Pretvarači su elektronski uređaji koji se koriste za pretvaranje energije iz jednog oblika u drugi. Koriste se u raznim aplikacijama, od industrijska automatizacija do medicinskog snimanja.
U ovom članku ćemo dati pregled onoga što su pretvarači i kako se koriste. Mi ćemo pokriti različite vrste pretvarača, njihove primjene i kako se koriste:
Definicija pretvarača
Pretvornik je uređaj koji pretvara energiju iz jednog oblika u drugi. Većina pretvarača vrši konverziju akustička ili mehanička energija (tj. zvučni valovi ili vibracije) u električne signale ili obrnuto, iako postoje i oni koji mogu pretvoriti energiju iz svjetlosti, temperature, pritiska, magnetnog polja i varijabli položaja u mjerljive električne vrijednosti.
Primjeri najčešće korištenih pretvarača uključuju:
- mikrofona koji pretvaraju akustičnu energiju u električne signale;
- zvučnici koji pretvaraju električne signale u akustične talase;
- termistori koji pretvaraju temperaturne fluktuacije u mjerljive napone;
- piezoelektrični kristali koji mogu generirati električne signale kao odgovor na mehaničku deformaciju;
- mjerači naprezanja za otkrivanje malih varijacija u fizičkom pomaku kao što su sila ili moment.
Transduktori se široko koriste u svakodnevnim aplikacijama kao što su telefone, medicinske sisteme za snimanje i dijagnostiku mašina kao i specijalizovani sistemi za praćenje kao što su seizmografi i mreže za prijenos signala optičkim vlaknima. Pretvornici omogućavaju hvatanje suptilnih promjena u fizičkom ponašanju sistema korištenjem kvantitativnih mjernih tehnika kao što su mjerenje protoka i praćenje radnih brzina/temperatura itd
Vrste pretvarača
Pretvarači su uređaji koji pretvaraju energiju iz jednog oblika u drugi. U kontekstu akustičkih sistema, pretvarači se obično koriste za pretvaranje fizičke energije u električne signale, ili obrnuto – električnu energiju u zvučne valove. Iako danas na tržištu postoji mnogo tipova pretvarača, svi oni rade prema nekoliko jednostavnih principa.
Najosnovniji tip pretvarača je a piezoelektrični transducer, također poznat kao kontaktni mikrofon ili piezo za kratko. Piezo pretvarači pretvaraju mehaničke vibracije u električne signale koristeći piezoelektrični efekat; električni naboj se stvara kompresijom ili vibracijom kada su određeni dielektrični materijali (kao što je kvarc) podvrgnuti mehaničkom naprezanju. Ovaj električni naboj se zatim može pojačati i pretvoriti u zvučni zvuk preko zvučnika ili slušalica.
Još jedna popularna vrsta pretvarača je pretvarač elektromagnetne zavojnice – ponekad se naziva jednostavno a mikrofon. Oni se sastoje od elektromagneta omotanog namotom žice; kada je izložen zvučnim talasima, ova zavojnica će stvoriti sopstvenu električnu struju, koja se zatim može pojačati i prenositi preko zvučnika ili slušalica. Kako imaju tendenciju da reaguju sa većom preciznošću u frekventnim opsezima nego piezo uređaji, mikrofoni se obično koriste u studijima za snimanje i nastupima uživo.
Na kraju, postoje digitalni pretvarači (DAC) pretvarači; oni rade tako što obrađuju digitalne informacije i pretvaraju ih u analogne signale (ili obrnuto). Ovi uređaji su neophodni za prenos audio signala preko digitalnih mreža kao što su Bluetooth veze; u ovom slučaju, DAC bi se koristio za filtriranje dijelova signala koji mogu ometati kvalitetnu audio reprodukciju prije prijenosa preko bežičnih veza.
princip rada
Pretvornik je uređaj koji se koristi za pretvaranje energije iz jednog oblika u drugi. Radi tako što uzima ulaznu energiju, kao npr struju ili svjetlo, i pretvoriti ga u mehaničko kretanje ili zvuk.
Najčešća primjena pretvarača je u pretvaranju električnih signala u zvučne valove. Ovaj tip pretvarača se koristi u raznim aplikacijama, uključujući audio sistemi, medicinski instrumenti i vojni uređaji.
Sada istražimo kako radi pretvarač i njegove različite upotrebe.
Kako rade pretvarači
Pretvornik je električni uređaj koji se obično koristi za pretvaranje električnog signala u fizičku veličinu poput zvuka, topline ili kretanja. Ova konverzija se vrši upotrebom senzora za proizvodnju analognog ili digitalnog signala. Analogni signal se zatim pretvara u čitljiv oblik napona ili struje. Dostupni su različiti tipovi pretvarača za detekciju različitih tipova energetskih signala kao npr mehaničke vibracije i pritisak.
Transduktori sadrže tri ključna elementa: izvor (ulaz), međuelement (pojačalo) i detektor (izlaz). Izvor primjenjuje energiju u obliku pritiska, zvučnih valova, električne struje itd., koju može detektirati međuelement i po potrebi pojačati prije nego što se pošalje na detektovanje. Kada posredni element primi ulaznu energiju, on također detektuje bilo koja unaprijed određena svojstva kao što su frekvencija i amplituda. Detektor detektuje ova svojstva, a zatim ih ponovo pretvara u merljiva fizička svojstva kao što su napon ili struja na izlaznom stepenu za dalju upotrebu.
U procesima automatizacije, operativni moduli poput robota su integrirani moć pretvaračima tako da mogu otkriti vanjske sile koje djeluju na ruku robota i osigurati da njegovo kretanje ostane sigurno unutar operativnih granica. Pretvarači snage se također koriste u industrijskim kontrolnim sistemima gdje struje i napone treba precizno pratiti za dugoročnu stabilnost i preciznost u automatizovanim procesima. U sistemima kućne automatizacije, brave na vratima obično koriste senzore kako bi to učinili upaliti svjetla kada se neko približi vratima ili otvoriti prozore kada se osjeti pokret unutar kućnog okruženja.
Vrste signala pretvarača
Pretvarači su komponente sistema koji se koriste za pretvaranje jednog oblika energije u drugi. Oni mjere, osjećaju i prenose različite vrste signala kao što su električni, mehanički, termalni i optički. Signali pretvarača se uglavnom dijele u dvije glavne kategorije: Analogni i digitalni.
Analogni pretvarači mjere različite fizičke informacije iz okoline kako bi generirali analogne signale koji takve informacije predstavljaju u električnom formatu. Podaci kao što su pritisak, temperatura, brzina i ubrzanje mogu se pretvoriti u analogne signale pomoću pretvarača za potrebe mjerenja ili kontrole. Primjeri analognih pretvarača uključuju mikrofoni koji pretvaraju zvučne valove u električni napon; piezoelektrični akcelerometri koji pretvaraju mehaničke vibracije u električnu struju; termoparovi koji detektuju temperaturu; itd.
Digitalni pretvarači pretvaraju signal iz fizičkih parametara (kao što su svjetlost ili zvuk) u digitalne reprezentacije koje se mogu generirati tek nakon što se obrada završi na digitalnom signalnom procesoru priključenom na sam pretvarač. Za razliku od analognih signala, digitalni signali se sastoje od diskretnih nivoa kao što su 0s i 1s koji odgovaraju nekom unapred definisanom stanju, a ne kontinuirani nivo napona ili struje u slučaju analognih. Digitalna obrada signala se uveliko koristi u telekomunikacionim sistemima kao što su mobilni telefoni, senzori poput LED svjetala, solarni paneli itd., gdje digitalni podaci teku kroz mreže većim brzinama u poređenju sa analognim podacima. To je zato što je cijena formiranja kola za prijenos jednog bita mnogo manja od cijene koja je povezana s formiranjem kola za slanje audio valnog oblika dio po dio na određenom frekvencijskom rasponu na daljinu.
Aplikacije
Pretvornik se široko koristi u raznim aplikacijama, kao npr medicinski uređaji za snimanje, automobilski senzori i sistemi za kontrolu industrijskih procesa. To je uređaj koji pretvara energiju iz jednog oblika, analognog ili digitalnog, u drugi oblik. Osim toga, pretvarači su temelj svakog modernog sistema automatizacije budući da se za njih koriste konverzija signala i kondicioniranje signala.
Istražimo različite primjene pretvarača:
Automotive
Automobilski pretvarači se intenzivno koriste u automobilskoj industriji za razne primjene zbog svojih preciznih performansi, male veličine i isplativosti. Oni su izuzetno važni alati koji se koriste u sistemima za nadzor i kontrolu vozila za merenje različitih parametara kao npr temperatura, pritisak i položaj.
Transduktori se obično koriste u automobilskim motorima za mjerenje brzina, položaj komponenti kao što su klipovi ili bregaste osovine, izduvnog pritiska ili zagađivača, temperature ili protoka. Pretvornici mogu pomoći da se identificiraju nepredviđeni problemi koje bi uobičajene metode inspekcije propustile. Na primjer, pretvarač brzine rotacije može se koristiti za mjerenje bilo kakvih fluktuacija u broju okretaja motora koje bi mogle ukazivati na opće habanje, abnormalno sagorijevanje ili probleme sa neusklađenošću.
U električnom sistemu vozila mogu se koristiti za otkrivanje elektronskih signala i pružanje povratnih informacija o tome da li je u skladu sa specifikacijama proizvođača i pomoći u rješavanju problema električnih sistema u automobilu. Tipične primjene uključuju mjerenje nivo struje i napona baterije (za upravljanje nivoima punjenja), senzor nivoa goriva (za praćenje tačnosti nivoa) kao i detekcija vremena paljenja i na dizel i na benzinske motore (kako bi se osiguralo optimalno sagorevanje.) Takođe se često koriste u ventilacionim sistemima uključujući kontrolu brzine razmene vazduha između spoljašnjeg vazduha i unutrašnjih kabina u svrhu kontrole udobnosti.
Osim toga, razvija se tehnologija pretvarača za upotrebu u sistemima za automatizaciju tvornica gdje su senzori raspoređeni za automatizirane radne stanice na robotskoj montažnoj liniji, kao i kontrolu kvaliteta dijelova proizvedenih od strane strojeva. Ovdje podatke sa pretvarača mogu uhvatiti kompjuterski kontrolirani roboti koji obavljaju ne samo redovne planirane provjere održavanja već i složene zadatke kao što su dijagnosticiranje problema sa poravnanjem ili kvarova povezanih sa gašenjem unutar proizvodnih linija.
industrijski
Industrijske primjene pretvarača se obično nalazi u tvorničkoj automatizaciji, kontroli procesa i robotici. Uobičajeni industrijski senzori su ubrzanje, kretanje, vibracija, pritisak/sila, temperatura, pomak/udaljenost/pozicija i dodir. Ove vrste aplikacija su tipično jednosmjerni komunikacijski sistemi u kojima pretvarač pretvara fizičke signale u električnu energiju kao povratnu informaciju procesoru za nadzor ili kao ulaz u upravljačka kola koja utječu na fizički proces preko aktuatora kao što su motori ili solenoidi.
Širok izbor tipova senzora omogućava da se pretvarači koriste za različite industrijske procese kao što su rezanje i oblikovanje metala, procesi bušenja i rafiniranja naftnih polja (SPM), sistemi za zavarivanje i mašine za montažu. Ovisno o vrsti primjene za koju se pretvarač koristi, možda će biti potrebno pretvoriti električni izlazni signal iz jednog oblika energije u drugi odgovarajući oblik (temperaturu u pritisak ili pomeranje u brzinu).
Transduktori se čak mogu međusobno povezati u složene mreže sa optičkim linijama koje često povezuju 'strateške' tačke u velikim automatizovanim proizvodnim pogonima. Izlazni uređaji mogu se na sličan način povezati natrag iz procesora kako bi poduzeli akciju na povratnoj informaciji iz okoline. Primene industrijskih pretvarača kreću se od toga da merenja budu dostupna ljudima (prikaz terminala podataka) za izvođenje proračuna na pozicionim podacima u odnosu na pohranjene programe u pogledu prihvatljivih parametara (servo-sistemi zatvorene petlje).
medicinski
Transduktori se koriste u medicinskoj tehnologiji za niz primjena. Jedna takva aplikacija je elektrokardiografija (EKG) koji mjeri električne impulse srca tokom vremena i prikazuje ih kao grafikon. U ovom procesu, elektrode se postavljaju na dijelove tijela, kao što su udovi ili grudni koš i vodi ih do EKG aparata. Elektrode otkrivaju električnu aktivnost srca kako bi se procijenili nepravilni otkucaji ili bilo koje drugo stanje koje se može otkriti povezano sa srčanom aktivnošću.
Još jedna medicinska pretvarača za koju se koriste je ultrazvučno snimanje i skeniranje. Ovo uključuje korištenje uređaja poznatog kao ultrazvučna sonda za emitiranje visokofrekventnih zvučnih valova na određenim dijelovima tijela kako bi se stvorile slike koje prikazuju meka tkiva i organe poput kostiju, mišića, tetiva, ligamenata, hrskavice i krvnih sudova. Ove slike se mogu koristiti za dijagnosticiranje bolesti unutar tijela, kao što je dijagnosticiranje tumora ili drugih bolesti poput raka.
Osim toga, pretvarači se koriste u instrumenti za praćenje – uređaji koji pružaju informacije u stvarnom vremenu o pacijentovom stanju od jednog do drugog trenutka u određenom vremenskom periodu – uključujući:
- Pulsni oksimetri koji mjere nivoe zasićenosti kiseonikom u krvi.
- EKG monitori koji mjere koronarne otkucaje srca ili abnormalnosti ritma.
- Monitori za temperatura, brzina disanja i drugi vitalni znaci poput krvni pritisak i nivo glukoze.
Consumer Electronics
Među njima je i potrošačka elektronika najčešće primjene pretvarača. To je zato što su pretvarači u stanju pretvoriti električnu energiju u zvuk, koji zatim mogu koristiti zvučnici u različitim vrstama audio uređaja. Osim toga, pretvarači se koriste za pretvaranje energije iz jednog oblika u drugi kako bi se poboljšao omjer signal-šum u televizijskim i radio uređajima. Oni takođe igraju ulogu u pretvaranju elektronskih signala u akustične talase tako da se mogu pojačati.
Drugi primjeri uključuju njihovu upotrebu u telefonima i slušalicama, gdje pomažu u pojačavanju zvuka, a također smanjiti pozadinsku buku. Transduktori se također koriste u opremi za snimanje videa, kao što su kamkorderi i digitalne kamere, za pretvaranje optičkih signala u električne, tako da se mogu digitalno pohraniti ili njima manipulirati pomoću kompjutera. Konačno, medicinska oprema često koristi tehnologiju sonde za ultrazvučno snimanje i druge svrhe.
Prednosti i nedostaci
Pretvornik je uređaj koji može pretvoriti jedan oblik energije u drugi oblik energije. Koristi se u širokom spektru aplikacija poput mjerenja sila, temperatura, položaj, brzina i druge fizičke varijable.
U ovom članku ćemo raspravljati o prednostima i nedostacima korištenja pretvarača. Razumijevajući prednosti i nedostatke pretvarača, možete donijeti informiranu odluku o njegovoj upotrebi u različitim aplikacijama.
prednosti
Pretvornik je uređaj koji pretvara energiju iz jednog oblika u drugi, često s ciljem mjerenja fizičke veličine. Postoji mnogo različitih tipova pretvarača, od kojih je svaki prikladan za određenu namjenu. Transduktori nude brojne prednosti u smislu praktičnosti i tačnosti i postali su nezamjenjivi sastavni dijelovi moderne tehnologije.
Prednosti pretvarača uključuju:
- robusnost: Transduktori su relativno neosetljivi na uslove okoline i mogu se koristiti u ekstremnim temperaturama i drugim opasnim uslovima. Obično im je potrebno malo održavanja tokom svog životnog veka.
- Velika brzina: Mnogi senzori mogu dati očitanja unutar milisekundi, omogućavajući brzo vrijeme odziva i kontrolu povratnih informacija ako je potrebno.
- prilagodljivost: Širok raspon primjena je moguć zahvaljujući brojnim senzorskim mogućnostima pretvarača, od mjerenja kontrole procesa do medicinske dijagnostike.
- preciznost: Izlazni signal iz pretvarača je obično vrlo precizan u poređenju sa mjerenjima koja se vrše ručno ili drugim manje pouzdanim sredstvima. Greške mjerenja mogu biti mnogo manje od grešaka iz ručnih metoda.
- Isplativost: Troškovi sonde su dramatično pali posljednjih godina zbog napretka u tehnologiji, koji ih sada čini dostupnima za većinu aplikacija.
nedostaci
Pretvarači imaju i prednosti i nedostatke. Iako su zgodan, efikasan i isplativ način pretvaranja energije iz jednog oblika u drugi, oni imaju ograničenja.
Najznačajniji nedostatak pretvarača je njihova osjetljivost na smetnje buke. Ovo se posebno odnosi na mjerenje niskofrekventnih očitanja. Na pretvarače mogu negativno utjecati drugi električni signali koji rezultiraju netočnim očitanjima i netačnim rezultatima.
Još jedan nedostatak pretvarača je njihova relativnost sporo vrijeme odziva u poređenju sa drugim oblicima konverzije energije kao što su mehanički uređaji ili algoritmi. U određenim aplikacijama, na primjer gdje su potrebne brze odluke ili kada su potrebne visoke razine preciznosti, tradicionalne metode mogu biti prikladnije od sistema pretvarača.
Transduktori također zahtijevaju specijalizovane veštine da ih pravilno instalirate i rukujete, što ih čini neprikladnim za mnoge aplikacije gdje je dostupno nekvalifikovano osoblje ili okruženje zahtijeva brza implementacija i jednostavan rad za optimalne performanse.
zaključak
U zakljucku, pretvarači su bitan element mnogih industrija i uređaja za životni stil. Oni mogu pretvoriti električnu energiju u mehaničku energiju i obrnuto, omogućavajući uzimanje važnih mjerenja koja ranije nisu bila moguća. Transduktori pokrivaju širok spektar područja primjene i mogu se koristiti u kombinaciji jedni s drugima za preciznija mjerenja.
Različiti tipovi se razlikuju po dizajnu i upotrebi; Ultrazvučni pretvarači posebno su korisni za ispitivanje bez razaranja zbog njihove sposobnosti mjerenja debljine materijala bez ometanja objekta na bilo koji način. Piezoelektrični pretvarači pretvaraju mehaničko naprezanje u električne potencijale koji ih čine pogodnim za medicinsko snimanje jer daju jasne slike unutrašnjih organa. na kraju, otporni pretvarači odlični su za mjerenje temperaturnih promjena što ih čini pogodnim za automobilsku upotrebu kao što je praćenje temperature motora.
Sve u svemu, pretvarači služe u mnoge svrhe i velike i male i važno je da korisnici razumiju kako ti uređaji rade kako bi mogli odabrati pravi tip za svoje potrebe. Kako tehnologija bude napredovala, biće sve više mogućnosti za ljude da iskoriste poboljšane senzore koji se oslanjaju na tehnologiju pretvarača, tako da je važno ostati obrazovan o ovom pitanju!
Ja sam Joost Nusselder, osnivač Neaere i marketer sadržaja, tata i volim isprobavati novu opremu s gitarom u srcu moje strasti, a zajedno sa svojim timom stvaram detaljne članke na blogu od 2020. da pomognemo vjernim čitateljima savjetima za snimanje i gitaru.
