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.
ترانسدیوسر چیست؟
برای اینکه یک مدار یا سیستم الکترونیکی بتواند کارایی و عملکرد مفیدی داشته باشد، باید بتواند با “دنیای واقعی” ارتباط برقرار کند، خواه این با خواندن یک سیگنال ورودی از یک کلید “ON/OFF” یا با فعال کردن بخشی از یک دستگاه خروجی برای روشن کردن تنها یک چراغ. به عبارت دیگر، یک سیستم یا مدار الکترونیکی باید توانایی “انجام کار” داشته باشد و سنسورها و ترانسدیوسرها اجزای کاملی برای انجام این کار هستند.
ترانسدیوسر (مبدل) قطعه الکترونیکی است که انرژی را از شکلی به شکل دیگر تبدیل می کند. معمولاً یک مبدل، یک سیگنال را در یک شکل از انرژی به سیگنال دیگری تبدیل می کند.
واژه “مبدل” برای قطعه ای استفاده می گردد که از جمع دو بخش سنسور و محرک تشکیل شده باشد. جزء سنسور می تواند طیف وسیعی از اشکال مختلف انرژی مانند حرکت، سیگنال های الکتریکی، انرژی تابشی، انرژی حرارتی یا مغناطیسی و غیره را شناسایی کند و جزء محرک که می تواند ورودی های سنسور را به ولتاژ یا جریان تغییر دهد.
ترنسدیوسرها از جمله ابزار دقیق هستند که اغلب در سیستمهای اتوماسیون، اندازه گیری و کنترل به کار گرفته می شوند؛ جایی که سیگنالهای الکتریکی به سایر مقادیر فیزیکی (انرژی ، نیرو، گشتاور، نور، حرکت ، غیره) تبدیل می شوند و یا بالعکس. فرآیند تبدیل یک شکل از انرژی به نوع دیگر، انتقال (transduction) نامیده می شود.
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
ویژگی های اصلی ترانسدیوسر
مبدل ها بر اساس طیف گسترده ای از اصول فیزیکی عمل می کنند. با این حال، تعدادی از مفاهیم کلی وجود دارد که برای همه کاربرد دارد. چهار جنبه کلیدی برای عملکرد ترانسدیوسر وجود دارد:
- حساسیت/ محدوده کاری
ترانسدیوسر باید به اندازه کافی حساس باشد تا متغیر فیزیکی مورد بررسی را دقیق اندازه گیری کند. همچنین باید بتواند به تغییرات احتمالی در طول آزمایش بدون خطا پاسخ دهد. محدوده کاری ترانسدیوسر یا محدوده مقادیری که می تواند بدون خطا اندازه گیری کند، نکته دیگری است که باید مورد توجه قرار گیرد.
- خطی بودن
مسئله دوم رابطه بین ولتاژ خروجی مبدل و مقدار متغیر فیزیکی است. در حالت ایده آل، ترانسدیوسر دارای پاسخ خطی خواهد بود، جایی که ولتاژ خروجی آن مستقیماً با مقدار کمیت فیزیکی اندازه گیری شده متناسب است. این امر کالیبراسیون ترانسدیوسر را بسیار ساده می کند ، زیرا می توان آن را با یک معادله خطی ساده به راحتی تعریف و توجیه نمود. با این حال ، همه ترانسدیوسرها پاسخ ذاتی خطی ندارند. بنابراین برای تفسیر سیگنالهای خروجی آن نیاز به استفاده از منحنی کالیبراسیون است.
- دقت
برای تفسیر معنادار اندازه گیری های انجام شده با یک ترانسدیوسر، مهم است که بدانیم مبدل چقدر دقیق متغیر فیزیکی خود را اندازه گیری می کند. دقت ترانسدیوسر تفاوت بین مقدار گزارش شده توسط مبدل و مقدار واقعی متغیر فیزیکی است. دقت یک سیستم اندازه گیری نشان دهنده تنوع اندازه گیری های مکرر در یک متغیر فیزیکی ثابت است که معمولاً بر اساس انحراف استاندارد یا حد اطمینان ۹۵٪ بیان می شود. دقت ترانسدیوسر همچنین به عواملی مانند نویز ولتاژ داخلی در ترانسدیوسر و سیستم سیگنال دهی بستگی دارد و اینکه روش اندازه گیری چقدر قابل تکرار است.
- زمان پاسخ
ترانسدیوسرها عموماً به تغییرات متغیر فیزیکی اندازه گیری شده فوراً پاسخ نمی دهند. بنابراین اگر قرار است سیگنال های متغیر در زمان خاصی مورد مطالعه قرار گیرند، مهم است که اطمینان حاصل شود که ترانسدیوسر دارای زمان پاسخ دهی به اندازه کافی سریع برای همگام شدن با تغییرات سریع است. به عبارت دیگر، ترانسدیوسر ا می توانند زمان پاسخگویی متفاوتی داشته باشند. گاهی اوقات تفاوت در نوع مبدل وجود دارد. به عنوان مثال، دیود نوری به دلیل وجود مکانیسم های نیمه رسانا، بسیار سریعتر نسبت به مقاومت در برابر نور واکنش نشان می دهد.
اجزای ترانسدیوسر transducer 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.
انواع ترانسدیوسر transducer
- ترانسدیوسر ولتاژ
- ترانسدیوسر دما
- ترانسدیوسر جریان
- ترانسدیوسر فرکانس
- ترانسدیوسر توان اکتیو و راکتیو
- ترانسدیوسر مقاومت
- ترانسدیوسر فشار
ترانسدیوسر ولتاژ
ترانسدیوسر ولتاژ یا Voltage Transducer مقدار ولتاژ موجود در مدارالکتریکی را مدیریت می کند و در مدل های گوناگونی وجود دارد. وظیفه این ترانسدیوسر بررسی RMS و تشخیص مقدار ولتاژهای کمتر یا بیشتر از حد استاندارد تعریف شده است. ترانسدیوسر ولتاژ مانع از گرم شدن بیش از اندازه موتور می شود. این نوع ترانسدیوسرها به طور معمول در منابع قدرت DC و مخابراتی کاربرد دارند.
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.
مزایای خرید ترانسدیوسرها
- سیگنال الکتریکی به دست آمده از ترانسدیوسرالکتریکی را می توان به راحتی پردازش (عمدتا تقویت کرد) و به سطحی مناسب برای دستگاه خروجی رساند که این دستگاه می تواند نشانگر یا ثبات باشد.
- سیستم های الکتریکی را می توان با مصرف انرژی بسیار کمی کنترل کرد.
- خروجی الکتریکی را می توان به راحتی برای اهداف اندازه گیری، استفاده، انتقال و پردازش کرد.
ترانسدیوسرهای الکتریکی تقریباً در دنیای مدرن صنعتی ضروری هستند. جدا از مزایای شرح داده شده در بالا، تعدادی معایب برای این قطعه الکترونیکی وجود دارد.
معایب ترانسدیوسرها
- گاهی ترانسدیوسر بعلت کهنه شدن و رانش اجزای فعال، دچار خطا و کاهش دقت می شود که می بایست مورد پایش قرار گیرد.
- عناصر سنجش و مدار پردازش سیگنال در این قطعات نسبتاً گران است.
- با استفاده از تکنیک بازخورد منفی، دقت اندازه گیری و پایداری سیستم بهبود می یابد اما همه اینها به دلیل افزایش پیچیدگی مدار، فضای بیشتر و بدیهی است که هزینه بیشتری دارد.
کاربردهای ترانس دیوسر چیست
موارد زیر از جمله کاربردهای ترنسدیوسرها 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.
انتقال القایی (Inductive)
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.
تفاوت ترانسمیتر و ترانسدیوسر
ترانسمیتر دستگاهی است که وظیفه اندازه گیری یک پارامتر فیزیکی و تبدیل آن به یک سیگنال الکتریکی تقویت شده را دارد. در مقابل ترانسدیوسر وظیفه تبدیل تغییرات پارمتر فیزیکی به سیگنال الکتریکی تقویت نشده را دارد. سیگنال خروجی ترانسدیوسر امکان منتقل شدن به سایر دستگاه ها در فاصله دور را ندارند ولی در ترانسمیتر برعکس است و این قابلیت وجود دارد. پیشنهاد می کنیم برای درک بیشتر تفاوت ترانسمیتر و ترانسدیوسر به مقاله ای که تحت این عنوان در مارش شاپ منتشر شده مراجعه نمایید.
خرید ترانسدیوسر
انواع ترانسدیوسر توسط شرکت های مختلف و اهداف متفاوت تولید و ساخته می شوند. محدوده عملکردی و نوع حساسیت آنها نیز متفاوت است. در نتیجه، باید ترانسدیوسر متناسب با دستگاه و اهداف صنعتی خود را تهیه کنید تا بهترین کارایی را به همراه داشته باشد. مارش شاپ بعنوان یکی از برجسته ترین وارد کنندگان قطعات الکترونیکی و الکترومکانیکی، اقدام به تهیه محصولات اصل و قابل اعتماد به طور مستقیم کرده است. جهت خرید تک یا عمده این محصول، کافیست از قبل با همکاران ما تماس برقرار کنید تا به تعداد مورد نیاز شما تهیه شود.
فروش و قیمت ترانسدیوسر
مارش شاپ در تلاش است با تهیه بی واسطه قطعات صنعتی کمک شایانی به تولیدات و صنعت کشور نموده و محصولات را با کمترین قیمت و بهترین کیفیت در خدمت شما مصرف کنندگان عزیز قرار دهد. جهت اطلاع از قیمت این محصول با شماره ۰۲۱۹۱۰۹۹۲۲۰ تماس برقرار کنید.
سوالات متداول درباره ترانسدیوسر چیست
ترانسدیوسر چیست و چه کاربردی دارد؟
ترانسدیوسرها از تجهیزات مهم ابزاردقیق هستند که وظیفه تبدیل انرژی از یک شکل به شکل دیگر را برعهده دارند. معمولا پارامترهای فیزیکی نظیر فشار، دما، جریان و.. را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند.
فرق سنسور و ترانسدیوسر چیست؟
ترانسدیوسر شامل یک سنسور و محرک است که سیگنال های گرفته شده را به سیگنال های الکتریکی تغییر می دهد. در حالیکه سنسور تنها قابلیت شناسایی پارامتر فیزیکی را دارد.
ترانسدیوسر فعال چه فرقی با ترانسدیوسر غیرفعال دارد؟
ترانسدویسرهای فعال به یک منبع خارجی انرژی نیاز دارند اما ترانسدیوسرهای فعال نیازی به این منبع ندارند. از جمله ترانسدیوسرهای فعال پیزوالکتریک و تراندیوسرهای غیرفعال می توان مقاومتی و القایی را نام برد.
رایج ترین مدل های ترانسدیوسر کدامند؟
مدل های مختلفی از انواع ترانسدیوسر در بازار موجود است که برخی از آنها شامل ترانسدیوسرهای ولتاژ، جریان، دما، فشار و فرکانس می باشند.