die figuur hieronder geïllustreer, as 'n voorbeeld. Die Bourdon's Tube funksioneer as 'n primêre transducer. Dit is ontwerp om druk te ontdek en dit oor te skakel na 'n verskuiving by sy vrye einde. Wanneer druk op die buis aangebring word, verander sy vorm, wat die vrye einde laat beweeg. Hierdie verskuiving dien dan as die inset vir die volgende fase van die stelsel.

Die beweging van die vrye einde van die Bourdon's Tube veroorsaak dat die kern van 'n Lineêre Veranderlike Verskuivingstransformer (LVDT) skuif. Terwyl die kern binne die LVDT beweeg, word 'n uitsetspanning geïnduseer. Hierdie geïnduseerde spanning is direk eweredig aan die verskuiving van die buis se vrye einde, en dus ook aan die oorspronklike druk wat op die Bourdon's Tube aangebring is.

In die geval van die Bourdon's Tube - LVDT-stelsel, vind twee onderskeie transduksieprosesse plaas. Eerstens, vind die primêre transduksie plaas wanneer die Bourdon's Tube druk oorskakel na verskuiving. Dan vind die sekondêre transduksie plaas as die LVDT hierdie verskuiving oorskakel na 'n elektriese spanningsein. Hierdie voorbeeld illustreer duidelik hoe primêre en sekondêre transducers saamwerk om akkuraat te meet en 'n fisiese hoeveelheid oor te skakel na 'n elektriese uitset vir verdere analise en gebruik.

Die Bourdon's Tube funksioneer as die primêre transducer, terwyl die L.V.D.T. (Lineêre Veranderlike Verskuivingstransformer) funksioneer as die sekondêre transducer.

3. Passiewe en Aktiewe Transducers

Transducers kan ook ingedeel word in aktiewe en passiewe tipes, elke een met unieke operasiekarakteristieke.

Passiewe Transducers

'n Passiewe transducer is een wat afhang van 'n eksterne kragvoorsiening om te funksioneer, en word daarom ook 'n eksterne-krag-toestel genoem. Kapasitiewe, weerstandige, en induktiewe transducers is tipiese voorbeelde van passiewe transducers. Hierdie transducers werk deur 'n elektriese eienskap (soos weerstand, kapasiteit, of induktans) te verander as reaksie op die inset fisiese hoeveelheid. Hulle genereer egter nie hulle eie elektriese energie nie; eerder vereis hulle 'n eksterne kragbron om 'n meetbare uitsetsein te produseer wat die verandering in die gemete fisiese hoeveelheid weerspieël.

Aktiewe Transducers

Tegengesteld hiervan, vereis 'n aktiewe transducer nie 'n eksterne kragvoorsiening vir operasie nie. Hierdie transducers is self-genererend, wat beteken hulle kan hulle eie spanning of stroom-uitset produseer. Die uitsetsein van 'n aktiewe transducer is direk afgelei van die inset fisiese hoeveelheid. Aktiewe transducers is in staat om verskeie fisiese verskynsels, soos spoed, temperatuur, krag, en ligintensiteit, oor te skakel na elektriese sinale sonder om afhanklik te wees van 'n eksterne krag-invoer. Voorbeelde van aktiewe transducers sluit piezoelektriese kristalle, fotovoltaïese selle, tachogenerators, en termokoppels in.

Voorbeeld: Piezoelektriese Kristal

Om die werking van 'n aktiewe transducer te illustreer, oorweeg 'n piezoelektriese kristal. 'n Piezoelektriese kristal word tipies tussen twee metalliese elektrodes gesandwych, en die hele struktuur word veilig vastgeklamp aan 'n basis. 'n Massa word dan bo-op hierdie gesandwychde struktuur geplaas.

Piezoelektriese kristalle het 'n unieke eienskap: wanneer 'n krag op hulle aangebring word, genereer hulle 'n elektriese spanning. In die beskryfde opstelling, kan die basis versnelling ervaar, wat die massa laat 'n krag uitoefen op die kristal. Hierdie krag, aan die ander kant, induseer 'n uitsetspanning oor die kristal. Die grootte van hierdie uitsetspanning is direk eweredig aan die versnelling wat deur die basis ervaar word, wat effektief meganiese versnelling oorskakel na 'n elektriese sein. Hierdie voorbeeld illustreer duidelik hoe aktiewe transducers self-samestellende elektriese uitsette kan genereer op grond van fisiese insette, wat hul unieke funksionaliteit vergelyk met passiewe transducers wys.

Die transducer wat hierbo genoem is, staan bekend as 'n accelerometer, wat ontwerp is om versnelling oor te skakel na 'n elektriese spanning. Notabel is dit dat hierdie tipe transducer sonder die noodsaak van enige bykomende kragbron tydens die omskakeling van die fisiese hoeveelheid na 'n elektriese sein kan funksioneer, wat sy self-ondersteunende aard in sein-genereering wys.

4. Analogiese en Digitale Transducers

Transducers kan ook ingedeel word op grond van die aard van hul uitsetsinale, wat kontinu of diskreet kan wees.

Analogiese Transducers

'n Analogiese transducer transformeer die insethoeveelheid in 'n kontinue funksie. Dit beteken dat die uitsetsein glad en kontinu varieer as reaksie op veranderinge in die inset. Voorbeelde van analogiese transducers sluit spanningsgauges, Lineêre Veranderlike Verskuivingstransformers (LVDTs), termokoppels, en termistore in. Hierdie toestelle word wyd gebruik in verskeie toepassings waar 'n eweredige en kontinue voorstelling van die gemeete fisiese hoeveelheid benodig word, soos in presisie-metingstelsels en industriële prosesbeheer.

Digitale Transducers

Digitale transducers, aan die ander kant, skakel die insethoeveelheid oor na 'n digitale sein, tipies in die vorm van pulse. Digitale sinale werk op basis van binêre state, wat inligting as óf "hoog" óf "laag" kragvlakke voorstel. Hierdie digitale uitsetformaat bied verskeie voordele, insluitend verbeterde geraasimmunitiet, makliker integrasie met digitale elektronika en rekenaarstelsels, en meer eenvoudige data-verwerking en -storing. Digitale transducers word steeds meer geadopteer in moderne meting- en beheerstelsels as gevolg van die voorkoms van digitale tegnologieë.

5. Transducers en Inverse Transducers

Transducers

'n Transducer word gedefinieer as 'n toestel wat nie-elektriese hoeveelhede omskakel na elektriese hoeveelhede. Hierdie omskakelingsproses maak die meting, monitering, en beheer van verskeie fisiese verskynsels, soos temperatuur, druk, verskuiving, en krag, deur middel van elektriese meting en verwerkingsmetodes, moontlik. Transducers speel 'n belangrike rol in 'n wyd verspreide verskeidenheid toepassings, vanaf industriële outomatisering tot wetenskaplike navorsing en verbruikers-elektronika.

Inverse Transducers

Inverse transducers verrig die teenoorgestelde funksie van tradisionele transducers. Hulle skakel elektriese hoeveelhede terug na fisiese hoeveelhede. Hierdie transducers het tipies 'n hoë elektriese inset en 'n ooreenkomstige lae nie-elektriese uitset. Inverse transducers word gebruik in toepassings waar elektriese sinale oorgedra moet word na fisiese aksies of reaksies, soos in sekere tipes aktuator- en beheerstelsels. Die konsep van inverse transducers verskaf 'n middel om die lus tussen elektriese beheer en fisiese operasie te sluit, wat meer komplekse en presiese beheer van meganiese en fisiese stelsels moontlik maak.