Transducers, modern ölçüm ve kontrol sistemlerinde temel bileşenlerdir, bir enerji biçimini başka bir şekilde dönüştürmek - çoğu zaman fiziksel bir miktar elektrik sinyaline dönüştürmektir. Endüstri otomasyonlarından tıbbi tanıya, transducers doğru algılama ve veri satın alma sağlar. Bu makale, aktif transdüser ve pasif transdüserlerin ve pasif transdüserlerin iki kategoriye geniş ölçüde sınıflandırılmasını sağlar.

Aktif Transducers Nedir?

Aktif transdüserler, dışsal bir güç kaynağı gerektirmeden doğrudan fiziksel uyaranlardan elektrik sinyali üretirler.Tükleer enerji dönüşüm fenomenlerine dayanarak, örneğin, lazoelektrik etkisi, termoelektrik etkisi veya fotovoltaik etkisi gibi çalışırlar. Çünkü kendi elektrik çıktılarını üretirler, aktif transdüserler genellikle kendi kendini üreten sensörler olarak tanımlanırlar.

Çalışma Prensibi

Aktif bir transdüserin özü, elektrik olmayan enerji (mekanik, termal, radiant) elektrik enerjisine dönüştürür. Örneğin, bir pastazoelektrik kristali mekanik olarak vurgulandığında bir gerilim yaratır. Benzer şekilde, bir termo çift iki disimiler arasındaki sıcaklık farkı ile orantılı olarak azalır.

Yaygın örnekler

  • [FONT:0)Piezoelektrik hızlayıcısı: Titreşimi dönüştürmek veya elektriksel bir şarja hız vermek için bir pastazoelektrik kristalini kullanın.
  • [FONT:0]Thermo çift:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir gerilim üreten iki farklı metalin bir parçası (bakım etkisi) yüksek sıcaklık endüstriyel süreçler ve laboratuvar ölçümlerinde Popüler.
  • [FONT:0)Fotoğrafvoltaik hücre (solar hücre): ) Işık enerjisini doğrudan güneş sensörleri ve güneş enerjisi hasatında kullanılan ışık enerjisine dönüştürür.
  • [FONT:0]Tachogenerator: [Dönetici: [Dönder: 1] Motorlar için hız geri bildirim döngüsünde kullanılan küçük bir DC jeneratörü.

Anahtar Özellikler

  • [FONT:0) Hiçbir dış güç gerekli değildir:[Dönetici:[Dönetici:0) Transducer'in kendisi uzaktan veya batarya destekli uygulamalarda avantajlı olabilecek bir güç kaynağı olarak hareket eder.
  • [FONT:0) Yüksek çıktı engellendi:[Dönetici:[Dönetici:0) Birçok aktif transdüser, özellikle de pastazoelektrik türleri, dikkatli sinyal doğrulama gerektiren (örneğin, şarj yükselticileri) yükleme etkilerini önlemek için.
  • [FONT:0]Limited lineer aralığı:[Döneticiler, geniş bir aralıkta doğrusal olmayan davranışlar sergileyemez. Kalibrasyon veya lineerizasyon devreleri gerekebilir.
  • [FONT:0) Çevre faktörlerine duyarlılık: Sıcaklık değişiklikleri termo çiftlerinin üretimini etkileyebilir ve lazoelektrik sensörleri nem ve statik suçlamaların hassastır.

Avantajları Avantajları Avantajları Avantajları

  • Bazı durumlarda Basit kablolama ( dış güç hatları değil).
  • Genellikle ölçül miktardaki küçük değişikliklere doğal olarak yüksek hassasiyet sağlar.
  • Dış gücün güvenlik endişesi olabileceği tehlikeli ortamlarda kullanılabilir.

Disadvantages

  • Çıktı sinyalleri çok küçük (mikrovolt veya resimoCoulombs) olabilir, hassas ölçüm elektroniklerini gerektiren.
  • Birçok aktif transdüser statik miktarları ölçemez (örneğin, sabit ivme) çünkü üretilen sinyal sızıntıları sızıntı yollarından dolayı çürütebilir.
  • Özel malzemeler ve üretim süreçleri nedeniyle daha yüksek maliyet.

Pasif Transducers Nedir?

Pasif transdüserler kendi başlarına bir elektrik sinyali üretmiyorlar. Bunun yerine, sabit bir gerilim veya mevcut değişiklikler gibi, bir ölçüm devresine veya mevcut bir değişiklikle - bir ölçülebilir çıkış için, bu transdüserler işletilmelidir.

Çalışma Prensibi

Pasif transdüserler bir elektrik parametresini değiştirmek için güveniyor: Parametrenin varyasyonu ve genel ölçümdeki basıncı çevirmek, sadece transdüserin kendisi ile değil, dışsal eksasyon ve sinyal devrelerinin stabilitesine de bağlıdır.

Yaygın örnekler

  • [FONT:0)Resist sıcaklık dedektörleri (RTD): ), Direnç sıcaklıkla tahmin edilebilir bir şekilde artış gösteren bir platin teli. Yüksek derecede doğru ve çok geniş bir aralıkta istikrarlı.
  • [FONT=0)Strain ölçüm:[Dönetici: [Dönetici:0] Bir metalik folyo, baskı ve tork ölçümü için kullanılan direnç değişiklikleri.
  • [FONT:0)Kaçık nem sensörü: [Dönetici: [Dönetici: 1) Su buharını absorbe eden ve sübvansiyonist hava istasyonlarında ortak.
  • [FONT:0)Linear değişken diferansiyel dönüştürücü (LVDT): [DFLT:1), temel yerinden edilmeleri için diferansiyel AC çıktı üreten bir transdüser. Yüksek derecede sağlam ve endüstriyel algıda kullanılır.
  • [FONT:0)Thermistor:[Dönetici:[Dönetici:0) Güçlü bir direnç katsayısı ile yarı iletken bir malzeme. NTC (negative sıcaklık kat) ve PP türleri.

Anahtar Özellikler

  • [FONT:0]Requires dışsal güç:[Dönder:[Dönder: 0,4] Eski baskı gerilimi veya mevcut hataları tanıtmak için stabil ve temiz olmalıdır. Örneğin, bir Buğday taşı köprünün düzenleme ihtiyacı vardır.
  • [FONT:0] Düşük çıkışlar engellenebilir:[DDD) Birçok pasif transdüser (örneğin, RTDs, sulu ölçümler) özel bir uyumsuz standart yükselteçlerle kolayca arayüzlenebilir.
  • [FONT:0) Statik miktarları ölçebilir:[Dönetici: 0,4][/FONT=0) Elektrik mülkünün sabit olduğu sürece sabit kalır, pasif transdüserler statik veya yavaş çeşitli ölçümler için iyi uygundur.
  • [FONT:0) Direnç liderlik etmek için algılanabilir: Optik devreye bağlanan uzun teller, özellikle dirençli sensörlerde ek direnişi sunabilir. Three-wire veya dört-tel konfigürasyonları genellikle telafi etmek için kullanılır.

Avantajları Avantajları Avantajları Avantajları

  • Daha düşük maliyet, özellikle RTDs ve yayıncılar gibi yüksek hacimli uygulamalar için birçok aktif transdüser ile karşılaştırıldı.
  • Geniş malzeme ve konfigürasyonlar, belirli aralıklar ve ortamlar için optimizasyon sağlar.
  • Mükemmel istikrar ve tekrarlanabilirlik, özellikle asil metallerden inşa edildiğinde (örneğin platin).
  • Aktif transdüserlerin sık sık sık olamayacağı statik ve kusi-statik miktarları ölçebilir.

Disadvantages

  • Dış güç ve ilişkili devreler, artan sistem karmaşıklığı ve güç tüketimi gerektirir.
  • Self- ısıtma bir problem olabilir: Dirençli bir sensör aracılığıyla geçen eski uygulama, ölçümden vazgeçebilecek ısıyı yaratır, özellikle sıcaklık sensörlerinde.
  • Genellikle küçük değişiklikler için aktif transdüserlerden daha az hassas; daha sofistike amplifikasyon ve gürültü azaltma gerektirir.
  • Dikkatli liderlik tel tazminatı ve köprü dengelemesi için ihtiyaç tasarım çabasını artırabilir.

Aktif ve Pasif Transducers arasındaki anahtar farklar

Her iki tip fiziksel fenomenleri elektrik sinyallerine dönüştürmek için hizmet ederken, işletim ilkeleri temel olarak farklı sistem mimarilerine yol açıyor. Aşağıdaki bölümler onları birkaç kritik boyutta karşılaştırıyor.

Güç Gerekliliği

En belirgin ayrım, dış elektrik gücünün gerekli olup olmadığıdır. Aktif transducers, kendi baskı enerjilerini measurand'dan üretmek için mevcut olan bir LVDT'ye ihtiyaç duyar. Örneğin, bir pastazoelektrik basıncı sensörü, her türin konuşabileceği genel sistemin gücünü belirler. Pasif transducerslar dış kaynak tarafından yönlendirilmelidir: bir RTD'nin bir gerilim düşüşü yaratması gerekir ve LVDT AC excitation voltajı gerektirir.

Çıkış Signal Nature

Aktif transdüserler, bir elektrik parametresini doğrudan doğruya iletiyor veya şarj ediyor.Bu dönüşüm genellikle küçük (daha fazla çift mikro volt üretiyor) ve yükleme ile etkilenebilir. Pasif transducers, aksine, bir elektrik parametresini değiştirmek; ölçüm devresi bu parametreyi bir gerilime veya mevcut haline getirmeli.

Hassasiyet ve Karar

Aktif transdüserler son derece yüksek hassasiyet elde edebilir. Bir pastazoelektrik hızlayıcısı, mikro-g'in siparişinde dakika titreşimlerini tespit edebilir. Pasif transducers gibi geçiş ölçümleri, küçük direnç değişiklikleri çözme için dikkatli köprü tasarımı gerektirir (toplamda küçük ölçümler için) ancak, pasif transducers genellikle daha iyi temel stabilite ve daha düşük gürültüye sahiptir.

Ölçme Aralığı ve Linearity

Birçok aktif transdüser sınırlı doğrusal dinamik aralığına sahiptir. Piezoelektrik sensörleri doğal olarak AC-çiftlidir, yani sürekli güçlerden uzak duramazlar. Pasif transducers, özellikle de dirençli ve endüktif türleri, DC'den yüzlerce Hz.Öyle geniş bir lineer aralığı kaplayabilirler. Örneğin, bir LVDT, mikrons'tan on santimetreye kadar mükemmel lineerliğe kadar uzaklığı ölçemezler.

Çevre Robustness

Pasif transdüserler sert ortamlarda daha sağlam olma eğilimindedir. Strain ölçümleri krigenik sıcaklıklarda çalışabilir ve yüksek basınçlarda RTD'ler uygun heathing ile kimyasal maruz kalır. Aktif transdüsers gibi termo çiftler de yüksek sıcaklıklara dayanabilir, ancak pastazoelektrik kristalleri yüksek sıcaklıklarda depolanabilir, duyarlılıklarını kaybedebilir. Genel olarak, pasif transducers aşırı koşullar için daha fazla esneklik sunar - her iki tip uygun paketleme gerektirir.

Maliyet ve Kompleksi

Aktif transdüserler genellikle ünite başına daha pahalı çünkü uzmanlaşmış malzemeler (örneğin, yarı iletken kristaller, özel metal alaşımlar) kullanıyor. Aktif transdüserler için sinyal Klima - yüksek hacimli uygulamalar için şarj yükselteçleri gibi, pasif transdüserler genellikle daha düşük bir mülk maliyeti sağlıyor.

Tipik Uygulamaları Tipik Uygulamaları

  • [FONT:0]Active transducers: Titreşim izleme, motor algılama, ultrason görüntüleme, pirometri, ışık algılama (fotofotometri), enerji hasat.
  • [FONT:0] Pasif transducers:[DD, thermistor), basınç algılama (strain ölçüm), pozisyon algılama (potansiyel) LVDT), nem algılama (kapı)

Aktif ve Pasif Transducers arasında nasıl seçilir

Seçme, ölçüm görevinin belirli kısıtlamalarına yollanmalıdır:

  • [FONT:0)Power kullanılabilirlik:[Dönetici:[Dönetici:0) Sensör, bir telli güç kaynağı olmadan uzaktan bir yerde çalışmalıdırsa, aktif bir transducer (veya enerji hasat ile pasif bir tane) tercih edilebilir.
  • [FONT:0] Beni sigorta ve: Dinamik, yüksek frekanslı olaylar için, pastazoelektrikli hızlar gibi aktif transdüserler için iyi uygundur.
  • [FONT:0)Environmental koşullar:[DÜT:1] Extreme sıcaklıklar, kororatif atmosferler veya yüksek radyasyon diğer bir türe destek olabilir. Platinum RTDs 850 °C'ye kadar iyi performans gösterirken, termo çiftleri 2000 °C'yi aşabilir.
  • [FONT=0)Accuracy and sensitive:[Dönlüm 1] mutlak doğruluk, platin RTD gibi pasif transdüserler standartların mükemmel bir istikrar ve izlenebilirliğini sağlar.
  • [FONT:0)Budget:[Dönetici: [Döneticileri ile hassas projeler için], pasif transdüserler (daha öncetörler, su geçirmez ölçümler) genellikle ekonomik seçimdir. Aktif transdüserler, kendi benzersiz yeteneklerinin maliyeti haklı çıkarır.

Gerçek Dünya Dikkatleri: İşaret Durum ve Interface

Transducer izolasyonda çalışmaz. Hem aktif hem de pasif tipler, düşük yanlı sistemler için dikkatli bir şekilde sorgulayıcılar gerekir. Aktif transducers için, kaynak aramalarında yüksek oranlı yükseltici ve düşük önyargılı amplifatörler için çok yüksek çözünürlükte kullanılır. Şarj yükselticileri, üç-motorlu bağlantı noktaları için standarttır.In pasif transducers, ek olarak yükleme kaynağının yüklenmesi gerekir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Aktif ve pasif transdüserler fiziksel ölçüm için iki tamamlayıcı yaklaşım temsil eder. Aktif transducers kendi kendine ait bir elektrik sinyalini ölçülebilir ve dinamik olaylar için basitlik ve yüksek hassasiyet sunar. Pasif transducers bir elektrik özelliği değiştirir ve dışsal baskı sağlar, sağlam ve istikrarlı statik miktarların geniş aralıkları üzerindeki ölçümlerini gerektirir. aralarındaki seçim, güç, hassasiyet, ölçüm aralığı, çevresel tolerans ve maliyetle ilerlemelere bağlıdır.Bu faktörleri dikkatle değerlendirerek, mühendisler, belirli uygulamadaki en uygun transdüser türünü seçebilirler - her ikisine demiğe bağlı olarak, mikro-enerji sınıfları etkileyen teknolojilerle doğru ilerlemelere ve teknolojiyi doğru bir şekilde kontrol etmeye devam eder.

Transducer temelleri ve uygulamaları hakkında daha fazla okuma için, [[Dönetici:0)Doğasal Aletler (Dönetici:2)Omega Mühendisliğinin termo çift rehberi) ve Kjær’in glikatometresi)).