Elektromechanische transducer: werking, typen en toepassingen

Een transducer is een elektronisch apparaat dat wordt gebruikt om energie van de ene vorm in de andere te veranderen. Over het algemeen verandert een transducer een vorm van energiesignaal in een andere vorm van energiesignaal. Voorbeelden van een transducer zijn; microfoons, zonnecellen, gloeilampen, elektromotoren, enz. Deze apparaten worden vaak gebruikt waar elektrische signalen worden veranderd in andere fysieke grootheden zoals kracht, energie, licht, koppel, positie, beweging, enz. Er zijn verschillende soorten omvormers zoals stroom, druk, magnetisch veld, thermokoppel , piëzo-elektrisch, spanningsmeter , wederzijdse inductie en elektromechanische transducer. Dit artikel bespreekt een overzicht van een elektromechanische omvormer – werken met applicaties.

Wat is een elektromechanische transducer?

Een elektromechanische transducer is een type apparaat dat wordt gebruikt om ofwel een elektrisch signaal om te zetten in geluidsgolven zoals in een luidspreker (of) om een ​​geluidsgolf om te zetten in een elektrisch signaal zoals in een microfoon. Met andere woorden, het apparaat dat mechanische beweging omzet in elektrische signalen is bekend elektromechanische omvormer . De voorbeelden van elektromechanische transducers zijn; een luidspreker, een piëzo-elektrische transducer, een microfoon en het meetmechanisme van een permanent magneetinstrument.

Werkingsprincipe van de elektromechanische transducer

Een elektromechanische transducer werkt simpelweg door mechanische beweging te veranderen in variaties van stroom of spanning en vice versa. Deze transducers worden voornamelijk gebruikt als activeringsmechanismen binnen automatische regelsystemen en ook als sensoren van mechanische beweging binnen meet- en automatiseringstechnologie. De classificatie van deze transducers kan worden gedaan op basis van het conversieprincipe dat wordt gebruikt als elektromagnetische, resistieve, magneto-elektrische, elektrostatische typen en ook het type o/p-signaal zoals analoge en digitale typen.

Dit type transducers wordt geschat met betrekking tot hun statische en dynamische kenmerken, de gevoeligheid E = Δy/Δx, de statische signaalfout, het werkfrequentiebereik van het o/p-signaal en de statische conversiefout.

Elektromechanisch transducerdiagram

De elektromechanische transducer die wordt gebruikt om de capnografietechniek te implementeren, wordt hieronder weergegeven. De studie van de uitademing van kooldioxide wordt capnometrie genoemd. De elektromechanische transducer in het volgende diagram heeft een IR-lichtbron die breedspectrumstraling produceert in het bereik van 2 tot 16 µm. IR-stralingsbronnen die worden gebruikt in capnografie moeten een uniform emissiviteit, hoge bestraling, spectrale uniformiteit en een groot stralingsgebied hebben. Van echte bronnen is de straling altijd laag in vergelijking met een ideaal zwart lichaam, dat de hoogste emissiviteit heeft.

De hete gloeidraad van de kwarts-wolfraam-halogeenlampen biedt eenvoudigweg een sterke nabij-IR-output. In het bovenstaande diagram passeert de breedband-infrarode lichtstraal een IR-filter en zendt vervolgens licht uit in de maximale absorptiegolflengte van de CO2, zoals 4,26 µm met een bandbreedte van 0,07 µm. Bij lage frequenties wordt de lichtstraal bemonsterd door een roterend chopperwiel. Zodra dit wiel draait, is hun vuur een positie waar infrarood licht door de monsterkamer gaat en de straling wordt geabsorbeerd door beschikbare CO2-moleculen in de uitgeademde lucht.

In een tweede positie gaat infrarood licht door het monster en de referentiekamers. Hier is de referentiekamer afgesloten met CO2. Op de resterende locatie valt er geen licht door het roterende wiel. De straling die door het wiel wordt uitgezonden, werd niet geabsorbeerd door CO2-moleculen en wordt eenvoudig opgevangen door de fotodetector, meestal een GeAs fotodiode .

De gepulseerde fotodiode o/p stroomfrequentie is gelijk aan de bemonstering en de amplitude ervan wordt aangepast door de hoeveelheid uitgezonden straling. De oscillerende signaalintensiteit wordt verwerkt om de concentratie van de CO2 in de adem van de patiënt te bepalen. Dus door de capnografietechniek in realtime te gebruiken, kunnen zorgverleners de ventilatiestatus van patiënten en ook mogelijke ademhalingscomplicaties volgen.

Elektromechanische transducertypen

Er zijn verschillende soorten elektromechanische transducers die hieronder worden besproken.

Lineaire variabele differentiaaltransformator

LVDT is een elektromechanische transducer die wordt gebruikt om de rechtlijnige beweging van het object waarmee het mechanisch is verbonden te veranderen in een variabele spanning, stroom of elektrisch signaal. Raadpleeg deze link voor meer informatie over LVDT.

Raadpleeg deze link voor meer informatie over LVDT .

Elastomere transducers

De elastomere transducer is een elektromechanische transducer die wordt gebruikt om elektrische energie om te zetten in mechanische energie. De polymere structuren die deze transducers optimaliseren, zijn voornamelijk afhankelijk van de eigenschappen van het diëlektricum. De geoptimaliseerde leden bestaan ​​uit siliconen Q, polydimethylsiloxaan PDMS & semikristallijn polyurethaan PUR. Semikristallijn polyurethaan heeft dus vooral de voorkeur vanwege het bereik van de diëlektrische constante van 3 tot 10 en de hoge ionische geleidbaarheid, vooral bij verhoogde temperaturen. Het bereik van de diëlektrische constante van polydimethylsiloxaan is relatief laag, variërend van 2,5 tot 3, en Silicone Q is vergelijkbaar met semikristallijn polyurethaan, hoewel het een lage glasovergangstemperatuur heeft.

Piëzo-elektrische nanogenerator

De piëzo-elektrische nanogenerator is een type elektromechanische transducer die wordt gebruikt om de energie van mechanisch naar elektrisch te veranderen met behulp van piëzo-elektrische ZnO-nanodraden die kunnen worden geactiveerd door kleine fysieke bewegingen en werken in een enorm frequentiebereik. Deze worden gebruikt in innovatieve toepassingen in de gezondheidszorg vanwege hun eenvoudige implementatie, zelfaandrijvende karakter en zeer efficiënte energieconversie zoals elektrische stimulatietherapie, in de ruimte van actieve detectie en menselijke biomechanische energieoogst naar intermediaire stroom boven lichaamsapparaten.

Diëlektrische elastomeren

Diëlektrisch elastomeer (DE's) is een elektromechanische transducer die wordt gebruikt om elektrische energie om te zetten in mechanische energie. Deze elastomeren werken in twee modi, zoals actuator en algemeen. In de actuatormodus verandert het de energie van elektrisch naar mechanisch, terwijl het in de algemene modus de energie omzet van mechanisch naar elektrisch. Dit zijn slimme materiaalsystemen die grote spanningen genereren. Deze behoren tot de groep elektroactieve polymeren. Deze hebben een hoge elastische energiedichtheid en zijn licht van gewicht.

Voor-en nadelen

De voordelen van elektromechanische transducers worden hieronder besproken.

• Deze transduceruitgang kan eenvoudig worden gebruikt door te verzenden en te verwerken voor meetdoeleinden.
• De elektrische systemen worden aangestuurd met een extreem klein vermogensbereik.
• Deze transducers verminderen de wrijvingseffecten en andere mechanische niet-lineariteiten.
• Vanwege de geïntegreerde circuittechnologie zijn veel systemen compact, draagbaar en minder gewicht.
• Er is geen kans op mechanische storingen.
• Problemen met massatraagheid kunnen worden verminderd.
• Geen mechanische slijtage.

De nadelen van elektromechanische transducers worden hieronder besproken.

• Deze omvormer is duur.
• Bij het ontwerpen van circuits moet rekening worden gehouden met de verouderingseffecten en het afdrijven van actieve componenten van parameters. Dit maakt het ontwerp dus complex.

toepassingen

De toepassingen van een elektromechanische transducer worden hieronder besproken.

• De elektromechanische transducer wordt gebruikt om een ​​elektrisch signaal om te zetten in geluidsgolven of geluidsgolven in een elektrisch signaal.
• Deze transducer verandert fysieke beweging in een o/p-spanning, de amplitude en fase waar deze evenredig zijn met de positie.
• Deze transducer ontvangt golven van een elektrisch systeem en stuurt deze door naar een mechanisch systeem.
• Deze worden gebruikt voor het meten van trillingen.
• Dit wordt gebruikt om de lineaire uitvoer te leveren die evenredig is met de invoer van hoekverplaatsing.
• Een elektromechanische transducer zoals RVDT wordt voornamelijk gebruikt voor het meten van hoekverplaatsing.
• Dit apparaat verandert het signaal van elektrisch naar mechanisch of fysiek o/p door middel van bewegende delen.
• Dit type transducer is voornamelijk ontworpen voor het vervangen van de koppelmotor in de servokraan met vaste spuitmond.
• RVDT elektromechanische transducer zet de rechtlijnige beweging van een object waarmee het mechanisch is verbonden om in een equivalent elektrisch signaal.

Wat is het verschil tussen een elektromechanische transducer en een elektrochemische transducer?

De elektromechanische transducer is een apparaat dat ofwel een elektrisch signaal verandert in geluidsgolven, ofwel een geluidsgolf verandert in een elektrisch signaal. De elektrochemische transducer wordt gebruikt om veranderingen te rapporteren in de vorm van een elektrisch signaal dat recht evenredig is met de analytconcentratie.

Hoe selecteert u de juiste elektromechanische transducer voor een bepaalde toepassing?

Er zijn veel parameters waarmee rekening moet worden gehouden bij het selecteren van een elektromechanische transducer, zoals werkbereik, nauwkeurigheid, werkingsprincipe, gevoeligheid, belastingseffect, omgevingscompatibiliteit, enz.

Kunnen elektromechanische transducers worden gebruikt in gevaarlijke omgevingen?

Wanneer een elektromechanische transducer elektrisch is aangesloten op apparatuur in een gevaarlijke omgeving, moet een elektrische veiligheidsbarrière worden gebruikt in serie bij de verbinding.

Hoe kalibreer je een elektromechanische transducer?

De mechanische transducer moet gedurende de hele gebruiksperiode worden gekalibreerd, omdat de gevoeligheid van deze transducer verandert op basis van het gebruik en de spanningen die worden uitgeoefend op de materialen waarvan ze zijn gemaakt. Er wordt dus een reciprociteitsmethode gebruikt om een ​​elektromechanische transducer te kalibreren die een beschrijving geeft van het principe van de techniek en daarna de toepassingen ervan tijdens het kalibreren van een elektromechanische transducer.

Wat zijn enkele algemene tips voor het oplossen van problemen met elektromechanische transducers?

• De probleemoplossing wordt gebruikt om te controleren of een transducer werkt of niet met een voltmeter. Sluit deze transducer aan op de voltmeter en prikkel de transducer door de juiste excitatiespanning. Meet daarna de uitgangsspanning van de transducer onbelast.
• Controleer of belasting en druk constant zijn of niet.
• Controleer de stabiliteit van de excitatievoeding.
• Controleer millivolt o/p via de voltmeter.
• Zorg voor RFI- of EMI-interferentie.

Dit is dus een overzicht van elektromechanica omvormer - werkt principe, soorten, voordelen, nadelen & toepassingen. Een transducer die golven ontvangt van een elektrisch systeem en deze doorgeeft aan een mechanisch systeem, wordt ook wel een elektromagnetische transducer genoemd. Hier is een vraag voor u, wat is een transducer?