Inhoud
- Transducer voorbeelden
- Piëzo-elektrisch effect verklaard
- Piëzo-transducer versus sensorverschillen
- Andere groeperingen van transducervoorbeelden
- Toepassing van membraantransducers
- Fysica en toepassingen van drukomvormers
Van de microfoons tijdens concerten tot pH-sondes die chemicaliën op zuurgraad testen, u vindt transducers in een breed scala aan toepassingen. De naam omzetter verwijst naar elk apparaat dat mechanische fenomenen omzet in elektrische fenomenen of vice versa. Hierdoor duiken ze op in veel gebieden van het leven, van radio-antennes tot oortelefoons.
Transducer voorbeelden
Er zijn veel manieren om de verschillende toepassingen van transducers te beschrijven, omdat er zoveel manieren zijn om ze te categoriseren. Een algemene methode die laat zien hoe ze van elkaar verschillen, is om te vergelijken hoe transducers energie omzetten en ze hiermee groeperen.
Een voorbeeldtoepassing van omzetteromzetting is een temperatuuromzetter die temperatuur omzet in een elektrisch potentiaal. Deze categorisatiemethode is nuttig om u te vertellen waarvoor een soort transducer wordt gebruikt.
Transducers kunnen fotovoltaïsche, piëzo-elektrische, chemische, op wederzijdse inductie gebaseerde, elektromagnetische, fotogeleider-gebaseerde of Hall-effect gebaseerde zijn. De fotovoltaïsche transducer zet licht om in elektrische energie. Piëzo-elektrische transducers gebruik het piëzo-elektrische effect om mechanische stress om te zetten in elektrische energie. Chemische transducers chemische energie omzetten in andere vormen van energie.
Transducers die gebruiken wederzijdse inductie meet een hoeveelheid zoals koppel, kracht, snelheid, lineaire verplaatsing, druk, versnelling of een andere eigenschap en reageer met een verandering in inductie, het vermogen van een geleider om zich te verzetten tegen een elektrische stroom die erdoor wordt aangelegd.
Elektromagnetische transducers veranderingen in magnetisch veld omzetten in elektrische energie. Fotogeleidende transducers zet zonlicht om in elektrische energie. Transducers die vertrouwen op de Hall-effect (de productie van een spanningsverschil over een elektrische geleider) zetten veranderingen in magnetisch veld om in elektrische energie.
Sommige van deze soorten transducers hebben hun toepassingen in alledaagse apparaten, zoals hoe piëzo-elektrische transducers worden gebruikt in elektrische sigarettenaanstekers waarin, wanneer u op de knop drukt, een hamer met veerwerking een piëzo-elektrisch kristal raakt dat een spanning over een vonkopening creëert om ontsteek gas.
Anderen worden gebruikt in meer grootschalige projecten zoals de grootste koppelomvormer ter wereld, met een gewicht van 4,6 ton en meetmomenten tot 10MNm, door Datum Electronics.
Piëzo-elektrisch effect verklaard
Je kunt het piëzo-elektrische effect in veel materialen vinden, maar het is belangrijk om ze te onderscheiden van sensoren, een van hun toepassingen in transducers. Piëzo-elektrische transducers passen materiaal tussen twee metalen platen. De opstelling genereert piëzo-elektriciteit wanneer het materiaal tegen elkaar wordt gedrukt. Dit zet de mechanische kracht van de duw om in elektriciteit.
Je kunt denken aan het piëzo-elektrische materiaal dat tegen elkaar wordt gedrukt als een batterij met een positief en een negatief uiteinde. De stroom vloeit als u de twee vlakken van de batterij in een elektrisch circuit verbindt.
Het omgekeerde is ook mogelijk. Als u een elektrische stroom over het materiaal zou induceren, zou het een mechanische spanning ondergaan die zichzelf samendrukt, bekend als het omgekeerde piëzo-elektrische effect, en zowel de voorwaartse als de omgekeerde mechanismen worden gebruikt in piëzo-elektrische sensoren.
Piëzo-transducer versus sensorverschillen
Piëzo-sensoren verschillen van transducers in die zin dat ze een specifiek voorbeeld zijn van piëzo-elektrische transducers die een bepaald type kracht gebruiken omgezet in een elektrische energie die aangeeft dat er een soort observatie heeft plaatsgevonden. Wanneer u het piëzo-elektrische effect in de natuur waarneemt, zoals in natuurlijke bronnen van rietsuiker, Berlinite en kwarts, kunnen ze fungeren als biologische krachtsensoren die u kunnen vertellen of een bepaalde chemische reactie is uitgevoerd als gevolg van het piëzo-elektrische effect.
Evenzo kunnen piëzo-elektrische sensoren die ingenieurs maken, drukvariaties in geluid detecteren voor gebruik in microfoons, pickups voor elektrische gitaar, medische beeldvorming en industriële niet-destructieve testen. In tegenstelling tot, piëzo-elektrische aandrijvingen gebruik het omgekeerde piëzo-elektrische effect om een mechanische spanning te induceren in reactie op een toegepaste elektrische stroom.
Elektrische dipoolmomenten (de scheiding van positieve en negatieve ladingen in een materiaal) van de kristalroosterstructuren in materialen, veroorzaken het piëzo-elektrische effect. Terwijl de materialen tegen elkaar worden gedrukt, worden dipolen zodanig opgesteld dat elektrische lading kan stromen.
Poling, een proces waarbij een groot elektrisch veld wordt gebruikt om de dipoolgebieden zelf uit te lijnen, kan met sommige piëzo-elektrische materialen worden uitgevoerd om hun efficiëntie te verhogen. Deze piëzo-elektrische materialen hoeven geen symmetriecentrum te hebben, omdat, als ze dat deden, de netto lading tot nul zou opheffen en de stroom niet kon stromen.
Andere groeperingen van transducervoorbeelden
Omdat transducers zo breed zijn met veel toepassingen, kunt u ze ook op andere manieren groeperen. Transducers kunnen worden gesorteerd op het soort hoeveelheid dat ze meten. Er zijn transducers die temperatuur, druk, verplaatsing, kracht, stroming en inductie meten.
Thermokoppels meten de temperatuur en geven op basis daarvan een specifieke elektrische spanning af. Membraanomvormers zetten veranderingen in druk om in kleine veranderingen in verplaatsing van een diafragma. Deze gebruiken een materiaal met microscopische gaten waardoor water en hydroxylionen of gassen tussen de anode en kathode van een elektrische cel kunnen worden getransporteerd.
Toepassing van membraantransducers
Spanningsmeters, apparaten die minieme veranderingen in elektrische weerstand detecteren wanneer er een mechanische kracht op wordt uitgeoefend, zijn een goed voorbeeld van een toepassing van membraanomzetters. Ze worden gebruikt in saldi als precieze methoden voor het meten van de massa van een object of materialen die erop worden geplaatst. De rekstrookjes detecteren kleine veranderingen in de maat van de meter in reactie op een weerstand van een geïnduceerde elektrische stroom.
Spanningsmeters zijn gebouwd in een zigzagpatroon op een rug die veranderingen in weerstand detecteert. De meterfactor vertegenwoordigt deze gevoeligheid voor verandering en kan worden berekend als de verandering in weerstand gedeeld door de waarde van rek als δR / δS.
De draad heeft een nominale cirkelvormige dwarsdoorsnede. Naarmate de meter wordt belast, vervormt de vorm van de doorsnede van de weerstandsdraad, waardoor het oppervlak van de doorsnede verandert. Omdat de weerstand van de draad per lengte-eenheid omgekeerd evenredig is met het dwarsdoorsnede-oppervlak, is er een consequente verandering in weerstand.
De input-outputrelatie van een rekstrook wordt uitgedrukt door de meterfactor, die wordt gedefinieerd als de verandering in weerstand δR voor een gegeven waarde van spanning δS, dat wil zeggen de meterfactor = δR / δS. De mechanismen achter de rekstrook, hoewel vergelijkbaar met die van het piëzo-elektrische effect, laten zien hoe breed de toepassingen in fysica en engineering voor transducers kunnen zijn.
Hoewel ze beide mechanische energie omzetten in elektrische energie, is het piëzo-elektrische effect voornamelijk afhankelijk van de chemische samenstelling van materialen, terwijl de rekstrook de weerstand in een elektrisch circuit gebruikt.
Fysica en toepassingen van drukomvormers
EEN drukopnemer is een ander voorbeeld van een transducer voor rekstrookjes. Een drukomvormer gebruikt een rekstrook van silicium om de stroom te berekenen die een overeenkomstige druk en verplaatsing van het waterniveau heeft. Voor dit soort transducers correleert 9,8 kPa druk met 1 m waterhoogte.
Een druktransducer maakt meestal gebruik van geventileerde kabels om de invloed van atmosferische drukveranderingen te verminderen naast een digitale datalogger voor continue gegevensuitvoer die een wetenschapper of ingenieur gemakkelijk kan analyseren.
Een algemene drukomvormer kan ook last hebben van verstopping als gevolg van de vorming van ijzerhydroxide en andere materialen als neerslag, schade door zure omgevingen of corrosie door gas voor hun gebruik in mijnbouwomgevingen.