Pretvorniki so elektronske naprave, ki se uporabljajo za pretvorbo energije iz ene oblike v drugo. Uporabljajo se v različnih aplikacijah, od industrijske avtomatizacije do medicinskega slikanja.
V tem članku bomo predstavili, kaj so pretvorniki in kako se uporabljajo. Pokrivali bomo različne vrste pretvornikov, njihove aplikacije in kako se uporabljajo:
Opredelitev pretvornika
Pretvornik je naprava, ki pretvarja energijo iz ene oblike v drugo. Večina pretvornikov pretvarja zvočno ali mehansko energijo (tj. zvočne valove ali vibracije) v električne signale ali obratno, čeprav obstajajo tudi tisti, ki lahko pretvorijo energijo iz svetlobe, temperature, tlaka, magnetnega polja in spremenljivk položaja v merljive električne vrednosti.
Primeri pogosto uporabljenih pretvornikov vključujejo:
- mikrofoni ki pretvarjajo akustično energijo v električne signale;
- zvočniki ki pretvarjajo električne signale v akustične valove;
- termistorji ki pretvarjajo temperaturna nihanja v merljive napetosti;
- piezoelektrični kristali ki lahko ustvari električne signale kot odgovor na mehansko deformacijo;
- merilniki napetosti za zaznavanje majhnih variacij fizičnega premika, kot sta sila ali navor.
Pretvorniki se pogosto uporabljajo v vsakodnevnih aplikacijah, kot je npr telefoni, sistemi za medicinsko slikanje in diagnostiko strojev kot tudi specializirani nadzorni sistemi, kot je seizmografi in omrežja za prenos signala po optičnih vlaknih. Pretvorniki omogočajo zajem subtilnih sprememb fizičnega obnašanja sistema z uporabo kvantitativnih merilnih tehnik, kot je npr. merjenje pretoka in spremljanje obratovalnih hitrosti/temperatur in tako naprej
Vrste pretvornikov
Pretvorniki so naprave, ki pretvarjajo energijo iz ene oblike v drugo. V kontekstu akustičnih sistemov se pretvorniki običajno uporabljajo za pretvorbo fizične energije v električne signale ali obratno – elektriko v zvočne valove. Čeprav je danes na trgu na voljo veliko vrst pretvornikov, vsi delujejo po nekaj preprostih načelih.
Najosnovnejši tip pretvornika je a piezoelektrični pretvornik, znan tudi kot kontaktni mikrofon oz piezo na kratko. Piezo pretvorniki pretvorijo mehanske vibracije v električne signale z uporabo piezoelektrični učinek; električni naboj se ustvari s stiskanjem ali vibracijami, ko so nekateri dielektrični materiali (kot je kremen) izpostavljeni mehanskim obremenitvam. Ta električni naboj se nato lahko ojača in pretvori v zvočni zvok prek zvočnikov ali slušalk.
Druga priljubljena vrsta pretvornika je pretvornik z elektromagnetno tuljavo – včasih imenovan preprosto kot a mic. Ti so sestavljeni iz elektromagneta, ovitega z žično tuljavo; ko je izpostavljena zvočnim valovom, bo ta tuljava ustvarila lasten električni tok, ki se lahko nato ojača in prenaša preko zvočnikov ali slušalk. Ker se običajno odzivajo z večjo natančnostjo v frekvenčnih območjih kot piezo naprave, se mikrofoni pogosto uporabljajo v snemalnih studiih in na nastopih v živo.
Nazadnje, obstajajo pretvorniki digitalnega pretvornika (DAC).; ti delujejo tako, da obdelujejo digitalne informacije in jih pretvarjajo v analogne signale (ali obratno). Te naprave so bistvenega pomena za prenos zvočnih signalov prek digitalnih omrežij, kot so povezave Bluetooth; v tem primeru bi bil DAC uporabljen za filtriranje delov signala, ki bi lahko motili kakovostno predvajanje zvoka pred prenosom prek brezžičnih povezav.
Delovna Načelo
Pretvornik je naprava, ki se uporablja za pretvorbo energije iz ene oblike v drugo. Deluje tako, da jemlje vhodno energijo, kot je npr elektriko ali svetlobo, in ga pretvorite v mehansko gibanje ali zvok.
Najpogostejša uporaba pretvornikov je pretvorba električnih signalov v zvočne valove. Ta vrsta pretvornika se uporablja v različnih aplikacijah, vključno z avdio sistemi, medicinski instrumenti in vojaške naprave.
Zdaj pa pojdimo raziskovati kako deluje pretvornik in njegove različne uporabe.
Kako delujejo pretvorniki
Pretvornik je električna naprava, ki se običajno uporablja za pretvorbo električnega signala v fizikalno količino, kot je zvok, toplota ali gibanje. Ta pretvorba se izvede z uporabo senzorja za proizvodnjo analognega ali digitalnega signala. Analogni signal se nato pretvori v berljivo obliko napetosti ali toka. Na voljo so različne vrste pretvornikov za zaznavanje različnih vrst energijskih signalov, kot npr mehanske vibracije in pritisk.
Pretvorniki vsebujejo tri ključne elemente: vir (vhod), vmesni element (ojačevalnik) in detektor (izhod). Vir uporablja energijo v obliki tlaka, zvočnih valov, električnega toka itd., ki jo lahko zazna vmesni element in po potrebi ojača, preden se pošlje naprej na zaznavo. Ko vmesni element prejme vhodno energijo, zazna tudi vnaprej določene lastnosti, kot je npr frekvenco in amplitudo. Detektor zazna te lastnosti in jih nato pretvori nazaj v merljivo fizično lastnost, kot je napetost ali tok na izhodni stopnji za nadaljnjo uporabo.
V procesih avtomatizacije so integrirani operacijski moduli, kot so roboti moč pretvorniki, tako da lahko zaznajo zunanje sile, ki delujejo na roko robota, in zagotovijo, da njeno gibanje ostane varno v mejah delovanja. Pretvorniki moči se uporabljajo tudi v industrijskih krmilnih sistemih, kjer tokove in napetosti je treba natančno spremljati za dolgoročno stabilnost in natančnost v avtomatiziranih procesih. V sistemih za avtomatizacijo doma vratne ključavnice običajno uporabljajo senzorje za prižgite luči, ko se nekdo približa vratom, ali odprite okna, ko zaznate gibanje v domačem okolju.
Vrste signalov pretvornika
Pretvorniki so sestavni deli sistema, ki se uporablja za pretvorbo ene oblike energije v drugo. Merijo, zaznavajo in prenašajo različne vrste signalov, kot so električni, mehanski, toplotni in optični. Signali pretvornikov so v glavnem razdeljeni v dve veliki kategoriji: analogni in digitalni.
Analogni pretvorniki merijo različne fizične informacije iz okolja, da ustvarijo analogne signale, ki takšne informacije predstavljajo v električni obliki. Podatke, kot so tlak, temperatura, hitrost in pospešek, je mogoče pretvoriti v analogne signale z uporabo pretvornikov za namene merjenja ali krmiljenja. Primeri analognih pretvornikov vključujejo mikrofoni, ki pretvarjajo zvočne valove v električno napetost; piezoelektrični merilniki pospeška, ki pretvarjajo mehanske vibracije v električni tok; termočleni, ki zaznavajo temperaturo; itd.
Digitalni pretvorniki pretvorijo signal iz fizičnih parametrov (kot sta svetloba ali zvok) v digitalne predstavitve, ki jih je mogoče ustvariti šele po končani obdelavi na procesorju digitalnih signalov, priključenem na sam pretvornik. Za razliko od analognih signalov so digitalni signali sestavljeni iz diskretnih nivojev, kot sta 0s in 1s, ki ustrezajo nekemu vnaprej določenemu stanju, namesto stalne ravni napetosti ali toka v primeru analognih. Digitalna obdelava signalov se v veliki meri uporablja v telekomunikacijskih sistemih, kot je npr mobilni telefoni, senzorji, kot so LED luči, sončni kolektorji itd., kjer digitalni podatki tečejo po omrežjih z višjimi hitrostmi v primerjavi z analognimi podatki. To je zato, ker je strošek oblikovanja vezij za enobitni prenos veliko nižji od stroškov, povezanih z oblikovanjem vezij za pošiljanje zvočne valovne oblike po delih v določenem frekvenčnem območju na daljavo.
Aplikacije
Pretvornik se pogosto uporablja v različnih aplikacijah, kot je npr medicinske naprave za slikanje, avtomobilski senzorji in sistemi za nadzor industrijskih procesov. Je naprava, ki pretvarja energijo iz ene oblike, analogne ali digitalne, v drugo obliko. Poleg tega so pretvorniki temelj vsakega sodobnega sistema avtomatizacije, saj se uporabljajo za pretvorbo in kondicioniranje signala.
Raziščimo različne uporabe pretvornikov:
Avtomobilizem
Avtomobilski pretvorniki se obširno uporabljajo v avtomobilski industriji za različne namene zaradi svoje natančne zmogljivosti, majhnosti in stroškovne učinkovitosti. So izjemno pomembna orodja, ki se uporabljajo v nadzornih in krmilnih sistemih vozil za merjenje različnih parametrov, kot npr temperatura, tlak in položaj.
Pretvorniki se običajno uporabljajo v avtomobilskih motorjih za merjenje hitrost, položaj komponent kot so bati ali odmične gredi, izpušni tlak ali onesnaževala, temperatura ali pretok. Pretvorniki lahko pomagajo prepoznati nepredvidene težave, ki bi jih običajne metode pregledovanja spregledale. Na primer, pretvornik vrtilne hitrosti se lahko uporablja za merjenje kakršnih koli nihanj vrtljajev motorja, ki bi lahko kazala na splošno obrabo, nenormalno zgorevanje ali težave z neusklajenostjo.
V električnem sistemu vozila jih je mogoče uporabiti za zaznavanje elektronskih signalov in zagotavljanje povratnih informacij o tem, ali je v skladu s specifikacijami proizvajalca, ter pomoč pri odpravljanju težav z električnimi sistemi v avtomobilu. Tipične aplikacije vključujejo merjenje tok in napetost baterije (za upravljanje ravni polnjenja), zaznavanje nivoja goriva (za spremljanje točnosti nivoja) kot tudi zaznavanje časa vžiga na dizelskih in bencinskih motorjih (za zagotovitev optimalnega zgorevanja). Pogosto se uporabljajo tudi v prezračevalnih sistemih, vključno z nadzorom stopnje izmenjave zraka med zunanjim zrakom in notranjim zrakom za namene nadzora udobja.
Poleg tega se tehnologija pretvornikov razvija za uporabo v sistemih avtomatizacije tovarn, kjer so senzorji nameščeni za avtomatizirane robotske delovne postaje na tekočem traku, kot tudi za nadzor kakovosti delov, ki jih proizvajajo stroji. Tukaj lahko podatke iz pretvornikov zajamejo računalniško vodeni roboti, ki ne izvajajo le rednih načrtovanih vzdrževalnih pregledov, ampak tudi zapletene naloge, kot je diagnosticiranje težav s poravnavo ali napak, povezanih z zaustavitvijo znotraj proizvodnih linij.
Industrijska
Industrijske aplikacije pretvornikov običajno najdemo v tovarniški avtomatizaciji, nadzoru procesov in robotiki. Običajni industrijski senzorji so pospešek, gibanje, vibracije, tlak/sila, temperatura, premik/razdalja/položaj in dotik. Te vrste aplikacij so običajno enosmerni komunikacijski sistemi, v katerih pretvornik pretvarja signale fizične v električne energije kot povratne informacije procesorju za spremljanje ali kot vhod za krmilno vezje, ki vpliva na fizični proces prek aktuatorjev, kot so motorji ali solenoidi.
Široka paleta vrst senzorjev omogoča uporabo pretvornikov v različnih industrijskih procesih, kot so rezanje in oblikovanje kovin, procesi vrtanja in rafiniranja naftnih polj (SPM), varilni sistemi in stroji za sestavljanje. Odvisno od vrste aplikacije, za katero se uporablja pretvornik, bo morda treba električni izhodni signal pretvoriti iz ene oblike energije v drugo primerno obliko (temperaturo v tlak ali premik v hitrost).
Pretvornike je mogoče med seboj celo povezati v zapletena omrežja z linijami iz optičnih vlaken, ki pogosto povezujejo 'strateške' točke v velikih avtomatiziranih proizvodnih obratih. Izhodne naprave je mogoče podobno povezati nazaj iz procesorjev, da ukrepajo glede povratnih informacij iz okolja. Aplikacije industrijskih pretvornikov segajo od omogočanja meritev, dostopnih ljudem (zaslon podatkovnega terminala) za izvajanje izračunov o položajnih podatkih glede na shranjene programe glede sprejemljivih parametrov (servo sistemi z zaprto zanko).
Medical
Pretvorniki se v medicinski tehnologiji uporabljajo za vrsto aplikacij. Ena takih aplikacij je elektrokardiografija (EKG) ki meri električne impulze srca skozi čas in jih prikazuje kot graf. V tem procesu se elektrode namestijo na dele telesa, kot so okončine ali prsni koš, in jih vodijo do EKG naprave. Elektrode zaznavajo električno aktivnost srca, da ocenijo morebitne nepravilne utripe ali katero koli drugo zaznavno stanje, povezano s srčno aktivnostjo.
Druga medicinska uporaba pretvornikov se uporablja za ultrazvočno slikanje in skeniranje. To vključuje uporabo naprave, znane kot ultrazvočna sonda, ki oddaja visokofrekvenčne zvočne valove na določene dele telesa, da ustvari slike, ki prikazujejo mehko tkivo in organe, kot so kosti, mišice, kite, vezi, hrustanec in krvne žile. Te slike se lahko uporabljajo za diagnosticiranje bolezni v telesu, kot je diagnosticiranje tumorjev ali drugih bolezni, kot je rak.
Poleg tega se pretvorniki uporabljajo v instrumenti za spremljanje – naprave, ki zagotavljajo informacije o pacientovem stanju v realnem času od ene do druge točke v določenem časovnem obdobju – vključno z:
- Pulzni oksimetri ki meri nasičenost krvi s kisikom.
- EKG monitorji ki merijo koronarno srčno frekvenco ali nenormalnosti ritma.
- Monitorji za temperatura, hitrost dihanja in drugih vitalnih znakov, kot je krvni tlak in raven glukoze.
Zabavna elektronika
Zabavna elektronika je med najpogostejša uporaba pretvornikov. To je zato, ker so pretvorniki sposobni pretvoriti električno energijo v zvok, ki ga nato lahko uporabljajo zvočniki v različnih vrstah zvočnih naprav. Poleg tega se pretvorniki uporabljajo za pretvorbo energije iz ene oblike v drugo, da bi izboljšali razmerje med signalom in šumom v televizijskih in radijskih sprejemnikih. Sodelujejo tudi pri pretvarjanju elektronskih signalov v zvočne valove, tako da jih je mogoče ojačati.
Drugi primeri vključujejo njihovo uporabo v telefonih in slušalkah, kjer pomagajo ojačati zvok in tudi zmanjšajte hrup v ozadju. Pretvorniki se uporabljajo tudi v opremi za video snemanje, kot so video kamere in digitalni fotoaparati, za pretvorbo optičnih signalov v električne, da jih je nato mogoče digitalno shraniti ali manipulirati z računalnikom. Nazadnje, medicinska oprema pogosto uporablja tehnologijo pretvornika ultrazvočno slikanje in druge namene.
Prednosti in slabosti
Pretvornik je naprava, ki lahko pretvori eno obliko energije v drugo obliko energije. Uporablja se v najrazličnejših aplikacijah, kot je merjenje sila, temperatura, položaj, hitrost in druge fizične spremenljivke.
V tem članku bomo razpravljali o prednostih in slabostih uporabe pretvornikov. Če razumete prednosti in slabosti pretvornika, se lahko premišljeno odločite o njegovi uporabi v različnih aplikacijah.
prednosti
Pretvornik je naprava, ki pretvarja energijo iz ene oblike v drugo, pogosto z namenom merjenja fizikalne količine. Obstaja veliko različnih vrst pretvornikov, od katerih je vsak primeren za določen namen. Pretvorniki nudijo številne prednosti v smislu priročnosti in natančnosti in so postali nepogrešljivi sestavni deli sodobne tehnologije.
Prednosti pretvornikov vključujejo:
- Robustnost: Pretvorniki so razmeroma neobčutljivi na okoljske razmere in jih je mogoče uporabljati pri ekstremnih temperaturah in drugih nevarnih pogojih. Običajno potrebujejo malo vzdrževanja v svoji življenjski dobi.
- High Speed: Številni senzorji lahko zagotovijo odčitke v milisekundah, kar omogoča hitre odzivne čase in nadzor povratnih informacij, če je potrebno.
- vsestranskost: Zaradi številnih zaznavnih zmogljivosti pretvornikov je mogoč širok razpon aplikacij, od meritev nadzora procesov do medicinske diagnostike.
- Precision: Izhodni signal iz pretvornika je običajno zelo natančen v primerjavi z meritvami, opravljenimi ročno ali na druge manj zanesljive načine. Merilne napake so lahko veliko manjše od tistih pri ročnih metodah.
- Stroškovna učinkovitost: Stroški pretvornikov so v zadnjih letih dramatično padli zaradi napredka v tehnologiji, zaradi katere so zdaj dostopni za večino aplikacij.
Slabosti
Pretvorniki imajo tako prednosti kot slabosti. Čeprav so priročen, učinkovit in stroškovno učinkovit način za pretvorbo energije iz ene oblike v drugo, imajo omejitve.
Najbolj opazna pomanjkljivost pretvornikov je njihova dovzetnost za hrupne motnje. To še posebej velja pri merjenju nizkofrekvenčnih odčitkov. Drugi električni signali lahko negativno vplivajo na pretvornike, kar povzroči netočne odčitke in netočne rezultate.
Druga pomanjkljivost pretvornikov je njihova relativna počasen odzivni čas v primerjavi z drugimi oblikami pretvorbe energije, kot so mehanske naprave ali algoritmi. V določenih aplikacijah, na primer kjer so potrebne hitre odločitve ali ko so potrebne visoke stopnje natančnosti, so lahko tradicionalne metode primernejše od sistemov pretvornikov.
Pretvorniki prav tako zahtevajo specializirane spretnosti da jih pravilno namestite in upravljate, zaradi česar so neprimerni za številne aplikacije, kjer je na voljo nekvalificirano osebje ali okolje zahteva hitra namestitev in enostavno upravljanje za optimalno delovanje.
zaključek
V zaključku, pretvorniki so bistveni element številnih industrij in naprav za življenjski slog. Električno energijo lahko spremenijo v mehansko in obratno ter tako omogočijo pomembne meritve, ki prej niso bile mogoče. Pretvorniki pokrivajo širok razpon področij uporabe in jih je mogoče uporabiti v kombinaciji med seboj za natančnejše meritve.
Različne vrste se razlikujejo po zasnovi in uporabi; Ultrazvočni pretvorniki so še posebej koristne za nerazorno testiranje zaradi njihove zmožnosti merjenja debeline materiala brez kakršnega koli poseganja v predmet. Piezoelektrični pretvorniki pretvarjajo mehanske napetosti v električne potenciale, zaradi česar so primerni za medicinsko slikanje, saj zagotavljajo jasne slike notranjih organov. nazadnje, uporovni pretvorniki so odlični za merjenje temperaturnih sprememb, zaradi česar so primerni za uporabo v avtomobilih, kot je spremljanje temperature motorja.
Na splošno imajo pretvorniki veliko namenov, tako velikih kot majhnih, zato je pomembno, da uporabniki razumejo, kako te naprave delujejo, da lahko izberejo pravo vrsto za svoje potrebe. Z napredkom tehnologije bo več priložnosti za ljudi, da uporabljajo izboljšane senzorje, ki temeljijo na tehnologiji pretvornikov, zato je pomembno, da ostanete poučeni o tej zadevi!
Sem Joost Nusselder, ustanovitelj Neaere in tržnik vsebine, oče in rad preizkušam novo opremo s kitaro, ki je v središču moje strasti, in skupaj s svojo ekipo od leta 2020 ustvarjam poglobljene članke na blogu. pomagati zvestim bralcem z nasveti za snemanje in kitaro.
