Tipovi na prekidachi

Преобразувачи: Дефиниција, функции и класификација

Преобразувач е електронски уред кој игра важна улога во претворањето на физички величини во електрични сигнали. Има две основни функции: сензорство и преобразување. Прво, го детектира интересната физичка величина, како температура, притисок или поместување. Потоа, ја трансформира оваа физичка величина во механички труд или, почесто, електричен сигнал кој лесно може да се мери, процесира и анализира.

Постојат многу видови на преобразувачи и можат да се класифицират според неколку различни критерии:

• Според механизмот на преобразување што се користи: Оваа класификација се фокусира на специфичните физички или хемиски процеси со кои преобразувачот претвара влезната физичка величина во електрична излезна. Различни механизми на преобразување се прилагодени за различни видови меренја и применби, што овозможува точно и надежно сензорство во широк спектар на физички феномени.

• Како првични и вторични преобразувачи: Првичниот преобразувач директно претвара мерената физичка величина во електричен сигнал. Насупроти тоа, вторичниот преобразувач работи заедно со првичниот преобразувач, дополнително модификувајќи или процесирајќи електричниот сигнал генериран од првичниот уред за подобрување на неговата полезност или точност.

• Како пасивни и активни преобразувачи: Пасивните преобразувачи се залагаат на екстерна напонска извор за работа и произведуваат излезен сигнал кој е функција на влезната физичка величина и применетата моќ. Активните преобразувачи, сепак, имаат свој собствен извор на моќ и можат да генерираат излезен сигнал без потреба од екстерен напонски извор, често предлагувајќи поголема осетливост и сила на сигналот.

• Како аналогни и дигитални преобразувачи: Аналогните преобразувачи произведуваат излезен сигнал кој варира непрекинато со влезната физичка величина, типичено во форма на напон или стрuja. Дигиталните преобразувачи, насупроти тоа, го претвараат влезниот квантификатор во дискретен дигитален сигнал, кој е попрост за процесирање, складирање и пренос со современа дигитална електроника и компјутерски системи.

• Како преобразувачи и инверзни преобразувачи: Стандардниот преобразувач претвара физичка величина во електричен сигнал. Инверзниот преобразувач, обратно, го зема електричниот сигнал како влез и го претвара назад во физичка величина, ефективно обрнувајќи процесот на традиционалниот преобразувач. Оваа концепција е корисна во применби каде што е потребна електрична контрола за генерирање на специфична физичка реакција.

Во работа, преобразувачот го прими мерендумот - физичката величина која се мери - и производи излезен сигнал кој е пропорционален на големината на влезот. Овој излезен сигнал потоа се пренесува до уред за условување на сигналот. Тук, сигналот минува низ серија на процеси, вклучувајќи атенуација (правење на амплитудата на сигналот), филтрирање (отстранување на нежелани шумови или фреквенции) и модулација (кодирање на сигналот за подобар пренос или процесирање). Овие чекори гарантираат дека крајниот сигнал е во оптимална форма за последовни анализа, прикажување или контролни операции.

Влезниот квантификатор на преобразувачот типички е не-електрична величина, додека излезниот електричен сигнал може да биде во формата на стрuja, напон или фреквенција.

1. Класификација според принципот на преобразување

Преобразувачите можат да се класифицираат според медиумот на преобразување што го користат. Медиумот на преобразување може да биде резистивен, индуктивен или капацитивен. Оваа класификација се одредува од процесот на претворање преку кој влезниот преобразувач го трансформира влезниот сигнал во отпор, индуктивност или капацитет. Секој тип на медиум на преобразување има своја уникална карактеристика и е прифатлив за различни мерни применби, што овозможува точна конверзија на различни физички величини во електрични сигнали.

2. Првични и вторични преобразувачи

• Првичен преобразувач
  Преобразувачот често се состои од механички и електрички компоненти. Механичкиот дел на преобразувачот е одговорен за претворањето на физички влезни величини во механички сигнал. Овој механички компонент се нарекува првичен преобразувач. Тој дејствува како почетен сензорски елемент, директно интерагирајќи со мерената физичка величина, како притисок, температура или поместување, и ја претвара во механичка форма која може да се подалешко процесира.

• Вторичен преобразувач
  Вторичниот преобразувач го зема механичкиот сигнал генериран од првичниот преобразувач и го претвара во електричен сигнал. Големината на излезниот електричен сигнал е директно поврзана со карактеристиките на влезниот механички сигнал. На овој начин, вторичниот преобразувач мостува јазолот помеѓу механичката и електричната област, што го прави можно да се мери и анализира оригиналената физичка величина користејќи електрични техники за меренje и процесирање.

Пример за првични и вторични преобразувачи

Земете цевта на Бурдон, како што е прикажано на следната слика, како пример. Цевта на Бурдон функционира како првичен преобразувач. Таа е дизајнирана да детектира притисок и да го претвори во поместување на неговиот слободен краj. Кога се применува притисок на цевта, неговата форма се деформира, причинувајќи слободниот краj да се движи. Овој поместување потоа служи како влез за следната фаза на системот.

Движењето на слободниот краj на цевта на Бурдон го предизвикува јадрото на Линеарниот Променлив Трансформатор на Поместување (ЛВДТ) да се смести. Кога јадрото се движи во рамките на ЛВДТ, индуцира излезен напон. Овој индуциран напон е директно пропорционален на поместувањето на слободниот краj на цевта, и следователно, на изворниот притисок применет на цевта на Бурдон.

Во случајот на системот цевта на Бурдон - ЛВДТ, се случуваат два различни процеси на преобразување. Прво, првичното преобразување се случува кога цевта на Бурдон претвара притисок во поместување. Потоа, вторичното преобразување се случува кога ЛВДТ го претвара ова поместување во електричен напонски сигнал. Овој пример ясно покажува како првични и вторични преобразувачи работат заедно за точна мера и конверзија на физичка величина во електричен излез за подалешка анализа и користење.

Цевта на Бурдон служи како првичен преобразувач, додека Л.В.Д.Т. (Линеарен Променлив Трансформатор на Поместување) функционира како вторичен преобразувач.

3. Пасивни и активни преобразувачи

Преобразувачите исто така можат да се категоризираат како активни и пасивни, секој со своји специфични оперативни карактеристики.

Пасивни преобразувачи

Пасивниот преобразувач е онај кој се залага на екстерен напонски извор за работа, затоа и се нарекува и екстерно напонски преобразувач. Капацитивните, резистивните и индуктивните преобразувачи се типични примери за пасивни преобразувачи. Овие преобразувачи работат изменувајќи електрична карактеристика (како отпор, капацитет или индуктивност) во одговор на влезната физичка величина. Меѓутоа, тие не генерираат своја сопствена електрична енергија; наместо тоа, тие бараат екстерен извор на моќ за да произведат мерлив излезен сигнал кој рефлектира промената во мерената физичка величина.

Активни преобразувачи

Насупроти тоа, активниот преобразувач не бара екстерен напонски извор за работа. Овие преобразувачи се само-генерирачки, што значи дека можат да произведат свој напонски или стружен излез. Излезниот сигнал на активниот преобразувач е директно изведен од влезната физичка величина. Активните преобразувачи можат да ги претворат различни физички феномени, како брзина, температура, сила и интензитет на светлина, во електрични сигнали без да се залагаат на екстерен напонски влез. Примери за активни преобразувачи вклучуваат пиезоелектрични кристали, фотovoltaични ќелии, тахогенератори и термоцикли.

Пример: Пиезоелектричен кристал

За илустрација на работа на активен преобразувач, разгледајте пиезоелектричниот кристал. Пиезоелектричниот кристал типички е зашеметен меѓу две метални електроди, и целата собирачка е сигурно закрепена на база. Маса потоа се става врз врвот на оваа зашеметена структура.

Пиезоелектричните кристали имаат уникална карактеристика: кога на нив се применува сила, тие генерираат електрична напонска разлика. Во описаниот сценарио, базата може да искува акцелерација, што предизвикува масата да испраќа сила на кристалот. Оваа сила, во свој ред, индуцира излезна напонска разлика преку кристалот. Големината на овој излезен напон е директно пропорционална на акцелерацијата искувана од базата, ефективно претварајќи механичка акцелерација во електричен сигнал. Овој пример ясно покажува како активните преобразувачи можат да генерираат самостојни електрични излези на основа на физички влезови, истакнувајќи нивната отлична функционалност споредно со пасивните преобразувачи.

Наведениот преобразувач е познат како акселерометар, дизајниран да претвори акцелерацијата во електрична напонска разлика. Забележете дека овој тип преобразувач функционира без потреба од било какъв помошен напонски извор за време на конверзијата на физичката величина во електричен сигнал, што илустрира неговата самодостатна природа во генерирањето на сигналот.

4. Аналогни и дигитални преобразувачи

Преобразувачите исто така можат да се категоризираат според природата на нивните излезни сигнали, кои можат да бидат непрекинати или дискретни.

Аналогни преобразувачи

Аналогниот преобразувач претворува влезната величина во непрекината функција. Тоа значи дека излезниот сигнал варира глатко и непрекинато во одговор на промени во влезот. Примери за аналогни преобразувачи вклучуваат деформациони чувствителни ленти, Линеарни Променливи Трансформатори на Поместување (ЛВДТ), термоцикли и термистори. Овие уреди се широко користат во различни применби каде што е потребна пропорционална и непрекината репрезентација на мерената физичка величина, како во системи за прецизно меренje и индустријална контрола на процеси.

Дигитални преобразувачи

Дигиталните преобразувачи, насупроти тоа, го претвараат влезниот квантификатор во дигитален сигнал, типичено во форма на импулси. Дигиталните сигнали работат на основа на бинарни состојби, претставувајќи информации како „висок“ или „нисок“ степен на моќ. Овој дигитален формат на излез предл