Transdutsorite tüübid

Transduktorid: Määratlus, Funktsioonid ja Klassifitseerimine

Transduktor on elektroniline seade, mis mängib olulist rolli füüsikaalsete suuruste teisendamisel elektrilisteks signaalideks. Sellel on kaks põhifunktsiooni: andmepäring ja transduktioon. Esiteks tuvastab see huvipakkuvat füüsikaalset suurust, nagu temperatuur, rõhk või nihke. Seejärel teisendab see füüsikaalset suurust kas mehaanilise tööks või, tavalisemalt, elektriliseks signaaliks, mis on lihtsalt mõõdetav, töödeldav ja analüüsitav.

Transduktorid tulevad laia valikuga tüübidest ja neid saab kategoriseerida mitmete erinevate kriteeriumide järgi:

• Põhinevalt Kasutatud Transduktioonimehhanismil: See klassifitseerimine keskendub spetsiifilistele füüsikaalsetele või keemilistele protsessidele, mille kaudu transduktor teisendab sisendfüüsikaalse suuruse elektriliseks väljundiks. Erinevad transduktioonimehhanismid on kohandatud erinevatele mõõtmistüüpidele ja rakendustele, lubades täpset ja usaldusväärset andmepäringut laia valikut füüsikaalsetest nähtustest.

• Kui Põhitransduktorid ja Sekundaarsed Transduktorid: Põhitransduktor teisendab otse mõõdetavat füüsikaalset suurust elektriliseks signaaliks. Vastupidiselt, sekundaarne transduktor töötab koos põhitransduktoriga, edasi muutes või töötledes põhiseadme poolt genereeritud elektrilist signaali selle kasutatavuse või täpsuse parandamiseks.

• Kui Passiivsed ja Aktiivsed Transduktorid: Passiivsed transduktorid sõltuvad välise energiaallikast toimimiseks ja toodavad väljundsignaali, mis on sisendfüüsikaalse suuruse ja rakendatud energia funktsioon. Aktiivsed transduktorid, vastupidiselt, sisaldavad oma energiaallikat ja võivad luua väljundsignaali ilma vajalikuks väliste energiaallika tarbeks, sageli pakkudes suuremat tundlikkust ja signaalitugevust.

• Kui Analoogilised ja Digitaalsed Transduktorid: Analoogilised transduktorid toodavad väljundsignaali, mis muutub pidevalt sisendfüüsikaalse suurusega, tavaliselt voltagena või vooluna. Digitaalsed transduktorid, vastupidiselt, teisendavad sisendsuuruse diskreetseks digitaalseks signaaliks, mis on lihtsam töödelda, salvestada ja edastada kaasaegsete digitaalsete elektroonika- ja arvutussüsteemide abil.

• Kui Transduktorid ja Inversed Transduktorid: Tavaline transduktor teisendab füüsikaalset suurust elektriliseks signaaliks. Inverse transduktor, vastupidiselt, võtab sisendina elektrilise signaali ja teisendab seda tagasi füüsikaalseks suuruseks, efektivselt pöörates traditsioonilise transduktori protsessi ümber. See konseptsioon on kasulik rakendustes, kus on vaja elektrilist kontrolli, et genereerida konkreetne füüsikaalne reaktsioon.

Töös saab transduktor mõõtetavat – mõõdetavat füüsikaalset suurust – ja toodab väljundsignaali, mis on proportsionaalne sisendi suurusega. See väljundsignaal edastatakse siis signaalist silmutava seadme. Siin signaal läbib mitmeid protsesse, sealhulgas heletamist (signaali amplituudi korrigeerimist), filtreerimist (soovimatute müra või sageduste eemaldamist) ja modulatsiooni (signaali kodeerimist parema edastamise või töötlemise huvides). Need sammud tagavad, et lõplik signaal oleks optimaalne järgmiseks analüüsi, kuvamiseks või juhtimiseks.

Transduktori sisendsuurus on tavaliselt mitte-elektriline suurus, samas kui väljundelektriline signaal võib olla voolu, voltaga või sageduse kujul.

1. Klassifitseerimine Transduktiooniprintsiibi Järgi

Transduktorid saab kategooriseerida nende kasutatava transduktioonikeskkonna järgi. Transduktioonikeskkond võib olla vastupanuline, induktiivne või kapatsiitiline. See klassifitseerimine määratakse sellest protsessist, mille kaudu sisendtransduktor teisendab sisendsignaali vastupanuks, induktiivsuseks või kapatsiitiliseks vastavalt. Igal transduktioonikeskkonnatüübil on oma unikaalsed omadused ja need sobivad erinevatele mõõtmisrakendustele, võimaldades täpset teisendamist erinevatelt füüsikaalsetelt suurustelt elektrilisteks signaalideks.

2. Põhitransduktorid ja Sekundaarsed Transduktorid

• Põhitransduktor
  Transduktor koosneb tavaliselt nii mehaanilistest kui ka elektrilistest komponentidest. Transduktori mehaaniline osa on vastutav füüsikaalsete sisendsuuruste teisendamiseks mehaaniliseks signaaliks. See mehaaniline komponent tuntakse kui põhitransduktor. See tegutseb esimese andmepäringuelemendina, mõistutades otse mõõdetava füüsikaalse suurusega, nagu rõhk, temperatuur või nihke, ja teisendab selle mehaaniliseks kujuks, mis saab edasi töödelda.

• Sekundaarne Transduktor
  Sekundaarne transduktor võtab põhitransduktoriga genereeritud mehaanilise signaali ja teisendab selle elektriliseks signaaliks. Väljundelektrilise signaali suurus on otse seotud sisendmehaanilise signaali omadustega. Nii ühendab sekundaarne transduktor mehaanilise ja elektrilise domeeni, muutes võimalikuks mõõtmise ja analüüsi originaalfüüsikaalset suurust elektromõõtmise ja -töötlemise meetodite abil.

Põhitransduktorite ja Sekundaarsete Transduktorite Näide

Võtame näiteks Bourdoni rööpu, mille näeb järgnevast joonist. Bourdoni rööp toimib põhitransduktorina. See on disainitud rõhu tuvastamiseks ja teisendamiseks nihkeks oma vaba otsas. Kui rõhu rakendatakse rööple, muutub selle vorm, põhjustades vaba otsa liikumist. See nihke muutub järgmise süsteemi etapi sisendiks.

Bourdoni rööpi vaba otsa liikumine põhjustab lineaarse muutuva nihke transformaatorile (LVDT) tuumale liigutust. Kui tuumas liigub LVDT-s, tekitab see väljundvoltaaži. See indukteeritud voltaga on otse proportsionaalne rööpi vaba otsa nihkega, ja seega, algsele rõhule, mis rakendati Bourdoni rööpile.

Bourdoni rööp-LVDT süsteemi puhul toimuvad kaks erinevat transduktiooniprotsessi. Esiteks toimub põhitransduktioon, kui Bourdoni rööp teisendab rõhu nihkeks. Seejärel toimub sekundaarne transduktioon, kui LVDT teisendab selle nihke elektriliseks voltaga signaaliks. See näide selgelt näitab, kuidas põhitransduktorid ja sekundaarsed transduktorid töötavad koos, et täpselt mõõta ja teisendada füüsikaalset suurust elektriliseks väljundiks järgmiseks analüüsi ja kasutamiseks.

Bourdoni rööp toimib põhitransduktorina, samas kui L.V.D.T. (Lineaarne Muutuv Nihke Transformaator) toimib sekundaarse transduktorina.

3. Passiivsed ja Aktiivsed Transduktorid

Transduktorid saab kategooriseerida aktiivsete ja passiivsete tüüpide järgi, kus igal on oma erinevad toimimisomadused.

Passiivsed Transduktorid

Passiivne transduktor on see, mis sõltub välise energiatoite toimimiseks, seetõttu tuntakse seda ka kui välist energiaallikaga varustatud transduktor. Kapatsiitilised, vastupanulised ja induktiivsed transduktorid on tavalised passiivsete transduktorite näited. Need transduktorid töötavad muutes elektrilist omadust (nagu vastupanu, kapatsiit või induktiivsus) sisendfüüsikaalse suuruse vastavalt. Kuid nad ei genereeri enda elektrilist energiat; pigem nõuavad nad välist energiaallikat, et luua mõõdetav väljundsignaal, mis näitab füüsikaalsete suuruste muutust.

Aktiivsed Transduktorid

Vastupidiselt, aktiivne transduktor ei vaja välise energiaallika toimimiseks. Need transduktorid on enda genereerivad, tähendades, et nad saavad luua enda voltaga või voolu väljundit. Aktiivse transduktori väljundsignaal põhineb otse sisendfüüsikaalsetel suurustel. Aktiivsed transduktorid on võimelised teisendama erinevaid füüsikaalilisi nähtusi, nagu kiirus, temperatuur, jõud ja valguse intensiivsus, elektrilisteks signaalideks ilma välise energiaallika tarbeks. Aktiivsete transduktorite näideteks on piezoelektrilised kristallid, fotovooliarvud, tachogeneraadolid ja termopaarid.

Näide: Piezoelektriline Kristall

Aktiivse transduktori toimimise illustreerimiseks vaatame piezoelektrilist kristallit. Piezoelektriline kristall on tavaliselt paigutatud kahe metalli elektrodi vahel, ja kogu komplekt on kindlalt paigutatud alusele. Massi asetatakse selle "sandwich"-struktuuri peale.

Piezoelektrilised kristallid omavad ainulaadset omadust: kui neile rakendatakse jõudu, genereerivad nad elektrilise voltaga. Kirjeldatud seadmes põhjustab aluse kiirendus massi jõudmise kristallile. See jõud indukteerib kristalli külgede vahel väljundvoltaga. Selle väljundvoltaga suurus on otse proportsionaalne aluse kogutud kiirendusega, teisendades mehaanilist kiirendust elektriliseks signaaliks. See näide selgelt näitab, kuidas aktiivsed transduktorid saavad enda genereerida elektrilisi väljundeid füüsikaalsete sisendite põhjal, rõhutades nende erinevat funktsiooni passiivsete transduktoritega võrreldes.

Ülaltoodud transduktor on teada kui kiirendusmõõtur, mis on disainitud kiirenduse teisendamiseks elektriliseks voltaga. Märgatavasti töötab see tüübi transduktor kiirenduse elektriliseks signaaliks teisendamisel ilma vajalikuks mis tahes abilise energiaallika tarbeks, näitades selle enda genereeriva olemuse signaalide loomisel.

4. Analoogilised ja Digitaalsed Transduktorid

Transduktorid saab kategooriseerida nende väljundsignaalide loomuse järgi, mis võivad olla kas pidevad või diskreeted.

Analoogilised Transduktorid

Analoogiline transduktor teisendab sisendsuuruse pidevaks funktsiooniks. See tähendab, et väljundsignaal muutub soojalt ja pidevalt vastavalt sisendmuutustele. Analoogiliste transduktorite näideteks on deformatsioonimõõturid, Lineaarne Muutuv Nihke Transformaator (LVDT), termopaarid ja termistrid. Need seadmed on laialdaselt kasutatavad erinevates rakendustes, kus on vaja proportsionaalset ja pidevat esitusviisi mõõdetavast füüsikaalsetest suurustest, nagu täpsete mõõtmissüsteemides ja tööstuslikus protsessijuhtimises.

Digitaalsed Transduktorid

Teisiti, digitaalsed transduktorid teisendavad sisendsuuruse digitaalseks signaaliks, tavaliselt pulsside kujul. Digitaalsed signaalid töötavad binaarsete olekute alusel, esitades informatsiooni kas "kõrge" või "madal" võimsustase kujul. See digitaalne väljundiformaat pakub mitmeid eeliseid, sealhulgas suuremat mürapõhja immuunsust, lihtsamad integreerimisvõimalused digitaalsete elektroonika- ja arvutussüsteemidega, ning lihtsam andmete töötlemine ja salvestamine. Digitaalsed transduktorid levivad järjest rohkem kaasaegsetes mõõtmis- ja juhtimissüsteemides, kuna digitaalsete tehnoloogiate kasutamine on tõusnud.

5. Transduktorid ja Inversed Transduktorid

Transduktorid

Transduktor defineeritakse seadmena, mis teisendab mitte-elektrilisi suurusi elektrilisteks suurusteks. See teisendamisprotsess võimaldab mitmeid füüsikaalilisi nähtusi, nagu temperatuur, rõhk, nihke ja jõud, mõõta, jälgida ja juhtida elektriliste mõõtmise ja töötlemise meetodite abil. Transduktorid mängivad olulist rolli laia valikut rakendustes, alates tööstuslikust automaatikest kuni teaduslike uuringuteni ja tarbija-elektronikani.

Inversed Transduktorid

Inversed transduktorid täidavad vastupidist funktsiooni traditsiooniliste transduktoritega. Nad teisendavad elektrilisi suurusi tagasi füüsikaalseteks suurusteks. Need transduktorid tavaliselt omavad kõrget elektrilist sisendit ja vastavalt madalat mitte-elektrilist väljundit. Inversed transduktorid kasutatakse rakendustes, kus on vaja elektrilisi signaale tõlgendada füüsikaalseteks tegevusteks või reaktsioonideks, nagu teatud tüüpi aktuatorites ja juhtimissüsteemides. Inversed transduktorite konseptsioon pakub võimalust sulgeda elektrilise kontrolli ja füüsikaalsete operatsioonide vahelise tsükli, soodustades keerulisemat ja täpsemat mehaaniliste ja füüsikaalsete süsteemide juhtimist.