Kas yra keitiklių tipai ir jų taikymas

Jų yra įvairių elektriniai ir elektroniniai komponentai naudojamos kuriant grandines ir projektus inžinerijos studentams. Komponentai yra aktyvūs ir pasyvūs komponentai, jutikliai, keitikliai, siųstuvai, imtuvai, moduliai („WiFi“, „Bluetooth“, GSM, RFID, GPS) ir kt. Apskritai, perdavimo procesas apima vienos energijos formos pavertimą kita. Į šį procesą daugiausia įeina jutimo elementas, leidžiantis pajusti įvesties energiją ir paskui ją perdaryti į kitą formą perdavimo elementu. „Measurand“ nurodo savybę, kiekį ar būseną, kurią keitiklis nori paversti elektros išvestimi. Čia šiame straipsnyje aptariamas keitiklis, keitiklio tipai ir keitiklio pritaikymas.

Kas yra keitiklio / keitiklio tipai?

Daviklis yra elektrinis prietaisas, naudojamas vienai energijos formai paversti kita. Apskritai, šie įtaisai valdo įvairias energijas, tokias kaip mechaninė, elektros energija , šviesos energija, cheminė energija, šiluminė energija, akustinė energija, elektromagnetinė energija ir kt.

Daviklis

Pavyzdžiui, apsvarstykite mikrofoną, kurį kasdieniame telefone, mobiliajame telefone naudojame, kuris garsą paverčia elektriniais signalais, o vėliau sustiprina į pageidaujamą diapazoną. Tada pakeičia elektrinius signalus į garso signalus garsiakalbio o / p. Šiais laikais fluorescencinės lemputės naudojamos apšvietimui, elektros energiją keičia šviesos energija.

Geriausias daviklis pavyzdžių yra garsiakalbiai, mikrofonai, padėtis, termometrai, antena ir slėgio jutiklis. Taip pat yra įvairių keitiklių, naudojamų elektriniai ir elektroniniai projektai .

Daviklių tipų sąlygos

Kai kurios sąlygos, dažniausiai naudojamos keitikliams įvertinti, aptariamos toliau.

Dinaminis diapazonas

Daviklio dinaminis diapazonas yra santykis tarp didelės amplitudės signalo ir mažiausios amplitudės signalo, kad keitiklis galėtų efektyviai versti. Kai keitiklių dinaminis diapazonas yra didelis, jie yra tikslesni ir jautresni.

Pakartojamumas

Pakartojamumas yra keitiklio gebėjimas generuoti vienodą išėjimą, kai jis yra stimuliuojamas per panašų įėjimą.

Triukšmas

Daviklio išvestis prideda tam tikrą atsitiktinį triukšmą. Elektros tipo keitikliuose dėl to gaunamas triukšmas gali būti elektrinis dėl krūvių šiluminio veikimo grandinėse. Mažus signalus triukšmas gali sugadinti labiau nei didelius.

Histerezė

Šioje savybėje daviklio galia priklauso ne tik nuo jo dabartinės įvesties, bet ir nuo ankstesnio įvesties. Pvz., Pavara naudoja pavaros traukinį, kuris turi tam tikrą reakciją, kai pavaros judėjimo kryptis apvirsta, tada bus mirusi zona, kol pavaros galia apvirs žaisdama tarp pavaros dantų.

Daviklių tipai ir jų taikymas

Yra įvairių tipų keitikliai, tokie kaip slėgio keitiklis, pjezoelektrinis keitiklis, ultragarso keitiklis, temperatūros keitiklis ir kt. Aptarkime skirtingų tipų keitiklių naudojimą praktiškai.

Kai kurie keitiklių tipai, pvz., Aktyvieji keitikliai ir pasyvieji keitikliai, yra pagrįsti tuo, ar reikalingas energijos šaltinis.

Keitiklio tipai

Aktyviam keitliui atlikti nereikia jokių energijos šaltinių. Šie keitikliai veikia energijos pavertimo principu. Jie generuoja elektrinį signalą, proporcingą i / p. Geriausias šio keitiklio pavyzdys yra termoelementas. Tuo tarpu, kad pasyvus keitiklis veiktų, reikalingas išorinis maitinimo šaltinis. Jie generuoja o / p talpos, varžos pavidalu. Tada jis turi būti paverstas lygiaverčiu įtampos ar srovės signalu. Geriausias pasyvaus keitiklio pavyzdys yra fotoelementas.

Ultragarsinis keitiklis

Pagrindinė ultragarso keitiklio funkcija yra paversti elektrinius signalus ultragarso bangomis. Šis daviklis taip pat gali būti vadinamas talpiniais arba pjezoelektriniais davikliais.

Ultragarsinis keitiklis

Ultragarsinio keitiklio taikymas

Šiuo keitliu galima išmatuoti garso atstumą pagal atspindį. Šis matavimas pagrįstas tinkamu metodu, palyginti su tiesiais metodais, kuriuose naudojamos skirtingos matavimo skalės. Vietos, kurias sunku rasti, pavyzdžiui, slėgio zonos, labai aukšta temperatūra, naudojant įprastus metodus, atstumo matavimas nėra paprasta užduotis. Taigi, ši keitiklio pagrindu veikianti matavimo sistema gali būti naudojama šios rūšies zonoje.

Siūloma sistema naudojama 8051 mikrovaldikliai , maitinimo šaltiniai, ultragarso keitiklio modulis, apimantis siųstuvą ir imtuvą, naudojami LCD ekranų blokai, parodyti aukščiau pateiktoje blokų schemoje.

Čia, jei randama kokių nors kliūčių ar objektų, kuriuos aptinka ultragarso keitiklis, jis perduoda bangas ir atsispindi nuo objekto, o šias bangas priima keitiklis. Laikas, kurį sunaudojo daviklis, skirtas perduoti & priimant bangas galima pastebėti atsižvelgiant į garso greitį. Tada, atsižvelgiant į garso greitį, atliekamas iš anksto užprogramuotas mikrovaldiklis, kad atstumas būtų matuojamas ir rodomas LCD ekrane. Čia ekranas yra susietas su mikrovaldikliu. Ultragarsinis keitiklis sukuria 40 kHz dažnio bangas.

Temperatūros keitiklis

Temperatūros keitiklis yra elektrinis įtaisas, naudojamas prietaiso temperatūrai paversti kitu dydžiu, pavyzdžiui, elektros energija ar slėgiu ar mechanine energija, tada kiekis bus nusiųstas į temperatūros reguliavimo įtaisas prietaiso.

Temperatūros keitiklio naudojimas

Temperatūros keitiklis naudojamas oro temperatūrai matuoti taip, kad būtų galima reguliuoti temperatūrą kelios valdymo sistemos kaip oro kondicionierius, šildymas, vėdinimas ir pan.

„Arduino“ pagrindu veikiantis automatinis ventiliatoriaus greičio reguliatorius valdo temperatūros blokinę diagramą

Panagrinėkime praktinį temperatūros keitiklio pavyzdį, kuris naudojamas bet kokio prietaiso temperatūrai valdyti, atsižvelgiant į būtinybę įvairioms pramonės reikmėms. Arduino pagrindu veikiantis automatinis ventiliatoriaus greičio reguliatorius, valdantis temperatūrą ir rodantis temperatūros matuoklį LCD ekranas .

Siūlomoje sistemoje IC LM35 naudojamas kaip temperatūros keitiklis. An „Arduino“ lenta yra naudojamas valdyti įvairias funkcijas, kurios apima analoginis į skaitmeninį keitimą ir LCD ekraną, kuris yra prijungtas aukščiau esančiame pav.

Temperatūrą galima nustatyti naudojant didinimo ir mažinimo nustatymus, pvz., INC ir DEC. Remiantis išmatuota temperatūra, impulso pločio moduliacija o / p bus sukurta naudojant „Arduino“ plokštės programą. Tai yra naudojama valdyti nuolatinės srovės ventiliatorių per variklio vairuotojo IC.

Pjezoelektrinis keitiklis

Pjezoelektrinis keitiklis yra ypatingos rūšies jutiklis, kurio pagrindinė funkcija yra paversti mechaninę energiją elektros energija. Tokiu pačiu būdu elektros energija gali būti paversta mechanine.

Pjezoelektrinis keitiklis

Pjezoelektrinių keitiklių programos

• Šis keitiklis daugiausia naudojamas nustatyti lazdų būgnininkų poveikį elektroninėms būgnų pagalvėlėms. Taip pat naudojamas aptikti raumens judėjimą, kurį galima pavadinti akseleromografija.
• Variklio apkrovą galima nustatyti apskaičiuojant skirtingą absoliutų slėgį, kurį galima padaryti naudojant šiuos daviklius kaip MAP jutiklį kuro įpurškimo sistemose.
• Šis jutiklis gali būti naudojamas kaip smūgio jutiklis automobilių variklių valdymo sistemose, kad būtų galima pastebėti variklio smūgį.

Slėgio relė

Slėgio keitiklis yra specialus jutiklis, kuris keičia slėgį, priverstą į elektrinius signalus. Šie keitikliai dar vadinami slėgio indikatoriais, manometrais, pjezometrais, siųstuvais ir slėgio jutikliai .

Slėgio keitiklio naudojimas

Slėgio keitiklis naudojamas tam tikro kiekio, pvz., Dujų ar skysčio, slėgiui matuoti, slėgį keičiant į elektros energiją. Skirtingi šių daviklių tipai, tokie kaip sustiprintas įtampos daviklis, įtempio-matuoklio pagrindinio slėgio daviklis, milivoltų (mv) slėgio daviklis, 4–20 mA slėgio daviklis ir slėgio daviklis.

Slėgio keitiklio taikymas daugiausia apima aukščio jutimą, slėgio jutimą, lygio ar gylio jutimą, srauto jutimą ir nuotėkio bandymą. Šie keitikliai gali būti naudojami elektros energijai generuoti greitkeliuose greitkeliuose ar keliuose, kur transporto priemonių jėga gali būti paversta elektros energija.

Daviklių tipų klasifikacija

Yra įvairių būdų klasifikuoti daviklius, kurie apima, bet neapsiriboja daviklio funkcija, kitaip struktūrizuodami jų darbą. Skirstyti tokius keitlius kaip įvesties ir išvesties keitlius yra labai paprasta, tačiau jie traktuojami kaip paprasti signalo keitikliai. Pagrindinė įvesties keitiklio funkcija yra įvertinti kiekius nuo neelektrinio iki elektrinio.

Kita vertus, o / p keitiklių darbas yra visiškai priešingas, nes jų elektriniai yra įvesties signalai, o neelektriniai yra išėjimo signalai, tokie kaip poslinkis, jėga, slėgis, sukimo momentas ir kt.
Keitikliai skirstomi į tris tipus pagal jų veikimo principą, pavyzdžiui, elektriniai, šiluminiai ir mechaniniai. Keitikliai klasifikuojami pagal šiuos tris metodus.

• Fizinis efektas
• Fizinis kiekis
• Energijos šaltinis
• Transdukcijos principas
• Pirminis ir antrinis keitiklis
• Analoginis ir skaitmeninis keitiklis
• Keitiklis ir atvirkštinis keitiklis

Fizinis efektas

Pirmoji keitiklio klasifikacija gali būti atliekama remiantis fiziniu poveikiu. Tai yra pirmoji keitiklio klasifikacija, priklausanti nuo fizinio poveikio, naudojama kiekiui pakeisti iš fizinio į elektrinį. Pavyzdžiui, vario elementų pokyčiai pasipriešinimo metu bus proporcingi temperatūros pokyčiams. Čia yra fiziniai efektai, naudojami pasipriešinimo, induktyvumo, talpos, Hallo efekto ir pjezoelektrinio efekto pokyčiams.

Fizinis kiekis

Antroji keitiklio klasifikacija gali būti atliekama atsižvelgiant į pasikeitusį fizinį kiekį, tai yra į keitiklio galutinį naudojimą. Pavyzdžiui, slėgio keitiklis yra keitiklis, kuris slėgį paverčia elektriniu signalu. Daviklių klasifikacija pagal fizinį kiekį apima:

• Srauto keitiklis kaip srauto matuoklis
• Pagreičio keitiklis kaip akselerometras
• Temperatūros keitiklis kaip termoelementas
• Lygio keitiklis kaip sukimo momento vamzdis
• Slėgio keitiklis, pavyzdžiui, Bourdono matuoklis
• Poslinkio keitiklis, pavyzdžiui, tiesinis kintamasis diferencialinis transformatorius (LVDT)
• Jėgos keitiklis kaip dinamometras

Energijos šaltinis

Keitiklį pagal energijos šaltinį galima klasifikuoti naudojant du tipus, kurie apima:

• Aktyvūs keitikliai
• Pasyvieji keitikliai

Aktyvūs keitikliai

Šio tipo davikliuose įvesties energija gali būti naudojama kaip valdymo signalas, o energija perduodama proporcingai išėjimui.

Pavyzdžiui, tokiame aktyviajame keitlyje, kaip įtempimo matuoklis, įtempimą galima pakeisti į atsparumą. Tačiau, kadangi įtempto elemento energija yra mažesnė, tada energija išėjimui gali būti suteikta per išorinį maitinimo šaltinį.

Pasyvieji keitikliai

Šiame keitlyje įvesties energiją galima tiesiogiai paversti išėjimu. Pvz., Pasyvųjį keitiklį, pvz., Termoelementą, visur, kur šilumos energija gali būti absorbuojama iš įvesties, galima pakeisti įtampa arba elektriniais signalais.

Transdukcijos principas

Daviklį galima klasifikuoti remiantis transdukcijos terpe. Čia terpė gali būti talpinė, varžinė arba indukcinė, remiantis konversijos metodu, kuris rodo, kaip įvesties keitiklis keičia įvesties signalą į varžą, induktyvumą ir talpą.

Pirminis ir antrinis keitiklis

Pagrindinis keitiklis apima elektrinius ir mechaninius įtaisus. Mechaniniai įtaisai dar vadinami pirminiais davikliais, kurie naudojami fiziniam i / p kiekiui pakeisti į mechaninį signalą. Pagrindinė antrojo daviklio funkcija naudojama signalo keitimui iš mechaninio į elektrinį. O / p signalo dydis daugiausia priklauso nuo i / p mechaninio signalo.

Pavyzdys

Geriausias pirminio ir antrinio keitiklio pavyzdys yra Bourdono vamzdis, nes tokiu būdu vamzdis veikia kaip pagrindinis keitiklis, kad pastebėtų jėgą, taip pat pakeistų ją į dislokaciją nuo atviro galo. Atvirų galų išnirimas perkelia LVDT centrą. Centro judėjimas gali sukelti išėjimo įtampą, tiesiogiai susijusią su atviro vamzdžio galo išnirimu.

Todėl mėgintuvėlyje vyksta du perdavimo būdai. Pirma, jėga gali būti pakeista į dislokaciją ir po to ji pakeičiama į įtampą naudojant LVDT. Bourdono vamzdis yra pagrindinis daviklis, o LVDT yra antrinis daviklis.

Analoginis ir skaitmeninis keitiklis

Keitiklį galima klasifikuoti pagal jų išėjimo signalus, kurie yra nuolatiniai, kitaip diskretiški.

Pagrindinė „Analog“ daviklio funkcija yra pakeisti įvesties kiekį į pastovią funkciją. Geriausi analoginio keitiklio pavyzdžiai yra LVDT, termoelementas, įtempimo daviklis ir termistorius. Skaitmeniniai keitikliai naudojami norint pakeisti įvesties kiekį į skaitmeninį signalą, kuris veikia esant mažai arba didelei galiai.

Skaitmeninis keitiklis naudojamas fiziniams dydžiams matuoti, norint perduoti duomenis kaip užkoduotus skaitmeninius signalus, o ne kaip nuolat kintančią įtampą ar srovę. Skaitmeniniai daviklių tipai yra velenų kodavimo įrenginiai, skaitmeniniai skiriamieji elementai, skaitmeniniai tachometrai, salės efekto jutikliai ir ribiniai jungikliai

Keitikliai ir atvirkštiniai keitikliai

Keitiklis - Įrenginys, kuris neelektrinį dydį paverčia elektriniu dydžiu, yra vadinamas keitliu.

Atvirkštinis keitiklis - Daviklis, kuris paverčia elektrinį dydį į fizinį dydį, tokio tipo davikliai yra žinomi kaip atvirkštiniai davikliai. Daviklis turi didelę elektros įvestį ir mažą neelektrinę galią.

Įtempimo daviklio keitiklis

Pagrindinė deformacijos matuoklio funkcija yra fizinių dydžių konversija elektriniu būdu. Jie veikia keičiant fizinius dydžius į mechaninį slėgį komponente, žinomame kaip jutimo elementas, ir po to įtampą paverčia elektra, naudojant deformacijos matuoklį.

Įtempimo matuoklis

Jutiklio elemento struktūra ir įtempimo matuoklis yra suprojektuoti optimaliai, kad būtų užtikrinta geresnė valdymo ir tikslumo priemonė. Šie keitikliai klasifikuojami paprastai atsižvelgiant į jų taikymą statybos ar civilinės inžinerijos tipams arba bendriems tipams. Kai kurie bendro tipo keitikliai naudojami statybų ar civilinės inžinerijos srityje. Įtempimo matuoklių tipai yra vielos įtempimo matuoklis, folijos įtempimo matuoklis ir puslaidininkių įtempimo matuoklis.

Indukcinis keitiklis

Indukcinis keitiklis veikia pagal induktyvumo pokyčio principą dėl pastebimos matuojamos sumos transformacijos. Pavyzdžiui, LVDT yra indukcinis keitiklis, naudojamas matuoti poslinkį, pavyzdžiui, įtampos skirtumą tarp dviejų antrinių įtampų. Šios įtampos yra indukcijos rezultatas dėl srauto pasikeitimo antrinėje ritėje dėl geležies strypo dislokacijos. Indukcinio daviklio tipai yra paprastas induktyvumas ir dviejų ritių abipusis induktyvumas.

Indukcinis keitiklis

Daviklių tipų charakteristikos

Žemiau pateikiamos daviklio charakteristikos, kurios nustatomos tiriant daviklio o / p atsaką į įvairius i / p signalus. Bandymo sąlygos kuo labiau sukuria apibrėžtas darbo sąlygas. Tyrimo duomenims gali būti taikomi skaičiavimo ir standartinės statistikos metodai.

Keitiklio savybės vaidina pagrindinį vaidmenį renkantis tinkamą keitiklį, ypač konkretaus dizaino atveju. Taigi norint tinkamai pasirinkti, būtina žinoti jo ypatybes. Taigi keitiklio charakteristikos skirstomos į du tipus, tokius kaip statinis ir dinaminis.

• Tikslumas
• Rezoliucija
• Jautrumas
• Dreifas
• Linijiškumas
• Atitikimas
• Span
• Histerezė
• Iškraipymas
• Triukšmas
• Linijiškumas
• Jautrumas
• Rezoliucija
• Slenkstis
• Atstumas ir diapazonas
• Tikslumas
• Stabilumas
• Dreifas
• Pakartojamumas
• Reagavimas
• Slenkstis
• Įvesties ir O / P varžos

Statinės charakteristikos

Daviklio statinės charakteristikos yra veiksmo kriterijų rinkinys, kuris yra pripažįstamas statinio kalibravimo metu, o tai reiškia matavimo vertės paaiškinimą iš esmės išlaikant apskaičiuotus dydžius, nes pastovios vertės keičiasi labai lėtai.

Priemonėms galima apibrėžti kriterijų rinkinį, kad būtų galima apskaičiuoti dydžius, kurie palaipsniui keičiasi laikui bėgant, kitaip pastovūs, kurie nesiskiria per laiką, vadinami statinėmis charakteristikomis. Būdingos šios savybės:

Dinaminės charakteristikos

Daviklio dinaminės charakteristikos perduoda savo veikimą, kai išmatuotas pajėgumas yra laiko funkcija, kuri greitai keičiasi laiko atžvilgiu. Kai šios charakteristikos priklauso nuo keitiklio našumo, tada išmatuotas kiekis iš esmės yra stabilus.

Taigi šios charakteristikos priklauso nuo dinaminių įėjimų, nes priklauso nuo savo parametrų ir įvesties signalo pobūdžio. Dinaminio keitiklio charakteristikos yra šios.

• ištikimybė
• Atsakymo greitis
• Pralaidumas
• Dinaminė klaida

Apskritai abi daviklio charakteristikos, tokios kaip statinis ir dinaminis, patikrins jo veikimą ir nurodys, kaip efektyviai jis gali atpažinti pageidaujamus įvesties signalus, taip pat atsisakyti nereikalingų įėjimų.

Keitiklių tipų programos

Keitiklių tipų pritaikymas aptariamas toliau.

• Daviklių tipai naudojami elektromagnetinėse programose, tokiose kaip antenos, magnetinės kasetės, salės efekto jutikliai, disko skaitymo ir rašymo galvutės.
• Daviklių tipai naudojami elektromechaninėse programose, tokiose kaip akselerometrai, LVDT, galvanometrai, slėgio jutikliai, apkrovos elementai, MEMS, potenciometrai, oro srauto jutikliai, linijiniai ir rotaciniai varikliai.
• Daviklių tipai naudojami elektrocheminėse srityse, tokiose kaip deguonies jutikliai, vandenilio jutikliai, pH matuokliai,
• Daviklių tipai naudojami elektroakustinėse programose, tokiose kaip garsiakalbiai, pjezoelektriniai kristalai, mikrofonai, ultragarso siųstuvai-imtuvai, sonarai ir kt.
• Daviklių tipai naudojami fotoelektrinėse programose, tokiose kaip LED, fotodiodai, lazeriniai diodai, fotoelementai, LDR, fluorescencinės, kaitinamosios lempos ir fototransistoriai
• Keitiklių tipai naudojami termoelektrinėse sistemose, tokiose kaip termistoriai, termoporos, atsparumo temperatūros detektoriai (RTD)
• Daviklių tipai naudojami akustinėse radijo programose, tokiose kaip „Geiger-Muller“ vamzdis, radijo siųstuvai ir imtuvai

Taigi, viskas apie tai skirtingų tipų davikliai naudojamas keliuose elektros ir elektronikos projektai . Ar jus žaviįgyvendinti projektus naudojant keitlius? Tada pateikite savo pasiūlymus komentuodami toliau pateiktame komentarų skyriuje. Štai jums klausimas, kokia yra pagrindinė daviklio funkcija?