Muunnin on elektroninen laite, jota käytetään muuttamaan energiaa muodosta toiseen. Yleensä muunnin muuttaa yhden energiasignaalin muodon toiseksi energiasignaalin muodoksi. Esimerkkejä muuntimesta ovat; mikrofonit, aurinkokennot, hehkulamput, sähkömoottorit jne. Näitä laitteita käytetään usein, kun sähköiset signaalit muutetaan muihin fysikaalisiin suureisiin, kuten voima, energia, valo, vääntö, sijainti, liike jne. erityyppisiä muuntimia kuten virta, paine, magneettikenttä, lämpöpari , pietsosähköinen, venymämittari , keskinäinen induktio ja sähkömekaaninen anturi. Tässä artikkelissa käsitellään yleiskatsausta sähkömekaaninen muunnin – sovellusten parissa työskenteleminen.
Mikä on sähkömekaaninen anturi?
Sähkömekaaninen muunnin on eräänlainen laite, jota käytetään joko sähköisen signaalin muuntamiseen ääniaalloiksi kuten kaiuttimessa (tai muuntaa ääniaallon sähköiseksi signaaliksi kuten mikrofonissa). Toisin sanoen laite, joka muuttaa mekaanisen liikkeen sähköisiksi signaaleiksi, tunnetaan sähkömekaaninen muunnin . Esimerkkejä sähkömekaanisista muuttimista ovat; kaiuttimen, pietsosähköisen muuntimen, mikrofonin ja kestomagneettiinstrumentin mittausmekanismin.
Sähkömekaanisen anturin toimintaperiaate
Sähkömekaaninen muunnin toimii yksinkertaisesti muuttamalla mekaanista liikettä virran tai jännitteen vaihteluiksi ja päinvastoin. Näitä muuntimia käytetään pääasiassa aktivointimekanismeina automaattisissa ohjausjärjestelmissä ja myös mekaanisen liikkeen antureina mittaus- ja automaatiotekniikassa. Näiden muuntimien luokittelu voidaan tehdä muunnosperiaatteen perusteella, jota käytetään sähkömagneettisina, resistiivisinä, magnetosähköisinä, sähköstaattisina tyypeinä ja myös o/p-signaalin tyypeinä, kuten analogisina ja digitaalisina tyypeinä.
Tämäntyyppiset muuntimet arvioidaan niiden staattisten ja dynaamisten ominaisuuksien, herkkyyden E = Δy/Δx, staattisen signaalin virheen, o/p-signaalin toimintataajuusalueen ja staattisen muunnosvirheen perusteella.
Sähkömekaanisen muuntimen kaavio
Sähkömekaaninen muunnin, jota käytetään kapnografiatekniikan toteuttamiseen, on esitetty alla. Hiilidioksidin uloshengityksen tutkimusta kutsutaan kapnometriaksi. Seuraavan kaavion sähkömekaanisessa muuntimessa on IR-valolähde, joka tuottaa laajaspektristä säteilyä alueella 2-16 µm. Kapnografiassa käytettävillä IR-säteilylähteillä tulee olla tasainen emissiokyky, korkea irradianssi, spektrin tasaisuus ja suuri säteilyalue. Todellisista lähteistä säteily on aina alhaista verrattuna ihanteelliseen mustakappaleeseen, jolla on korkein emissiokyky.
Kvartsivolframihalogeenilamppujen kuuma hehkulanka tarjoaa yksinkertaisesti vahvan lähellä IR-lähdön. Yllä olevassa kaaviossa laajakaistainen infrapunavalonsäde kulkee IR-suodattimen läpi ja lähettää sitten valoa CO2:n suurimmalla absorptioaallonpituudella, kuten 4,26 µm, kaistanleveydellä 0,07 µm. Matalilla taajuuksilla valonsäde näyte otetaan pyörivän katkaisupyörän läpi. Kun tämä pyörä kääntyy, niiden paikka on aina, kun infrapunavalo läpäisee näytekammion läpi ja säteily absorboituu uloshengitetyn ilman sisällä olevien CO2-molekyylien kautta.
Toisessa asennossa infrapunavalo läpäisee läpi näytteen ja vertailukammiot. Tässä vertailukammio on suljettu CO2:lla. Muussa paikassa valo ei kulje pyörivän pyörän yli. Pyörän läpi kulkeva säteily ei absorboitunut CO2-molekyylien läpi, vaan fotodetektori, yleensä GeAs, kerää sen. valodiodi .
Pulssivalodiodin o/p-virran taajuus vastaa näytteenottoa & sen amplitudia säädetään lähetetyn säteilyn määrän mukaan. Värähtelevän signaalin intensiteettiä käsitellään potilaan hengityksen CO2-pitoisuuden päättämiseksi. Joten käyttämällä kapnografiatekniikkaa reaaliajassa, terveydenhuollon tarjoajat voivat seurata potilaiden ventilaatiotilaa ja myös mahdollisia hengityskomplikaatioita.
Sähkömekaaniset anturityypit
On olemassa erilaisia sähkömekaanisia muuntimia, joita käsitellään alla.
Lineaarinen muuttuja differentiaalimuuntaja
LVDT on sähkömekaaninen muunnin, jota käytetään muuttamaan kohteen suoraviivaista liikettä, johon se on kytketty mekaanisesti muuttuvaksi jännitteeksi, virraksi tai sähköiseksi signaaliksi. Katso tästä linkistä lisätietoja LVDT:stä.
Katso tästä linkistä lisätietoja LVDT .
Elastomeeriset muuntimet
Elastomeerinen muunnin on sähkömekaaninen muunnin, jota käytetään muuttamaan sähköenergiaa mekaaniseksi energiaksi. Näitä muuntimia optimoivat polymeerirakenteet riippuvat pääasiassa eristeen ominaisuuksista. Optimoidut osat koostuvat silikonista Q, polydimetyylisiloksaanista PDMS ja puolikiteisestä polyuretaanista PUR. Joten puolikiteinen polyuretaani on pääasiassa edullinen, koska sen dielektrisyysvakioalue on 3-10 ja korkea ionijohtavuus, erityisesti korkeissa lämpötiloissa. Polydimetyylisiloksaanin dielektrisyysvakioalue on verrattain alhainen välillä 2,5-3 ja Silicone Q on samanlainen kuin puolikiteinen polyuretaani, vaikka sillä on alhainen lasittumislämpötila.
Pietsosähköinen nanogeneraattori
Pietsosähköinen nanogeneraattori on eräänlainen sähkömekaaninen muunnin, jota käytetään muuttamaan energiaa mekaanisesta sähköiseksi käyttämällä pietsosähköisiä ZnO-nanolankoja, jotka voidaan aktivoida pienillä fyysisillä liikkeillä ja työskennellä valtavalla taajuusalueella. Näitä käytetään innovatiivisissa terveydenhuollon sovelluksissa niiden yksinkertaisen toteutuksen, omatehoisen luonteensa ja erittäin tehokkaan energian muuntamisen, kuten sähköstimulaatioterapian, vuoksi aktiivisen havaitsemisen ja ihmisen biomekaanisen energian keräämisen yhteydessä kehon laitteiden yläpuolelle.
Dielektriset elastomeerit
Dielektrinen elastomeeri (DEs) on sähkömekaaninen muunnin, jota käytetään muuttamaan sähköenergiaa mekaaniseksi energiaksi. Nämä elastomeerit toimivat kahdessa tilassa, kuten toimilaite ja yleinen. Toimilaitetilassa se muuttaa energian sähköisestä mekaaniseksi, kun taas yleistilassa se muuntaa energian mekaanisesta sähköiseksi. Nämä ovat älykkäitä materiaalijärjestelmiä, jotka synnyttävät suuria jännityksiä. Nämä kuuluvat sähköaktiivisten polymeerien ryhmään. Näillä on korkea elastinen energiatiheys ja ne ovat kevyitä.
Hyödyt ja haitat
The sähkömekaanisten muuntimien edut käsitellään alla.
- Tätä anturin lähtöä voidaan käyttää helposti lähettämällä ja prosessoimalla mittaustarkoituksiin.
- Sähköjärjestelmiä ohjataan erittäin pienellä tehoalueella.
- Nämä anturit vähentävät kitkavaikutuksia sekä muita mekaanisia epälineaarisuutta.
- Integroidun piiritekniikan ansiosta monet järjestelmät ovat kompakteja, kannettavia ja kevyempiä.
- Mekaanisten vikojen mahdollisuutta ei ole.
- Massahitausongelmia voidaan vähentää.
- Ei mekaanista kulumaa.
The sähkömekaanisten muuntimien haitat käsitellään alla.
- Tämä anturi on kallis.
- Piirejä suunniteltaessa on otettava huomioon parametrien ikääntymisen vaikutukset ja aktiivisten komponenttien ajautuminen. Joten tämä tekee suunnittelusta monimutkaisen.
Sovellukset
The sähkömekaanisen muuntimen sovellukset käsitellään alla.
- Sähkömekaanista muuntajaa käytetään sähköisen signaalin muuttamiseksi ääniaalloksi tai ääniaallot sähkösignaaliksi.
- Tämä anturi muuttaa fyysisen liikkeen o/p-jännitteeksi, amplitudiksi ja vaiheeksi, jossa nämä ovat verrannollisia sijaintiin.
- Tämä anturi vastaanottaa aaltoja sähköjärjestelmästä ja lähettää ne mekaaniseen järjestelmään.
- Näitä käytetään tärinän mittaamiseen.
- Tätä käytetään tuottamaan lineaarinen lähtö, joka on verrannollinen kulmasiirtymän tuloon.
- Sähkömekaanisen muuntimen kaltainen RVDT käytetään pääasiassa kulmasiirtymän mittaamiseen.
- Tämä laite muuttaa signaalin sähköisestä mekaaniseksi tai fyysiseksi o/p:ksi liikkuvien osien kautta.
- Tämän tyyppinen anturi on suunniteltu pääasiassa vääntömomenttimoottorin vaihtamiseen kiinteän suuttimen läpän servohanassa.
- Sähkömekaaninen RVDT-muunnin muuntaa kohteen suoraviivaisen liikkeen, johon se on mekaanisesti kytketty, vastaavaksi sähköiseksi signaaliksi.
Mitä eroa on sähkömekaanisella muuntimella ja sähkökemiallisella muuntimella?
Sähkömekaaninen muunnin on laite, joka joko muuttaa sähköisen signaalin ääniaalloksi tai muuttaa ääniaallon sähköiseksi signaaliksi. Sähkökemiallista anturia käytetään raportoimaan muutokset sähköisen signaalin muodossa, joka on suoraan verrannollinen analyytin pitoisuuteen.
Kuinka valitset oikean sähkömekaanisen muuntimen tiettyyn sovellukseen?
On monia parametreja, jotka on otettava huomioon valittaessa sähkömekaanista anturia, kuten toiminta-alue, tarkkuus, toimintaperiaate, herkkyys, kuormitusvaikutus, ympäristön yhteensopivuus jne.
Voidaanko sähkömekaanisia antureita käyttää vaarallisissa ympäristöissä?
Kun sähkömekaaninen anturi on kytketty sähköisesti mihin tahansa laitteeseen vaarallisessa ympäristössä, kytkennän yhteydessä tulee käyttää sähköistä turvaestettä.
Kuinka kalibroit sähkömekaanisen muuntimen?
Mekaaninen anturi on kalibroitava koko sen käyttöajan, koska tämän anturin herkkyys muuttuu käytön ja materiaaliin, josta se on tehty, kohdistuvien rasitusten mukaan. Eli sähkömekaanisen muuntimen kalibroimiseen käytetään vastavuoroisuusmenetelmää, joka antaa kuvauksen tekniikan periaatteesta ja sen jälkeen sen sovelluksista, kun kalibroidaan sähkömekaanista anturia.
Mitkä ovat yleisiä sähkömekaanisten muuntimien vianetsintävinkkejä?
- Vianetsinnällä tarkistetaan volttimittarilla, toimiiko anturi vai ei. Liitä tämä anturi volttimittariin ja viritä anturi oikean jännitteen avulla. Mittaa sen jälkeen anturin lähtöjännite kuormittamattomana.
- Varmista, että kuormitus ja paine ovat vakioita vai eivät.
- Tarkista herätevirtalähteen vakaus.
- Tarkista millivoltti o/p volttimittarin kautta.
- Varmista RFI- tai EMI-häiriöt.
Näin ollen tämä on yleiskatsaus sähkömekaaniseen anturi – toimii periaate, tyypit, edut, haitat ja sovellukset. Muunnin, joka vastaanottaa aaltoja sähköjärjestelmästä ja lähettää ne mekaaniseen järjestelmään, tunnetaan myös sähkömagneettisena muuntimena. Tässä on sinulle kysymys, mikä on anturi?
