Mga Uri ng Transducer

Transducers: Paglalarawan, Mga Katungkulan, at Klasipikasyon

Ang isang transducer ay isang elektronikong aparato na naglalaro ng mahalagang papel sa pagbabago ng pisikal na bilang sa mga signal na elektriko. Ito ay may dalawang pundamental na tungkulin: pagmamasid at transduksyon. Una, ito ay nakakadetekta ng interesadong pisikal na bilang, tulad ng temperatura, presyon, o paglipat. Pagkatapos, ito ay nagbabago ng pisikal na bilang na ito sa mekanikal na gawain o, mas karaniwan, sa isang signal na elektriko na maaaring madaling sukatin, iproseso, at ianalisa.

Mayroong malaking iba't ibang uri ng transducer at maaari itong ikategorya batay sa ilang iba't ibang kriterya:

• Batay sa Ginamit na Mehano ng Transduksyon: Ang kategoryang ito ay nakatuon sa partikular na pisikal o kimikal na proseso kung saan ang transducer ay nagbabago ng input na pisikal na bilang sa isang output na elektriko. Iba't ibang mekanismo ng transduksyon ay naka-ayos para sa iba't ibang uri ng pagsukat at aplikasyon, na nagbibigay ng tumpak at maasahang pagmamasid sa malawak na spektrum ng pisikal na mga phenomena.

• Bilang Primary at Secondary Transducers: Ang primary transducer ay direkta ang nagbabago ng sukat na pisikal na bilang sa isang signal na elektriko. Sa kabilang dako, ang secondary transducer ay nagtatrabaho kasama ng primary transducer, na patuloy na binabago o pinoproseso ang signal na elektriko na ginawa ng primary device upang mapalakas ang kanyang usability o katumpakan.

• Bilang Passive at Active Transducers: Ang mga passive transducer ay umaasa sa panlabas na source ng lakas upang makapag-operate at gumawa ng output signal na isang function ng input na pisikal na bilang at ang inilapat na lakas. Sa kabilang dako, ang mga active transducer ay may sarili nilang source ng lakas at maaaring lumikha ng isang output signal nang walang pangangailangan para sa panlabas na supply ng lakas, kadalasang nagbibigay ng mas mataas na sensitivity at lakas ng signal.

• Bilang Analogue at Digital Transducers: Ang analogue transducers ay naglilikha ng isang output signal na patuloy na umuunlad kasabay ng input na pisikal na bilang, karaniwang sa anyo ng voltage o current. Sa kabilang dako, ang digital transducers, ay nagbabago ng input quantity sa isang discrete na digital signal, na mas madali na iproseso, i-save, at ilipat gamit ang modernong digital electronics at computing systems.

• Bilang Transducers at Inverse Transducers: Ang standard transducer ay nagbabago ng pisikal na bilang sa isang signal na elektriko. Ang inverse transducer, sa kabilang dako, ay tumatanggap ng isang signal na elektriko bilang input at nagbabago ito pabalik sa isang pisikal na bilang, na epektibong nagbaliktad ng proseso ng tradisyonal na transducer. Ang konsepto na ito ay kapaki-pakinabang sa mga aplikasyon kung saan kinakailangan ang elektrikal na control upang bumuo ng isang tiyak na pisikal na tugon.

Sa operasyon, ang isang transducer ay tumatanggap ng measurand—ang pisikal na bilang na sinusukat—and naglilikha ng isang output signal na proporsyonal sa magnitude ng input. Ang output signal na ito ay pagkatapos ay ipinapadala sa isang signal conditioning device. Dito, ang signal ay dadaan sa isang serye ng proseso, kasama ang attenuation (pag-aayos ng amplitude ng signal), filtering (pag-alis ng hindi nais na noise o frequencies), at modulation (pag-encode ng signal para sa mas magandang transmission o processing). Ang mga hakbang na ito ay nag-uugnay na ang final signal ay nasa optimal na anyo para sa susunod na analysis, display, o control operations.

Ang input quantity ng isang transducer ay karaniwang isang non-electrical quantity, habang ang output electrical signal ay maaaring sa anyo ng current, voltage, o frequency.

1. Klasipikasyon batay sa Prinsipyong Transduksyon

Maaaring ikategorya ang mga transducer ayon sa transduction medium na ginagamit nila. Ang transduction medium maaaring resistive, inductive, o capacitive. Ang kategoryang ito ay nadetermina ng proseso ng conversion kung saan ang input transducer ay nagbabago ng input signal sa resistance, inductance, o capacitance nang may kanya-kanyang unique characteristics at angkop para sa iba't ibang measurement applications, na nagbibigay-daan sa tumpak na conversion ng iba't ibang pisikal na bilang sa mga signal na elektriko.

2. Primary at Secondary Transducers

• Primary Transducer
  Karaniwan, ang isang transducer ay binubuo ng parehong mekanikal at elektrikal na komponente. Ang mekanikal na bahagi ng transducer ang responsable sa pagbabago ng pisikal na input quantities sa isang mekanikal na signal. Ang mekanikal na komponenteng ito ay tinatawag na primary transducer. Ito ang unang sensing element, na direktang nakikipag-ugnayan sa pisikal na bilang na sinusukat, tulad ng presyon, temperatura, o paglipat, at nagbabago ito sa isang mekanikal na anyo na maaaring paunlarin.

• Secondary Transducer
  Ang secondary transducer ay sumusunod sa mekanikal na signal na ginawa ng primary transducer at nagbabago ito sa isang signal na elektriko. Ang magnitude ng output na elektrikal na signal ay direktang may kaugnayan sa mga katangian ng input na mekanikal na signal. Sa ganitong paraan, ang secondary transducer ay nagbibigay ng tulay sa pagitan ng mekanikal at elektrikal na domains, kaya posible ang pag-sukat at analisa ng orihinal na pisikal na bilang gamit ang teknikong elektrikal na pagsukat at pagproseso.

Halimbawa ng Primary at Secondary Transducers

Isa sa halimbawa ay ang Bourdon's Tube, tulad ng ipinapakita sa larawan sa ibaba. Ang Bourdon's Tube ay gumagana bilang isang primary transducer. Ito ay disenyo para detekta ang presyon at baguhin ito sa isang displacement sa kanyang libreng dulo. Kapag may presyon na inilapat sa tube, ang hugis nito ay nagbabago, nagdudulot ng paggalaw sa libreng dulo. Ang displacement na ito ay gagamit ng input sa susunod na yugto ng sistema.

Ang galaw ng libreng dulo ng Bourdon's Tube ay nagdudulot ng pag-shift ng core ng Linear Variable Displacement Transformer (LVDT). Habang ang core ay nagagalaw sa loob ng LVDT, ito ay nag-iinduce ng isang output voltage. Ang induced na voltage na ito ay direktang proportional sa displacement ng libreng dulo ng tube, at kaya naman, sa orihinal na presyon na inilapat sa Bourdon's Tube.

Sa kasong ito ng Bourdon's Tube - LVDT system, dalawang distinct na transduction processes ang nangyayari. Una, ang primary transduction ay nangyayari kapag ang Bourdon's Tube ay nagbabago ng presyon sa displacement. Pagkatapos, ang secondary transduction ay nangyayari bilang ang LVDT ay nagbabago ng displacement sa isang electrical voltage signal. Ang halimbawang ito ay malinaw na nagpapakita kung paano ang primary at secondary transducers ay nagtutulungan upang tumpak na sukatin at baguhin ang isang pisikal na bilang sa isang electrical output para sa mas karagdagang analisis at paggamit.

Ang Bourdon's Tube ay gumagana bilang primary transducer, habang ang L.V.D.T. (Linear Variable Displacement Transformer) ay gumagana bilang secondary transducer.

3. Passive at Active Transducers

Maaari ring ikategorya ang mga transducer sa active at passive types, bawat isa ay may kanya-kanyang distinct operational characteristics.

Passive Transducers

Ang isang passive transducer ay isa na umaasa sa panlabas na power supply upang makapag-operate, kaya ito rin ay tinatawag na externally-powered transducer. Ang capacitive, resistive, at inductive transducers ay mga typical na halimbawa ng passive transducers. Ang mga transducer na ito ay nagtatrabaho sa pamamagitan ng pag-modify ng isang electrical property (tulad ng resistance, capacitance, o inductance) bilang tugon sa input na pisikal na bilang. Gayunpaman, hindi sila nag-generate ng kanilang sariling electrical energy; sa halip, kailangan nila ng panlabas na source ng power upang makapag-produce ng measurable output signal na sumasalamin sa pagbabago ng pisikal na bilang na sinusukat.

Active Transducers

Sa kabilang banda, ang isang active transducer ay hindi nangangailangan ng panlabas na power source upang makapag-operate. Ang mga transducer na ito ay self-generating, ibig sabihin, maaari silang mag-produce ng kanilang sariling voltage o current output. Ang output signal ng isang active transducer ay direktang nagmumula sa input na pisikal na bilang. Ang mga active transducer ay capable na mag-convert ng iba't ibang pisikal na phenomena, tulad ng velocity, temperature, force, at light intensity, sa mga electrical signals nang hindi umaasa sa panlabas na power input. Ang mga halimbawa ng active transducers ay kinabibilangan ng piezoelectric crystals, photovoltaic cells, tachogenerators, at thermocouples.

Halimbawa: Piezoelectric Crystal

Upang ipakita ang operasyon ng isang active transducer, isang halimbawa ang piezoelectric crystal. Karaniwang sandwiched ang piezoelectric crystal sa pagitan ng dalawang metallic electrodes, at ang buong assembly ay ligtas na fastened sa isang base. Isinasara ang isang mass sa itaas ng sandwiched structure na ito.

Ang piezoelectric crystals ay may unique na katangian: kapag may force na inilapat sa kanila, ginagawa nila ang electric voltage. Sa setup na ito, maaaring magkaroon ng acceleration ang base, na nagdudulot ng mass na mag-exert ng force sa crystal. Ang force na ito, sa kanyang pagkakabigo, ay nag-iinduce ng isang output voltage sa across ng crystal. Ang magnitude ng output voltage na ito ay direktang proportional sa acceleration na dinanas ng base, na epektibong nagco-convert ng mechanical acceleration sa isang electrical signal. Ang halimbawang ito ay malinaw na nagpapakita kung paano ang active transducers ay self-generate electrical outputs based on physical inputs, na nagbibigay-diin sa kanilang distinct functionality kumpara sa passive transducers.

Ang nabanggit na transducer ay kilala bilang accelerometer, na disenyo upang mag-convert ng acceleration sa isang electric voltage. Notably, ang uri ng transducer na ito ay nag-ooperate nang walang pangangailangan para sa anumang auxiliary power source sa panahon ng conversion ng pisikal na bilang sa isang electrical signal, na nagpapakita ng kanyang self-sufficient nature sa signal generation.

4. Analog at Digital Transducers

Maaari ring ikategorya ang mga transducer batay sa natura ng kanilang output signals, na maaaring continuous o discrete.

Analog Transducers

Ang analog transducer ay nag-transform ng input quantity sa isang continuous function. Ibig sabihin, ang output signal ay umuunlad nang smooth at continuous bilang tugon sa mga pagbabago sa input. Ang mga halimbawa ng analog transducers ay kinabibilangan ng strain gauges, Linear Variable Displacement Transformers (LVDTs), thermocouples, at thermistors. Ang mga device na ito ay malawak na ginagamit sa iba't ibang aplikasyon kung saan kinakailangan ang proportional at continuous representation ng measured na pisikal na bilang, tulad ng sa precision measurement systems at industrial process control.

Digital Transducers

Sa kabilang banda, ang digital transducers ay nag-co-convert ng input quantity sa isang digital signal, karaniwang sa anyo ng pulses. Ang digital signals ay gumagana batay sa binary states, na nirepresenta ang impormasyon bilang "high" o "low" power levels. Ang digital output format na ito ay nagbibigay ng maraming benepisyo, kabilang ang enhanced noise immunity, mas madaling integration sa digital electronics at computing systems, at mas straightforward na data processing at storage. Ang digital transducers ay lubhang tinatanggap sa modernong measurement at control systems dahil sa pagprevalent ng digital technologies.

5. Transducers at Inverse Transducers

Transducers

Ang isang transducer ay inilalarawan bilang isang device na nag-co-convert ng non-electrical quantities sa electrical quantities. Ang prosesong ito ng conversion ay nagbibigay-daan sa pagsukat, monitoring, at control ng iba't ibang pisikal na phenomena, tulad ng temperatura, presyon, displacement, at force, gamit ang electrical measurement at processing techniques. Ang mga transducer ay naglalaro ng mahalagang papel sa malawak na range ng aplikasyon, mula sa industrial automation hanggang sa scientific research at consumer electronics.

Inverse Transducers

Ang inverse transducers ay gumagawa ng kabaligtaran ng tungkulin ng traditional na transducers. Sila ay nag-co-convert ng electrical quantities pabalik sa pisikal na quantities. Ang mga transducer na ito ay karaniwang may mataas na electrical input at corresponding na mababang non-electrical output. Ang mga inverse transducers ay ginagamit sa mga aplikasyon kung saan kinakailangan ang electrical signals na mailipat sa pisikal na actions o responses, tulad ng sa ilang uri ng actuators at control systems. Ang konsepto ng mga inverse transducers ay nagbibigay ng paraan upang sarin ang loop sa pagitan ng electrical control at pisikal na operasyon, na nagpapahusay ng mas complex at precise control ng mekanikal at pisikal na systems.