Co jsou typy snímačů a jejich aplikace

Existují různé elektrické a elektronické součásti se používají k vytváření obvodů a projektů pro studenty inženýrství. Komponenty jsou aktivní a pasivní komponenty, senzory, převodníky, vysílače, přijímače, moduly (WiFi, Bluetooth, GSM, RFID, GPS) atd. Obecně proces transdukce zahrnuje přeměnu jedné formy energie na jinou formu. Tento proces zahrnuje hlavně snímací prvek pro snímání vstupní energie a její převedení do jiné formy pomocí transdukčního prvku. Measurand říká vlastnost, množství nebo stav, který převodník vypadá, že se převede na elektrický výstup. Zde tento článek pojednává o tom, co je to snímač, typy snímačů a aplikace snímače.

Co jsou snímače / typy snímačů?

Převodník je elektrické zařízení, které se používá k přeměně jedné formy energie na jinou formu. Obecně tato zařízení pracují s různými typy energií, jako jsou mechanické, elektrická energie , světelná energie, chemická energie, tepelná energie, akustická energie, elektromagnetická energie atd.

Převodník

Vezměme si například mikrofon, který používáme v každodenním životě v telefonech, mobilních telefonech, který převádí zvuk na elektrické signály a poté jej zesiluje do preferovaného rozsahu. Poté změní elektrické signály na zvukové signály o / p reproduktoru. V dnešní době se k osvětlení používají zářivky, které mění elektrickou energii na světelnou.

Nejlepší převodník příklady jsou reproduktory, mikrofony, poloha, teploměry, anténa a tlakový senzor. Podobně se používají různé druhy měničů elektrické a elektronické projekty .

Podmínky pro typy snímačů

Níže jsou popsány některé podmínky, které se používají hlavně k hodnocení převodníků.

Dynamický rozsah

Dynamický rozsah převodníku je poměr mezi signálem s vysokou amplitudou a signálem s nejnižší amplitudou, aby mohl převodník efektivně překládat. Když mají převodníky vysoký dynamický rozsah, jsou přesnější i citlivější.

Opakovatelnost

Opakovatelnost je schopnost snímače generovat stejný výstup, jakmile je stimulován podobným vstupem.

Hluk

Výstup snímače přidává nějaký náhodný šum. U převodníků elektrického typu může být přidaný šum elektrický kvůli tepelnému působení nábojů v obvodech. Malé signály mohou být hlukem poškozeny více než velké signály.

Hystereze

V této vlastnosti závisí výstup převodníku nejen na jeho současném vstupu, ale také na jeho minulém vstupu. Například akční člen používá ozubené soukolí, které má určitou reakci, když se směr pohybu akčního členu převrátí, pak bude mrtvá zóna, než se výstup akčního členu převrátí vůlí mezi zuby ozubeného kola.

Typy převodníků a jejich aplikace

Existuje celá řada typů snímačů, jako je snímač tlaku, piezoelektrický snímač, ultrazvukový snímač, snímač teploty atd. Pojďme diskutovat o použití různých typů snímačů v praktických aplikacích.

Některé typy snímačů, jako jsou aktivní snímače a pasivní snímače, jsou založeny na tom, zda je nebo není vyžadován zdroj energie.

Typy převodníku

Aktivní měnič nevyžaduje pro svoji činnost žádný zdroj energie. Tyto snímače pracují na principu přeměny energie. Generují elektrický signál, který je úměrný i / p. Nejlepším příkladem tohoto snímače je termočlánek. Zatímco pasivní snímač vyžaduje pro svou činnost externí zdroj energie. Generují o / p ve formě kapacity, odporu. Pak to musí být převedeno na ekvivalentní napěťový nebo proudový signál. Nejlepším příkladem pasivního snímače je fotobuňka.

Ultrazvukový převodník

Hlavní funkcí ultrazvukového převodníku je převod elektrických signálů na ultrazvukové vlny. Tento měnič lze také nazývat kapacitní nebo piezoelektrické měniče.

Ultrazvukový převodník

Aplikace ultrazvukového snímače

Tento měnič lze použít k měření vzdálenosti zvuku na základě odrazu. Toto měření je založeno na vhodné metodě ve srovnání s přímými metodami, které používají různé měřící stupnice. Oblasti, které se těžko hledají, jako jsou tlakové oblasti, velmi vysoká teplota, pomocí běžných metod není měření vzdálenosti jednoduchým úkolem. Tento měřicí systém založený na převodníku lze tedy použít v tomto druhu zóny.

Navrhovaný systém používá 8051 mikrokontrolérů , napájecí zdroje, modul ultrazvukového převodníku, který zahrnuje vysílač a přijímač, používají se bloky LCD displeje, které jsou zobrazeny ve výše uvedeném blokovém schématu.

Zde, pokud je nalezena nějaká překážka nebo jakýkoli předmět, který je detekován ultrazvukovým měničem, pak vysílá vlny a odrazí se zpět od objektu a tyto vlny jsou přijímány měničem. Čas spotřebovaný převodník pro přenos & příjem vln lze zaznamenat zvážením rychlosti zvuku. Poté se na základě rychlosti zvuku a předprogramovaného mikrokontroléru provede tak, že se změří vzdálenost a zobrazí se na LCD displeji. Zde je displej propojen s mikrokontrolérem. Ultrazvukový měnič produkuje frekvenční vlny 40kHz.

Převodník teploty

Teplotní převodník je elektrické zařízení, které se používá k převodu teploty zařízení na jiné množství, jako je elektrická energie nebo tlak nebo mechanická energie, poté bude množství odesláno do ovládací zařízení pro řízení teploty zařízení.

Použití snímače teploty

Teplotní převodník se používá k měření teploty vzduchu tak, aby reguloval teplotu několik řídicích systémů jako je klimatizace, topení, ventilace atd.

Arduino založený automatický regulátor rychlosti ventilátoru, řízení blokového diagramu teploty

Uvažujme o praktickém příkladu převodníku teploty, který se používá k řízení teploty jakéhokoli zařízení na základě nutnosti různých průmyslových aplikací. Automatický regulátor rychlosti ventilátoru založený na Arduinu, který řídí teplotu a vykazuje míru teploty na LCD displej .

V navrhovaném systému IC LM35 se používá jako snímač teploty. An Deska Arduino se používá k ovládání různých funkcí, které zahrnují analogově-digitální převod a LCD displej, který je připojen na výše uvedeném obr.

Teplota může být fixována pomocí nastavení jako INC a DEC pro zvyšování a snižování. Na základě naměřené teploty bude programem desky Arduino generována modulace šířky pulzu o / p. Výstup je zvyklý na ovládat stejnosměrný ventilátor prostřednictvím IC ovladače motoru.

Piezoelektrický měnič

Piezoelektrický měnič je speciální druh senzoru a hlavní funkcí tohoto měniče je přeměna mechanické energie na energii elektrickou. Stejným způsobem může být elektrická energie přeměněna na mechanickou energii.

Piezoelektrický měnič

Aplikace piezoelektrických snímačů

• Tento měnič se používá hlavně k detekci nárazu bubeníka na elektronické bicí podložky. A také se používá k detekci pohybu svalu, který lze pojmenovat akceleromografie.
• Zátěž motoru lze určit výpočtem různého absolutního tlaku, což lze provést pomocí těchto snímačů jako snímače MAP v systémech vstřikování paliva.
• Tento snímač lze použít jako snímač klepání v systémech řízení motorů automobilů, aby si všiml klepání motoru.

Převodník tlaku

Převodník tlaku je speciální druh senzoru, který mění tlak vynucený do elektrických signálů. Tyto převodníky se také nazývají tlakové indikátory, manometry, piezometry, vysílače a tlakové senzory .

Použití snímače tlaku

Převodník tlaku se používá k měření tlaku určitého množství, jako je plyn nebo kapalina, změnou tlaku na elektrickou energii. Různé druhy těchto měničů, jako je zesilovač zesilovače napětí, základní tlakový snímač tenzometru, milivoltový (mv) tlakový snímač, 4-20 mA tlakový snímač a tlakový snímač.

Aplikace tlakového snímače zahrnují hlavně snímání nadmořské výšky, snímání tlaku, snímání hladiny nebo hloubky, snímání průtoku a testování těsnosti. Tyto převodníky lze použít k výrobě elektrické energie pod jističi rychlosti na dálnicích nebo silnicích, kde lze sílu vozidel přeměnit na elektrickou energii.

Klasifikace typů snímačů

Existují různé metody pro klasifikaci snímačů, které zahrnují, ale nejsou omezeny na funkci snímače, strukturují jinak výskyt jejich práce. Je velmi jednoduché kategorizovat převodníky, jako jsou převodníky vstupu a výstupu, ale zachází se s nimi jako s jednoduchými převaděči signálu. Hlavní funkcí vstupního snímače je měřit veličiny od neelektrických po elektrické.

Na druhou stranu práce převodníků o / p je zcela opačná, protože jejich elektrické jsou vstupní signály, zatímco neelektrické jsou výstupní signály, jako je posunutí, síla, tlak, točivý moment atd.
Převodníky jsou rozděleny do tří typů na základě jejich provozního principu, jako je elektrický, tepelný a mechanický. Ke klasifikaci převodníků se používají následující tři metody.

• Fyzický účinek
• Fyzické množství
• Zdroj energie
• Princip transdukce
• Primární a sekundární převodník
• Analogový a digitální převodník
• Převodník a inverzní převodník

Fyzický účinek

První klasifikaci převodníku lze provést na základě fyzikálních účinků. Toto je první klasifikace převodníku, která závisí na fyzikálních účincích a používá se ke změně veličiny z fyzické na elektrickou. Například měděné prvky se v rámci odporu budou měnit v závislosti na změně teploty. Zde jsou fyzikální efekty, které se používají pro změnu odporu, indukčnosti, kapacity, Hallova jevu a piezoelektrického jevu

Fyzické množství

Druhou klasifikaci převodníku lze provést na základě změněné fyzikální veličiny, tj. Konečného použití převodníku za převodem. Například snímač tlaku je snímač, který převádí tlak na elektrický signál. Klasifikace snímače na základě fyzikální veličiny zahrnuje následující.

• Průtokoměr jako průtokoměr
• Převodník zrychlení jako akcelerometr
• Převodník teploty jako termočlánek
• Měnič úrovně jako točivý moment Tube
• Převodník tlaku jako Bourdon Gauge
• Převodník posuvu jako lineární proměnný diferenciální transformátor (LVDT)
• Snímač síly jako dynamometr

Zdroj energie

Klasifikaci snímače na základě zdroje energie lze provést pomocí dvou typů, které zahrnují následující.

• Aktivní snímače
• Pasivní snímače

Aktivní snímače

U tohoto typu měničů lze vstupní energii použít jako řídicí signál při přenosu energie pomocí napájecího zdroje směrem k proporcionálnímu výstupu.

Například v aktivním měniči, jako je tenzometr, lze kmen změnit na odpor. Jelikož je však energie napjatého prvku menší, může být energie pro výstup poskytována prostřednictvím externího napájecího zdroje.

Pasivní snímače

V tomto převodníku lze vstupní energii převést přímo na výstup. Například pasivní měnič, jako je termočlánek, kdekoli, kde může být absorbována tepelná energie ze vstupu, může být změněn na napěťové nebo elektrické signály.

Princip transdukce

Klasifikaci převodníku lze provést na základě média převodu. Zde může být médium kapacitní, odporové nebo indukční na základě metody převodu, podle které vstupní měnič mění vstupní signál na odporový, indukční a kapacitní.

Primární a sekundární převodník

Primární snímač zahrnuje elektrická a mechanická zařízení. Mechanická zařízení se také nazývají primární převodníky, které se používají ke změně fyzikální i / p veličiny na mechanický signál. Hlavní funkce druhého převodníku se používá ke změně signálu z mechanického na elektrický. Velikost signálu o / p závisí hlavně na mechanickém signálu i / p.

Příklad

Nejlepším příkladem primárního a sekundárního měniče je Bourdonova trubice, protože trubice funguje jako primární měnič, aby si všimla síly a změnila ji na dislokaci z otevřeného konce. Dislokace otevřených konců pohybuje středem LVDT. Pohyb středu může vyvolat výstupní napětí, které je relativní přímo k dislokaci otevřeného konce trubice.

Proto dva typy transdukce probíhají uvnitř trubice. Nejprve lze sílu změnit na dislokaci a poté se pomocí LVDT změní na napětí. Bourdonova trubice je hlavním měničem, zatímco LVDT je ​​sekundárním měničem.

Analogový a digitální převodník

Klasifikaci převodníku lze provést na základě jejich výstupních signálů, které jsou spojité, jinak diskrétní.

Hlavní funkcí analogového převodníku je změna množství vstupu na konstantní funkci. Nejlepší příklady analogového snímače jsou LVDT, termočlánek, tenzometr a termistor. Digitální převodníky se používají ke změně množství vstupu na digitální signál, který pracuje s nízkým nebo vysokým výkonem.

Digitální měnič se používá k měření fyzických veličin k přenosu dat, jako jsou kódované digitální signály, spíše než jako kontinuálně se měnící napětí nebo proudy. Typy digitálních převodníků jsou hřídelové kodéry, digitální rezolvery, digitální tachometry, senzory Hall Effect a koncové spínače

Převodníky a inverzní převodníky

Převodník - Zařízení, které převádí neelektrickou veličinu na elektrickou veličinu, je známé jako převodník.

Inverzní měnič - Převodník, který převádí elektrickou veličinu na fyzickou veličinu, je tento typ převodníků znám jako inverzní převodník. Převodník má vysoký elektrický vstup a nízký neelektrický výkon.

Převodník tenzometru

Hlavní funkcí snímače tenzometru je elektrická přeměna fyzikálních veličin. Fungují změnou fyzikálních veličin na mechanický tlak v komponentě známé jako snímací prvek a poté elektricky převádějí napětí pomocí tenzometru.

Tenzometr

Struktura snímacího prvku, stejně jako tenzometr, je navržena optimálně, aby poskytovala produkty pro manipulaci a vynikající přesnost. Tyto převodníky jsou klasifikovány obecně na základě jejich použití na konstrukční / inženýrské typy nebo obecné typy. Některé převodníky obecného typu se používají v oblasti stavebnictví nebo stavebnictví. Typy tenzometrických snímačů jsou Wire Strain Gauge, Foil Strain Gauge & Semiconductor Strain Gauge.

Indukční převodník

Indukční měnič pracuje na principu změny indukčnosti z důvodu znatelné transformace v měřeném množství. Například LVDT je ​​indukční snímač typu, který se používá k měření posunutí, jako je rozdíl napětí mezi jeho dvěma sekundárními napětími. Tato napětí jsou výsledkem indukce z důvodu změny toku uvnitř sekundární cívky dislokací železné tyče. Typy indukčního měniče jsou Simple Inductance a Two-Coil Mutual Inductance.

Indukční převodník

Charakteristiky typů snímačů

Níže jsou uvedeny charakteristiky převodníku, které jsou určeny zkoumáním o / p odezvy převodníku na různé i / p signály. Zkušební podmínky vytvářejí definitivní provozní podmínky co nejblíže. Na data z testu lze použít metody výpočetní a standardní statistické.

Vlastnosti měniče hrají klíčovou roli při výběru vhodného měniče, zejména pro konkrétní konstrukci. Znalost jeho vlastností je tedy nezbytná pro vhodný výběr. Charakteristiky převodníku jsou tedy rozděleny do dvou typů, jako je statický a dynamický.

• Přesnost
• Rozlišení
• Citlivost
• Drift
• Linearita
• Shoda
• Rozpětí
• Hystereze
• Zkreslení
• Hluk
• Linearita
• Citlivost
• Rozlišení
• Práh
• Rozsah a rozsah
• Přesnost
• Stabilita
• Drift
• Opakovatelnost
• Schopnost reagovat
• Práh
• Vstupní a O / P impedance

Statické charakteristiky

Statické charakteristiky převodníku jsou souborem aktivních kritérií, která jsou rozpoznána při statické kalibraci, což znamená vysvětlení hodnoty měření zásadním udržováním vypočítaných veličin, protože konstantní hodnoty se mění velmi pomalu.

U přístrojů lze definovat sadu kritérií pro výpočet veličin, které se postupně mění s časem, jinak jsou většinou konstantní, které se neliší v čase, známé jako statické charakteristiky. Mezi vlastnosti patří následující.

Dynamické charakteristiky

Jakmile je měřená kapacita funkcí času, která se rychle mění s ohledem na čas, dynamické charakteristiky snímače se přenášejí směrem k jeho výkonu. Jakmile se tyto charakteristiky spoléhají na výkon snímače, pak je měřená veličina v zásadě stabilní.

Tyto charakteristiky se tedy spoléhají na dynamické vstupy, protože jsou závislé na jejich vlastních parametrech a charakteru vstupního signálu. Dynamické charakteristiky snímače zahrnují následující.

• Věrnost
• Rychlost odezvy
• Šířka pásma
• Dynamická chyba

Obecně obě charakteristiky převodníku, jako je statický a dynamický, ověří jeho výkon a určí, jak efektivně dokáže rozpoznat preferované vstupní signály i odmítnout zbytečné vstupy.

Typy snímačů Aplikace

Níže jsou popsány aplikace typů snímačů.

• Typy převodníků se používají v elektromagnetických aplikacích, jako jsou antény, magnetické kazety, snímače Hallova jevu, hlavy pro čtení a zápis na disk.
• Typy převodníků se používají v elektromechanických aplikacích, jako jsou akcelerometry, LVDT, galvanometry, snímače tlaku, snímače zatížení, MEMS, potenciometry, snímače průtoku vzduchu, lineární a rotační motory.
• Typy převodníků se používají v elektrochemických aplikacích, jako jsou kyslíkové senzory, vodíkové senzory, pH metry,
• Typy převodníků se používají v elektroakustických aplikacích, jako jsou reproduktory, piezoelektrické krystaly, mikrofony, ultrazvukové vysílače, sonary atd.
• Typy převodníků se používají ve fotoelektrických aplikacích, jako jsou LED, fotodiody, laserové diody, fotoelektrické články, LDR, zářivky, žárovky a fototranzistor.
• Typy převodníků se používají v termoelektrických aplikacích, jako jsou termistory, termočlánky, odporové teplotní detektory (RTD)
• Typy převodníků se používají v radioakustických aplikacích, jako je Geiger-Mullerova trubice, rádiové vysílače a přijímače

O toto tedy jde různé typy měničů použitý v několika elektrické a elektronické projekty . Fascinuje vásrealizace projektů pomocí snímačů? Poté prosím poskytněte své návrhy komentářem v sekci komentářů níže. Zde je otázka, jaká je hlavní funkce převodníku?