Was sind Wandlertypen und ihre Anwendungen?

Es gibt verschiedene elektrische und elektronische Komponenten werden verwendet, um die Schaltungen und Projekte für Ingenieurstudenten zu bauen. Die Komponenten sind aktive und passive Komponenten, Sensoren, Wandler, Sender, Empfänger, Module (WiFi, Bluetooth, GSM, RFID, GPS) usw. Im Allgemeinen beinhaltet der Transduktionsprozess die Umwandlung einer Energieform in eine andere Form. Dieser Prozess umfasst hauptsächlich ein Erfassungselement, um die Eingangsenergie zu erfassen und sie dann durch ein Transduktionselement in eine andere Form umzuwandeln. Der Messwert gibt die Eigenschaft, Menge oder den Zustand an, den der Wandler in eine elektrische Leistung umwandeln möchte. In diesem Artikel werden der Wandler, die Wandlertypen und die Anwendungen des Wandlers erläutert.

Was sind Wandler- / Wandlertypen?

Ein Wandler ist ein elektrisches Gerät, mit dem eine Energieform in eine andere umgewandelt wird. Im Allgemeinen befassen sich diese Geräte mit verschiedenen Arten von Energien, wie z. elektrische Energie , Lichtenergie, chemische Energie, Wärmeenergie, akustische Energie, elektromagnetische Energie und so weiter.

Wandler

Stellen Sie sich zum Beispiel ein Mikrofon vor, das wir im täglichen Leben in Telefonen und Mobiltelefonen verwenden und das den Ton in elektrische Signale umwandelt und ihn dann in den bevorzugten Bereich verstärkt. Ändert dann die elektrischen Signale in Audiosignale am O / P des Lautsprechers. Heutzutage werden Leuchtstofflampen zur Beleuchtung verwendet, um elektrische Energie in Lichtenergie umzuwandeln.

Der beste Wandler Beispiele sind Lautsprecher, Mikrofone, Position, Thermometer, Antenne und Drucksensor. Ebenso gibt es verschiedene Arten von Wandlern, die in verwendet werden elektrische und elektronische Projekte .

Bedingungen für Wandlertypen

Einige Bedingungen, die hauptsächlich zum Bewerten von Wandlern verwendet werden, werden unten diskutiert.

Dynamikbereich

Der Dynamikbereich des Wandlers ist das Verhältnis zwischen dem Signal mit hoher Amplitude sowie dem Signal mit der niedrigsten Amplitude, so dass der Wandler effizient übersetzen kann. Wenn die Wandler einen hohen Dynamikbereich haben, sind sie sowohl präziser als auch empfindlicher.

Wiederholbarkeit

Die Wiederholbarkeit ist die Fähigkeit des Wandlers, einen gleichen Ausgang zu erzeugen, sobald er durch einen ähnlichen Eingang stimuliert wird.

Lärm

Der Ausgang des Wandlers fügt zufälliges Rauschen hinzu. Bei Wandlern vom elektrischen Typ kann das dadurch hinzugefügte Rauschen aufgrund der thermischen Wirkung von Ladungen innerhalb von Schaltkreisen elektrisch sein. Die kleinen Signale können durch das Rauschen stärker verfälscht werden als große Signale.

Hysterese

In dieser Eigenschaft hängt der Ausgang des Wandlers nicht nur von seinem aktuellen Eingang ab, sondern auch von seinem früheren Eingang. Zum Beispiel verwendet ein Aktuator einen Getriebezug, der eine gewisse Reaktion hat. Wenn die Bewegungsrichtung des Aktuators umkippt, gibt es eine verstorbene Zone, bevor der Ausgang des Aktuators durch Spiel zwischen den Zähnen des Zahnrads umkippt.

Wandlertypen und ihre Anwendungen

Es gibt eine Vielzahl von Wandlertypen wie Druckwandler, piezoelektrischer Wandler, Ultraschallwandler, Temperaturwandler und so weiter. Lassen Sie uns die Verwendung verschiedener Arten von Wandlern in praktischen Anwendungen diskutieren.

Einige Wandlertypen wie aktive und passive Wandler basieren darauf, ob eine Stromquelle erforderlich ist oder nicht.

Arten von Wandlern

Der aktive Wandler benötigt für seinen Betrieb keine Stromquelle. Diese Wandler arbeiten nach dem Prinzip der Energieumwandlung. Sie erzeugen ein elektrisches Signal, das proportional zum I / P ist. Das beste Beispiel für diesen Wandler ist ein Thermoelement. Während der passive Wandler für seinen Betrieb eine externe Stromquelle benötigt. Sie erzeugen ein O / P in Form von Kapazität, Widerstand. Dann muss das in ein äquivalentes Spannungs- oder Stromsignal umgewandelt werden. Das beste Beispiel für einen passiven Wandler ist eine Fotozelle.

Ultraschallwandler

Die Hauptfunktion des Ultraschallwandlers besteht darin, elektrische Signale in Ultraschallwellen umzuwandeln. Dieser Wandler kann auch als kapazitive oder piezoelektrische Wandler bezeichnet werden.

Ultraschallwandler

Anwendung des Ultraschallwandlers

Dieser Wandler kann verwendet werden, um die Entfernung des Schalls basierend auf der Reflexion zu messen. Diese Messung basiert auf einer geeigneten Methode im Vergleich zu den geraden Methoden, die unterschiedliche Messskalen verwenden. Die Bereiche, die schwer zu finden sind, wie Druckbereiche, sehr hohe Temperatur, mit herkömmlichen Methoden die Messung der Entfernung ist keine einfache Aufgabe. Dieses auf Messwandlern basierende Messsystem kann also in dieser Art von Zone verwendet werden.

Das vorgeschlagene System verwendet 8051 Mikrocontroller , Netzteile, ein Ultraschallwandlermodul, das Sender und Empfänger enthält, werden LCD-Anzeigeblöcke verwendet, die im obigen Blockdiagramm gezeigt sind.

Wenn hier ein Hindernis oder ein Objekt gefunden wird, das vom Ultraschallwandler erfasst wird, überträgt es die Wellen und wird vom Objekt zurückreflektiert, und diese Wellen werden vom Wandler empfangen. Die von der Wandler zum Senden & Das Empfangen der Wellen kann unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit festgestellt werden. Dann wird basierend auf der Schallgeschwindigkeit und einem vorprogrammierten Mikrocontroller so ausgeführt, dass die Entfernung gemessen und auf einem LCD-Display angezeigt wird. Hier ist das Display mit einem Mikrocontroller verbunden. Der Ultraschallwandler erzeugt 40 kHz Frequenzwellen.

Temperaturwandler

Ein Temperaturwandler ist ein elektrisches Gerät, mit dem die Temperatur eines Geräts in eine andere Größe wie elektrische Energie oder Druck oder mechanische Energie umgewandelt wird. Anschließend wird die Größe an die gesendet Steuergerät zur Temperaturregelung des Geräts.

Anwendung des Temperaturwandlers

Ein Temperaturwandler wird verwendet, um die Temperatur der Luft so zu messen, dass die Temperatur von gesteuert wird mehrere Steuerungssysteme wie Klimaanlage, Heizung, Lüftung und so weiter.

Arduino-basierter automatischer Lüfterdrehzahlregler zur Steuerung des Temperaturblockdiagramms

Betrachten wir ein praktisches Beispiel eines Temperaturwandlers, mit dem die Temperatur eines Geräts basierend auf der Notwendigkeit unterschiedlicher industrieller Anwendungen gesteuert wird. Ein Arduino-basierter automatischer Lüfterdrehzahlregler, der die Temperatur regelt und ein Maß für die Temperatur an einem Gerät anzeigt LCD Bildschirm .

In dem vorgeschlagenen System IC LM35 wird als Temperaturwandler verwendet. Ein Arduino Board wird verwendet, um die verschiedenen Funktionen zu steuern, die enthalten Analog-Digital-Wandlung und ein LCD-Display, das in der obigen Abbildung angeschlossen ist.

Die Temperatur kann mithilfe von Einstellungen wie INC und DEC zum Erhöhen und Verringern festgelegt werden. Basierend auf der gemessenen Temperatur wird durch das Programm einer Arduino-Karte eine Impulsbreitenmodulation o / p erzeugt. Die Ausgabe davon wird verwendet, um Steuern Sie den DC-Lüfter durch den Motortreiber-IC.

Piezoelektrischer Wandler

Ein piezoelektrischer Wandler ist eine spezielle Art von Sensor, und die Hauptfunktion dieses Wandlers besteht darin, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Ebenso kann elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt werden.

Piezoelektrischer Wandler

Piezoelektrische Wandleranwendungen

• Dieser Schallkopf wird hauptsächlich verwendet, um den Einfluss des Stick-Schlagzeugers auf elektronische Drum-Pads zu erfassen. Und auch verwendet, um die Bewegung des Muskels zu erfassen, was als Beschleunigungsmyographie bezeichnet werden kann.
• Die Belastung des Motors kann durch Berechnung verschiedener absoluter Drücke bestimmt werden, wobei diese Wandler als MAP-Sensor in Kraftstoffeinspritzsystemen verwendet werden können.
• Dieser Sensor kann als Klopfsensor in Motormanagementsystemen für Kraftfahrzeuge verwendet werden, um das Klopfen des Motors zu erkennen.

Druckmessumformer

Ein Druckwandler ist eine spezielle Art von Sensor, der den in elektrische Signale gezwungenen Druck ändert. Diese Wandler werden auch als Druckanzeiger, Manometer, Piezometer, Messumformer und bezeichnet Drucksensor .

Anwendung des Druckmessumformers

Der Druckwandler wird verwendet, um den Druck einer bestimmten Größe wie Gas oder Flüssigkeit zu messen, indem der Druck in elektrische Energie umgewandelt wird. Die verschiedenen Arten dieser Wandler sind ein verstärkter Spannungswandler, ein Dehnungsmessstreifen-Basisdruckwandler, ein Millivolt (mv) -Druckwandler, ein 4-20-mA-Druckwandler und ein Druckwandler.

Die Anwendungen von Druckwandlern umfassen hauptsächlich Höhenerfassung, Druckerfassung, Füllstands- oder Tiefenerfassung, Durchflusserfassung und Dichtheitsprüfung. Diese Wandler können zur Erzeugung elektrischer Energie unter den Geschwindigkeitsbegrenzern auf Autobahnen oder Straßen verwendet werden, auf denen die Kraft der Fahrzeuge in elektrische Energie umgewandelt werden kann.

Klassifizierung von Wandlertypen

Es gibt verschiedene Methoden, um die Wandler zu klassifizieren, die die Funktion des Wandlers umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind, ansonsten das Auftreten ihrer Arbeitsweise zu strukturieren. Es ist äußerst einfach, Wandler wie Eingangs- und Ausgangswandler zu kategorisieren, sie werden jedoch wie einfache Signalwandler behandelt. Die Hauptfunktion des Eingangswandlers besteht darin, Größen von nicht elektrisch bis elektrisch zu messen.

Auf der anderen Seite arbeiten O / P-Wandler ganz entgegengesetzt, da ihre elektrischen Eingangssignale sind, während nichtelektrische Ausgangssignale wie Verschiebung, Kraft, Druck, Drehmoment usw. sind.
Wandler werden aufgrund ihres Funktionsprinzips in drei Typen eingeteilt, z. B. elektrisch, thermisch und mechanisch. Die folgenden drei Methoden werden verwendet, um die Wandler zu klassifizieren.

• Physikalische Wirkung
• Physikalische Größe
• Energiequelle
• Prinzip der Transduktion
• Primär- und Sekundärwandler
• Analoger und digitaler Wandler
• Wandler & inverser Wandler

Physikalische Wirkung

Die erste Klassifizierung des Wandlers kann basierend auf der physikalischen Wirkung erfolgen. Dies ist die erste Klassifizierung des Wandlers, die von der physikalischen Wirkung abhängt und zur Änderung der Größe von physikalisch zu elektrisch verwendet wird. Beispielsweise ändern sich die Kupferelemente innerhalb des Widerstands proportional zur Temperaturänderung. Hier sind die physikalischen Effekte, die zur Änderung des Widerstands, der Induktivität, der Kapazität, des Hall-Effekts und des piezoelektrischen Effekts verwendet werden

Physikalische Größe

Die zweite Klassifizierung des Wandlers kann auf der Grundlage der geänderten physikalischen Größe erfolgen, dh der Endverwendung des Wandlers hinter der Umwandlung. Beispielsweise ist ein Druckwandler ein Wandler, der Druck in ein elektrisches Signal umwandelt. Die Klassifizierung des Wandlers basierend auf der physikalischen Größe umfasst Folgendes.

• Durchflusswandler wie Durchflussmesser
• Beschleunigungswandler wie Beschleunigungsmesser
• Temperaturwandler wie Thermoelement
• Niveauregler wie Drehmomentrohr
• Druckmessumformer wie Bourdon Gauge
• Wegaufnehmer wie linearer variabler Differentialtransformator (LVDT)
• Kraftaufnehmer wie Dynamometer

Energiequelle

Die Klassifizierung von Wandlern basierend auf der Energiequelle kann durch zwei Typen erfolgen, die die folgenden umfassen.

• Aktive Wandler
• Passive Wandler

Aktive Wandler

Bei diesem Wandlertyp kann die Eingangsenergie als Steuersignal verwendet werden, während Energie unter Verwendung einer Stromversorgung in Richtung des proportionalen Ausgangs übertragen wird.

Beispielsweise kann in einem aktiven Wandler wie einem Dehnungsmessstreifen die Dehnung in Widerstand umgewandelt werden. Da jedoch die Energie des gespannten Elements geringer ist, kann die Energie für den Ausgang über eine externe Stromversorgung abgegeben werden.

Passive Wandler

In diesem Wandler kann die Eingangsenergie direkt in den Ausgang umgewandelt werden. Beispielsweise kann ein passiver Wandler wie ein Thermoelement überall dort, wo die Wärmeenergie vom Eingang absorbiert werden kann, in Spannung oder elektrische Signale umgewandelt werden.

Prinzip der Transduktion

Die Klassifizierung eines Wandlers kann basierend auf dem Transduktionsmedium erfolgen. Hier kann das Medium kapazitiv, resistiv oder induktiv sein, basierend auf dem Umwandlungsverfahren, bei dem der Eingangswandler das Eingangssignal in Widerstand, Induktivität bzw. Kapazität umwandelt.

Primär- und Sekundärwandler

Der Primärwandler enthält elektrische und mechanische Geräte. Die mechanischen Geräte werden auch als Primärwandler bezeichnet, mit denen die physikalische I / P-Größe in ein mechanisches Signal umgewandelt wird. Die Hauptfunktion eines zweiten Wandlers wird verwendet, um das Signal von mechanisch auf elektrisch zu ändern. Die Größe des O / P-Signals hängt hauptsächlich vom mechanischen I / P-Signal ab.

Beispiel

Das beste Beispiel für den Primär- und Sekundärwandler ist die Bourdon-Röhre, da die Röhre somit wie ein Primärwandler arbeitet, um die Kraft zu bemerken und sie von ihrem offenen Ende in eine Versetzung umzuwandeln. Die Versetzung der offenen Enden verschiebt die Mitte des LVDT. Die Mittenbewegung kann die Ausgangsspannung induzieren, die direkt mit der Versetzung des offenen Rohrendes verbunden ist.

Daher finden die zwei Arten der Transduktion innerhalb der Röhre statt. Erstens kann die Kraft in eine Versetzung umgewandelt werden und danach wird sie mit LVDT in die Spannung umgewandelt. Die Bourdon-Röhre ist der Hauptwandler, während der LVDT der Sekundärwandler ist.

Analoger und digitaler Wandler

Die Klassifizierung eines Wandlers kann basierend auf seinen Ausgangssignalen erfolgen, was kontinuierlich ist, ansonsten diskret.

Die Hauptfunktion des Analogwandlers besteht darin, die Eingangsmenge in eine konstante Funktion umzuwandeln. Die besten Beispiele für den analogen Wandler sind LVDT, Thermoelement, Dehnungsmessstreifen und Thermistor. Digitale Wandler werden verwendet, um die Größe eines Eingangs in ein digitales Signal zu ändern, das mit niedriger oder hoher Leistung arbeitet.

Ein digitaler Wandler wird verwendet, um physikalische Größen zu messen, um die Daten wie codierte digitale Signale zu übertragen, anstatt wie sich ständig ändernde Spannungen oder Ströme. Die digitalen Wandlertypen sind Wellencodierer, digitale Resolver, digitale Drehzahlmesser, Hall-Effekt-Sensoren und Endschalter

Wandler & inverse Wandler

Wandler - Die Vorrichtung, die die nichtelektrische Größe in eine elektrische Größe umwandelt, ist als Wandler bekannt.

Inverser Wandler - Der Wandler, der die elektrische Größe in eine physikalische Größe umwandelt, ein solcher Wandlertyp ist als inverser Wandler bekannt. Der Wandler hat einen hohen elektrischen Eingang und einen niedrigen nichtelektrischen Ausgang.

DMS-Wandler

Die Hauptfunktion des DMS-Wandlers besteht darin, physikalische Größen elektrisch umzuwandeln. Sie funktionieren, indem sie physikalische Größen innerhalb eines als Sensorelement bezeichneten Bauteils in mechanischen Druck umwandeln und anschließend die Spannung mithilfe eines Dehnungsmessers elektrisch umwandeln.

Dehnungsmessstreifen

Die Struktur des Sensorelements sowie des Dehnungsmessers ist optimal ausgelegt, um Produkte mit Handhabung und höchster Genauigkeit zu erhalten. Diese Wandler werden im Allgemeinen anhand ihrer Anwendung auf Bau- / Tiefbaustypen oder allgemeine Typen klassifiziert. Einige der Wandler vom allgemeinen Typ werden im Bau- oder Tiefbau eingesetzt. Die Arten von DMS-Wandlern sind Draht-Dehnungsmessstreifen, Folien-Dehnungsmessstreifen und Halbleiter-Dehnungsmessstreifen.

Induktiver Wandler

Der induktive Wandler arbeitet nach dem Prinzip der Induktivitätsänderung aufgrund einer merklichen Transformation innerhalb des zu messenden Betrags. Zum Beispiel ist LVDT ein induktiver Wandler vom Typ, der verwendet wird, um Verschiebungen wie Spannungsunterschiede zwischen seinen beiden Sekundärspannungen zu messen. Diese Spannungen sind das Ergebnis der Induktion aufgrund der Änderung des Flusses innerhalb der Sekundärspule durch die Versetzung des Eisenstabs. Die Typen des induktiven Wandlers sind einfache Induktivität und wechselseitige Zweispuleninduktivität.

Induktiver Wandler

Eigenschaften der Wandlertypen

Die Eigenschaften eines Wandlers sind nachstehend angegeben, die durch Untersuchen der O / P-Antwort eines Wandlers auf eine Vielzahl von I / P-Signalen bestimmt werden. Testbedingungen schaffen möglichst genaue Betriebsbedingungen. Die Methoden der rechnerischen und Standardstatistik können auf die Testdaten angewendet werden.

Die Eigenschaften des Wandlers spielen eine Schlüsselrolle bei der Auswahl des geeigneten Wandlers, insbesondere für ein bestimmtes Design. Die Kenntnis seiner Eigenschaften ist daher für eine geeignete Auswahl unerlässlich. Daher werden die Wandlermerkmale in zwei Typen eingeteilt, z. B. statisch und dynamisch.

• Präzision
• Auflösung
• Empfindlichkeit
• Drift
• Linearität
• Konformität
• Spanne
• Hysterese
• Verzerrung
• Lärm
• Linearität
• Empfindlichkeit
• Auflösung
• Schwelle
• Span & Range
• Richtigkeit
• Stabilität
• Drift
• Wiederholbarkeit
• Empfänglichkeit
• Schwelle
• Eingangs- und Eingangsimpedanzen

Statische Eigenschaften

Die statischen Eigenschaften des Wandlers sind eine Reihe von Wirkungskriterien, die während der statischen Kalibrierung erkannt werden. Dies bedeutet die Erklärung des Messwerts durch grundlegende Beibehaltung der berechneten Größen, da sich konstante Werte sehr langsam ändern.

Für Instrumente kann der Kriteriensatz definiert werden, um die Größen zu berechnen, die sich mit der Zeit allmählich ändern. Andernfalls werden als statische Eigenschaften bekannte Konstanten bezeichnet, die sich nicht über die Zeit unterscheiden. Die Eigenschaften umfassen Folgendes.

Dynamische Eigenschaften

Die dynamischen Eigenschaften des Wandlers beziehen sich auf seine Leistung, sobald die gemessene Kapazität eine Funktion der Zeit ist, die sich in Bezug auf die Zeit schnell ändert. Sobald diese Eigenschaften von der Leistung des Wandlers abhängen, ist die gemessene Größe im Wesentlichen stabil.

Diese Eigenschaften beruhen also auf dynamischen Eingaben, da sie von ihren eigenen Parametern und dem Charakter des Eingangssignals abhängen. Die dynamischen Eigenschaften des Wandlers umfassen Folgendes.

• Treue
• Reaktionsgeschwindigkeit
• Bandbreite
• Dynamischer Fehler

Im Allgemeinen überprüfen sowohl die Eigenschaften eines Wandlers wie statisch als auch dynamisch seine Leistung und geben an, wie effizient er bevorzugte Eingangssignale erkennen und unnötige Eingaben ablehnen kann.

Wandlertypen Anwendungen

Die Anwendungen von Wandlertypen werden unten diskutiert.

• Die Wandlertypen werden in elektromagnetischen Anwendungen wie Antennen, Magnetkassetten, Hall-Effekt-Sensoren, Lese- und Schreibköpfen für Festplatten verwendet.
• Die Wandlertypen werden in elektromechanischen Anwendungen wie Beschleunigungsmessern, LVDT, Galvanometern, Drucksensoren, Wägezellen, MEMS, Potentiometern, Luftstromsensoren, Linear- und Rotationsmotoren verwendet.
• Die Wandlertypen werden in elektrochemischen Anwendungen wie Sauerstoffsensoren, Wasserstoffsensoren, pH-Messgeräten,
• Die Wandlertypen werden in elektroakustischen Anwendungen wie Lautsprechern, piezoelektrischen Kristallen, Mikrofonen, Ultraschalltransceivern, Sonar usw. Verwendet
• Die Wandlertypen werden in fotoelektrischen Anwendungen wie LED, Fotodioden, Laserdioden, fotoelektrischen Zellen, LDRs, Leuchtstofflampen, Glühlampen und Fototransistoren verwendet
• Die Wandlertypen werden in thermoelektrischen Anwendungen wie Thermistoren, Thermoelementen und Widerstandstemperaturdetektoren (RTD) verwendet.
• Die Wandlertypen werden in radioakustischen Anwendungen wie Geiger-Müller-Röhren, Funksendern und -empfängern eingesetzt

Das ist also alles über verschiedene Arten von Wandlern in mehreren verwendet Elektro- und Elektronikprojekte . Bist du fasziniert von?Projekte mit Wandlern umsetzen? Dann geben Sie bitte Ihre Vorschläge, indem Sie im Kommentarbereich unten einen Kommentar abgeben. Hier ist eine Frage an Sie, was ist die Hauptfunktion des Wandlers?