トランスデューサーの種類とその用途とは

トランスデューサーの種類とその用途とは

いろいろあります 電気および電子部品 工学部の学生のための回路やプロジェクトを構築するために使用されます。コンポーネントは、アクティブおよびパッシブのcacomponents、センサー、トランスデューサー、送信機、受信機、モジュール(WiFi、Bluetooth、GSM、RFID、GPS)などです。一般に、変換のプロセスには、ある形式のエネルギーを別の形式に変換することが含まれます。このプロセスには、主に、入力エネルギーを感知し、変換要素によってそれを別の形式に変換するための感知要素が含まれます。 Measurandは、トランスデューサーが電気出力に変換するように見える特性、量、または状態を示します。ここでは、トランスデューサーとは何か、トランスデューサーの種類、およびトランスデューサーのアプリケーションについて説明します。

トランスデューサー/トランスデューサータイプとは何ですか?

トランスデューサー は、ある形式のエネルギーを別の形式に変換するために使用される電気機器です。一般に、これらのデバイスは、機械的エネルギーなどのさまざまなタイプのエネルギーを処理します。 電気エネルギー 、光エネルギー、化学エネルギー、熱エネルギー、音響エネルギー、電磁エネルギーなど。




トランスデューサー

トランスデューサー



たとえば、電話や携帯電話で日常生活で使用しているマイクを考えてみましょう。マイクは、音を電気信号に変換してから、適切な範囲に増幅します。次に、スピーカーのo / pで電気信号をオーディオ信号に変更します。今日、蛍光灯は照明に使用され、電気エネルギーを光エネルギーに変えます。

最高の トランスデューサー スピーカー、マイク、位置、温度計、アンテナ、圧力センサーです。同様に、で使用されるトランスデューサーにはさまざまな種類があります 電気および電子プロジェクト 。



トランスデューサータイプの条件

主にトランスデューサの評価に使用されるいくつかの条件について、以下で説明します。

ダイナミックレンジ

トランスデューサのダイナミックレンジは、トランスデューサが効率的に変換できるように、高振幅信号と最小振幅信号の比率です。トランスデューサーのダイナミックレンジが高い場合、より正確で感度が高くなります。


再現性

再現性とは、同様の入力によって刺激されたときに等しい出力を生成するトランスデューサの機能です。



ノイズ

トランスデューサの出力は、ランダムなノイズを追加します。電気式トランスデューサでは、これによって追加されるノイズは、回路内の電荷の熱作用のために電気的である可能性があります。小信号は、大信号よりもノイズによって破損する可能性があります。

ヒステリシス

この特性では、トランスデューサの出力は現在の入力に依存するだけでなく、過去の入力にも依存します。たとえば、アクチュエータは何らかの反応を示す歯車列を使用します。アクチュエータの移動方向が転倒すると、歯車の歯の間の遊びによってアクチュエータの出力が転倒する前に、死亡ゾーンが発生します。

トランスデューサの種類とその応用

圧力変換器、圧電変換器、超音波変換器、温度変換器など、さまざまな種類の変換器があります。実際のアプリケーションでのさまざまなタイプのトランスデューサーの使用について説明しましょう。

アクティブトランスデューサやパッシブトランスデューサなどの一部のトランスデューサタイプは、電源が必要かどうかに基づいています。

トランスデューサーの種類

トランスデューサーの種類

アクティブトランスデューサは、動作に電源を必要としません。これらのトランスデューサーは、エネルギー変換の原理に基づいて動作します。それらは、i / pに比例する電気信号を生成します。このトランスデューサの最良の例は熱電対です。一方、パッシブトランスデューサは、その動作のために外部電源を必要とします。それらは、静電容量、抵抗の形でo / pを生成します。次に、それを同等の電圧または電流信号に変換する必要があります。パッシブトランスデューサの最良の例はフォトセルです。

超音波トランスデューサー

超音波トランスデューサーの主な機能は、電気信号を超音波に変換することです。このトランスデューサは、容量性または圧電性トランスデューサとも呼ばれます。

超音波トランスデューサー

超音波トランスデューサー

超音波トランスデューサーの応用

このトランスデューサーは、反射に基づいて音の距離を測定するために使用できます。この測定は、異なる測定スケールを使用するストレート法と比較して、適切な方法に基づいています。従来の方法では、圧力領域、非常に高温など、見つけるのが難しい領域は、距離の測定は簡単な作業ではありません。したがって、このトランスデューサベースの測定システムは、この種のゾーンで使用できます。

提案されたシステムは 8051マイクロコントローラー 、電源、送信機と受信機を含む超音波トランスデューサモジュール、上記のブロック図に示されているLCDディスプレイブロックが使用されます。

ここで、超音波トランスデューサーによって検出された障害物または物体が見つかった場合、それは波を送信して物体から反射され、これらの波はトランスデューサーによって受信されます。によって消費される時間 送信用トランスデューサ 音速を考慮することで、波の受信を確認できます。次に、音速に基づいて、事前にプログラムされたマイクロコントローラーが実行され、距離が測定されてLCDディスプレイに表示されます。ここでは、ディスプレイはマイクロコントローラーと接続されています。超音波トランスデューサーは40kHzの周波数波を生成します。

温度変換器

温度変換器は、デバイスの温度を電気エネルギー、圧力、機械エネルギーなどの別の量に変換するために使用される電気デバイスであり、その量は 温度を制御するための制御装置 デバイスの。

温度変換器の応用

温度変換器は、空気の温度を測定するために使用されます。 いくつかの制御システム エアコン、暖房、換気などのように。

Arduinoベースの自動ファン速度レギュレーターによる温度の制御ブロック図

Arduinoベースの自動ファン速度レギュレーターによる温度の制御ブロック図

さまざまな産業用アプリケーションの必要性に基づいて、任意のデバイスの温度を制御するために使用される温度トランスデューサの実際的な例を考えてみましょう。 Arduinoベースの自動ファン速度レギュレーターは、温度を制御し、温度の測定値を表示します LCDディスプレイ

提案されたシステムでは、 IC LM35 温度変換器として使用されます。アン Arduinoボード 以下を含むさまざまな機能を制御するために使用されます アナログからデジタルへの変換 上の図に接続されているLCDディスプレイ。

INCやDECなどの上下設定で温度を固定できます。測定された温度に基づいて、パルス幅変調o / pがArduinoボードのプログラムによって生成されます。これの出力は、 DCファンを制御する モータードライバーICを介して。

圧電トランスデューサ

圧電トランスデューサは特殊な種類のセンサーであり、このトランスデューサの主な機能は機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換することです。同様に、電気エネルギーを機械エネルギーに変換することができます。

圧電トランスデューサ

圧電トランスデューサ

圧電トランスデューサアプリケーション

  • このトランスデューサーは主に、スティックドラマーが電子ドラムパッドに与える影響を検出するために使用されます。また、筋肉の動きを検出するためにも使用されます。これは、加速度筋造影法と呼ばれます。
  • エンジンの負荷は、さまざまな絶対圧力を計算することで決定できます。これは、これらのトランスデューサーを燃料噴射システムのMAPセンサーとして使用することで実行できます。
  • このセンサーは、エンジンのノックに気付くための自動車エンジン管理システムのノックセンサーとして使用できます。

圧力変換器

圧力トランスデューサは、電気信号に強制される圧力を変更する特殊な種類のセンサーです。これらのトランスデューサーは、圧力インジケーター、圧力計、ピエゾメーター、トランスミッター、および 圧力センサー

圧力変換器の応用

圧力変換器は、圧力を電気エネルギーに変換することにより、気体や液体などの特定の量の圧力を測定するために使用されます。増幅電圧トランスデューサー、ひずみゲージベース圧力トランスデューサー、ミリボルト(mv)圧力トランスデューサー、4-20mA圧力トランスデューサー、圧力トランスデューサーなど、これらのトランスデューサーのさまざまな種類。

圧力トランスデューサのアプリケーションには、主に高度検知、圧力検知、レベルまたは深度検知、フロー検知、およびリークテストが含まれます。これらのトランスデューサーは、車両の力を電気エネルギーに変換できる高速道路や道路のスピードブレーカーの下で電力を生成するために使用できます。

トランスデューサータイプの分類

トランスデューサーの機能を含むがこれらに限定されないトランスデューサーを分類するための異なる方法があり、そうでなければそれらの動作の発生を構造化する。入出力トランスデューサーのようなトランスデューサーを分類することは非常に簡単ですが、それらは単純な信号コンバーターのように扱われます。入力トランスデューサの主な機能は、非電気から電気までの量を測定することです。

一方、o / pトランスデューサの動作は、電気が入力信号であるのに対し、非電気は変位、力、圧力、トルクなどの出力信号であるため、まったく逆に機能します。
トランスデューサーは、電気、熱、機械などの動作原理に基づいて3つのタイプに分類されます。次の3つの方法を使用して、トランスデューサを分類します。

  • 物理的効果
  • 物理量
  • エネルギー源
  • 形質導入の原理
  • 一次および二次トランスデューサ
  • アナログ&デジタルトランスデューサー
  • トランスデューサー&逆トランスデューサー

物理的効果

トランスデューサーの最初の分類は、物理的効果に基づいて行うことができます。これは、物理的効果に依存するトランスデューサーの最初の分類であり、量を物理的から電気的に変更するために使用されます。たとえば、抵抗内での銅元素の変化は、温度変化に比例します。抵抗、インダクタンス、静電容量、ホール効果、圧電効果の変化に使用される物理的効果は次のとおりです。

物理量

トランスデューサーの2番目の分類は、変更された物理量、つまり変換の背後にあるトランスデューサーの最終用途に基づいて行うことができます。たとえば、圧力トランスデューサは、圧力を電気信号に変換するトランスデューサです。物理量に基づくトランスデューサーの分類には、以下が含まれます。

  • 流量計のような流量変換器
  • 加速度計のような加速度トランスデューサ
  • 熱電対のような温度変換器
  • トルクチューブのようなレベルトランスデューサ
  • ブルドンゲージのような圧力変換器
  • 線形可変差動変圧器(LVDT)のような変位変換器
  • 動力計のような力変換器

エネルギー源

エネルギー源に基づくトランスデューサーの分類は、次の2つのタイプで行うことができます。

  • アクティブトランスデューサー
  • パッシブトランスデューサー

アクティブトランスデューサー

このタイプのトランスデューサでは、入力エネルギーを制御信号として使用し、電源を使用して比例出力に向けてエネルギーを送信できます。

たとえば、ひずみゲージのようなアクティブトランスデューサでは、ひずみを抵抗に変えることができます。ただし、ひずみのある要素のエネルギーが少ないため、出力のエネルギーは外部電源を介して与えることができます。

パッシブトランスデューサー

このトランスデューサでは、入力エネルギーを直接出力に変換できます。たとえば、熱電対のようなパッシブトランスデューサは、入力から熱エネルギーを吸収できる場所であればどこでも、電圧または電気信号に変更できます。

形質導入の原理

トランスデューサーの分類は、形質導入の媒体に基づいて行うことができます。ここで、媒体は、入力トランスデューサが入力信号をそれぞれ抵抗、インダクタンス、および静電容量に変換する方法に基づいて、容量性、抵抗性、または誘導性である可能性があります。

一次および二次トランスデューサ

一次トランスデューサには、電気および機械装置が含まれます。機械的デバイスは一次トランスデューサとも呼ばれ、物理的なi / p量を機械的信号に変更するために使用されます。 2番目のトランスデューサーの主な機能は、信号を機械的から電気的に変更するために使用されます。 o / p信号の大きさは、主にi / p機械信号に依存します。

一次および二次トランスデューサーの最良の例はブルドンのチューブです。このように、チューブは一次トランスデューサーのように機能して力に気づき、開放端からの転位に変化させます。開放端の転位により、LVDTの中心が移動します。中心の動きは、チューブの開放端の転位に直接関連する出力電圧を誘発する可能性があります。

したがって、2種類の形質導入がチューブ内で行われます。まず、力を転位に変えることができ、その後、LVDTを使用して電圧に変えることができます。 Bourdon’s Tubeがメイントランスデューサーであるのに対し、LVDTはセカンダリトランスデューサーです。

アナログ&デジタルトランスデューサー

トランスデューサの分類は、連続的であるか離散的である出力信号に基づいて行うことができます。

アナログトランスデューサの主な機能は、入力量を定数関数に変更することです。アナログトランスデューサの最良の例は、LVDT、熱電対、ひずみゲージ、サーミスタです。デジタルトランスデューサは、低電力または高電力で動作するデジタル信号への入力の量を変更するために使用されます。

デジタルトランスデューサは、物理量を測定して、電圧や電流を連続的に変化させるのではなく、コード化されたデジタル信号のようにデータを送信するために使用されます。デジタルトランスデューサのタイプは、シャフトエンコーダ、デジタルレゾルバ、デジタルタコメータ、ホール効果センサー、リミットスイッチです。

トランスデューサーと逆トランスデューサー

トランスデューサー– 非電気量を電気量に変換する装置は、トランスデューサーとして知られています。

逆トランスデューサー– 電気量を物理量に変換するトランスデューサー。このようなタイプのトランスデューサーは、逆トランスデューサーとして知られています。トランスデューサーは、高い電気入力と低い非電気出力を備えています。

ひずみゲージトランスデューサ

ひずみゲージトランスデューサの主な機能は、物理量を電気的に変換することです。それらは、物理量を検出要素と呼ばれるコンポーネント内の機械的圧力に変更し、その後、ひずみゲージを使用して応力を電気的に変換することで機能します。

歪みゲージ

歪みゲージ

検出素子の構造とひずみゲージは、ハンドリングと優れた精度の製品を提供するために最適に設計されています。これらのトランスデューサーは、一般に、建設/土木工学タイプまたは一般タイプへの適用に基づいて分類されます。一般的なタイプのトランスデューサーのいくつかは、建設または土木分野で利用されています。ひずみゲージトランスデューサのタイプは、ワイヤひずみゲージ、フォイルひずみゲージ、および半導体ひずみゲージです。

誘導トランスデューサ

誘導トランスデューサは、測定量内でかなりの変換が行われるため、インダクタンス変化の原理に基づいて動作します。たとえば、LVDTはタイプの誘導トランスデューサであり、2つの2次電圧間の電圧差などの変位を測定するために使用されます。これらの電圧は、鉄棒の転位による二次コイル内の磁束の変化による誘導の結果です。誘導トランスデューサのタイプは、単純インダクタンスと2コイル相互インダクタンスです。

誘導トランスデューサ

誘導トランスデューサ

トランスデューサータイプの特徴

トランスデューサーの特性は、さまざまなi / p信号に対するトランスデューサーのo / p応答を調べることによって決定されます。テスト条件は、可能な限り厳密な動作条件を作成します。計算および標準統計の方法は、テストデータに適用できます。

トランスデューサーの特性は、特に特定の設計に対して、適切なトランスデューサーを選択する際に重要な役割を果たします。したがって、その特性を知ることは、適切な選択に不可欠です。したがって、トランスデューサの特性は、静的と動的の2つのタイプに分類されます。

  • 精度
  • 解決
  • 感度
  • ドリフト
  • 直線性
  • 適合性
  • スパン
  • ヒステリシス
  • ねじれ
  • ノイズ
  • 直線性
  • 感度
  • 解決
  • しきい値
  • スパンと範囲
  • 正確さ
  • 安定
  • ドリフト
  • 再現性
  • 即応性
  • しきい値
  • 入力およびO / Pインピーダンス

静的特性

トランスデューサの静的特性は、静的キャリブレーション全体で認識される一連の動作基準です。つまり、定数値は非常にゆっくりと変化するため、計算された量を基本的に維持することで測定値を説明します。

機器の場合、一連の基準を定義して、時間とともに徐々に変化する量を計算できます。それ以外の場合は、時間の経過とともに変化しないほとんど一定であり、静的特性として知られています。特徴は以下のとおりです。

動的特性

測定された容量が時間に対して急速に変化する時間の関数になると、トランスデューサの動的特性はその性能に向かって中継されます。これらの特性がトランスデューサの性能に依存すると、測定量は基本的に安定します。

したがって、これらの特性は、独自のパラメータと入力信号の特性に依存しているため、動的入力に依存しています。トランスデューサの動的特性には、次のものがあります。

  • 忠実度
  • 応答速度
  • 帯域幅
  • 動的エラー

一般に、静的および動的などのトランスデューサーの両方の特性は、その性能を検証し、優先入力信号をどれだけ効率的に認識できるかを指定し、不要な入力を拒否します。

トランスデューサータイプアプリケーション

トランスデューサタイプのアプリケーションについては、以下で説明します。

  • トランスデューサタイプは、アンテナ、磁気カートリッジ、ホール効果センサー、ディスク読み取りおよび書き込みヘッドなどの電磁アプリケーションで使用されます。
  • トランスデューサーのタイプは、加速度計、LVDT、検流計、圧力センサー、ロードセル、MEMS、ポテンショメーター、気流センサー、線形および回転モーターなどの電気機械アプリケーションで使用されます。
  • トランスデューサーのタイプは、酸素センサー、水素センサー、pHメーターなどの電気化学アプリケーションで使用されます。
  • トランスデューサーのタイプは、スピーカー、圧電結晶、マイク、超音波トランシーバー、ソナーなどの電気音響アプリケーションで使用されます。
  • トランスデューサーのタイプは、LED、フォトダイオード、レーザーダイオード、光電セル、LDR、蛍光灯、白熱灯、フォトトランジスターなどの光電アプリケーションで使用されます。
  • トランスデューサのタイプは、サーミスタ、熱電対、測温抵抗体(RTD)などの熱電アプリケーションで使用されます。
  • トランスデューサーのタイプは、ガイガーミュラー管、無線送信機および受信機などの無線音響アプリケーションで使用されます

したがって、これはすべてについてです さまざまな種類のトランスデューサー いくつかで使用 電気および電子プロジェクト 。あなたはに魅了されていますかトランスデューサーを使用してプロジェクトを実装しますか?次に、下のコメントセクションにコメントして提案をお願いします。ここにあなたへの質問があります、トランスデューサーの主な機能は何ですか?