Conţinut
- Exemple de traductor
- Efect piezoelectric explicat
- Traductor piezoelectric vs. diferențe de senzor
- Alte grupări de exemple de traductor
- Aplicarea traductoarelor cu diafragmă
- Fizică și aplicații ale traductorului de presiune
De la microfoane la concerte până la sondele de pH care testează aciditatea, veți găsi traductoare într-o gamă largă de aplicații. Numele traductor se referă la orice dispozitiv care transformă fenomenele mecanice în fenomene electrice sau invers. Acest lucru îi face să apară în multe domenii ale vieții, de la antene radio la căști.
Exemple de traductor
Există multe modalități de a descrie diferitele aplicații ale traductoarelor, deoarece există atât de multe modalități de clasificare a acestora. O metodă generală care arată cum diferă unele de altele este de a compara modul în care traductoarele transformă energia și le grupează prin aceasta.
Un exemplu de aplicare a conversiei traductorului este un traductor de temperatură care transformă temperatura într-un potențial electric. Această metodă de clasificare este utilă pentru a vă informa despre ce tip de traductor este folosit.
Traductoarele pot fi fotovoltaice, piezoelectrice, chimice, bazate pe inducție reciprocă, electromagnetice, bazate pe fotoconductor sau pe bază de efecte Hall. traductor fotovoltaic transformă lumina în energie electrică. Traductoare piezoelectrice utilizați efectul piezoelectric pentru a converti tensiunea mecanică în energie electrică. Traductoare chimice transforma energia chimică în alte forme de energie.
Traductoare care folosesc inducție reciprocă măsurați o cantitate cum ar fi cuplul, forța, viteza, deplasarea liniară, presiunea, accelerația sau o altă proprietate și reacționați cu o schimbare în inductanţă, capacitatea unui conductor de a se opune unui curent electric aplicat prin el.
Traductoare electromagnetice transformați modificările câmpului magnetic în energie electrică. Traductoare fotoconductive transforma lumina soarelui în energie electrică. Traductoare care se bazează pe efectul de hol (producerea unei diferențe de tensiune peste un conductor electric) transforma modificările câmpului magnetic în energie electrică.
Unele dintre aceste tipuri de traductoare au aplicațiile lor în aparatele de zi cu zi, cum ar fi modul în care se folosesc traductoare piezoelectrice la brichetele electrice în care, atunci când apăsați butonul său, un ciocan încărcat cu arc izbește un cristal piezoelectric care creează o tensiune peste o distanță de scânteie la aprinde gaz.
Altele sunt utilizate în proiecte la scară mai mare, precum cel mai mare traductor de cuplu din lume, care cântărește 4,6 tone și cuplu de măsurare de până la 10 MNm, de Datum Electronics.
Efect piezoelectric explicat
Puteți găsi efectul piezoelectric în multe materiale, dar este important să le diferențiați de senzori, una dintre aplicațiile lor în traductoare. Traductoarele piezoelectrice se potrivesc cu material între două plăci metalice. Setarea generează piezoelectricitate atunci când materialul este împins împreună. Aceasta transformă forța mecanică a împingerii în electricitate.
Vă puteți gândi la materialul piezoelectric care este presat împreună ca o baterie cu capăt pozitiv și capăt negativ. Curentul curge dacă conectați cele două fețe ale bateriei într-un circuit electric.
Inversul este posibil și el. Dacă ați provoca un curent electric în material, acesta va suferi o tensiune mecanică împingându-se laolaltă, cunoscut sub numele de efect piezoelectric invers, iar mecanismele de avans și invers sunt utilizate în senzorii piezoelectrici.
Traductor piezoelectric vs. diferențe de senzor
Senzori piezoelectrici diferă de traductoarele prin faptul că sunt un exemplu specific de traductor piezoelectric care utilizează un anumit tip de forță transformată într-o energie electrică care indică un fel de observație. Când observați efectul piezoelectric în natură, cum ar fi în surse naturale de zahăr din trestie, Berlinite și cuarț, acestea pot acționa ca senzori de forță biologică care vă pot spune dacă o anumită reacție chimică a fost făcută ca urmare a efectului piezoelectric.
În mod similar, senzorii piezoelectrici creați de ingineri pot detecta variații de presiune a sunetului pentru utilizare în microfoane, pick-up-uri pentru chitară electrică, imagistică medicală și teste nedistructive industriale. În contrast, actuatoare piezoelectrice folosiți efectul piezoelectric invers pentru a induce o tensiune mecanică ca răspuns la un curent electric aplicat.
Momentele dipolelor electrice (separarea încărcărilor pozitive și negative într-un material) de structurile de zăbrele de cristal din materiale determină efectul piezoelectric. Pe măsură ce materialele sunt presate împreună, dipolii se aliniază astfel încât să poată curge încărcarea electrică.
Polingul, un proces în care un câmp electric mare este utilizat pentru alinierea regiunilor dipolilor înșiși, poate fi realizat la unele materiale piezoelectrice pentru a crește eficiența acestora. Aceste materiale piezoelectrice nu trebuie să aibă niciun centru de simetrie, deoarece, în cazul în care s-ar întâmpla, încărcarea netă s-ar anula la zero, iar curentul nu ar putea curge.
Alte grupări de exemple de traductor
Deoarece traductoarele sunt atât de largi cu multe aplicații, le puteți grupa și prin alte metode. Traductoarele pot fi sortate în funcție de tipul de cantitate pe care îl măsoară. Există traductoare care măsoară temperatura, presiunea, deplasarea, forța, debitul și inductanța.
Termoparele măsoară temperatura și produc o tensiune electrică specifică pe baza acesteia. Traductor cu diafragmăs transforma schimbările de presiune în mici schimbări în deplasarea unei diafragme. Acestea folosesc un material cu găuri microscopice care lasă apă și ioni de hidroxil sau gaze să se transporte între anod și catodul unei celule electrice.
Aplicarea traductoarelor cu diafragmă
Calibrele, dispozitivele care detectează modificări minime ale rezistenței electrice atunci când li se aplică o forță mecanică, sunt un exemplu excelent de aplicare a traductoarelor cu diafragmă. Sunt folosite în balanțe ca metode precise de măsurare a masei unui obiect sau a materialelor plasate pe ele. Manometrele detectează mici modificări ale mărimii gabaritului ca răspuns la o rezistență a unui curent electric indus.
Manometrele sunt construite într-un model zig-zag pe un suport care detectează modificări ale rezistenței. Factorul gabaritului reprezintă această sensibilitate la schimbare și poate fi calculată ca variația de rezistență divizată la valoarea tulpinii ca δR / δS.
Firul este nominal de secțiune circulară. Pe măsură ce tulpina este aplicată pe ecartament, forma secțiunii transversale a firului de rezistență se deformează, schimbând zona secțiunii transversale. Deoarece rezistența sârmei pe unitatea de lungime este invers proporțională cu aria secțiunii transversale, există o schimbare consecventă a rezistenței.
Relația de intrare-ieșire a unui contor de măsurare este exprimată prin factorul de măsurare, care este definit ca modificarea rezistenței δR pentru o valoare dată de tulpină δS, adică factorul de măsurare = δR / δS. Mecanismele din spatele manometrului, deși sunt similare cu cele ale efectului piezoelectric, arată cât de largi pot fi aplicațiile în fizică și inginerie pentru traductoare.
În timp ce ambele convertesc energia mecanică în energie electrică, efectul piezoelectric se bazează în mare parte pe compoziția chimică a materialelor, în timp ce manometrul folosește rezistența într-un circuit electric.
Fizică și aplicații ale traductorului de presiune
A traductor de presiune este un alt exemplu de traductor de manometru. Un traductor de presiune folosește un manometru de siliciu pentru a calcula curentul care are o presiune corespunzătoare și deplasarea nivelului apei. Pentru aceste tipuri de traductoare, 9,8 kPa de presiune se corelează cu 1 m înălțime de apă.
Un traductor de presiune folosește de obicei cabluri ventilate pentru a reduce influența schimbărilor atmosferice ale presiunii alături de un registrator de date digital pentru o ieșire continuă de date pe care un om de știință sau un inginer le poate analiza cu ușurință.
Un traductor de presiune generală poate suferi, de asemenea, de colmatarea ca urmare a hidroxidului de fier și a altor materiale care se formează ca precipitate, deteriorarea mediilor acide sau coroziunea datorată gazului pentru utilizarea lor în mediile miniere.