Cosa sono i tipi di trasduttori e le loro applicazioni

Ce ne sono di vari componenti elettrici ed elettronici sono usati per costruire circuiti e progetti per studenti di ingegneria. I componenti sono cacomponenti attivi e passivi, sensori, trasduttori, trasmettitori, ricevitori, moduli (WiFi, Bluetooth, GSM, RFID, GPS) e così via. In generale, il processo di trasduzione implica la conversione di una forma di energia in un'altra forma. Questo processo include principalmente un elemento di rilevamento per rilevare l'energia in ingresso e quindi convertirla in un'altra forma da un elemento di trasduzione. Measurand indica la proprietà, la quantità o lo stato che il trasduttore cerca di tradurre in un'uscita elettrica. Qui, questo articolo discute cos'è un trasduttore, i tipi di trasduttore e le applicazioni del trasduttore.

Che cosa sono i tipi di trasduttore / trasduttore?

Un trasduttore è un dispositivo elettrico che viene utilizzato per convertire una forma di energia in un'altra forma. In generale, questi dispositivi si occupano di diversi tipi di energie come meccanica, energia elettrica , energia luminosa, energia chimica, energia termica, energia acustica, energia elettromagnetica e così via.

Trasduttore

Ad esempio, si consideri un microfono che utilizziamo nella vita quotidiana in telefoni, telefoni cellulari, che converte il suono in segnali elettrici e poi lo amplifica nella gamma preferita. Quindi, altera i segnali elettrici in segnali audio all'o / p dell'altoparlante. Al giorno d'oggi, le lampadine fluorescenti vengono utilizzate per l'illuminazione, trasformano l'energia elettrica in energia luminosa.

Il migliore trasduttore esempi sono altoparlanti, microfoni, posizione, termometri, antenna e sensore di pressione. Allo stesso modo, ci sono diversi tipi di trasduttori utilizzati in progetti elettrici ed elettronici .

Condizioni per i tipi di trasduttore

Di seguito vengono discusse alcune condizioni utilizzate principalmente per valutare i trasduttori.

Gamma dinamica

La gamma dinamica del trasduttore è il rapporto tra il segnale di ampiezza elevata e il segnale di ampiezza minore in modo che il trasduttore possa tradurre in modo efficiente. Quando i trasduttori hanno una gamma dinamica elevata sono più precisi oltre che sensibili.

Ripetibilità

La ripetibilità è la capacità del trasduttore di generare un'uscita uguale una volta stimolato tramite un ingresso simile.

Rumore

L'uscita del trasduttore aggiunge del rumore casuale. Nei trasduttori di tipo elettrico, il rumore aggiunto da questo può essere elettrico a causa dell'azione termica delle cariche all'interno dei circuiti. I segnali piccoli possono essere corrotti dal rumore più dei segnali grandi.

Isteresi

In questa proprietà, l'uscita del trasduttore non dipende solo dal suo ingresso presente, ma dipende anche dal suo ingresso passato. Ad esempio, un attuatore utilizza un treno di ingranaggi che ha una certa reazione, quando la direzione di movimento dell'attuatore si ribalta, allora ci sarà una zona morta prima che l'uscita dell'attuatore si capovolga a causa del gioco tra i denti dell'ingranaggio.

Tipi di trasduttori e sue applicazioni

Esistono diversi tipi di trasduttori come trasduttore di pressione, trasduttore piezoelettrico, trasduttore ultrasonico, trasduttore di temperatura e così via. Parliamo dell'uso di diversi tipi di trasduttori in applicazioni pratiche.

Alcuni tipi di trasduttori come trasduttori attivi e trasduttori passivi si basano sulla necessità o meno di una fonte di alimentazione.

Tipi di trasduttore

Il trasduttore attivo non richiede alcuna fonte di alimentazione per il loro funzionamento. Questi trasduttori funzionano secondo il principio della conversione dell'energia. Generano un segnale elettrico proporzionale all'i / p. Il miglior esempio di questo trasduttore è una termocoppia. Mentre il trasduttore passivo richiede una fonte di alimentazione esterna per il loro funzionamento. Generano un o / p sotto forma di capacità, resistenza. Quindi deve essere convertito in un segnale di tensione o corrente equivalente. Il miglior esempio di trasduttore passivo è una fotocellula.

Trasduttore ultrasonico

La funzione principale del trasduttore a ultrasuoni è convertire i segnali elettrici in onde ultrasoniche. Questo trasduttore può anche essere chiamato trasduttore capacitivo o piezoelettrico.

Trasduttore ultrasonico

Applicazione del trasduttore a ultrasuoni

Questo trasduttore può essere utilizzato per misurare la distanza del suono in base alla riflessione. Questa misurazione si basa su un metodo adeguato rispetto ai metodi rettilinei che utilizzano scale di misurazione diverse. Le aree che sono difficili da trovare, come le aree di pressione, temperature molto elevate, utilizzando metodi convenzionali la misurazione della distanza non è un compito semplice. Quindi, questo sistema di misura basato su trasduttore può essere utilizzato in questo tipo di zona.

Il sistema proposto utilizza 8051 microcontrollori , alimentatori, un modulo trasduttore a ultrasuoni che include trasmettitore e ricevitore, vengono utilizzati blocchi display LCD che sono mostrati nello schema a blocchi sopra.

Qui, se viene rilevato un ostacolo o un oggetto rilevato dal trasduttore ultrasonico, trasmette le onde e viene riflesso dall'oggetto e queste onde vengono ricevute dal trasduttore. Il tempo impiegato da trasduttore per la trasmissione La ricezione delle onde può essere rilevata considerando la velocità del suono. Quindi, in base alla velocità del suono e un microcontrollore preprogrammato viene eseguito in modo tale che la distanza venga misurata e visualizzata su un display LCD. Qui il display è interfacciato con un microcontrollore. Il trasduttore ultrasonico produce onde di frequenza di 40 kHz.

Trasduttore di temperatura

Un trasduttore di temperatura è un dispositivo elettrico che viene utilizzato per convertire la temperatura di un dispositivo in un'altra quantità come energia elettrica o pressione o energia meccanica, quindi la quantità verrà inviata al dispositivo di controllo per il controllo della temperatura del dispositivo.

Applicazione del trasduttore di temperatura

Un trasduttore di temperatura viene utilizzato per misurare la temperatura dell'aria in modo tale da controllare la temperatura di diversi sistemi di controllo come aria condizionata, riscaldamento, ventilazione e così via.

Regolatore di velocità della ventola automatico basato su Arduino che controlla il diagramma a blocchi della temperatura

Consideriamo un esempio pratico di un trasduttore di temperatura che viene utilizzato per controllare la temperatura di qualsiasi dispositivo in base alla necessità per diverse applicazioni industriali. Un regolatore automatico della velocità della ventola basato su Arduino che controlla la temperatura e mostra una misura della temperatura su un file display LCD .

Nel sistema proposto, IC LM35 viene utilizzato come trasduttore di temperatura. Un Scheda Arduino viene utilizzato per controllare le varie funzioni che includono conversione da analogico a digitale e un display LCD che è collegato nella fig.

La temperatura può essere fissata utilizzando impostazioni come INC e DEC per aumentare e diminuire. In base alla temperatura misurata verrà generata una modulazione di larghezza di impulso o / p dal programma di una scheda Arduino. L'output di questo viene utilizzato per controllare la ventola DC attraverso il driver del motore IC.

Trasduttore piezoelettrico

Un trasduttore piezoelettrico è un tipo speciale di sensore e la funzione principale di questo trasduttore è convertire l'energia meccanica in energia elettrica. Allo stesso modo, l'energia elettrica può essere trasformata in energia meccanica.

Trasduttore piezoelettrico

Applicazioni del trasduttore piezoelettrico

• Questo trasduttore viene utilizzato principalmente per rilevare l'impatto dello stick drummer sui drum pad elettronici. E anche usato per rilevare il movimento del muscolo, che può essere chiamato acceleromiografia.
• Il carico del motore può essere determinato calcolando una pressione assoluta diversa, che può essere eseguita utilizzando questi trasduttori come sensore MAP nei sistemi di iniezione del carburante.
• Questo sensore può essere utilizzato come sensore di battito nei sistemi di gestione del motore automobilistico per rilevare i battiti del motore.

Trasduttore di pressione

Un trasduttore di pressione è un tipo speciale di sensore che altera la pressione forzata nei segnali elettrici. Questi trasduttori sono anche chiamati indicatori di pressione, manometri, piezometri, trasmettitori e sensori di pressione .

Applicazione del trasduttore di pressione

Il trasduttore di pressione viene utilizzato per misurare la pressione di una quantità specifica come gas o liquido trasformando la pressione in energia elettrica. I diversi tipi di questi trasduttori come un trasduttore di tensione amplificato, un trasduttore di pressione di base estensimetrico, un trasduttore di pressione in millivolt (mv), un trasduttore di pressione 4-20 mA e un trasduttore di pressione.

Le applicazioni del trasduttore di pressione riguardano principalmente il rilevamento dell'altitudine, il rilevamento della pressione, il rilevamento del livello o della profondità, il rilevamento del flusso e il test di tenuta. Questi trasduttori possono essere utilizzati per generare energia elettrica sotto gli interruttori di velocità sulle autostrade o strade dove la forza dei veicoli può essere convertita in energia elettrica.

Classificazione dei tipi di trasduttori

Esistono diversi metodi per classificare i trasduttori che comprendono ma non limitati alla funzione del trasduttore, struttura altrimenti il ​​verificarsi del loro funzionamento. È estremamente semplice classificare i trasduttori come i trasduttori di ingresso e uscita, ma vengono trattati come semplici convertitori di segnale. La funzione principale del trasduttore di ingresso è misurare quantità da non elettriche a elettriche.

D'altra parte, il funzionamento dei trasduttori o / p è piuttosto opposto perché i loro segnali elettrici sono di ingresso mentre quelli non elettrici sono segnali di uscita come spostamento, forza, pressione, coppia, ecc.
I trasduttori sono classificati in tre tipi in base al loro principio di funzionamento come elettrico, termico e meccanico. I tre metodi seguenti vengono utilizzati per classificare i trasduttori.

• Effetto fisico
• Quantità fisica
• Fonte d'energia
• Principio di trasduzione
• Trasduttore primario e secondario
• Trasduttore analogico e digitale
• Trasduttore e trasduttore inverso

Effetto fisico

La prima classificazione del trasduttore può essere effettuata in base all'effetto fisico. Questa è la prima classificazione del trasduttore che dipende dall'effetto fisico, utilizzato per cambiare la quantità da fisica a elettrica. Ad esempio, la variazione degli elementi in rame all'interno della resistenza sarà proporzionale alla variazione di temperatura. Ecco gli effetti fisici che vengono utilizzati per il cambiamento di resistenza, induttanza, capacità, effetto Hall e effetto piezoelettrico

Quantità fisica

La seconda classificazione del trasduttore può essere effettuata in base alla quantità fisica modificata, ovvero all'uso finale del trasduttore dietro la conversione. Ad esempio, un trasduttore di pressione è un trasduttore che converte la pressione in un segnale elettrico. La classificazione del trasduttore in base alla quantità fisica include quanto segue.

• Trasduttore di flusso come flussometro
• Trasduttore di accelerazione come accelerometro
• Trasduttore di temperatura come una termocoppia
• Trasduttore di livello come tubo di torsione
• Trasduttore di pressione tipo Bourdon Gauge
• Trasduttore di spostamento come trasformatore differenziale variabile lineare (LVDT)
• Trasduttore di forza come un dinamometro

Fonte d'energia

La classificazione del trasduttore in base alla fonte di energia può essere effettuata attraverso due tipi che includono quanto segue.

• Trasduttori attivi
• Trasduttori passivi

Trasduttori attivi

In questo tipo di trasduttori, l'energia in ingresso può essere utilizzata come segnale di controllo durante la trasmissione di energia utilizzando un alimentatore verso l'uscita proporzionale.

Ad esempio, in un trasduttore attivo come un estensimetro, la deformazione può essere modificata in resistenza. Tuttavia, poiché l'energia dell'elemento teso è inferiore, l'energia per l'uscita può essere fornita tramite un alimentatore esterno.

Trasduttori passivi

In questo trasduttore, l'energia in ingresso può essere convertita direttamente in uscita. Ad esempio, un trasduttore passivo come la termocoppia, ovunque l'energia termica possa essere assorbita dall'ingresso può essere modificata in tensione o segnali elettrici.

Principio di trasduzione

La classificazione di un trasduttore può essere effettuata in base al mezzo di trasduzione. Qui il mezzo può essere capacitivo, resistivo o induttivo in base al metodo di conversione secondo il quale il trasduttore di ingresso cambia il segnale di ingresso rispettivamente in resistenza, induttanza e capacità.

Trasduttore primario e secondario

Il trasduttore primario include dispositivi elettrici e meccanici. I dispositivi meccanici sono anche chiamati trasduttori primari, che vengono utilizzati per modificare la quantità i / p fisica in un segnale meccanico. La funzione principale di un secondo trasduttore è quella di cambiare il segnale da meccanico a elettrico. L'ampiezza del segnale o / p dipende principalmente dal segnale meccanico i / p.

Esempio

Il miglior esempio del trasduttore primario e secondario è il tubo di Bourdon perché quindi il tubo funziona come un trasduttore primario per rilevare la forza e trasformarla in una dislocazione dalla sua estremità aperta. La dislocazione delle estremità aperte sposta il centro dell'LVDT. Il movimento centrale può indurre la tensione di uscita che è relativa direttamente alla dislocazione dell'estremità aperta del tubo.

Pertanto, i due tipi di trasduzione avvengono all'interno del tubo. In primo luogo, la forza può essere modificata in una dislocazione e successivamente viene modificata in tensione utilizzando LVDT. Il tubo Bourdon è il trasduttore principale mentre l'LVDT è il trasduttore secondario.

Trasduttore analogico e digitale

La classificazione di un trasduttore può essere effettuata in base ai loro segnali di uscita che sono continui altrimenti discreti.

La funzione principale del trasduttore analogico è quella di modificare la quantità di ingresso in una funzione costante. I migliori esempi di trasduttore analogico sono LVDT, termocoppia, estensimetro e termistore. I trasduttori digitali vengono utilizzati per modificare la quantità di un ingresso in un segnale digitale che funziona a bassa o alta potenza.

Un trasduttore digitale viene utilizzato per misurare quantità fisiche per trasmettere i dati come segnali digitali codificati piuttosto che come tensioni o correnti che cambiano continuamente. I tipi di trasduttori digitali sono Shaft Encoder, Resolver Digitali, Tachimetri digitali, Sensori ad effetto Hall e Interruttori di fine corsa

Trasduttore e trasduttori inversi

Trasduttore - Il dispositivo che converte la quantità non elettrica in una quantità elettrica è noto come trasduttore.

Trasduttore inverso - Il trasduttore che converte la quantità elettrica in una quantità fisica, tale tipo di trasduttori è noto come trasduttore inverso. Il trasduttore ha un ingresso elettrico elevato e un'uscita non elettrica bassa.

Trasduttore estensimetrico

La funzione principale del trasduttore estensimetrico è convertire elettricamente le grandezze fisiche. Funzionano modificando le quantità fisiche in pressione meccanica all'interno di un componente noto come elemento di rilevamento e successivamente convertono la sollecitazione elettricamente utilizzando un estensimetro.

Estensimetro

La struttura dell'elemento sensibile, così come l'estensimetro, è progettata in modo ottimale per fornire prodotti di maneggevolezza e precisione superiore. Questi trasduttori sono classificati generalmente in base alla loro applicazione a tipi di costruzione / ingegneria civile o tipi generali. Alcuni dei trasduttori di tipo generico sono utilizzati nel campo dell'edilizia o dell'ingegneria civile. I tipi di trasduttori estensimetrici sono Wire Strain Gauge, Foil Strain Gauge e Semiconductor Strain Gauge.

Trasduttore induttivo

Il trasduttore induttivo funziona secondo il principio del cambiamento di induttanza a causa di una trasformazione apprezzabile all'interno della quantità da misurare. Ad esempio, LVDT è un trasduttore di tipo induttivo, utilizzato per misurare lo spostamento come la disparità di tensione tra le sue due tensioni secondarie. Queste tensioni sono il risultato dell'induzione a causa del cambiamento di flusso all'interno della bobina secondaria dalla dislocazione della barra di ferro. I tipi di trasduttore induttivo sono Induttanza semplice e Induttanza reciproca a due bobine.

Trasduttore induttivo

Caratteristiche dei tipi di trasduttore

Di seguito vengono fornite le caratteristiche di un trasduttore determinate esaminando la risposta o / p di un trasduttore a una varietà di segnali i / p. Le condizioni di prova creano condizioni operative definite il più fedele possibile. I metodi di statistica computazionale e standard possono essere applicati ai dati di prova.

Le caratteristiche del trasduttore giocano un ruolo chiave nella scelta del trasduttore appropriato, soprattutto per un progetto specifico. Quindi conoscere le sue caratteristiche è essenziale per una selezione adeguata. Quindi le caratteristiche del trasduttore sono classificate in due tipi come statico e dinamico.

• Precisione
• Risoluzione
• Sensibilità
• Deriva
• Linearità
• Conformità
• Span
• Isteresi
• Distorsione
• Rumore
• Linearità
• Sensibilità
• Risoluzione
• Soglia
• Span & Range
• Precisione
• Stabilità
• Deriva
• Ripetibilità
• Reattività
• Soglia
• Impedenze di ingresso e O / P

Caratteristiche statiche

Le caratteristiche statiche del trasduttore sono un insieme di criteri di azione riconosciuti durante la calibrazione statica, il che significa la spiegazione del valore di misura attraverso il mantenimento fondamentalmente delle grandezze calcolate perché i valori costanti cambiano molto lentamente.

Per gli strumenti è possibile definire l'insieme dei criteri per calcolare le quantità che cambiano gradualmente nel tempo altrimenti per lo più costanti che non differiscono nel tempo sono note come caratteristiche statiche. Le caratteristiche includono quanto segue.

Caratteristiche dinamiche

Le caratteristiche dinamiche del trasduttore si riferiscono alle sue prestazioni una volta che la capacità misurata è una funzione del tempo che cambia rapidamente rispetto al tempo. Una volta che queste caratteristiche dipendono dalle prestazioni del trasduttore, la quantità misurata è sostanzialmente stabile.

Quindi queste caratteristiche si basano su ingressi dinamici perché dipendono dai propri parametri e dal carattere del segnale di ingresso. Le caratteristiche dinamiche del trasduttore includono quanto segue.

• Fedeltà
• Velocità di risposta
• Larghezza di banda
• Errore dinamico

In generale, entrambe le caratteristiche di un trasduttore come statico e dinamico verificheranno le sue prestazioni e specificheranno l'efficienza con cui può riconoscere i segnali di ingresso preferiti e rifiutare gli ingressi non necessari.

Tipi di trasduttori Applicazioni

Le applicazioni dei tipi di trasduttori sono discusse di seguito.

• I tipi di trasduttore sono utilizzati in applicazioni elettromagnetiche come antenne, cartucce magnetiche, sensori ad effetto hall, testine di lettura e scrittura su disco.
• I tipi di trasduttori sono utilizzati in applicazioni elettromeccaniche come accelerometri, LVDT, galvanometri, sensori di pressione, celle di carico, MEMS, potenziometri, sensori di flusso d'aria, motori lineari e rotativi.
• I tipi di trasduttore sono utilizzati in applicazioni elettrochimiche come sensori di ossigeno, sensori di idrogeno, misuratori di pH,
• I tipi di trasduttori sono utilizzati in applicazioni elettroacustiche come altoparlanti, cristalli piezoelettrici, microfoni, ricetrasmettitori a ultrasuoni, sonar, ecc.
• I tipi di trasduttori sono utilizzati in applicazioni fotoelettriche come LED, fotodiodi, diodi laser, celle fotoelettriche, LDR, lampade fluorescenti, a incandescenza e fototransistor
• I tipi di trasduttore sono utilizzati in applicazioni termoelettriche come termistori, termocoppie, rilevatori di temperatura a resistenza (RTD)
• I tipi di trasduttori sono utilizzati in applicazioni radioacustiche come Geiger-Muller Tube, trasmettitori e ricevitori radio

Quindi, questo è tutto diversi tipi di trasduttori utilizzato in diversi progetti elettrici ed elettronici . Sei affascinato daimplementare progetti utilizzando trasduttori? Quindi, dai i tuoi suggerimenti commentando nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te, qual è la funzione principale del trasduttore?