ترانسدیوسر چیست و به چه معناست؟
ترانسدیوسر (Transducer) یا مبدل وسیله ای است که سیگنال را از یک شکل انرژی به شکل انرژی دیگر تبدیل می کند. یک مثال معروف از ترانسدیوسر بلندگو است که انرژی الکتریکی تقویت کننده را به امواج صوتی یا انرژی مکانیکی تبدیل می کند. اشکال انرژی شامل انرژی مکانیکی، الکتریکی، شیمیایی، الکترومغناطیسی، حرارتی و صوتی است که مبدل نقشش تغییر انواع این انرژی به همدیگر است.
اگرچه اصطلاح ترانسدیوسر به طور معمول، به ابزارهای صنعتی ویژه‌ای گفته می‌شود که در اتوماسيون صنعتی کاربرد دارد اما در واقع به هر وسیله ای که انرژی را تبدیل می کند می تواند گفت مبدل یا ترانسدیوسر. یک مبدل معمولاً در دستگاه های اندازه گیری استفاده می شود.
مطلب مرتبط:
ترانسمیتر چیست؟ انواع و کاربرد آن
کاربرد ابزار دقیق در اتوماسیون صنعتی
نمونه‌هایی از انواع ترانسدیوسر
نمونه های بسیار معمول و در دسترسی از ابزار های اطراف ما خودشان نوعی ترانسدیوسر هستند، ابزاری مثل:
- دماسنج
- سنسورهای موقعیت و فشار
- میکروفون ها
- آنتن ها
- بلندگوها
دیودهای ساطع نور (LED)، فتوسل ها و در بسیاری موارد، لامپ های معمولی اگرچه معمولاً به عنوان مبدل شناخته نمی شوند، اما ممکن است عملکردی مشابه مبدل داشته باشند.
حتما بخوانید: کالیبراسیون چیست؟ کاربرد آن
انواع مختلف ترانسدیوسر بر اساس یک تقسیم بندی اولیه
انواع مختلفی از مبدل وجود دارد. با این حال، در معمول‌ترین روش، مبدل ها اغلب به دو گروه طبقه بندی می شوند:
- ورودی (حسگر)
- خروجی (محرک)
** نکته: در بخش آخر مقاله، درباره تقسیم بندی انواع مختلف ترانسدیوسر به طور کامل صحبت کرده‌ایم.
ترانسدیوسر ورودی
مبدل های ورودی نوعی انرژی فیزیکی مانند دما، امواج صوتی یا فشار را مصرف می کنند و سپس آن را به سیگنال قابل خواندن تبدیل می کنند. به عنوان مثال، یک میکروفون می تواند امواج صوتی را به سیگنال الکتریکی تبدیل کند که می تواند از طریق سیم پخش شود. یک سنسور فشار، نیروی فیزیکی اعمال شده بر آن را به عددی تبدیل می کند که به راحتی قابل درک باشد. بسیاری از این مبدل‌ها در راه اندازی خط تولید کاربرد دارند. اساساً واحدهای تولیدی نمی‌توانند از حضور ترانسدیوسرها در خط تولید بی‌نیاز باشند.
ترانسدیوسر خروجی
این نوع ترانسدیوسرها یک سیگنال الکترونیکی را مصرف می کنند و سپس آن را به انرژی فیزیکی تبدیل می کنند. یک مثال یک بلندگوی استریو است که با تبدیل سیگنال الکترونیکی ضبط به امواج صوتی فیزیکی کار می کند. نوع استاندارد دیگر مبدل الکترومکانیکی، موتور الکتریکی است که انرژی الکتریکی را برای انجام یک کار به انرژی مکانیکی تبدیل می کند.
حتما بخوانید: تجهیزات اندازه‌گیری پرتابل چیست؟
راندمان ترانسدیوسرها
هنگام در نظر گرفتن مبدل ها، کارآمدی یا میزان بهینه بودن یک عامل حیاتی است. راندمان مبدل به عنوان نسبت انرژی خروجی در نوع ترجیحی به کل انرژی ورودی توصیف می شود. اساساً هیچ مبدلی کاملاً بهینه نیست. مقدار معینی از انرژی اغلب در طول فرآیند تبدیل از دست می رود.
برخی از مبدل ها معمولاً بهینه‌تر از سایرین هستند. نمونه ای از مبدل کارآمد یک آنتن رادیویی است که انرژی فرکانس رادیویی را به میدان الکترومغناطیسی تبدیل می کند. اگر آنتن به درستی کار کند، این فرآیند ممکن است به اندازه 80٪ یا بیشتر بهینه باشد. از طرف دیگر، تقریباً تمام موتور های الکتریکی با راندمان زیر 50 درصد کار می کنند. در عین حال، لامپ های رشته‌ای استاندارد مقدار قابل توجهی انرژی را به عنوان گرما از دست می‌دهند و از این رو، بازدهی کمتر از 10 درصد دارند.
ویژگی‌های انواع ترانسدیوسر
برخی از ویژگی‌هایی که عمدتاً برای رتبه‌بندی ترانسدیوسرها استفاده می‌شوند، در ادامه مورد بحث قرار می‌گیرند.
محدوده دینامیکی
محدوده دینامیکی ترانسدیوسر نسبت بین سیگنال با دامنه بالا و همچنین سیگنال کمترین دامنه است تا مبدل بتواند به طور موثر تبدیل مورد نظر را انجام دهد. هنگامی که مبدل ها دارای محدوده دینامیکی بالا هستند، دقیق تر و همچنین حساس تر هستند.
تکرارپذیری
تکرارپذیری توانایی ترانسدیوسر برای تولید خروجی برابر پس از تحریک از طریق ورودی مشابه است.
نویز ترانسدیوسر
خروجی مبدل مقداری نویز تصادفی اضافه می کند. در مبدل های نوع الکتریکی، نویز اضافه شده توسط ترانسدیوسر می تواند الکتریکی باشد، زیرا به دلیل عملکرد حرارتی بارها در مدارها است. نکته قابل توجه این است که سیگنال‌های کوچک بیشتر از سیگنال‌های بزرگ توسط نویز خراب می‌شوند.
انواع ترانسدیوسر و کاربردهای آن
انواع مختلفی از ترانسدیوسرها مانند مبدل فشار، مبدل پیزوالکتریک، مبدل اولتراسونیک، مبدل دما و غیره وجود دارد. اجازه دهید در مورد استفاده از انواع مختلف مبدل در کاربردهای عملی بحث کنیم.
مطلب مرتبط: تفاوت ترانسمیتر و ترانسدیوسر
ترانسدیوسر اولتراسونیک چیست؟
وظیفه اصلی مبدل اولتراسوند تبدیل سیگنال های الکتریکی به امواج اولتراسوند است. این ترانسدیوسر را می توان مبدل های خازنی یا پیزوالکتریک نیز نامید.
کاربرد ترانسدیوسر اولتراسونیک
از این ترانسدیوسر می توان برای اندازه گیری فاصله صدا بر اساس بازتاب استفاده کرد. این اندازه‌گیری در مقایسه با روش‌های مستقیم که از مقیاس‌های اندازه‌گیری متفاوتی استفاده می‌کنند، مبتنی بر روشی مناسب است. اندازه گیری فاصله در مناطقی مانند مناطق تحت فشار، دمای بسیار بالا و… با استفاده از روش های مرسوم اندازه گیری فاصله کار ساده ای نیست. بنابراین، این سیستم اندازه گیری مبتنی بر مبدل را می توان در این نوع مناطق استفاده کرد.
ترانسدیوسر دما چیست؟
مبدل دما یک دستگاه الکتریکی است که برای تبدیل دمای یک دستگاه به کمیت دیگری مانند انرژی الکتریکی یا فشار یا انرژی مکانیکی به کار گرفته می شود.
کاربرد مبدل دما
یک ترانسدیوسر دما می‌تواند برای اندازه گیری دمای هوا استفاده شود به طوری که برای کنترل دمای چندین سیستم کنترل مانند تهویه مطبوع، گرمایش، تهویه و غیره استفاده شود.
ترانسدیوسر پیزوالکتریک چیست؟
مبدل پیزوالکتریک نوعی حسگر خاص است و وظیفه اصلی آن تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی است. به همین ترتیب، انرژی الکتریکی را می توان به انرژی مکانیکی تبدیل کرد.
کاربردهای ترانسدیوسر پیزوالکتریک
چند مورد از کاربرد های ترانسدیوسر پیزوالکتریک:
- این مبدل عمدتاً برای تشخیص ضربه درامر چوب بر روی پدهای درام الکترونیکی استفاده می شود. و همچنین برای تشخیص حرکت عضله استفاده می شود که می توان آن را شتاب نگاری نامید.
- با این ترانسدیوسر می‌توان بار موتور را با محاسبه فشار مطلق متنوع تعیین کرد. این کار با استفاده از این مبدل ها به عنوان سنسور MAP در سیستم های تزریق سوخت قابل انجام است.
- این سنسور می تواند به عنوان یک سنسور ضربه در سیستم های مدیریت موتور خودرو برای تشخیص ضربه موتور نیز استفاده شود.
ترانسدیوسر فشار چیست؟
مبدل فشار نوع خاصی از سنسور است که فشار وارد شده به سیگنال های الکتریکی را تغییر می دهد. به این مبدل ها نشانگر فشار، مانومتر، پیزومتر، فرستنده و سنسور فشار هم گفته می‌شود.
انواع مختلف این مبدل ها:
- مبدل ولتاژ تقویت شده
- مبدل فشار پایه کرنش گیج
- مبدل فشار میلی ولت (mv)
- مبدل فشار 4-20 میلی آمپر
- مبدل فشار
کاربرد ترانسدیوسر فشار
ترانسدیوسر فشار برای اندازه گیری فشار یک کمیت خاص مانند گاز یا مایع با تغییر فشار به انرژی الکتریکی استفاده می شود.
کاربردهای مبدل فشار عمدتاً شامل سنجش ارتفاع، سنجش فشار، سنجش سطح یا عمق، سنجش جریان و تست نشت است. این مبدل‌ها می‌توانند برای تولید برق در زیر سرعت‌شکن‌ها در بزرگراه‌ها یا جاده‌ها که نیروی وسایل نقلیه می‌تواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود، استفاده شود.
حتما بخوانید: آشنایی با انواع خط‌کش های صنعتی
طبقه بندی انواع مبدل
روش‌های مختلفی برای طبقه‌بندی مبدل‌ها وجود دارد. مبدل ها بر اساس اصل عملکردشان به سه اصلی نوع الکتریکی، حرارتی و مکانیکی طبقه بندی می شوند.
جد از این سه نوع اصلی، از معیارهای زیر برای طبقه بندی مبدل ها و تعیین انواع آنها استفاده می شود.
- اثر فیزیکی
- کمیت فیزیکی
- منبع انرژی
- اصل انتقال
- مبدل اولیه و ثانویه
- مبدل آنالوگ و دیجیتال
- مبدل و مبدل معکوس
اثر فیزیکی
اولین طبقه بندی ترانسدیوسر را می توان بر اساس اثر فیزیکی انجام داد. این اولین طبقه بندی مبدل است که به اثر فیزیکی بستگی دارد و برای تغییر کمیت از فیزیکی به الکتریکی استفاده می شود. به عنوان مثال، تغییر عناصر مس در مقاومت متناسب با تغییر دما خواهد بود.
کمیت فیزیکی
طبقه بندی دوم ترانسدیوسر را می توان بر اساس کمیت فیزیکی تغییر یافته یعنی استفاده نهایی مبدل پشت تبدیل انجام داد. به عنوان مثال، یک مبدل فشار، مبدلی است که فشار را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. طبقه بندی مبدل بر اساس کمیت فیزیکی شامل موارد زیر است:
- مبدل جریان مانند فلومتر
- مبدل شتاب مانند شتاب سنج
- مبدل دما مانند ترموکوپل
- مبدل سطح مانند لوله گشتاور
- مبدل فشار مانند بوردون گیج
- مبدل جابجایی مانند ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر خطی (LVDT)
- مبدل نیرو مانند دینامومتر
تقسیم بندی انواع ترانسدیوسر بر اساس نیاز به منبع
یکی از روش‌های تقسیم‌بندی ترانسدیوسر این است که آن ها را بر اساس این موضوع که به منبع تغذیه ثابت نیاز دارند یا نه تقسیم بندی کنیم. بر این اساس، انواع مبدل به نوع‌های زیر تقسیم می‌شوند:
- مبدل‌های فعال
- مبدل‌های غیرفعال
ترانسدیوسر فعال چیست؟
به هیچ منبع تغذیه ای برای عملکرد خود نیاز ندارد. این مبدل ها بر اساس اصل تبدیل انرژی کار می کنند. آنها یک سیگنال الکتریکی تولید می کنند که متناسب با i/p است. بهترین نمونه از این مبدل ترموکوپل است.
ترانسدیوسر غیر فعال چیست؟
مبدل غیرفعال برای عملکرد خود به یک منبع تغذیه خارجی نیاز دارد. آنها یک o/p را به شکل خازن، مقاومت تولید می کنند. سپس باید به یک سیگنال ولتاژ یا جریان معادل تبدیل شود. بهترین مثال مبدل غیرفعال، فتوسل است.
طبقه بندی ترانسدیوسر بر اساس اصل انتقال
طبقه بندی مبدل را می توان بر اساس محیط انتقال نیز انجام داد. در اینجا محیط ممکن است خازنی، مقاومتی یا القایی بر اساس روش تبدیلی باشد که چگونه مبدل ورودی سیگنال ورودی را به ترتیب به مقاومت، اندوکتانس و ظرفیت تغییر می دهد.
تقسیم انواع ترانسدیوسر به مبدل اولیه و ثانویه
مبدل اولیه شامل دستگاه های الکتریکی و مکانیکی است. دستگاه های مکانیکی مبدل های اولیه نیز نامیده می شوند که برای تغییر کمیت فیزیکی i/p به سیگنال مکانیکی استفاده می شوند. عملکرد اصلی مبدل دوم برای تغییر سیگنال از مکانیکی به الکتریکی استفاده می شود. بزرگی سیگنال o/p عمدتاً به سیگنال مکانیکی i/p بستگی دارد.
مبدل آنالوگ و دیجیتال
طبقه بندی یک مبدل را می توان بر اساس سیگنال های خروجی آنها هم انجام داد.
وظیفه اصلی مبدل آنالوگ تغییر مقدار ورودی به یک تابع ثابت است. بهترین نمونه‌های مبدل آنالوگ عبارتند از LVDT، ترموکوپل، فشار سنج و ترمیستور. مبدل های دیجیتال برای تغییر مقدار یک ورودی به سیگنال دیجیتالی که با توان کم یا زیاد کار می کند، استفاده می شود.
مبدل دیجیتال برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی برای انتقال داده‌ها مانند سیگنال‌های دیجیتال رمزگذاری‌شده به جای مانند تغییر مداوم ولتاژ یا جریان استفاده می‌شود. انواع مبدل های دیجیتال عبارتند از:
- رمزگذار
- حل کننده دیجیتال
- سرعت سنج دیجیتال
- سنسور اثر هال و سوئیچ های حد
مشخصات انواع مبدل
مشخصات یک مبدل در زیر آورده شده است که با بررسی پاسخ o/p مبدل به انواع سیگنال های i/p مشخص می شود. شرایط آزمایش تا حد امکان شرایط عملیاتی مشخصی را ایجاد می کند. روش های آماری محاسباتی و استاندارد را می توان برای داده های آزمون اعمال کرد.
ویژگی های مبدل در انتخاب مبدل مناسب، به ویژه برای یک طراحی خاص، نقش کلیدی ایفا می کند. بنابراین شناخت ویژگی های آن برای انتخاب مناسب ضروری است. بنابراین ویژگی های مبدل به دو نوع استاتیک و دینامیک دسته بندی می شوند.
ویژگی های استاتیک
خصوصیات استاتیکی مبدل مجموعه ای از معیارهای عملی است که در طول کالیبراسیون استاتیکی شناسایی می شود که به معنای توضیح ارزش اندازه گیری از طریق حفظ اصولی کمیت های محاسبه شده است زیرا مقادیر ثابت بسیار آهسته تغییر می کنند.
برای ابزارها، مجموعه ای از معیارها را می توان برای محاسبه کمیت هایی تعریف کرد که به تدریج با زمان تغییر می کنند، در غیر این صورت عمدتاً ثابت هستند که در طول زمان تفاوتی ندارند به عنوان ویژگی های ایستا شناخته می شوند.
این ویژگی ها شامل موارد زیر است:
- دقت، درستی
- وضوح
- حساسیت
- رانش
- خطی بودن
- انطباق
- طول
- هیسترزیس
- اعوجاج
- سر و صدا
- خطی بودن
- حساسیت
- وضوح
- آستانه
- دهانه و محدوده
- دقت
- ثبات
- رانش
- تکرارپذیری
- پاسخگویی
- آستانه
- امپدانس ورودی و O/P
ویژگی های دینامیک
هنگامی که ظرفیت اندازه گیری شده تابعی از زمان است که به سرعت با توجه به زمان تغییر می کند، ویژگی های دینامیکی مبدل به عملکرد آن رله می دهد. هنگامی که این ویژگی ها بر عملکرد مبدل تکیه می کنند، سپس کمیت اندازه گیری شده اساساً پایدار است.
بنابراین این ویژگی ها به ورودی های دینامیک متکی هستند زیرا به پارامترهای خود و ویژگی سیگنال ورودی وابسته هستند.
مشخصات دینامیکی مبدل شامل موارد زیر است:
- وفاداری
- سرعت پاسخ
- پهنای باند
- خطای دینامیکی
به طور کلی، هر دو ویژگی یک مبدل مانند استاتیک و دینامیک، عملکرد آن را تأیید می کند و مشخص می کند که چگونه می تواند سیگنال های ورودی ترجیحی را تشخیص دهد و همچنین ورودی های غیر ضروری را رد کند.
جمع بندی
گروه صنعتی سپیانی با تجربه‌ای ارزشمند در طراحی و راه‌اندازی خط تولید، راه اندازی و اجرای اتوماسیون صنعتی و فروش تجهیزات صنعتی، می‌تواند علاوه بر تأمین قطعات مورد نیاز شما از طریق فروشگاه خود، درباره‌ی راه اندازی همه‌ی موارد ذکر شده به شما مشاوره نیز بدهد.
اگر می‌خواهید از نظرات مشاوران متخصص و با تجربه‌ی گروه صنعتی سیپانی استفاده کنید، می‌توانید روی لینک درخواست مشاوره کلیک کنید. همچنین می‌توانید از قسمت تماس با ما با شرکت تماس گرفته و سوالات خود را مطرح کنید.
