Innehåll
- Exempel på givare
- Piezoelektrisk effekt förklarad
- Piezoelektrisk omvandlare kontra sensordifferenser
- Andra grupper av givareexempel
- Applicering av membranomvandlare
- Tryckgivarens fysik och applikationer
Från mikrofonerna på konserter till pH-sönder som testar kemikalier för surhet, hittar du givare i en mängd applikationer. Namnet transduktor hänvisar till alla enheter som omvandlar mekaniska fenomen till elektriska fenomen eller vice versa. Detta gör att de dyker upp i många livsområden från radioantenner till hörlurar.
Exempel på givare
Det finns många sätt att beskriva de olika applikationerna för givare eftersom det finns så många sätt att kategorisera dem. En allmän metod som visar hur de skiljer sig från varandra är att jämföra hur givare konverterar energi och grupperar dem genom detta.
Ett exempel på tillämpning av omvandlare av omvandlare är en temperaturomvandlare som omvandlar temperatur till en elektrisk potential. Denna metod för kategorisering är användbar för att berätta om vad en typ av givare används för.
Givare kan vara fotovoltaiska, piezoelektriska, kemiska, ömsesidiga induktionsbaserade, elektromagnetiska, fotoledare-baserade eller Hall-effektbaserade. De fotovoltaisk omvandlare omvandlar ljus till elektrisk energi. Piezoelektriska omvandlare använd den piezoelektriska effekten för att omvandla mekanisk spänning till elektrisk energi. Kemiska givare konvertera kemisk energi till andra former av energi.
Givare som använder ömsesidig induktion mäta en mängd som vridmoment, kraft, hastighet, linjär förskjutning, tryck, acceleration eller någon annan egenskap och reagera med en förändring i induktans, förmågan hos en ledare att motverka en elektrisk ström som appliceras genom den.
Elektromagnetiska givare konvertera förändringar i magnetfält till elektrisk energi. Fotokonduktiva givare konvertera solljus till elektrisk energi. Givare som litar på Hall effekt (produktion av en spänningsskillnad över en elektrisk ledare) omvandlar förändringar i magnetfältet till elektrisk energi.
Vissa av dessa typer av givare har sina applikationer i vardagsapparater, till exempel hur piezoelektriska omvandlare används i elektriska cigarettändare där en fjäderbelastad hammare slår en piezoelektrisk kristall som skapar en spänning över ett gnistgap för att trycka på knappen antända gas.
Andra används i mer storskaliga projekt, till exempel den största vridmomentgivaren i världen, som väger in till 4,6 ton och mäter vridmoment på upp till 10MNm, av Datum Electronics.
Piezoelektrisk effekt förklarad
Du kan hitta den piezoelektriska effekten i många material, men det är viktigt att skilja dem från sensorer, en av deras applikationer i givare. Piezoelektriska omvandlare passar material mellan två metallplattor. Inställningen genererar piezoelektricitet när materialet skjuts ihop. Detta omvandlar den mekaniska kraften från tryck till el.
Du kan tänka på det piezoelektriska materialet som pressas ihop som ett batteri med ett positivt slut och ett negativt slut. Strömmen flyter om du ansluter batteriets två sidor i en elektrisk krets.
Det omvända är också möjligt. Om du skulle inducera en elektrisk ström över hela materialet skulle det genomgå en mekanisk påfrestning som pressar sig ihop, känd som den omvända piezoelektriska effekten, och både fram- och bakåtmekanismerna används i piezoelektriska sensorer.
Piezoelektrisk omvandlare kontra sensordifferenser
Piezoelektriska sensorer skiljer sig från givare genom att de är ett specifikt exempel på piezoelektrisk omvandlare som använder en viss typ av kraft förvandlad till en elektrisk energi som indikerar att någon slags observation har inträffat. När du observerar den piezoelektriska effekten i naturen, som i naturliga källor till rørsocker, Berlinit och kvarts, kan de fungera som biologiska kraftsensorer som kan säga dig om en viss kemisk reaktion har gjorts till följd av den piezoelektriska effekten.
På liknande sätt kan piezoelektriska sensorer som ingenjörer skapar upptäcka tryckvariationer i ljud för användning i mikrofoner, pickuper för elgitarr, medicinsk avbildning och industriell icke-destruktiv testning. I kontrast, piezoelektriska ställdon använd den omvända piezoelektriska effekten för att inducera en mekanisk spänning som svar på en applicerad elektrisk ström.
Elektriska dipolmoment (separering av positiva och negativa laddningar i ett material) från kristallgitterstrukturerna i material gör att den piezoelektriska effekten inträffar. När materialen pressas samman, ställer dipoler ihop så att elektrisk laddning kan flöda.
Poling, en process där ett stort elektriskt fält används för att anpassa regionerna i dipolerna själva, kan göras till vissa piezoelektriska material för att öka deras effektivitet. Dessa piezoelektriska material behöver inte ha något centrum för symmetri eftersom, om de gjorde det, skulle nettoladden avbryta till noll och strömmen kunde inte flöda.
Andra grupper av givareexempel
Eftersom givare är så breda med många applikationer kan du också gruppera dem efter andra metoder. Givare kan sorteras efter den kvantitetstyp de mäter. Det finns givare som mäter temperatur, tryck, förskjutning, kraft, flöde och induktans.
Termoelement mäter temperatur och matar ut en specifik elektrisk spänning baserad på den. Membranomvandlares omvandlar förändringar i tryck till små förändringar i förskjutning av ett membran. Dessa använder ett material med mikroskopiska hål som låter vatten och hydroxyljoner eller gaser transporteras mellan anoden och katoden i en elektrisk cell.
Applicering av membranomvandlare
Siktmätare, anordningar som upptäcker små förändringar i elektriskt motstånd när en mekanisk kraft appliceras på dem, är ett bra exempel på en applicering av membranomvandlare. De används i balanser som exakta metoder för att mäta massan på ett objekt eller material som placeras på dem. Spänningsmätare upptäcker små förändringar i storleken på mätaren som svar på motståndet hos en inducerad elektrisk ström.
Töjningsmätare är byggda i ett sicksackmönster på ett underlag som upptäcker förändringar i motstånd. Mätfaktorn representerar denna känslighet för förändring och kan beräknas som förändringen i motstånd dividerat med töjningsvärdet som 8R / 5S.
Tråden är nominellt av cirkulärt tvärsnitt. När belastningen appliceras på mätaren förvrängs formen på motståndstrådens tvärsnitt, vilket ändrar tvärsnittsområdet. Eftersom trådens motstånd per enhetslängd är omvänt proportionell mot tvärsnittsarean sker en följdlig förändring i motståndet.
Förhållandet mellan ingång och utgång för en töjningsmätare uttrycks av mätfaktorn, som definieras som förändringen i motstånd δR för ett givet värde för töjning δS, det vill säga mätfaktor = δR / δS. Mekanismerna bakom spänningsmätaren, även om de liknar de för den piezoelektriska effekten, visar hur breda tillämpningarna inom fysik och teknik för givare kan vara.
Medan de båda konverterar mekanisk energi till elektrisk energi, beror den piezoelektriska effekten mest på den kemiska sammansättningen av material medan spänningsmätaren använder motståndet i en elektrisk krets.
Tryckgivarens fysik och applikationer
EN tryckgivare är ett annat exempel på en spänningsmätareomvandlare. En tryckgivare använder en töjningsmätare gjord av kisel för att beräkna ström som har ett motsvarande tryck och förskjutning av vattennivån. För dessa typer av givare korrelerar 9,8 kPa tryck med 1 m vattenhöjd.
En tryckgivare använder vanligtvis ventilerade kablar för att minska påverkan av atmosfäriska tryckförändringar tillsammans med en digital datalogger för kontinuerlig datautgång som en forskare eller ingenjör enkelt kan analysera.
En allmän tryckomvandlare kan också drabbas av tilltäppning till följd av järnhydroxid och andra material som bildas som fällningar, skador från sura miljöer eller korrosion på grund av gas för deras användning i gruvmiljöer.