ทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า : การทำงาน ประเภท และการนำไปใช้งาน

ทรานสดิวเซอร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในการเปลี่ยนพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปสู่อีกรูปแบบหนึ่ง โดยทั่วไป ทรานสดิวเซอร์จะเปลี่ยนสัญญาณพลังงานรูปแบบหนึ่งเป็นสัญญาณพลังงานรูปแบบอื่น ตัวอย่างของทรานสดิวเซอร์ ได้แก่ ไมโครโฟน เซลล์แสงอาทิตย์ หลอดไส้ มอเตอร์ไฟฟ้า ฯลฯ อุปกรณ์เหล่านี้มักถูกใช้เมื่อสัญญาณไฟฟ้าถูกเปลี่ยนเป็นปริมาณทางกายภาพอื่นๆ เช่น แรง พลังงาน แสง แรงบิด ตำแหน่ง การเคลื่อนไหว เป็นต้น มี ทรานสดิวเซอร์ประเภทต่างๆ เช่น กระแส แรงดัน สนามแม่เหล็ก เทอร์โมคัปเปิล ,เพียโซอิเล็กทริก, สเตรนเกจ , การเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน และทรานสดิวเซอร์แบบเครื่องกลไฟฟ้า บทความนี้กล่าวถึงภาพรวมของ ทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า - การทำงานกับแอพพลิเคชั่น

ทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าคืออะไร?

ทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ประเภทหนึ่งที่ใช้ในการแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นคลื่นเสียง เช่น ในลำโพง (หรือ) แปลงคลื่นเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้า เช่น ในไมโครโฟน กล่าวอีกนัยหนึ่ง อุปกรณ์ที่แปลงการเคลื่อนที่เชิงกลเป็นสัญญาณไฟฟ้าเป็นที่รู้จักกัน ทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า . ตัวอย่างทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า ได้แก่ ลำโพง ตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริก ไมโครโฟน และกลไกการวัดของเครื่องมือแม่เหล็กถาวร

หลักการทำงานของทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า

ทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าทำงานง่ายๆ โดยการเปลี่ยนการเคลื่อนที่เชิงกลให้เป็นกระแสหรือแรงดันและในทางกลับกัน ทรานสดิวเซอร์เหล่านี้ส่วนใหญ่จะใช้เป็นกลไกการเปิดใช้งานภายในระบบควบคุมอัตโนมัติ และยังเป็นเซ็นเซอร์การเคลื่อนไหวทางกลภายในเทคโนโลยีการวัดและระบบอัตโนมัติ การจำแนกประเภททรานสดิวเซอร์เหล่านี้สามารถทำได้ตามหลักการแปลงที่ใช้เป็นประเภทแม่เหล็กไฟฟ้า ตัวต้านทาน แมกนีโตอิเล็กทริก ไฟฟ้าสถิต และประเภทของสัญญาณ o/p เช่น ประเภทอะนาล็อกและดิจิทัล

ทรานสดิวเซอร์ประเภทนี้ประเมินโดยคำนึงถึงคุณลักษณะแบบคงที่และไดนามิก ความไว E = Δy/Δx ข้อผิดพลาดของสัญญาณแบบคงที่ ช่วงความถี่การทำงานของสัญญาณ o/p & ข้อผิดพลาดในการแปลงแบบคงที่

แผนภาพทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า

ทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าซึ่งใช้เทคนิค Capnography แสดงอยู่ด้านล่าง การศึกษาการหมดอายุของคาร์บอนไดออกไซด์เรียกว่า capnometry ทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าในแผนภาพต่อไปนี้มีแหล่งกำเนิดแสง IR ที่สร้างรังสีสเปกตรัมกว้างในช่วง 2 ถึง 16 µm แหล่งกำเนิดรังสี IR ที่ใช้ใน capnography ควรมีการแผ่รังสีที่สม่ำเสมอ การฉายรังสีสูง ความสม่ำเสมอของสเปกตรัม และพื้นที่การแผ่รังสีขนาดใหญ่ จากแหล่งกำเนิดจริง การแผ่รังสีจะต่ำเสมอเมื่อเทียบกับวัตถุดำในอุดมคติ ซึ่งมีค่าการแผ่รังสีสูงสุด

ไส้หลอดทังสเตนฮาโลเจนควอทซ์ไส้ร้อนเพียงแค่ให้เอาต์พุตที่แข็งแกร่งใกล้กับ IR ในแผนภาพด้านบน รังสีอินฟราเรดบรอดแบนด์จะผ่านตัวกรอง IR จากนั้นจะส่งผ่านแสงที่ความยาวคลื่นการดูดกลืนสูงสุดของ CO2 เช่น 4.26 µm ด้วยแบนด์วิดท์ 0.07 μm ที่ความถี่ต่ำ ลำแสงจะถูกสุ่มตัวอย่างผ่านล้อสับที่หมุน เมื่อวงล้อนี้หมุน re ของพวกมันจะเป็นตำแหน่งที่แสงอินฟราเรดส่งผ่านไปทั่วห้องตัวอย่าง และรังสีจะถูกดูดซับผ่านโมเลกุลของ CO2 ที่มีอยู่ภายในอากาศที่หายใจออก

ในตำแหน่งที่สอง แสงอินฟราเรดจะส่งผ่านไปทั่วตัวอย่างและห้องอ้างอิง ที่นี่ ห้องอ้างอิงถูกปิดผนึกด้วย CO2 ในตำแหน่งที่เหลือ ไม่มีไฟส่องผ่านล้อหมุน รังสีที่ส่งไปทั่ววงล้อไม่ได้ถูกดูดซับผ่านโมเลกุลของ CO2 และถูกรวบรวมโดยเครื่องตรวจจับแสง ซึ่งโดยทั่วไปคือ GeAs โฟโตไดโอด .

ความถี่ปัจจุบันโฟโตไดโอดแบบพัลส์ o/p เทียบเท่ากับการสุ่มตัวอย่าง & แอมพลิจูดของมันถูกปรับผ่านปริมาณของรังสีที่ส่ง ความเข้มของสัญญาณสั่นจะถูกประมวลผลเพื่อกำหนดความเข้มข้นของ CO2 ในลมหายใจของผู้ป่วย ดังนั้น ด้วยการใช้เทคนิค capnography แบบเรียลไทม์ ผู้ให้บริการด้านสุขภาพสามารถตรวจสอบสถานะการช่วยหายใจของผู้ป่วยและภาวะแทรกซ้อนที่อาจเกิดขึ้นจากการหายใจได้

ประเภททรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า

มีทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าหลายประเภทซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง

หม้อแปลงดิฟเฟอเรนเชียลแปรผันเชิงเส้น

LVDT เป็นทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า ใช้เพื่อเปลี่ยนการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงของวัตถุที่เชื่อมต่อทางกลไกให้เป็นสัญญาณแรงดัน กระแส หรือไฟฟ้าที่แปรผันได้ โปรดดูที่ลิงค์นี้เพื่อทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ LVDT

โปรดดูที่ลิงค์นี้เพื่อทราบข้อมูลเพิ่มเติม แอลวีดีที .

อิลาสโตเมอร์ทรานสดิวเซอร์

อีลาสโตเมอร์ทรานสดิวเซอร์เป็นทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่ใช้ในการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล โครงสร้างพอลิเมอร์ที่ปรับแต่งทรานสดิวเซอร์เหล่านี้ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของไดอิเล็กตริก องค์ประกอบที่ปรับให้เหมาะสมประกอบด้วยซิลิโคน Q, โพลีไดเมทิลไซลอกเซน PDMS และโพลียูรีเทนกึ่งคริสตัลไลน์ PUR ดังนั้น โพลียูรีเทนกึ่งผลึกจึงเป็นที่ต้องการเป็นหลัก เนื่องจากมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกตั้งแต่ 3 ถึง 10 และค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิสูง ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของโพลีไดเมทิลไซลอกเซนมีค่าค่อนข้างต่ำตั้งแต่ 2.5 ถึง 3 และซิลิโคน Q คล้ายกับโพลียูรีเทนกึ่งผลึก แม้ว่าจะมีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วต่ำ

Piezoelectric Nanogenerator

เครื่องกำเนิดนาโนแบบเพียโซอิเล็กทริกเป็นทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าประเภทหนึ่งที่ใช้ในการเปลี่ยนพลังงานจากเครื่องกลเป็นไฟฟ้าโดยใช้สายนาโนแบบเพียโซอิเล็กทริก ZnO ซึ่งสามารถเปิดใช้งานได้ผ่านการเคลื่อนไหวทางกายภาพขนาดเล็กและทำงานในช่วงความถี่ที่กว้างมาก สิ่งเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในแอปพลิเคชันด้านการดูแลสุขภาพที่เป็นนวัตกรรมเนื่องจากการนำไปใช้งานที่เรียบง่าย ธรรมชาติที่ใช้พลังงานได้เอง และการแปลงพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูง เช่น การบำบัดด้วยการกระตุ้นด้วยไฟฟ้า ในพื้นที่ของการตรวจจับแบบแอคทีฟและการเก็บเกี่ยวพลังงานทางชีวกลศาสตร์ของมนุษย์ไปยังพลังงานตัวกลางเหนืออุปกรณ์ในร่างกาย

อิเล็กทริก อิลาสโตเมอร์

อิเล็กทริกอิลาสโตเมอร์ (DEs) เป็นทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า ใช้ในการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล อีลาสโตเมอร์เหล่านี้ทำงานในสองโหมด เช่น แอคชูเอเตอร์และโหมดทั่วไป ในโหมดแอคชูเอเตอร์ มันจะเปลี่ยนพลังงานจากไฟฟ้าเป็นกลไก ในขณะที่ในโหมดทั่วไป มันจะแปลงพลังงานจากกลไกเป็นไฟฟ้า นี่คือระบบวัสดุอัจฉริยะที่สร้างความเครียดจำนวนมาก สิ่งเหล่านี้อยู่ในกลุ่มโพลิเมอร์ที่ออกฤทธิ์ทางไฟฟ้า สิ่งเหล่านี้มีความหนาแน่นของพลังงานที่ยืดหยุ่นสูงและมีน้ำหนักเบา

ข้อดีและข้อเสีย

เดอะ ข้อดีของทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า จะกล่าวถึงด้านล่าง

• เอาต์พุตทรานสดิวเซอร์นี้สามารถใช้งานได้ง่ายโดยการส่งและประมวลผลเพื่อวัตถุประสงค์ในการวัด
• ระบบไฟฟ้าถูกควบคุมด้วยช่วงกำลังที่เล็กมาก
• ทรานสดิวเซอร์เหล่านี้จะลดผลกระทบจากแรงเสียดทานรวมถึงความไม่เชิงเส้นเชิงกลอื่นๆ
• เนื่องจากเทคโนโลยีวงจรรวม ระบบต่างๆ จึงมีขนาดกะทัดรัด พกพาสะดวก และน้ำหนักน้อยลง
• ไม่มีโอกาสเกิดความผิดพลาดทางกลไก
• ปัญหามวลเฉื่อยจะลดลงได้
• ไม่มีการสึกหรอทางกล

เดอะ ข้อเสียของทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า จะกล่าวถึงด้านล่าง

• ทรานสดิวเซอร์นี้มีราคาแพง
• ในขณะที่ออกแบบวงจร ควรพิจารณาถึงผลกระทบของการเสื่อมสภาพและการเบี่ยงเบนของส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ของพารามิเตอร์ ดังนั้นสิ่งนี้จะทำให้การออกแบบซับซ้อน

แอพพลิเคชั่น

เดอะ การประยุกต์ใช้ทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า จะกล่าวถึงด้านล่าง

• ทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าใช้เพื่อเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าเป็นคลื่นเสียงหรือคลื่นเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้า
• ทรานสดิวเซอร์นี้เปลี่ยนการเคลื่อนไหวทางกายภาพเป็นแรงดัน o/p, แอมพลิจูด & เฟส ซึ่งสิ่งเหล่านี้แปรผันตามตำแหน่ง
• ทรานสดิวเซอร์นี้รับคลื่นจากระบบไฟฟ้าและส่งไปยังระบบกลไก
• ใช้สำหรับวัดการสั่นสะเทือน
• สิ่งนี้ใช้เพื่อจัดเตรียมเอาต์พุตเชิงเส้นที่เป็นสัดส่วนกับอินพุตของการกระจัดเชิงมุม
• ทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าเช่น ร.ฟ.ท ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการวัดการกระจัดเชิงมุม
• อุปกรณ์นี้เปลี่ยนสัญญาณจากไฟฟ้าเป็น o/p ทางกลหรือทางกายภาพผ่านชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว
• ทรานสดิวเซอร์ประเภทนี้ได้รับการออกแบบมาเป็นหลักสำหรับเปลี่ยนมอเตอร์ทอร์กภายในเซอร์โวแทปลิ้นปีกนกหัวฉีดแบบตายตัว
• ทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า RVDT จะแปลงการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงของวัตถุที่เชื่อมต่อทางกลไกให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่เทียบเท่า

อะไรคือความแตกต่างระหว่างทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าและทรานสดิวเซอร์ไฟฟ้าเคมี?

ทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าเป็นคลื่นเสียง หรือเปลี่ยนคลื่นเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้า ทรานสดิวเซอร์เคมีไฟฟ้าใช้เพื่อรายงานการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบของสัญญาณไฟฟ้าซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของสารที่วิเคราะห์

คุณจะเลือกทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานเฉพาะได้อย่างไร

มีพารามิเตอร์มากมายที่ต้องพิจารณาขณะเลือกทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า เช่น ช่วงการทำงาน ความแม่นยำ หลักการทำงาน ความไว เอฟเฟกต์การโหลด ความเข้ากันได้ของสภาพแวดล้อม ฯลฯ

สามารถใช้ทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตรายได้หรือไม่?

เมื่อเชื่อมต่อทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าเข้ากับอุปกรณ์ใดๆ ในสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตราย ควรใช้แผงกั้นความปลอดภัยทางไฟฟ้าภายในอนุกรมโดยการเชื่อมต่อ

คุณจะสอบเทียบทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าได้อย่างไร

ทรานสดิวเซอร์เชิงกลต้องได้รับการสอบเทียบตลอดระยะเวลาการให้บริการ เนื่องจากความไวของทรานสดิวเซอร์นี้เปลี่ยนแปลงตามการใช้งานและความเค้นที่กระทำต่อวัสดุที่ผลิตขึ้น ดังนั้น วิธีการต่างตอบแทนจึงถูกนำมาใช้ในการสอบเทียบทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า ซึ่งให้คำอธิบายเกี่ยวกับหลักการของเทคนิค และหลังจากนั้น การใช้งานในขณะที่สอบเทียบทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า

เคล็ดลับในการแก้ปัญหาทั่วไปสำหรับทรานสดิวเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้ามีอะไรบ้าง

• การแก้ไขปัญหาใช้เพื่อตรวจสอบว่าทรานสดิวเซอร์ทำงานหรือไม่ด้วยโวลต์มิเตอร์ เชื่อมต่อทรานสดิวเซอร์นี้กับโวลต์มิเตอร์และกระตุ้นทรานสดิวเซอร์ผ่านแรงดันกระตุ้นที่เหมาะสม หลังจากนั้นวัดแรงดันเอาต์พุตของทรานสดิวเซอร์เมื่อไม่มีโหลด
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าโหลดและแรงดันคงที่หรือไม่
• ตรวจสอบความเสถียรของแหล่งจ่ายไฟกระตุ้น
• ตรวจสอบมิลลิโวลต์ o/p ผ่านโวลต์มิเตอร์
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีสัญญาณรบกวน RFI หรือ EMI

ดังนั้นนี่คือภาพรวมของระบบเครื่องกลไฟฟ้า ทรานสดิวเซอร์ - ทำงาน หลักการ ประเภท ข้อดี ข้อเสีย และการนำไปใช้ ทรานสดิวเซอร์ที่รับคลื่นจากระบบไฟฟ้าและส่งไปยังระบบกลไก เรียกอีกอย่างว่าทรานสดิวเซอร์แม่เหล็กไฟฟ้า นี่คือคำถามสำหรับคุณ ทรานสดิวเซอร์คืออะไร?