در تعریف ترانسدیوسر چیست باید گفت: دستگاهی که یک شکل از انرژی را به دیگری تبدیل می کند به عنوان ترانسدیوسر (مبدل) شناخته می شود. فرایند تبدیل به عنوان انتقال شناخته می شود. تبدیل با حس کردن و انتقال مقادیر فیزیکی مانند دما، فشار، صدا و غیره انجام می شود. ترانسدیوسر یک قطعه الکترونیکی یا الکترومکانیک است که انرژی مکانیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. سیگنال الکتریکی ممکن است ولتاژ، جریان و یا فرکانس باشد. تولید سیگنال به تأثیرات مقاومتی و خازنی ورودی فیزیکی بستگی دارد. اگر به دنبال خرید قطعات الکترومکانیک می باشید، پیشنهاد می کنیم سری به فروشگاه مارش شاپ بزنید.
اهمیت ترانسدیوسر
تعیین میزان دقیق نیروهای فیزیکی مانند دما، فشار و غیره بسیار مشکل است؛ اما اگر نیروی فیزیکی به سیگنال الکتریکی تبدیل شود، مقدار آنها به راحتی با کمک مقیاسی مشخص، اندازه گیری می شود. ترانسدیوسرها از تجهیزات ابزار دقیق صنعتی به شمار می روند که نیروهای فیزیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند که به راحتی قابل کنترل و انتقال برای اندازه گیری است.
مزایای تبدیل کمیت فیزیکی به سیگنال الکتریکی
- تضعیف و تقویت سیگنال های الکتریکی بسیار آسان است.
- سیگنال الکتریکی خطای اصطکاک کمتری ایجاد می کند.
- قدرت کمی برای کنترل سیستم های الکتریکی مورد نیاز است.
- سیگنال های الکتریکی به راحتی منتقل و برای اندازه گیری پردازش می شوند.
- قطعه و برنامه های مورد استفاده برای اندازه گیری سیگنال الکتریکی بسیار فشرده و دقیق هستند.
- سیگنال های الکتریکی در سنجش های از راه دور (telemetry) استفاده می شود.
مقاله مرتبط: انواع سنسورهای مورد استفاده در اتوماسیون صنعتی
اجزای ترانسدیوسر چیست
مبدل شامل دو بخش مهم است:
- جزء حس کننده (Sensing Element): بخشی از ترانسدیوسر است که به مقدار فیزیکی پاسخ می دهد. واکنش جزء حسگر به پدیده فیزیکی بستگی دارد.
- جزء انتقال دهنده (Transduction Element): جزء انتقال، خروجی بخش حسگر را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. این عنصر را ترانسدیوسر ثانویه نیز می نامند.
ترانسدیوسر دارای اجزای دیگری مانند تقویت کننده ها، تجهیزات پردازش سیگنال، منابع تغذیه کالیبراسیون و منابع مرجع و غیره می تواند باشد.
عوامل موثر بر انتخاب ترانسدیوسر
انتخاب ترانسدیوسرهای مورد استفاده برای اندازه گیری مقدار فیزیکی به عوامل زیر بستگی دارد.
اصل عملکرد ترانسدیوسرها براساس اصول عملکردشان برای اهداف مختلف انتخاب می شوند. عملکرد ترانسدیوسر می تواند به شکل مقاومتی، القایی، خازنی، اپتوالکترونیکی، پیزوالکتریک و غیره باشد.
حساسیت حساسیت ترانسدیوسر باید متناسب با برنامه درنظر گرفته شده باشد و هماهنگ با محیط کاری عمل نماید.
محدوده عملکرد ترانسدیوسر باید محدوده عملکرد وسیعی داشته باشد تا در حین کار آسیب نبیند.
دقت دقت ترانسدیوسرها بعد از کالیبراسیون تعیین می شود. با وجود دقت، مبدل قادر به شناسایی تغییرات ناچیز است که این امر برای کاربردهای صنعتی ضروری است.
خطاها با بررسی و پایش رابطه ی بین سیگنال خروجی و ورودی که توسط تابع انتقال به دست می آید، از خطاها جلوگیری می شود. بنابراین استفاده از ترانسدیوسرهای با کیفیت و تجهیز شده، در خطایابی خود قطعه می تواند کمک شایانی داشته باشد.
سازگاری با محیط زیست مبدل ها باید بتوانند در محیط های مشخص مانند محیط های خطرناک کار کنند. همچنین می بایست بتواند تحت فشار و ضربه های شدید کار کند.
عدم حساسیت به سیگنال های ناخواسته ترانسدیوسر باید به اندازه کافی حساس باشد تا سیگنال های ناخواسته را نادیده بگیرد.
استفاده و استحکام دوام، اندازه و وزن ترانسدیوسر قبل از انتخاب باید مشخص شود.
ثبات و قابلیت اطمینان پایداری ترانسدیوسرها باید به اندازه کافی برای عملیات بالا باشد. چرا که این قطعه به صورت پیوسته در سیستم صنعتی می بایست عمل کند.
ویژگی استاتیک ترانسدیوسر باید خطی بوده و وضوح بالایی داشته باشد؛ در عین حال هیسترزیس باید پایین باشد که موجب می شود مبدل نسبت به بار و دمای محیط تاثیرناپذیر گردد.
کاربردهای ترانسدیوسر
موارد زیر از جمله کاربردهای ترانسدیوسرها است:
- برای تشخیص حرکت ماهیچه ها که سرعت سنجی عضلانی (acceleromyography) نامیده می شود، استفاده می گردد.
- ترانسدیوسر میزان بار و فشار روی موتورها را اندازه گیری می کند.
- به عنوان سنسور برای آگاهی از ضربه موتور استفاده می شود.
- ترانسدیوسرها فشار گاز و مایع را با تبدیل آن به سیگنال الکتریکی اندازه گیری می کنند.
- این قطعه دمای دستگاه ها را به سیگنال الکتریکی یا کار مکانیکی تبدیل می کند.
- ترانسدیوسر در دستگاه سونوگرافی استفاده می شود. امواج صوتی بیمار را با انتشار امواج صوتی آنها دریافت کرده و سیگنال را به CPU منتقل می کند.
- ترانسدیوسردر اسپیکر برای تبدیل سیگنال الکتریکی به صدای آکوستیک استفاده می شود.
- در آنتن برای تبدیل امواج الکترومغناطیسی به سیگنال الکتریکی استفاده می شود.
- طبقه بندی مبدل ها بستگی به عوامل مختلف مانند نوع انتقال، تبدیل سیگنال الکتریکی از AC یا DC و غیره دارد.
بیشتر بخوانید: تفاوت های بین سنسور و ترانسدیوسر
طبقه بندی انواع ترانسدیوسر
مبدل ها انواع مختلفی دارند و می توان آنها را با معیارهای زیر طبقه بندی کرد:
- بر اساس نوع انتقال (transduction) به کار برده شده در آن
- به عنوان ترانسدیوسر اولیه و ثانویه
- به عنوان ترانسدیوسر پسیو و فعال
- به عنوان ترانسدیوسر آنالوگ و دیجیتال
- به عنوان ترانسدیوسر و ترانسدیوسر معکوس
ترانسدیوسر اندازه گیری انجام شده را دریافت می کند و سیگنال خروجی را در مقداری مناسب ارائه می دهد. سیگنال خروجی به دستگاه conditioning ارسال می شود که در آن سیگنال ضعیف، فیلتر و تعدیل می شود. مقدار ورودی، مقداری غیرالکتریکی است و سیگنال الکتریکی خروجی به صورت جریان، ولتاژ یا فرکانس است.
-
طبقه بندی ترانسدیوسر بر اساس اصل انتقال
مبدل ها را می توان بر اساس اصل مورد استفاده در انتقال طبقه بندی کرد. نوع انتقال ممکن است مقاومتی، ظرفیت القایی یا خازنی بستگی به فرآیند تبدیل داشته باشد. در اینجا تعدادی از آنها را شرح می دهیم:
انتقال خازنی (Capacitive)
در انتقال خازنی، مقدار اندازه گیری شده در خازن تغییر کرده و تبدیل می شود. خازن اساساً شامل دو رسانا (صفحه) است که توسط یک عایق دی الکتریک از هم جدا شده اند. تغییر در خازن یا با تغییر فاصله بین دو صفحه یا با تغییر در دی الکتریک صورت می گیرد.
انتقال الکترومغناطیسی (Electromagnetic)
در انتقال الکترومغناطیسی، مقدار مورد اندازه گیری در صورت عدم تحریک به نیروی الکتروموتور (ولتاژ) ناشی از تغییر در شار مغناطیسی در یک رسانا تبدیل می شود. بنابراین این نوع مبدل‌ها، با حرکت آهنربا برای تغییر شار مغناطیسی از طریق سیم پیچ، بر اساس قانون فارادی نیروی الکتروموتور (EMF) ایجاد می کند.
در انتقال القایی، مقداری که باید اندازه گیری شود به تغییر در خود القایی یک سیم پیچ واحد تبدیل می شود. این امر با جابجایی هسته سیم پیچ که به یک جزء حس مکانیکی مرتبط یا متصل شده است، بدست می آید.
انتقال پیزوالکتریک (Piezoelectric)
در انتقال پیزوالکتریک، مقداری که باید اندازه گیری شود به تغییر بار الکترواستاتیک یا ولتاژ که توسط کریستال‌ها هنگام تنش مکانیکی تولید می شود، تبدیل می شود.
انتقال فوتوولتائیک (Photovoltaic)
در انتقال فتوولتائیک، انرژی نوری کمیتی است که اندازه گیری شده و به ولتاژ تولید شده هنگامی که یک اتصال بین مواد غیر مشابه روشن می شود، تبدیل می شود.
انتقال هادی نوری (Photoconductive)
در انتقال هدایت نوری، مقیاس اندازه گیری با تغییر در شدت تابش نور بر روی ماده به تغییر مقاومت (رسانایی) مواد نیمه هادی تبدیل می شود.
-
ترانسدیوسر اولیه و ثانویه
ترانسدیوسر اولیه – ترانسدیوسر شامل دستگاه های مکانیکی و الکتریکی است. دستگاه‌های مکانیکی ترانسدیوسر مقادیر ورودی فیزیکی را به سیگنال مکانیکی تغییر می دهند. این دستگاه مکانیکی به عنوان ترانسدیوسرهای اولیه شناخته می شود.
ترانسدیوسر ثانویه – ترانسدیوسر ثانویه سیگنال مکانیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. میزان سیگنال خروجی بستگی به سیگنال مکانیکی ورودی دارد.
نمونه مبدل اولیه و ثانویه
لوله بوردون را در نظر بگیرید که در شکل زیر نشان داده شده است. لوله به عنوان مبدل اولیه عمل می کند. فشار را تشخیص داده و آن را از انتهای آزاد به جابجایی تبدیل می کند. جابجایی انتهای آزاد هسته، ترانسفورماتور جابجایی متغیر خطی LVDT)) را حرکت می دهد. حرکت هسته باعث ولتاژ خروجی می شود که مستقیماً با جابجایی انتهای آزاد لوله متناسب است و به عنوان یک مبدل ثانویه عمل می کند.
بنابراین ، دو نوع انتقال در لوله بوردون اتفاق می افتد. ابتدا فشار به جابجایی تبدیل می شود و سپس با کمک L.V.D.T. به ولتاژ تبدیل می شود.
-
ترانسدیوسرهای فعال و غیرفعال
ترانسدیوسر فعال: این ترانسدیوسرها برای کارکرد خود به منبع خارجی انرژی نیاز ندارند. بنابراین آنها را ترانسدیوسر از نوع خود مولد نیز می نامند.
مثال ها:
- پیزو الکتریکی
- فتوولتائیک
- پیزوالکتریک
- الکترومغناطیسی
ترانسدیوسر غیرفعال: این نوع ترانسدیوسر برای عملکرد خود به منبع خارجی انرژی نیاز دارند. بنابراین آنها مبدل‌ها از نوع خود مولد نیستند.
مثال ها:
- مقاومتی
- القائی
- خازنی
-
ترانسدیوسر آنالوگ و دیجیتال
مبدل را نیز می توان بر اساس سیگنال های خروجی طبقه بندی کرد. سیگنال خروجی ترانسدیوسر ممکن است پیوسته یا گسسته باشد.
ترانسدیوسر آنالوگ: مبدل آنالوگ مقدار ورودی را به یک تابع پیوسته تغییر می دهد. Strain سنج ، L.V.D.T ، ترموکوپل ، ترمیستور نمونه هایی از مبدل آنالوگ هستند.
ترانسدیوسر دیجیتال: این مبدل ها مقدار ورودی را به سیگنال دیجیتال یا به شکل پالس تبدیل می کنند. سیگنال های دیجیتال با قدرت بالا یا پایین کار می کنند.
-
ترانسدیوسر و ترانسدیوسر معکوس
ترانسدیوسر: دستگاهی که مقدار غیرالکتریکی را به کمیت الکتریکی تبدیل می کند، ترانسدیوسر نامیده می شود.
ترانسدیوسر معکوس: مبدلی که مقدار الکتریکی را به کمیت فیزیکی تبدیل می کند به عنوان ترانسدیوسر معکوس شناخته می شود. در این نوع، مبدل دارای ورودی الکتریکی بالا و خروجی غیر الکتریکی کم است.
مثال ترانسدیوسر: میکروفون یک مبدل است که سیگنال صدا را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند
مثال ترانسدیوسر معکوس: یک بلندگو یک سیگنال الکتریکی را به یک سیگنال صدا تبدیل می کند و یک مبدل معکوس است.
مقاله مرتبط: ترانسمیتر یا ترانسدیوسر | مقایسه صفر تا صد ترانسمیتر و ترانسدیوسر
جمع بندی
در این مطلب سعی شد تمامی ترانسدیوسرها با توجه به انواع طبقه بندی آن شرح و بسط داده شود تا مطلبی منسجم و جامع در اختیار کاربران محترم قرار گیرد. قابل ذکر است که تمامی انواع مبدل ذکر شده در این مطلب، توسط مارش شاپ بدون واسطه و به طور مستقیم از شرکت های معتبر جهانی تهیه و در خدمت صنعت گران عزیز قرار داده می شود. جهت خرید ترانسدیوسر شما می توانید با ورود به صفحه این محصول از نحوه سفارش و خرید آن آگاه شده و خریدی مطمئن انجام دهید.
