การประยุกต์ใช้ทรานสดิวเซอร์

เนื้อหา

• ตัวแปลงสัญญาณตัวอย่าง
• Piezoelectric Effect อธิบาย
• Piezoelectric Transducer กับความแตกต่างของเซ็นเซอร์
• การจัดกลุ่มตัวอย่าง Transducer อื่น ๆ
• แอพลิเคชันของไดอะแฟรมทรานสดิวเซอร์
• ฟิสิกส์ทรานสดิวเซอร์แรงดันและการประยุกต์

จากไมโครโฟนในคอนเสิร์ตจนถึงโพรบวัดค่า pH ที่ทดสอบสารเคมีสำหรับความเป็นกรดคุณจะพบกับทรานสดิวเซอร์ในแอปพลิเคชันที่หลากหลาย ชื่อ ตัวแปลงสัญญาณ หมายถึงอุปกรณ์ใด ๆ ที่เปลี่ยนปรากฏการณ์เชิงกลให้เป็นปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าหรือในทางกลับกัน สิ่งนี้ทำให้พวกมันปรากฏขึ้นในหลาย ๆ ด้านของชีวิตตั้งแต่เสาอากาศวิทยุไปจนถึงหูฟัง

ตัวแปลงสัญญาณตัวอย่าง

มีหลายวิธีในการอธิบายการใช้งานที่แตกต่างกันของทรานสดิวเซอร์เนื่องจากมีหลายวิธีในการจัดหมวดหมู่ วิธีการทั่วไปวิธีหนึ่งที่แสดงให้เห็นว่าพวกเขาแตกต่างกันอย่างไรเพื่อเปรียบเทียบว่าตัวแปลงสัญญาณแปลงพลังงานและจัดกลุ่มตามวิธีนี้

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานของการแปลงสัญญาณเป็นตัวแปลงสัญญาณอุณหภูมิที่แปลงอุณหภูมิเป็นพลังงานไฟฟ้า วิธีการจัดหมวดหมู่นี้มีประโยชน์ในการบอกคุณเกี่ยวกับประเภทของทรานสดิวเซอร์ที่ใช้

ทรานสดิวเซอร์สามารถเป็นโซลาร์เซลล์, เพียโซอิเล็กทริก, เคมี, การเหนี่ยวนำร่วม, แม่เหล็กไฟฟ้า, โฟโตคอนดักเตอร์หรือฮอลล์เอฟเฟกต์ ตัวแปลงสัญญาณไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ แปลงแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า ทรานสดิวเซอร์ Piezoelectric ใช้ผลเพียโซอิเล็กทริกเพื่อแปลงความเค้นเชิงกลเป็นพลังงานไฟฟ้า ทรานสดิวเซอร์เคมี แปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานรูปแบบอื่น ๆ

ก้อนที่ใช้ อุปนัยซึ่งกันและกัน วัดปริมาณเช่นแรงบิด, แรง, ความเร็ว, การเคลื่อนที่เชิงเส้น, ความดัน, ความเร่งหรือสมบัติอื่น ๆ และทำปฏิกิริยากับการเปลี่ยนแปลงของ การเหนี่ยวนำความสามารถของตัวนำในการต่อต้านกระแสไฟฟ้าที่ใช้ผ่านมัน

ทรานสดิวเซอร์แม่เหล็กไฟฟ้า แปลงการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กเป็นพลังงานไฟฟ้า ทรานสดิวเซอร์ แปลงแสงแดดเป็นพลังงานไฟฟ้า เครื่องแปลงความถี่ที่พึ่งพา ฮอลล์เอฟเฟค (การผลิตความต่างศักย์ไฟฟ้าของตัวนำไฟฟ้า) แปลงการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กเป็นพลังงานไฟฟ้า

ทรานสดิวเซอร์บางประเภทมีแอปพลิเคชั่นในเครื่องใช้ประจำวันเช่นการใช้ทรานสดิวเซอร์แบบ piezoelectric ในไฟแช็คบุหรี่ไฟฟ้าซึ่งเมื่อคุณกดปุ่มค้อนที่สปริงโหลดจะกระทบกับคริสตัลเพียโซอิเล็กทริก จุดแก๊ส

คนอื่นใช้ในโครงการขนาดใหญ่เช่นตัวแปลงสัญญาณแรงบิดที่ใหญ่ที่สุดในโลกชั่งน้ำหนักที่ 4.6 ตันและวัดแรงบิดสูงสุด 10MNm โดย Datum Electronics

Piezoelectric Effect อธิบาย

คุณสามารถหาเอฟเฟกต์แบบเพียโซอิเล็กทริกได้ในวัสดุหลายชนิด แต่สิ่งสำคัญคือการแยกแยะความแตกต่างจากเซนเซอร์ Piezoelectric transducers พอดีกับวัสดุระหว่างแผ่นโลหะสองแผ่น การตั้งค่าสร้าง piezoelectricity เมื่อวัสดุถูกผลักเข้าด้วยกัน สิ่งนี้จะแปลงแรงเชิงกลของการผลักให้เป็นกระแสไฟฟ้า

คุณสามารถนึกถึงวัสดุ piezoelectric ที่กดรวมกันเป็นแบตเตอรี่ที่มีปลายบวกและลบลบ กระแสไหลหากคุณเชื่อมต่อทั้งสองหน้าของแบตเตอรี่ในวงจรไฟฟ้า

ย้อนกลับเป็นไปได้เช่นกัน หากคุณต้องการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าให้ทั่วทั้งวัตถุมันจะเกิดความเครียดเชิงกลที่รวมตัวกันเรียกว่าเอฟเฟกต์ piezoelectric แบบย้อนกลับและใช้กลไกทั้งไปข้างหน้าและย้อนกลับในเซ็นเซอร์ piezoelectric

Piezoelectric Transducer กับความแตกต่างของเซ็นเซอร์

เซ็นเซอร์ Piezoelectric แตกต่างจากทรานสดิวเซอร์ซึ่งเป็นตัวอย่างที่เฉพาะเจาะจงของทรานสดิวเซอร์แบบ piezoelectric ที่ใช้กำลังบางชนิดที่ถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าซึ่งบ่งบอกว่ามีการสังเกตเกิดขึ้น เมื่อคุณสังเกตเห็นผลของ piezoelectric ในธรรมชาติเช่นในแหล่งธรรมชาติของน้ำตาลทราย Berlinite และควอตซ์พวกมันสามารถทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์แรงทางชีวภาพที่สามารถบอกคุณได้ว่าปฏิกิริยาทางเคมีบางอย่างเกิดขึ้นจากผลของ piezoelectric หรือไม่

ในทำนองเดียวกันเซ็นเซอร์ piezoelectric ที่วิศวกรสร้างสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงความดันในเสียงสำหรับใช้ในไมโครโฟน, รถปิคอัพสำหรับกีตาร์ไฟฟ้า, การถ่ายภาพทางการแพทย์และการทดสอบแบบไม่ทำลายอุตสาหกรรม ในทางตรงกันข้าม, ตัวกระตุ้น piezoelectric ใช้ผล piezoelectric ย้อนกลับเพื่อก่อให้เกิดความเครียดทางกลในการตอบสนองต่อกระแสไฟฟ้าที่ใช้

โมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า (การแยกประจุบวกและลบในวัสดุ) จากโครงสร้างตาข่ายคริสตัลในวัสดุทำให้เกิดผลเพียโซอิเล็กทริก เมื่อวัสดุถูกกดเข้าด้วยกันไดโพลจะเรียงตัวกันในลักษณะที่ประจุไฟฟ้าสามารถไหลได้

Poling กระบวนการที่ใช้สนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ในการจัดเรียงพื้นที่ของไดโพลเองสามารถทำได้กับวัสดุ piezoelectric บางชนิดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ วัสดุแบบเพียโซอิเล็กทริกเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องมีจุดศูนย์กลางของความสมมาตรเพราะหากทำเช่นนั้นประจุสุทธิจะถูกตัดออกเป็นศูนย์และกระแสไม่สามารถไหลได้

การจัดกลุ่มตัวอย่าง Transducer อื่น ๆ

เนื่องจากทรานสดิวเซอร์กว้างกับแอพพลิเคชั่นมากมายคุณจึงสามารถจัดกลุ่มพวกมันด้วยวิธีอื่นได้เช่นกัน ทรานสดิวเซอร์สามารถจัดเรียงตามประเภทของปริมาณที่วัดได้ มีทรานสดิวเซอร์ที่วัดอุณหภูมิความดันการเคลื่อนที่แรงการไหลและการเหนี่ยวนำ

เทอร์โมคัปเปิลวัดอุณหภูมิและส่งแรงดันไฟฟ้าเฉพาะตามมัน ไดอะแฟรมทรานสดิวเซอร์แปลงการเปลี่ยนแปลงความดันเป็นการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในการกำจัดไดอะแฟรม สิ่งเหล่านี้ใช้วัสดุที่มีรูขนาดเล็กที่ปล่อยให้น้ำและไฮดรอกซิลไอออนหรือก๊าซขนส่งระหว่างขั้วบวกและแคโทดของเซลล์ไฟฟ้า

แอพลิเคชันของไดอะแฟรมทรานสดิวเซอร์

เกจสายพันธุ์อุปกรณ์ที่ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานไฟฟ้าในเวลาไม่กี่นาทีเมื่อมีการใช้แรงเชิงกลเป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมของการประยุกต์ใช้เครื่องแปลงสัญญาณไดอะแฟรม พวกมันใช้ในเครื่องชั่งเป็นวิธีที่แม่นยำในการวัดมวลของวัตถุหรือวัสดุที่วางอยู่บนพวกมัน เกจวัดความเครียดตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในขนาดของมาตรวัดเพื่อตอบสนองต่อความต้านทานของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

มาตรวัดความเครียดถูกสร้างขึ้นในรูปแบบซิกแซกในการสนับสนุนที่ตรวจพบการเปลี่ยนแปลงในความต้านทาน ปัจจัยเกจแสดงถึงความไวต่อการเปลี่ยนแปลงและสามารถคำนวณเป็นการเปลี่ยนแปลงความต้านทานหารด้วยค่าของความเค้นเป็นδR / δS

ลวดเป็นนามของหน้าตัดวงกลม เมื่อความเค้นถูกนำไปใช้กับเกจรูปร่างของหน้าตัดของเส้นลวดต้านทานจะเปลี่ยนพื้นที่หน้าตัด เนื่องจากความต้านทานของลวดต่อความยาวหน่วยเป็นสัดส่วนผกผันกับพื้นที่หน้าตัดจึงมีการเปลี่ยนแปลงที่ตามมาในความต้านทาน

ความสัมพันธ์อินพุทและเอาท์พุทของสเตรนเกจแสดงโดยปัจจัยเกจซึ่งถูกกำหนดเป็นการเปลี่ยนแปลงความต้านทานδRสำหรับค่าของสเตนเลสสตีล strainS ที่กำหนดนั่นคือเกจวัด = δR / δS กลไกที่อยู่เบื้องหลังมาตรวัดความเครียดในขณะที่คล้ายกับผลกระทบของเพียโซอิเล็กทริกแสดงให้เห็นว่าแอปพลิเคชันในฟิสิกส์และวิศวกรรมสำหรับทรานสดิวเซอร์ได้กว้างเพียงใด

ในขณะที่พวกเขาทั้งสองแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าผล piezoelectric ส่วนใหญ่อาศัยองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุในขณะที่เครื่องวัดความเครียดใช้ความต้านทานในวงจรไฟฟ้า

ฟิสิกส์ทรานสดิวเซอร์แรงดันและการประยุกต์

แปลงสัญญาณแรงดัน เป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของทรานสดิวเซอร์วัดความเครียด ตัวแปลงสัญญาณแรงดันใช้มาตรวัดความเครียดที่ทำจากซิลิกอนเพื่อคำนวณกระแสที่มีความดันและการเคลื่อนที่ของระดับน้ำที่สอดคล้องกัน สำหรับทรานสดิวเซอร์เหล่านี้ความดัน 9.8 kPa มีความสัมพันธ์กับความสูงของน้ำ 1 เมตร

ตัวแปลงสัญญาณแรงดันใช้สายเคเบิลแบบระบายเพื่อลดอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงความดันบรรยากาศควบคู่ไปกับเครื่องบันทึกข้อมูลดิจิตอลสำหรับการส่งออกข้อมูลอย่างต่อเนื่องที่นักวิทยาศาสตร์หรือวิศวกรสามารถวิเคราะห์ได้อย่างง่ายดาย

ทรานสดิวเซอร์ความดันทั่วไปสามารถทนทุกข์ทรมานจากการอุดตันอันเป็นผลมาจากเหล็กไฮดรอกไซด์และวัสดุอื่น ๆ ที่ก่อตัวเป็นตะกอนความเสียหายจากสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือการกัดกร่อนเนื่องจากก๊าซสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมการทำเหมือง