Претварачи су електронски уређаји који се користе за претварање енергије из једног облика у други. Користе се у разним апликацијама, од индустријска аутоматизација до медицинског снимања.
У овом чланку ћемо дати преглед шта су претварачи и како се користе. Ми ћемо покрити различите врсте претварача, њихове апликације и како се користе:
Дефиниција претварача
Претварач је уређај који претвара енергију из једног облика у други. Већина претварача се претвара акустичка или механичка енергија (тј. звучни таласи или вибрације) у електричне сигнале или обрнуто, мада постоје и они који могу да претворе енергију из светлости, температуре, притиска, магнетног поља и променљивих положаја у мерљиве електричне вредности.
Примери најчешће коришћених претварача укључују:
- микрофони који претварају акустичну енергију у електричне сигнале;
- звучници који претварају електричне сигнале у акустичне таласе;
- термистори који претварају температурне флуктуације у мерљиве напоне;
- пиезоелектрични кристали који могу генерисати електричне сигнале као одговор на механичку деформацију;
- тензометри за откривање малих варијација у физичком померању као што су сила или обртни момент.
Трансдуктори се широко користе у свакодневним апликацијама као што су телефоне, медицинске системе за снимање и дијагностику машина као и специјализовани системи за праћење попут сеизмографи и мреже за пренос сигнала са оптичким влакнима. Претварачи омогућавају хватање суптилних промена у физичком понашању система коришћењем квантитативних техника мерења као што су мерење протока и праћење радних брзина/температура итд
Врсте претварача
Претварачи су уређаји који претварају енергију из једног облика у други. У контексту акустичких система, претварачи се обично користе за претварање физичке енергије у електричне сигнале, или обрнуто – електричну енергију у звучне таласе. Иако данас на тржишту постоји много типова претварача, сви они раде према неколико једноставних принципа.
Најосновнији тип претварача је а пиезоелектрични трансдуктор, такође познат као контактни микрофон или пиезо на кратко. Пиезо претварачи претварају механичке вибрације у електричне сигнале користећи пиезоелектрични ефекат; електрични набој се генерише компресијом или вибрацијом када су одређени диелектрични материјали (као што је кварц) подвргнути механичком напрезању. Овај електрични набој се затим може појачати и претворити у звучни звук преко звучника или слушалица.
Још један популаран тип претварача је претварач електромагнетног намотаја – понекад се назива једноставно а МИЦ. Они се састоје од електромагнета омотаног намотајем жице; када је изложен звучним таласима, овај калем ће створити сопствену електричну струју, која се затим може појачати и преносити преко звучника или слушалица. Пошто имају тенденцију да реагују са већом прецизношћу у фреквентним опсезима него пиезо уређаји, микрофони се обично користе у студијима за снимање и у наступима уживо.
Коначно, постоје претварачи дигиталног претварача (ДАЦ).; они раде тако што обрађују дигиталне информације и претварају их у аналогне сигнале (или обрнуто). Ови уређаји су неопходни за пренос аудио сигнала преко дигиталних мрежа као што су Блуетоотх везе; у овом случају, ДАЦ би се користио за филтрирање делова сигнала који могу ометати квалитетну аудио репродукцију пре преноса преко бежичних веза.
Принцип рада
Претварач је уређај који се користи за претварање енергије из једног облика у други. Ради тако што узима улазну енергију, као нпр струја или светлост, и претварајући га у механичко кретање или звук.
Најчешћа примена претварача је у претварању електричних сигнала у звучне таласе. Овај тип претварача се користи у разним апликацијама, укључујући аудио системи, медицински инструменти и војни уређаји.
Хајде сада да истражимо како ради претварач и његове различите употребе.
Како раде претварачи
Претварач је електрични уређај који се обично користи за претварање електричног сигнала у физичку величину као што су звук, топлота или кретање. Ова конверзија се врши коришћењем сензора за производњу аналогног или дигиталног сигнала. Аналогни сигнал се затим претвара у читљив облик напона или струје. Доступни су различити типови претварача за детекцију различитих типова енергетских сигнала као нпр механичке вибрације и притисак.
Трансдуктори садрже три кључна елемента: извор (улаз), међуелемент (појачало) и детектор (излаз). Извор примењује енергију у облику притиска, звучних таласа, електричне струје итд., коју може детектовати међуелемент и појачати по потреби пре него што се пошаље на детектовање. Када посредни елемент прими улазну енергију, он такође детектује било која унапред одређена својства као што су фреквенција и амплитуда. Детектор детектује ова својства и затим их поново претвара у мерљива физичка својства као што су напон или струја на излазном степену за даљу употребу.
У процесима аутоматизације, оперативни модули као што су роботи су интегрисани са снага претварачима тако да могу да открију спољне силе које делују на руку робота и обезбеде да њено кретање остане безбедно у оперативним границама. Претварачи снаге се такође користе у индустријским системима управљања где струје и напоне треба прецизно пратити за дугорочну стабилност и прецизност у аутоматизованим процесима. У системима кућне аутоматизације, браве на вратима обично користе сензоре да би упалити светла када се неко приближи вратима или отворити прозоре када се осете покрети унутар кућног окружења.
Врсте сигнала претварача
Претварачи су компоненте система који се користе за претварање једног облика енергије у други. Они мере, осећају и преносе различите врсте сигнала као што су електрични, механички, термални и оптички. Сигнали претварача се углавном деле у две главне категорије: аналог дигитални.
Аналогни претварачи мере различите физичке информације из околине да би генерисали аналогне сигнале који представљају такве информације у електричном формату. Подаци као што су притисак, температура, брзина и убрзање могу се конвертовати у аналогне сигнале помоћу претварача за потребе мерења или контроле. Примери аналогних претварача укључују микрофони који претварају звучне таласе у електрични напон; пиезоелектрични акцелерометри који претварају механичке вибрације у електричну струју; термопарови који детектују температуру; итд.
Дигитални претварачи претварају сигнал из физичких параметара (као што су светлост или звук) у дигиталне репрезентације које се могу генерисати тек након што је обрада завршена на дигиталном сигналном процесору прикљученом на сам претварач. За разлику од аналогних сигнала, дигитални сигнали се састоје од дискретних нивоа као што су 0с и 1с који одговарају неком унапред дефинисаном стању, а не континуирани ниво напона или струје у случају аналогних. Дигитална обрада сигнала се у великој мери користи у телекомуникационим системима као што су мобилни телефони, сензори као што су ЛЕД светла, соларни панели итд., где дигитални подаци теку кроз мреже већим брзинама у поређењу са аналогним подацима. То је зато што је цена формирања кола за једнобитни пренос много мања од цене која је повезана са формирањем кола за слање аудио таласног облика део по део у одређеном фреквентном опсегу на даљину.
aplikacije
Претварач се широко користи у разним апликацијама, као нпр медицински уређаји за снимање, аутомобилски сензори и системи за контролу индустријских процеса. То је уређај који претвара енергију из једног облика, аналогног или дигиталног, у други облик. Поред тога, претварачи су основа сваког модерног система аутоматизације јер се за њих користе конверзија сигнала и кондиционирање сигнала.
Хајде да истражимо различите примене претварача:
аутомобилски
Аутомобилски претварачи се интензивно користе у аутомобилској индустрији за разне примене због својих прецизних перформанси, мале величине и економичности. Они су изузетно важни алати који се користе у системима за праћење и контролу возила за мерење различитих параметара као нпр температура, притисак и положај.
Трансдуктори се обично користе у аутомобилским моторима за мерење брзина, положај компоненти као што су клипови или брегасте осовине, издувног притиска или загађивача, температуре или протока. Претворници могу помоћи да се идентификују непредвиђени проблеми које би уобичајене методе инспекције пропустиле. На пример, претварач брзине ротације се може користити за мерење било каквих флуктуација у броју обртаја мотора које би могле да укажу на опште хабање, абнормално сагоревање или проблеме са неусклађеношћу.
У електричном систему возила могу се користити за откривање електронских сигнала и пружање повратних информација о томе да ли је у складу са спецификацијама произвођача и помоћи при решавању проблема са електричним системима у аутомобилу. Типичне примене укључују мерење ниво струје и напона батерије (за управљање нивоима пуњења), сензор нивоа горива (за праћење тачности нивоа) као и детекција времена паљења и на дизел и на бензинске моторе (да би се обезбедило оптимално сагоревање.) Такође се често користе у вентилационим системима укључујући контролу брзине размене ваздуха између спољашњег ваздуха и унутрашњих кабина у сврху контроле удобности.
Поред тога, технологија претварача се развија за употребу у системима фабричке аутоматизације где су сензори распоређени за аутоматизоване радне станице на роботској монтажној линији, као и контролу квалитета делова које производе машине. Овде подаци са претварача могу бити ухваћени од стране компјутерски контролисаних робота који обављају не само редовне заказане провере одржавања већ и сложене задатке као што су дијагностиковање проблема са поравнањем или грешака у вези са гашењем у оквиру производних линија.
индустријски
Индустријске апликације трансдуктора се обично налазе у фабричкој аутоматизацији, контроли процеса и роботици. Уобичајени индустријски сензори су убрзање, кретање, вибрације, притисак/сила, температура, померање/удаљеност/позиција и додир. Ове врсте апликација су типично једносмерни комуникациони системи у којима претварач претвара физичке сигнале у електричну енергију као повратну информацију процесору за праћење или као улаз за контролно коло које утиче на физички процес преко актуатора као што су мотори или соленоиди.
Широк избор типова сензора омогућава да се претварачи користе за различите индустријске процесе као што су сечење и обликовање метала, процеси бушења и рафинације нафтних поља (СПМ), системи за заваривање и машине за монтажу. У зависности од врсте примене за коју се претварач користи, можда ће бити потребно претворити електрични излазни сигнал из једног облика енергије у други одговарајући облик (температура у притисак или померање у брзину).
Трансдуктори се чак могу међусобно повезати у сложене мреже са оптичким линијама које често повезују 'стратешке' тачке у великим аутоматизованим производним објектима. Излазни уређаји се на сличан начин могу повезати назад са процесора да би предузели акцију на основу повратних информација из окружења. Примене индустријских претварача крећу се од тога да мерења буду доступна људима (приказ терминала података) за извођење прорачуна позиционих података у односу на похрањене програме у погледу прихватљивих параметара (серво-системи затворене петље).
Медицински
Трансдуктори се користе у медицинској технологији за низ апликација. Једна таква апликација је електрокардиографија (ЕКГ) који мери електричне импулсе срца током времена и приказује га као графикон. У овом процесу, електроде се постављају на делове тела, као што су удови или грудни кош и доводе их до ЕКГ машине. Електроде детектују електричну активност срца како би процениле било који неправилан откуцај или било које друго стање које се може детектовати повезано са срчаном активношћу.
Још један претварач за медицинску примену који се користи је ултразвучно снимање и скенирање. Ово укључује коришћење уређаја познатог као ултразвучна сонда да емитује високофреквентне звучне таласе на одређеним деловима тела како би се створиле слике које приказују мека ткива и органе попут костију, мишића, тетива, лигамената, хрскавице и крвних судова. Ове слике се могу користити за дијагностиковање болести у телу, као што је дијагностика тумора или других болести попут рака.
Штавише, претварачи се користе у инструменти за праћење – уређаје који пружају информације у реалном времену о пацијентовом стању од једне до друге тачке током одређеног временског периода – укључујући:
- Пулсни оксиметри који мере нивое засићености кисеоником у крви.
- ЕКГ монитори који мере коронарну брзину срца или абнормалности ритма.
- Монитори за температура, брзина дисања и други витални знаци попут крвни притисак и ниво глукозе.
Електроника
Потрошачка електроника је међу најчешће примене претварача. То је зато што су претварачи у стању да претворе електричну енергију у звук, који онда могу да користе звучници у различитим врстама аудио уређаја. Поред тога, претварачи се користе за претварање енергије из једног облика у други како би се побољшао однос сигнал-шум у телевизијским и радио уређајима. Они такође играју улогу у претварању електронских сигнала у акустичне таласе тако да се могу појачати.
Други примери укључују њихову употребу у телефонима и слушалицама, где такође помажу у појачавању звука смањити позадинску буку. Трансдуктори се такође користе у опреми за снимање видео записа, као што су камкордери и дигиталне камере, за претварање оптичких сигнала у електричне, тако да се могу дигитално ускладиштити или њима манипулисати помоћу рачунара. Коначно, медицинска опрема често користи технологију претварача за ултразвучно снимање и друге сврхе.
Предности и мане
Претварач је уређај који може претворити један облик енергије у други облик енергије. Користи се у широком спектру апликација попут мерења сила, температура, положај, брзина и друге физичке варијабле.
У овом чланку ћемо разговарати о предностима и недостацима коришћења претварача. Ако разумете предности и недостатке претварача, можете донети информисану одлуку о његовој употреби у различитим применама.
Предности
Претварач је уређај који претвара енергију из једног облика у други, често са циљем мерења физичке величине. Постоји много различитих типова претварача, од којих је сваки погодан за одређену сврху. Трансдуктори нуде бројне предности у смислу погодности и тачности, и постали су незаменљиве компоненте у савременој технологији.
Предности претварача укључују:
- Робустност: Трансдуктори су релативно неосетљиви на услове околине и могу се користити у екстремним температурама и другим опасним условима. Обично им је потребно мало одржавања током свог животног века.
- Хигх Спеед: Многи сензори могу да обезбеде очитавања у року од милисекунди, омогућавајући брзо време одзива и контролу повратних информација ако је потребно.
- Прилагодљивост: Широк спектар примена је могућ захваљујући бројним сензорским могућностима претварача, од мерења контроле процеса до медицинске дијагностике.
- Прецизност: Излазни сигнал са претварача је обично веома прецизан у поређењу са мерењима која се врше ручно или другим мање поузданим средствима. Грешке мерења могу бити много мање од грешака из ручних метода.
- Исплативости: Трошкови претварача су драматично пали током последњих година због напретка у технологији, који их сада чини доступним за већину апликација.
Мане
Претварачи имају и предности и недостатке. Иако су згодан, ефикасан и исплатив начин за претварање енергије из једног облика у други, они имају ограничења.
Најзначајнији недостатак претварача је њихова подложност сметње буке. Ово је посебно тачно када се мери нискофреквентна очитавања. На претвараче могу негативно утицати други електрични сигнали који резултирају нетачним очитањима и нетачним резултатима.
Још један недостатак претварача је њихова релативна споро време одзива у поређењу са другим облицима конверзије енергије као што су механички уређаји или алгоритми. У одређеним применама, на пример где су потребне брзе одлуке или када су неопходни високи нивои прецизности, традиционалне методе могу бити прикладније од система претварача.
Трансдуктори такође захтевају специјализоване вештине да их правилно инсталирају и рукују, што их чини неприкладним за многе апликације где је доступно неквалификовано особље или окружење захтева брзо распоређивање и једноставан рад за оптималне перформансе.
Zakljucak
У закључку, претварачи су суштински елемент многих индустрија и уређаја за животни стил. Они могу да претворе електричну енергију у механичку енергију и обрнуто, омогућавајући да се изврше важна мерења која раније нису била могућа. Претварачи покривају широк спектар области примене и могу се користити у комбинацији једни са другима за прецизнија мерења.
Различити типови се разликују по дизајну и употреби; Ултразвучни претварачи су посебно корисни за Испитивање без разарања због њихове способности мерења дебљине материјала без ометања објекта на било који начин. Пиезоелектрични претварачи претварају механичко напрезање у електричне потенцијале који их чине погодним за медицинско снимање јер дају јасне слике унутрашњих органа. на крају, отпорни претварачи одлични су за мерење температурних промена што их чини погодним за употребу у аутомобилима као што је праћење температуре мотора.
Све у свему, претварачи служе за многе сврхе и велике и мале и важно је да корисници разумеју како ови уређаји функционишу како би могли да изаберу прави тип за своје потребе. Како технологија буде напредовала, биће све више могућности за људе да искористе побољшане сензоре који се ослањају на технологију претварача, тако да је важно да останете образовани о овом питању!
Ја сам Јоост Нусселдер, оснивач Неаере и продавач садржаја, тата и волим да испробавам нову опрему са гитаром у срцу моје страсти, и заједно са својим тимом, стварам детаљне чланке на блогу од 2020. да помогне верним читаоцима саветима за снимање и гитару.
