סוגי מומר

ממשקי תמסורת: הגדרה, פונקציות ומיון

ממשק תמסורת הוא מכשיר אלקטרוני שמשחק תפקיד חשוב בתרגום כמויות פיזיות לסימנים חשמליים. יש לו שתי פונקציות בסיסיות: זיהוי והתמרת. ראשית, הוא מאתר את הכמות הפיזית המבוקשת, כגון טמפרטורה, לחץ או הזזה. לאחר מכן, הוא ממיר את הכמות הפיזית הזו לעבודה מכנית או, יותר נפוץ, לסימן חשמלי שאפשר להמדוד אותו בקלות, לעבד ולהנתח.

ממשקי תמסורת קיימים במגוון רחב של סוגים וניתן למיין אותם לפי מספר קריטריונים שונים:

• לפיกลไג התמרת הנעשה בו שימוש: מיון זה מתמקד בתהליכים הפיזיים או כימיים הספציפיים בהם ממיר הממשק את הכמות הפיזית המוזרקת לסימן חשמלי. גליאגי התמרת שונים מותאמים למדידות ואפליקציות שונות, מה שמאפשר מדידה ויזה ואמינה של מגוון רחב של תופעות פיזיות.

• כממשקי תמסורת ראשוניים וממשקי תמסורת משניים: ממשק תמסורת ראשוני ממיר ישירות את הכמות הפיזית המוזרקת לסימן חשמלי. לעומת זאת, ממשק תמסורת משני עובד בשילוב עם ממשק תמסורת ראשוני, מוסיף או מעבד את הסימן החשמלי שנוצר על ידי המכשיר הראשוני כדי לשפר את יכולת השימוש שלו או דיוקו.

• כממשקי תמסורת פסיביים וממשקי תמסורת אקטיביים: ממשקי תמסורת פסיביים מסתמכים על מקור חשמל חיצוני כדי לפעול ומפיקים סימן יציאה שהוא פונקציה של הכמות הפיזית המוזרקת והכוח המושך. ממשקי תמסורת אקטיביים, לעומת זאת, מכילים מקור אנרגיה משלהם ויכולים לייצר סימן יציאה ללא צורך במקור חשמל חיצוני, ובדרך כלל מספקים רגישות ועוצמת סימן גבוהות יותר.

• כממשקי תמסורת אנלוגיים וממשקי תמסורת דיגיטליים: ממשקי תמסורת אנלוגיים מפיקים סימן יציאה שהולך ונשנה באופן רציף עם הכמות הפיזית המוזרקת, בדרך כלל בצורה של מתח או זרם. ממשקי תמסורת דיגיטליים, לעומת זאת, ממירים את הכמות המוזרקת לסימן דיגיטלי בדיד, שקל יותר לעבד, לאחסן ולשלוח באמצעות אלקטרוניקה ומערכות מחשב דיגיטליות מודרניות.

• כממשקי תמסורת וממשקי תמסורת הפוכים: ממשק תמסורת סטנדרטי ממיר כמות פיזית לסימן חשמלי. ממשק תמסורת הפוך, לעומת זאת, מקבל סימן חשמלי כקלט וממיר אותו בחזרה לכמות פיזית, באופן יעיל הופך את תהליך הממשק תמסורת המסורתי. מושג זה שימושי באפליקציות בהן נדרש שליטה חשמלית כדי לייצר תגובה פיזית מסוימת.

בפעולה, ממשק תמסורת מקבל את המזדק - הכמות הפיזית הנמדדת - ומפיק סימן יציאה שפרופורציונלי לגודל הקלט. הסימן הזה מועבר אז למכשיר עיבוד אותות. כאן, הסימן עובר סדרה של תהליכים, כולל הרחקה (התאמה של עוצמת הסימן), סינון (הסרת רעש או תדרים בלתי רצויים) ומודולציה (קידוד הסימן לעיבוד או העברה טובה יותר). צעדים אלה מבטיחים שהסימן הסופי יהיה בצורה אופטימלית לנתח, להציג או לשלוט בהמשך.

הכמות המוזרקת לממשק תמסורת היא בדרך כלל כמות לא חשמלית, בעוד הסימן החשמלי המוצא יכול להיות בצורת זרם, מתח או תדר.

1. מיון לפי עקרון התמרת

ניתן למיין ממשקי תמסורת לפי התווך לתמרת שהם משתמשים בו. התווך לתמרת יכול להיות 저ومة, אינדוקטיבית או קפאסיטיבית. המיון נקבע על ידי תהליך ההמרה בו הממשק המוזרק ממיר את האות המוזרק לתנגד, אינדוקטנס או קפאסיטנס בהתאמה. לכל סוג של תווך לתמרת יש מאפיינים ייחודיים משלה והוא מתאים למדידות שונות, מאפשר המרה מדוייקת של מגוון רחב של כמויות פיזיות לסימנים חשמליים.

2. ממשקי תמסורת ראשוניים וממשקי תמסורת משניים

• ממשק תמסורת ראשוני
  ממשק תמסורת מכיל לעיתים קרובות חלקים מכניים וחשמליים. החלק המכני של הממשק אחראי להמיר כמויות פיזיות קלט לסימן מכני. החלק המכני הזה מכונה ממשק תמסורת ראשוני. הוא פועל כאלמנט חיישן ראשוני, מתמודד ישירות עם הכמות הפיזית הנמדדת, כגון לחץ, טמפרטורה או הזזה, וממיר אותה לצורה מכנית שניתן לעבדה נוספת.

• ממשק תמסורת משני
  ממשק תמסורת משני לוקח את הסימן המכני שנוצר על ידי הממשק תמסורת הראשוני וממיר אותו לסימן חשמלי. גודל הסימן החשמלי המוצא הוא פרופורציונלי לתכונות הסימן המכני הקלט. כך, הממשק תמסורת המשני מקשר בין הדומיינים המכניים והחשמליים, ומאפשר מדידה והנתח של הכמות הפיזית המקורית באמצעות טכניקות מדידה ושיבוץ חשמליות.

דוגמה לממשקי תמסורת ראשוניים וממשקי תמסורת משניים

בהתייחס ל tübe של בורדון, כפי שמוצג בתמונה שלהלן, כדוגמה. הטübe של בורדון פועל כממשק תמסורת ראשוני. הוא תוכנן לזהות לחץ ולהמיר אותו להזזה בקצה החפשי שלו. כאשר מפעילים לחץ על הטübe, צורתו משתנה וגורם לקצה החפשי לנוע. הזזה זו פועלת כקלט השלב הבא של המערכת.

התנועה של הקצה החפשי של הטübe של בורדון גורמת לבלוק של טרנספורמר הזזה ליניארית משתנה (LVDT) לנוע. ככל שהבלוק מתקדם בתוך ה-LVDT, הוא מגרה מתח יציאה. המתח המושרה הוא פרופורציונלי להזזה של הקצה החפשי של הטübe, ולכן גם ללחץ המקורי שהופעל על הטübe של בורדון.

במקרה של מערכת הטübe של בורדון - LVDT, שני תהליכי תמרת נפרדים מתרחשים. ראשית, התמרת ראשונית מתרחשת כאשר הטübe של בורדון ממיר לחץ להזזה. אז, התמרת משנית מתרחשת כאשר ה-LVDT ממיר את ההזזה הזו למתח חשמלי. דוגמה זו מדגימה בבירור איך ממשק תמסורת ראשוני וממשק תמסורת משני עובדים יחד כדי למדוד ולהמיר כמות פיזית למוצא חשמלי לשימוש והנתח נוספים.

ה-tübe של בורדון פועל כממשק תמסורת ראשוני, בעוד ה-L.V.D.T. (טרנספורמר הזזה ליניארית משתנה) פועל כממשק תמסורת משני.

3. ממשקי תמסורת פסיביים וממשקי תמסורת אקטיביים

ניתן למיין ממשקי תמסורת גם לסוגים אקטיביים ופסיביים, כל אחד עם מאפיינים תפעוליים ייחודיים.

ממשקי תמסורת פסיביים

ממשק תמסורת פסיבי הוא כזה שמסתמך על מקור חשמל חיצוני כדי לפעול, ולכן הוא מכונה גם ממשק תמסורת חיצוני. ממשקי תמסורת קפאסיטיביים,저ומיים ואינדוקטיביים הם דוגמאות טיפוסיות לממשקי תמסורת פסיביים. ממשקי תמסורת אלו פועלים על ידי שינוי תכונה חשמלית (כמו התנגדות, קפאסיטנס או אינדוקטנס) בתגובה לכמות הפיזית המוזרקת. עם זאת, הם אינם מפיקים אנרגיה חשמלית משלהם, אלא דורשים מקור חשמל חיצוני כדי לייצר אות יציאה מדיד המשקף את השינוי בכמות הפיזית הנמדדת.

ממשקי תמסורת אקטיביים

בניגוד, ממשק תמסורת אקטיבי אינו דורש מקור חשמל חיצוני כדי לפעול. ממשקי תמסורת אלו הם מפיקים עצמאיים, כלומר הם יכולים לייצר מתח או זרם יציאה משלהם. האות המוצא של ממשק תמסורת אקטיבי נגזר ישירות מהכמות הפיזית המוזרקת. ממשקי תמסורת אקטיביים מסוגלים להמיר מגוון רחב של תופעות פיזיות, כגון מהירות, טמפרטורה, כוח ועוצמת אור, לסימנים חשמליים ללא צורך במקור חשמל חיצוני. דוגמאות לממשקי תמסורת אקטיביים כוללות 수정ים פיאזוואלקטריים, תאים פוטוולטאיים, טכרוגנרטורים וטראמוקופלים.

דוגמה: 수정 פיאזוואלקטרי

כדי להדגים את פעולת ממשק תמסורת אקטיבי, נתבונן במתקן פיאזוואלקטרי. 수정 פיאזוואלקטרי הוא בדרך כלל מוחסם בין שתי אלקטרודות מתכתיות, והכל ננעל לבסיס. מסה מניחה מעל המבנה המוחסם.

מתקנים פיאזוואלקטריים בעלי תכונה ייחודית: כאשר מפעילים עליהם כוח, הם מפיקים מתח חשמלי. בהגדרה המתוארת, הבסיס יכול לחוות תאוצה, שגורמת למסה להפעיל כוח על המתקן. כוח זה, בתורו, מגרה מתח יציאה על פני המתקן. גודל המתח המוצא הוא פרופורציונלי לתאוצה שהבסיס חווה, באופן יעיל ממיר תאוצה מכנית למתח חשמלי. דוגמה זו מדגימה בבירור איך ממשקי תמסורת אקטיביים יכולים לייצר עצמאית מתחים חשמליים על בסיס קלטים פיזיים, מבליטה את הפונקציונליות הייחודית שלהם בהשוואה לממשקי תמסורת פסיביים.

הממשק תמסורת הנזכר למעלה ידוע כמגבעת, שתוכנן להמיר תאוצה למתח חשמלי. חשוב לציין כי סוג ממשק תמסורת זה פועל ללא צורך במקור עזר במהלך המרת הכמות הפיזית לסימן חשמלי, מציג את הטבע העצמאי שלו בייצור אותות.

4. ממשקי תמסורת אנלוגיים וממשקי תמסורת דיגיטליים

ניתן למיין ממשקי תמסורת גם לפי טבע האותות המוצא שלהם, שהם יכולים להיות רציפים או בדידים.

ממשקי תמסורת אנלוגיים

ממשק תמסורת אנלוגי ממיר את הכמות הקלט לפונקציה רציפה. זה אומר שהאות המוצא משתנה באופן חלק ורציף בתגובה לשינויים בכמות הקלט. דוגמאות לממשקי תמסורת אנלוגיים כוללות מדדי מתח, טרנספורמרים ליניאריים משתנים (LVDTs), טראמוקופלים ותרמיסטורים. מכשירים אלו נמצאים בשימוש רחב במגוון אפליקציות שבהן דרושה הצגה פרופורציונלית ורציפה של הכמות הפיזית הנמדדת, כגון במערכות מדידה מדויקות ובשליטה בתהליכים תעשייתיים.

ממשקי תמסורת דיגיטליים

ממשקי תמסורת דיגיטליים, לעומת זאת, ממירים את הכמות הקלט לסימן דיגיטלי, בדרך כלל בצורה של פולסים. אותות דיגיטליים פועלים על בסיס מצבים בינאריים, מייצגים מידע כעוצמת "גבוהה" או "נמוכה". פורמט האות הדיגיטלי מציע כמה יתרונות, כולל עמידות חזקה לרעש, אינטגרציה קלה עם אלקטרוניקה ומערכות מחשב דיגיטליות, ועיבוד וхранение данных более простыми. Цифровые преобразователи все больше используются в современных системах измерения и управления благодаря широкому распространению цифровых технологий.

5. Преобразователи и обратные преобразователи

Преобразователи

Преобразователь определяется как устройство, которое преобразует неэлектрические величины в электрические величины. Этот процесс преобразования позволяет измерять, контролировать и управлять различными физическими явлениями, такими как температура, давление, смещение и сила, с использованием электрических методов измерения и обработки. Преобразователи играют ключевую роль во многих приложениях, от промышленной автоматизации до научных исследований и потребительской электроники.

Обратные преобразователи

Обратные преобразователи выполняют противоположную функцию по сравнению с традиционными преобразователями. Они преобразуют электрические величины обратно в физические величины. Эти преобразователи обычно имеют высокий электрический вход и соответствующий низкий неэлектрический выход. Обратные преобразователи используются в приложениях, где необходимо перевести электрические сигналы в физические действия или реакции, такие как некоторые типы актуаторов и систем управления. Концепция обратных преобразователей предоставляет возможность замкнуть цикл между электрическим управлением и физической операцией, что способствует более сложному и точному управлению механическими и физическими системами.