Sisältö
- Esimerkkejä anturista
- Pietsosähköinen vaikutus selitetty
- Pietsosähköinen muunnin vs. anturierot
- Muut anturimallien ryhmittelyt
- Kalvoanturien käyttö
- Paineanturin fysiikka ja sovellukset
Konserteissa olevista mikrofoneista pH-koettimiin, jotka testaavat kemikaalien happamuutta, löydät muuntimia monenlaisista sovelluksista. Nimi muuntimen viittaa laitteeseen, joka muuttaa mekaaniset ilmiöt sähköisiksi ilmiöiksi tai päinvastoin. Tämä saa heidät esiin monilla elämänalueilla radioantenneista kuulokkeisiin.
Esimerkkejä anturista
Anturien erilaisia sovelluksia voidaan kuvata monella tapaa, koska niiden luokitteluun on niin monia tapoja. Yksi yleinen menetelmä, joka osoittaa, miten ne eroavat toisistaan, on vertailla miten muuntimet muuntavat energiaa ja ryhmitellä ne tämän perusteella.
Esimerkki muuntimen muunnoksesta on lämpötila-anturi, joka muuntaa lämpötilan sähköpotentiaaliksi. Tämä luokittelumenetelmä on hyödyllinen kertoessaan sinulle mitä tyyppistä anturia käytetään.
Anturit voivat olla aurinkosähköä, pietsosähköisiä, kemiallisia, keskinäiseen induktioon perustuvia, sähkömagneettisia, valojohdinpohjaisia tai Hall-efektipohjaisia. aurinkosähköanturi muuntaa valon sähköenergiaksi. Pietsosähköiset anturit Käytä pietsosähköistä vaikutusta mekaanisen rasituksen muuntamiseksi sähköenergiaksi. Kemialliset anturit muuntaa kemiallinen energia muihin energiamuotoihin.
Anturit, jotka käyttävät keskinäinen induktio mittaa määrä, kuten vääntömomentti, voima, nopeus, lineaarinen siirtymä, paine, kiihtyvyys tai jokin muu ominaisuus ja reagoi muutoksen kanssa induktanssi, johtimen kyky vastustaa sen kautta syötettyä sähkövirtaa.
Sähkömagneettiset anturit muuntaa magneettikentän muutokset sähköenergiaksi. Valojohtavat anturit muunna auringonvalo sähköenergiaksi. Anturit, jotka luottavat Hall-ilmiö (jänniteeron tuottaminen sähköjohtimen välillä) muuntaa magneettikentän muutokset sähköenergiaksi.
Joillakin tällaisista muuntimista on sovelluksia päivittäisissä laitteissa, kuten kuinka pietsosähköisiä muuntajia käytetään sähköisissä savukkeensytyttimissä, joissa jousilla varustettu vasara iskee pietsosähköistä kidettä, joka tuottaa jännitteen kipinäraon yli, kun painat sen painiketta. sytytä kaasu.
Muita käytetään Datum Electronicsin laajemmissa projekteissa, kuten maailman suurimmassa vääntömomentissa, jonka paino on 4,6 tonnia ja mittausmomentit jopa 10MNm.
Pietsosähköinen vaikutus selitetty
Pietsosähköisiä efektejä löytyy monista materiaaleista, mutta on tärkeää erottaa ne antureista, jotka ovat yksi niiden sovelluksista muuntimissa. Pietsosähköiset muuntimet sopivat materiaaliin kahden metallilevyn väliin. Asennus tuottaa pietsosähköä, kun materiaali työnnetään yhteen. Tämä muuntaa työntämisen mekaanisen voiman sähköksi.
Voit ajatella pietsosähköistä materiaalia, joka on puristettu yhteen paristona, jolla on positiivinen ja negatiivinen pää. Virta virtaa, jos liität akun molemmat puolet sähköpiiriin.
Myös päinvastainen on mahdollista. Jos aiot indusoida sähkövirran materiaalin läpi, se joutuu mekaaniseen rasitukseen, joka työntää itsensä yhteen, jota kutsutaan käänteiseksi pietsosähköiseksi vaikutukseksi, ja piezoelektrisissä antureissa käytetään sekä eteenpäin että taaksepäin mekanismeja.
Pietsosähköinen muunnin vs. anturierot
Pietsosähköiset anturit eroavat muuntimista siinä, että ne ovat erityinen esimerkki pietsosähköisistä muuntimista, jotka käyttävät tietyn tyyppistä voimaa, joka muuntuu sähköenergiaksi, mikä osoittaa, että jonkinlainen havainto on tapahtunut. Kun tarkkailet pietsosähköistä vaikutusta luonnossa, kuten ruokosokerin, berliiniitin ja kvartsin luonnollisissa lähteissä, ne voivat toimia biologisina voima-antureina, jotka voivat kertoa, onko jokin tietty kemiallinen reaktio tapahtunut pietsosähköisen vaikutuksen seurauksena.
Samoin insinöörien luomat pietsosähköiset anturit voivat havaita äänenpainevaihtelut mikrofoneissa, sähkökitaran otsakkeissa, lääketieteellisessä kuvantamisessa ja teollisessa rikkomattomassa testauksessa. Verrattuna, pietsosähköiset toimilaitteet käytä käänteistä pietsosähköistä vaikutusta mekaanisen jännityksen indusoimiseksi vasteena käytetylle sähkövirralle.
Sähköiset dipolimomentit (positiivisten ja negatiivisten varausten erottaminen materiaalissa) materiaalien kidehilarakenteista aiheuttavat pietsosähköisen vaikutuksen. Kun materiaaleja puristetaan yhteen, dipolit rivittyvät siten, että sähkövaraus voi virrata.
Pollaus, prosessi, jossa suurta sähkökenttää käytetään itse dipolien alueiden kohdistamiseen, voidaan suorittaa joillekin pietsosähköisille materiaaleille niiden tehokkuuden lisäämiseksi. Näillä pietsosähköisillä materiaaleilla ei tarvitse olla symmetrian keskipistettä, koska jos ne tekisivät, nettovaraus tyhjenisi nollaan ja virta ei voinut virtata.
Muut anturimallien ryhmittelyt
Koska anturit ovat niin leveitä monien sovellusten kanssa, voit ryhmitellä ne myös muilla menetelmillä. Anturit voidaan lajitella mittaustyyppiin. On muuntimia, jotka mittaavat lämpötilaa, painetta, siirtymää, voimaa, virtausta ja induktanssia.
Termoelementit mittaa lämpötilaa ja tuottavat sen perusteella tietyn sähköjännitteen. Kalvoanturis muuntaa paineen muutokset pieniksi muutoksiksi kalvon siirtymisessä. Ne käyttävät materiaalia, jossa on mikroskooppiset reiät, jotka antavat veden ja hydroksyyli-ionien tai kaasujen kulkea sähkökennon anodin ja katodin välillä.
Kalvoanturien käyttö
Jännitysmittarit, laitteet, jotka havaitsevat pienet muutokset sähkönvastuksessa, kun niihin kohdistetaan mekaaninen voima, ovat loistava esimerkki kalvomuuntimien käytöstä. Niitä käytetään vaa'oissa tarkkoina menetelminä esineiden tai niihin sijoitettujen materiaalien massan mittaamiseen. Jännitysmittarit havaitsevat mittarin koon pienet muutokset vasteena indusoidun sähkövirran resistanssille.
Jännitysmittarit on rakennettu siksak-kuviossa taustalle, joka havaitsee muutokset vastustuksessa. Mittarikerroin edustaa tätä muutosherkkyyttä ja voidaan laskea vastusmuutoksena jaettuna jännityksen arvolla δR / δS.
Lanka on nimellisesti poikkileikkaukseltaan pyöreä. Kun venymää kohdistetaan mittariin, vastuslangan poikkileikkauksen muoto vääristyy muuttaen poikkileikkausaluetta. Koska langan vastus pituusyksikköä kohti on käänteisesti verrannollinen poikkileikkauspinta-alaan, resistanssissa tapahtuu seurauksena muutos.
Jännitysmittarin tulo- ja lähtösuhde ilmaistaan mittarikertoimella, joka määritellään resistanssin muutoksena δR annetun kannan δS arvon suhteen, toisin sanoen mittarikerroin = δR / δS. Jännitysmittarin takana olevat mekanismit, vaikka ne ovatkin samanlaisia kuin pietsosähköisen vaikutuksen mekanismit, osoittavat, kuinka laaja sovellus muuntimien fysiikassa ja tekniikassa voi olla.
Vaikka molemmat muuntavat mekaanisen energian sähköenergiaksi, pietsosähköinen vaikutus riippuu pääasiassa materiaalien kemiallisesta koostumuksesta, kun taas venymääri käyttää vastusta sähköpiirissä.
Paineanturin fysiikka ja sovellukset
paineanturi on toinen esimerkki venymäanturimuuntimesta. Paineanturi käyttää piistä tehtyä venymittaria laskeakseen virran, jolla on vastaava paine ja vedenpinnan siirtymä. Tämän tyyppisissä muuntimissa 9,8 kPa paine korreloi 1 m vedenkorkeuden kanssa.
Paineanturi käyttää tyypillisesti ilmanvaihtokaapeleita ilmakehän paineen muutosten vaikutuksen vähentämiseksi digitaalisen tiedonkeruulaitteen rinnalla jatkuvan datan tuottamiseksi, jonka tutkija tai insinööri voi helposti analysoida.
Yleinen paineanturi voi myös kärsiä tukkeutumisesta saostumina muodostuvan rautahydroksidin ja muiden materiaalien seurauksena, hapanta ympäristöstä aiheutuvista vaurioista tai kaasun aiheuttamasta korroosiosta niiden käyttöön kaivosympäristöissä.