U okruženju pogorljivom podacima, gdje su automatizacija i AI / ML (umjetni inteligencijski / mašinski učenje) prednji i centar u automatiziranim sistemima, pretvarači igraju najvažnija i obično nevidljivu ulogu.
Oni premode zaljev između fizičkog svijeta i potrebne digitalne tumačene interpretacije sa kojima takvi sistemi moraju raditi. Oni tumače i predstavljaju fizičke i ekološke karakteristike i činjenice kao podaci o interpretaciji sustava koji se mogu pouzdano analizirati, nadzirati i koristiti u cjelokupnom ili lokalnom upravljanju. Nedostaju pretvarači, automatizirani sustavi - industrijska automatizacija za nadgledanje zdravstvene zaštite i potrošačke elektronike - slijepi su za događaje i ne mogu raditi nijedan oblik kontrole.
Duboko zaronite u nauku o pretvaračima nužno istražuje kako pretvore fizički svijet u korisne podatke, preispituje češći tipovi, ilustrira njihove principe rada i primjenjuje aplikacije za jasnoću.
Šta je pretvarač?
U njenoj jezgri, pretvarač je uređaj koji pretvara energiju između različitih oblika. Za prikupljanje i mjerenje podataka pretvarači pretvaraju fizičke količine poput temperature, tlaka, svjetla, zvuka i kretanja u električne signale. - Digitalni sustavi mogu ih obraditi, snimati i analizirati. Takvi sustavi zahtijevaju tačno, ponovljivo virtualno znanje o promjenama stvarnog svijeta.
Uloga pretvarača treba biti sučelje između stvarnog i promjenjivog svijeta i automatiziranog sistema analize, koji monitori, analizira i reagira na promjene koje su otkrili ovi uređaji. Kao široko poznati primjer, mikrofon je pretvarač koji pretvara promjene u tlaku zraka (zvučni valovi, mehaničku energiju) u analogni električni signal. Pretvara energiju brzo oscilirajući zračni pritisak u električni signal koji se može snimiti i analizirati i primijeniti na naredne procese.
Senzorisu u srcu većine primjena, od kontrole osjetljivosti na okoliš i industrijsku procesu na medicinsku dijagnostiku i potrošačku elektroniku, od kontrole leta do ispiranja toaleta. Njihova sposobnost pretvorbe fizičkih promjena u pouzdane, kvantificirajuće podatke učinili su im kamen temeljac porasta tehnologije i automatizacije.
Kako pretvarači pretvaraju fizičke unose u električne signale
Razumijevanje radnih principa pretvarača zahtijeva neku razumijevanje kako pretvore fizičke pojave u električne izlaze - i digitalni i analogni:
Mnogi se pretvarači oslanjaju na promjene otpornosti kako bi pretvarali fizičke unose u električne signale. Primjeri uključuju mjereći naprezanje, koji mjere promjene otpornosti zbog mehaničke deformacije (istezanje ili kontrakcija); Termistori, koji se podvrgavaju predvidljivi promjene otpora koji su proporcionalni temperaturi; i bimetalne trake koje prolaze fizičke promjene proporcionalne temperaturi.
Induktivni pretvarači rade otkrivajući promjene u induktivnom spojnicu, jer se dirigent kreće unutar magnetskog polja. LVDTS Koristite ovaj princip za mjerenje raseljavanja, gdje dugo obrazac induktivni senzori mogu koristiti bakrenu vrpcu sinusnog val kao indukcijski izvor, mjerenje cikličkih promjena koje se mogu tumačiti pulsivom plus djelomičnom detekcijom impulsa.
Kapacitivni pretvarači mjere promjene u kapacitetu, koje se mogu dogoditi kada se udaljenost između dvije provodne ploče varira od zapremina. Ovaj se princip često koristi u senzorima pritiska i raseljavanja, proizvodeći analogno mjerenje koje se može izravno koristiti ili pretvoriti pomoću analognog do digitalnog (Atod) pretvarača.
Piezoelektrični pretvarači generiraju električni naboj kada se primjenjuje mehanički stres. Ovo je idealno za aplikacije u kojima trebate otkriti vibracije, pritisak ili zvučni talasi kada je frekvencija signala relativno visoka i raseljavanja su u toku malih. Piezo pretvarači mogu biti izuzetno osjetljivi i zajednički su za naučne instrumente i mjerenja zvuka / vibracija visoke preciznosti.
Termopole se oslanjaju na termoelektrični efekat, gdje se stvara napon zbog diferencijala temperature između dva različita metalna žičana vodiča, gdje Junction pruža precizno postavljenu točku otkrivanja.
Budućnost pretvarača
Kako napreduje tehnološki razvoj, pretvarači su se neprestano povećavali u složenosti, preciznoj i deliciji. Razumno je očekivati da će postati još precizniji, manji i energetski efikasniji kao i povećavajući različitost detekcija.
Internet stvari (IOT), nosivi uređaji i pametnu proizvodnju voze potražnju za naprednijim, manjim i pouzdanijima transducerske tehnologije. Napredak u MEMS-u (mikro-elektro-mehanički sustavi) tehnologiju također vode do razvoja novih klasa minijaturiziranih pretvarača koji se mogu integrirati u sve manje i niže prijenosne uređaje.
Upotreba bežičnih pretvarača, eliminirajući potrebu za fizičkim vezama između senzora i sustava za obradu podataka posebno je koristan u udaljenim ili opasnim okruženjima u kojima žičane veze mogu biti nepraktične. Dostupne opcije u ovom području i dalje se šire.
Zaključak
Pretvarači su središnju fazu u mnogim područjima tehnologije, pretvaraju složeni i dinamički fizički svijet u pouzdane, podrazumne podatke. Pretvaranje fizičkih količina poput tlaka, temperature, svjetla, vibracija, magnetske polje, nivoa zagađivača i kretanja u električne signale, pretvarači omogućavaju nadzor, kontrolu i automatizaciju procesa u svim sektorima. Prilike i tehnologije pretvarača vjerovatno neće se smanjiti, jer tehnologije postaju precizniji i integralniji za društvene i komercijalne aktivnosti.
Razumijevanje osnovnih principa i metodologija u aplikacijama pretvarača ključna je vještina za sve koji su uključeni u inženjerstvo, proizvodnju, zdravstvo i elektroniku. Razumijevanje i tumačenje stvarnog svijeta je primarna briga u svim aplikacijama za automatizaciju i ovo područje znanja i dalje se širi i povećava korisnost.