Vsebina
- Primeri pretvornikov
- Pojasnjen piezoelektrični učinek
- Piezoelektrični pretvornik proti senzorjem
- Druge skupine primerov pretvornikov
- Uporaba membranskih pretvornikov
- Fizika in aplikacije tlačnega pretvornika
Od mikrofonov na koncertih do pH sond, ki preskušajo kemikalije za zakisanost, boste našli pretvornike v širokem naboru aplikacij. Ime pretvornik se nanaša na vsako napravo, ki mehanske pojave pretvori v električne pojave ali obratno. Zaradi tega se pojavljajo na številnih področjih življenja, od radijskih anten do slušalk.
Primeri pretvornikov
Obstaja veliko načinov za opis različnih aplikacij pretvornikov, ker obstaja toliko načinov, kako jih kategorizirati. Ena splošna metoda, ki kaže, kako se med seboj razlikujejo, je primerjava, kako pretvorniki pretvorijo energijo in jih s tem združujejo.
Primer uporabe pretvorbe pretvornika je temperaturni pretvornik, ki pretvori temperaturo v električni potencial. Ta metoda kategorizacije je koristna, če vam povemo, za kakšen tip pretvornika se uporablja.
Pretvorniki so lahko fotonapetostni, piezoelektrični, kemični, na osnovi vzajemne indukcije, elektromagnetni, fotoprevodniški ali Hallov učinek. The fotovoltaični pretvornik pretvori svetlobo v električno energijo. Piezoelektrični pretvorniki uporabite piezoelektrični učinek za pretvorbo mehanskih napetosti v električno energijo. Kemični pretvorniki pretvori kemijsko energijo v druge oblike energije.
Dajalniki, ki uporabljajo medsebojna indukcija izmerite količino, kot so navor, sila, hitrost, linearni premik, tlak, pospešek ali kakšna druga lastnost in reagirajte s spremembo induktivnost, sposobnost prevodnika, da nasprotuje električnemu toku, ki se uporablja skozi njega.
Elektromagnetni pretvorniki pretvori spremembe magnetnega polja v električno energijo. Fotoprevodniški pretvorniki pretvori sončno svetlobo v električno energijo. Pretvorniki, ki se zanašajo na Hall učinek (proizvodnja napetostne razlike v električnem prevodniku) pretvorijo spremembe v magnetnem polju v električno energijo.
Nekatere od teh vrst pretvornikov imajo svojo uporabo v vsakdanjih aparatih, na primer, kako se v električnih vžigalnikih uporabljajo piezoelektrični pretvorniki, v katerih s pritiskom na gumb vzmetno kladivo udari v piezoelektrični kristal, ki ustvari napetost v iskri vžge plin.
Druge družbe Data Electronics uporabljajo v večjih projektih, kot je največji pretvornik navora na svetu, ki tehta 4,6 tone in meri navora do 10 MNm.
Pojasnjen piezoelektrični učinek
Piezoelektrični učinek lahko najdete v številnih materialih, vendar je pomembno, da jih razlikujemo od senzorjev, ki so ena od njihovih aplikacij v pretvornikih. Piezoelektrični pretvorniki prilegajo material med dvema kovinskima ploščama. Nastavitev ustvarja piezoelektričnost, ko material potisnemo skupaj. To pretvori mehansko silo potiska v električno energijo.
Lahko si mislite na piezoelektrični material, ki ga stisnete skupaj kot baterijo s pozitivnim in negativnim koncem. Tok teče, če v električni tokokrog priključite dve plati baterije.
Mogoče je tudi obratno. Če bi v materialu sprožili električni tok, bi se ta podvrgel mehanskemu stresu, ki je znan kot vzvratni piezoelektrični učinek, v piezoelektričnih senzorjih pa se uporabljata naprej in vzvratni mehanizem.
Piezoelektrični pretvornik proti senzorjem
Piezoelektrični senzorji Od pretvornikov se razlikujejo po tem, da imajo poseben primer piezoelektričnega pretvornika, ki uporablja določeno vrsto sile, pretvorjeno v električno energijo, kar kaže na to, da je prišlo do neke vrste opazovanja. Ko opazujete piezoelektrični učinek v naravi, na primer v naravnih virih trsnega sladkorja, Berlinita in kremena, lahko delujejo kot senzorji biološke sile, ki vam lahko povedo, ali je bila zaradi piezoelektričnega učinka izvedena določena kemijska reakcija.
Podobno lahko piezoelektrični senzorji, ki jih inženirji ustvarijo, zaznajo spremembe tlaka v zvoku za uporabo v mikrofonih, pickupih za električno kitaro, medicinsko slikanje in industrijsko neporušno testiranje. V nasprotju, piezoelektrični pogoni uporabite obratni piezoelektrični učinek, da inducirate mehanski stres kot odgovor na uporabljeni električni tok.
Električni dipolni momenti (ločitev pozitivnih in negativnih nabojev v materialu) od kristalnih rešetkastih struktur v materialih povzročajo piezoelektrični učinek. Ko se materiali stisnejo skupaj, se dipoli vrstijo tako, da lahko teče električni naboj.
Poling, postopek, v katerem se za poravnavo regij dipolov uporablja veliko električno polje, se lahko izvede za nekatere piezoelektrične materiale, da se poveča njihova učinkovitost. Ti piezoelektrični materiali ne bi smeli imeti središča simetrije, če bi se neto polnjenje izklopilo na nič in tok ne bi mogel teči.
Druge skupine primerov pretvornikov
Ker so pretvorniki tako široki z mnogimi aplikacijami, jih lahko razvrstite tudi po drugih metodah. Pretvornike lahko razvrstimo po vrsti količine, ki jo merimo. Obstajajo pretvorniki, ki merijo temperaturo, tlak, premik, silo, pretok in induktivnost.
Termoparovi merijo temperaturo in na njej oddajo določeno električno napetost. Membranski pretvorniks pretvorite spremembe tlaka v majhne spremembe premika diafragme. Uporabljajo material z mikroskopskimi luknjami, ki omogočajo, da voda in hidroksilni ioni ali plini prevažajo med anodo in katodo električne celice.
Uporaba membranskih pretvornikov
Merilniki napetosti, naprave, ki zaznajo majhne spremembe električne upornosti, ko se nanje izvaja mehanska sila, so odličen primer uporabe membranskih pretvornikov. Uporabljajo se v tehtnicah kot natančne metode merjenja mase predmeta ali materialov, nameščenih na njih. Merilniki napetosti zaznajo majhne spremembe velikosti merilnika kot odziv na upor induciranega električnega toka.
Merilniki napetosti so vgrajeni v cikcak na vzorcu, ki zazna spremembe v odpornosti. Merilni faktor predstavlja to občutljivost na spremembe in se lahko izračuna kot sprememba upora, deljena z vrednostjo obremenitve kot δR / δS.
Žica je nominalno krožnega prereza. Ko se na merilnik nalaga napetost, oblika preseka uporovne žice izkrivlja in spreminja območje prečnega prereza. Ker je odpornost žice na enoto dolžine obratno sorazmerna s površino prečnega prereza, se posledično spremeni upor.
Razmerje med vhodom in izhodom deformacijskega merilnika je izraženo z merilnim faktorjem, ki je opredeljen kot sprememba upora δR za dano vrednost deformacije δS, to je merilnega faktorja = δR / δS. Mehanizmi za merilnike napetosti so podobni mehanizmom kot piezoelektrični učinek in kažejo, kako široke so lahko aplikacije v fiziki in inženirstvu za pretvornike.
Medtem ko oba pretvorita mehansko energijo v električno energijo, se piezoelektrični učinek večinoma opira na kemično sestavo materialov, medtem ko merilniki napetosti uporabljajo upor v električnem vezju.
Fizika in aplikacije tlačnega pretvornika
A tlačni pretvornik je še en primer merilnika sonda. Tlačni pretvornik uporablja merilno napravo iz silikona za izračun toka, ki ima ustrezen tlak in premik nivoja vode. Pri teh vrstah pretvornikov 9,8 kPa tlaka korelira z 1 m višine vode.
Tlačni pretvornik običajno uporablja odzračene kable za zmanjšanje vpliva atmosferskih sprememb tlaka poleg digitalnega zapisovalnika podatkov za nenehno oddajanje podatkov, ki ga znanstvenik ali inženir zlahka analizira.
Splošni pretvornik tlaka lahko trpi tudi zaradi zamašitve zaradi železovega hidroksida in drugih materialov, ki nastanejo kot oborine, škode zaradi kislega okolja ali korozije zaradi plina za njihovo uporabo v rudarskih okoljih.