Obsah
- Príklady prevodníkov
- Vysvetlený piezoelektrický efekt
- Piezoelektrický prevodník vs. rozdiely snímačov
- Ďalšie zoskupenia príkladov prevodníkov
- Použitie membránových prevodníkov
- Fyzika a aplikácie tlakových prevodníkov
Od mikrofónov na koncertoch až po sondy pH, ktoré testujú kyslosť chemikálií, nájdete meniče v širokej škále aplikácií. Názov prevodník sa vzťahuje na akékoľvek zariadenie, ktoré transformuje mechanické javy na elektrické javy alebo naopak. Vďaka tomu sa objavia v mnohých oblastiach života od rádiových antén po slúchadlá.
Príklady prevodníkov
Existuje mnoho spôsobov, ako opísať rôzne aplikácie prevodníkov, pretože existuje toľko spôsobov, ako ich kategorizovať. Jedna všeobecná metóda, ktorá ukazuje, ako sa navzájom líšia, je porovnať, ako prevodníky prevádzajú energiu a zoskupujú ich podľa tohto.
Príkladom aplikácie konverzie prevodníka je teplotný prevodník, ktorý prevádza teplotu na elektrický potenciál. Táto metóda kategorizácie je užitočná pri informovaní o tom, na aký typ prevodníka sa používa.
Prevodníky môžu byť fotovoltaické, piezoelektrické, chemické, na báze vzájomnej indukcie, elektromagnetické, na báze fotovodiča alebo Hall. fotovoltaický menič prevádza svetlo na elektrickú energiu. Piezoelektrické prevodníky použite piezoelektrický efekt na premenu mechanického napätia na elektrickú energiu. Chemické prevodníky prevádzať chemickú energiu na iné formy energie.
Prevodníky, ktoré sa používajú vzájomná indukcia zmerajte veličinu, ako je krútiaci moment, sila, rýchlosť, lineárne posunutie, tlak, zrýchlenie alebo nejaká iná vlastnosť a reagujte so zmenou v indukčnosť, schopnosť vodiča čeliť elektrickému prúdu použitému cez tento vodič.
Elektromagnetické prevodníky prevádzajte zmeny magnetického poľa na elektrickú energiu. Fotovodivé prevodníky premieňajte slnečné svetlo na elektrickú energiu. Prevodníky, ktoré sa spoliehajú na Hallov efekt (produkcia rozdielu napätia na elektrickom vodiči) prevádza zmeny magnetického poľa na elektrickú energiu.
Niektoré z týchto typov prevodníkov majú svoje uplatnenie v bežných zariadeniach, napríklad ako sa piezoelektrické prevodníky používajú v elektrických zapaľovačoch cigariet, v ktorých po stlačení tlačidla zasiahne pružinové kladivo piezoelektrický kryštál, ktorý vytvára napätie cez iskrovú medzeru zapáliť plyn.
Ostatné sa používajú v rozsiahlejších projektoch, ako je najväčší prevodník krútiaceho momentu na svete, ktorý váži 4,6 tony a meria krútiace momenty do 10 MNm od spoločnosti Electronics Electronics.
Vysvetlený piezoelektrický efekt
Piezoelektrický efekt nájdete v mnohých materiáloch, ale je dôležité ich odlíšiť od senzorov, čo je jedna z ich aplikácií v prevodníkoch. Piezoelektrické prevodníky zapadajú medzi dve kovové platne. Toto nastavenie generuje piezoelektriku, keď je materiál tlačený k sebe. To prevádza mechanickú silu tlaku na elektrinu.
Môžete si predstaviť piezoelektrický materiál, ktorý je stlačený k sebe ako batéria s kladným a záporným koncom. Prúd tečie, ak spojíte obe strany batérie v elektrickom obvode.
Je možný aj spätný chod. Ak by ste chceli indukovať elektrický prúd cez materiál, došlo by k mechanickému namáhaniu, ktoré by sa tlačilo k sebe, známe ako spätný piezoelektrický efekt, a ako predné, tak aj spätné mechanizmy sa používajú v piezoelektrických senzoroch.
Piezoelektrický prevodník vs. rozdiely snímačov
Piezoelektrické senzory sa líši od meničov tým, že ide o špecifický príklad piezoelektrického meniča, ktorý využíva určitý typ sily transformovanej na elektrickú energiu, ktorá naznačuje, že došlo k určitému druhu pozorovania. Keď pozorujete piezoelektrický účinok v prírode, ako napríklad v prírodných zdrojoch trstinového cukru, Berlinite a kremeňa, môžu pôsobiť ako senzory biologickej sily, ktoré vám môžu povedať, či v dôsledku piezoelektrického účinku došlo k určitej chemickej reakcii.
Podobne môžu piezoelektrické senzory, ktoré technici vytvárajú, detekovať zmeny tlaku zvuku pre použitie v mikrofónoch, snímače pre elektrickú gitaru, lekárske zobrazovanie a priemyselné nedeštruktívne testovanie. Naopak, piezoelektrické pohony použiť spätný piezoelektrický efekt na vyvolanie mechanického namáhania v reakcii na aplikovaný elektrický prúd.
Elektrické dipólové momenty (oddelenie kladných a záporných nábojov v materiáli) od štruktúr kryštálovej mriežky v materiáloch spôsobujú vznik piezoelektrického efektu. Keď sú materiály stlačené dokopy, dipóly sa usporiadajú tak, aby mohol prúdiť elektrický náboj.
Poling, proces, v ktorom sa veľké elektrické pole používa na zarovnanie oblastí samotných dipólov, sa môže vykonať s niektorými piezoelektrickými materiálmi, aby sa zvýšila ich účinnosť. Tieto piezoelektrické materiály nemusia mať stred symetrie, pretože ak by sa tak stalo, čistý náboj by sa vynuloval na nulový a súčasný tok nemohol.
Ďalšie zoskupenia príkladov prevodníkov
Pretože sú prevodníky v mnohých aplikáciách také široké, môžete ich zoskupiť aj inými spôsobmi. Prevodníky je možné triediť podľa typu množstva, ktoré merajú. Existujú prevodníky, ktoré merajú teplotu, tlak, posun, silu, prietok a indukčnosť.
Termočlánky merajú teplotu a na základe toho vydávajú špecifické elektrické napätie. Membránový prevodníks prevádzajte zmeny tlaku na malé zmeny posunu membrány. Používajú materiál s mikroskopickými dierami, ktoré umožňujú transport vody a hydroxylových iónov alebo plynov medzi anódou a katódou elektrického článku.
Použitie membránových prevodníkov
TenzometreZariadenia, ktoré detekujú nepatrné zmeny elektrického odporu, keď na ne pôsobí mechanická sila, sú skvelým príkladom použitia membránových prevodníkov. Používajú sa v rovnováhe ako presné metódy merania hmotnosti predmetu alebo materiálov na ne položených. Tenzometre zisťujú malé zmeny vo veľkosti meradla v reakcii na odpor indukovaného elektrického prúdu.
Kmeňové meradlá sú zabudované v kľukatom vzore na podložke, ktorá detekuje zmeny odporu. Merací faktor predstavuje túto citlivosť na zmenu a môže sa vypočítať ako zmena odporu vydelená hodnotou napätia ako 5 R / 5.
Drôt má nominálny kruhový prierez. Pri zaťažení obrysu sa tvar prierezu odporového drôtu deformuje, čím sa mení plocha prierezu. Pretože odpor drôtu na jednotku dĺžky je nepriamo úmerný ploche prierezu, dochádza k následnej zmene odporu.
Vzťah vstup / výstup tenzometra je vyjadrený meradlovým faktorom, ktorý je definovaný ako zmena odporu δR pre danú hodnotu deformácie δS, to znamená, kalibračný faktor = δR / δS. Mechanizmy za tenzometrom, hoci sú podobné mechanizmom piezoelektrického efektu, ukazujú, aké široké môžu byť aplikácie vo fyzike a technike pre prevodníky.
Kým obaja premieňajú mechanickú energiu na elektrickú energiu, piezoelektrický účinok závisí väčšinou od chemického zloženia materiálov, zatiaľ čo tenzometr využíva odpor v elektrickom obvode.
Fyzika a aplikácie tlakových prevodníkov
prevodník tlaku je ďalším príkladom snímača tenzometra. Prevodník tlaku používa tenzometer vyrobený z kremíka na výpočet prúdu, ktorý má zodpovedajúci tlak a posun hladiny vody. Pre tieto typy prevodníkov koreluje tlak 9,8 kPa s 1 m výšky vody.
Prevodník tlaku zvyčajne používa odvetrané káble na zníženie vplyvu atmosférických zmien tlaku spolu s digitálnym záznamníkom údajov na nepretržitý výstup údajov, ktorý môže vedec alebo inžinier ľahko analyzovať.
Všeobecný prevodník tlaku môže tiež trpieť upchávaním v dôsledku hydroxidu železa a iných materiálov, ktoré sa tvoria ako zrazeniny, poškodenia kyslým prostredím alebo koróziou spôsobenou plynom pre ich použitie v ťažobnom prostredí.