Duomenimis pagrįstoje aplinkoje, kur automatizavimas ir AI/ml (dirbtinio intelekto/mašinų mokymosi) sistemos yra priekinės ir centro automatizuotose sistemose, keitikliai vaidina svarbiausią ir paprastai nematomą vaidmenį.
Jie įveikia įlanką tarp fizinio pasaulio ir reikalingų skaitmeninių interpretacijų, su kuriomis turi veikti tokios sistemos. Jie aiškina ir pateikia fizines ir aplinkos charakteristikas ir faktus kaip sistemą interpretuojamus duomenis, kuriuos galima patikimai analizuoti, stebėti ir naudoti bendroje ar vietinėje sistemos valdyme. Trūksta keitiklių, automatizuotų sistemų - pramonės automatizavimo sveikatos priežiūros stebėsenai ir vartojimo elektronikai - yra akli renginiams ir negali valdyti jokios kontrolės formos.
Gilus pasinerti į keitiklių mokslą būtinai tiriama, kaip jie paverčia fizinį pasaulį į naudojamus duomenis, apžvelgia įprastesnius tipus, iliustruoja jų darbo principus ir iliustruoja programas aiškumo.
Kas yra keitiklis?
Iš esmės keitiklis yra prietaisas, kuris konvertuoja energiją tarp skirtingų formų. Duomenų rinkimui ir matavimui keitikliai paverčia fizinius kiekius, tokius kaip temperatūra, slėgis, šviesa, garsas ir judesys į elektrinius signalus. - Skaitmeninės sistemos gali jas apdoroti, įrašyti ir analizuoti. Tokioms sistemoms reikia tikslių, pakartojamų virtualių žinių apie realaus pasaulio pakeitimus.
Transducerio vaidmuo yra tikrojo ir besikeičiančio pasaulio ir automatinės analizės sistemos sąsaja, kuri stebi, analizuoja ir reaguoja į šių įrenginių nustatytus pokyčius. Kaip plačiai žinomas pavyzdys, mikrofonas yra keitiklis, kuris paverčia oro slėgio pokyčius (akustines bangas, mechaninę energiją) į analoginį elektrinį signalą. Jis paverčia energiją greitai svyruojančiame oro slėgyje į elektrinį signalą, kurį galima registruoti ir išanalizuoti bei pritaikyti vėlesniems procesams.
Jutikliaiyra daugumos programų esmė, pradedant aplinkos apsaugos ir pramoninio proceso kontrole ir baigiant medicinine diagnostika ir vartojimo elektronika, pradedant nuo skrydžio kontrolės iki plovimo tualetų. Dėl jų sugebėjimo fizinius pokyčius paversti patikimais, kiekybiškai įvertinamais duomenimis pavertė juos technologijų ir automatizavimo kilimo akmeniu.
Kaip keitikliai fizinius įėjimus paverčia elektriniais signalais
Norint suprasti keitiklių darbo principus
Daugelis keitiklių remiasi atsparumo pokyčiais, kad fizinės įvestys būtų paverčiamos elektriniais signalais. Pavyzdžiai yra deformacijų matuokliai, kurie matuoja atsparumo pokyčius dėl mechaninės deformacijos (tempimas ar susitraukimas); Termistoriai, kurie patiria nuspėjamus atsparumo pokyčius, proporcingus temperatūrai; ir bimetalinės juostelės, kuriose fiziniai pokyčiai yra proporcingi temperatūrai.
Indukciniai keitikliai veikia aptikdami indukcinio jungties pokyčius, kai laidininkas juda magnetiniame lauke. LVDT naudoja šį principą, kad išmatuotų poslinkį, kai ilgos formos induktyvūs jutikliai gali naudoti sinusinės bangos vario juostą kaip indukcijos šaltinį, matuojant ciklinius pokyčius, kuriuos galima interpretuoti impulsų skaičiavimu ir dalinio impulsų aptikimu.
Talpiniai keitikliai matuoja talpos pokyčius, kurie gali atsirasti, kai atstumas tarp dviejų laidžių plokštelių kinta priklausomai nuo poslinkio. Šis principas dažnai naudojamas slėgio ir poslinkio jutikliuose, gaunant analoginį matavimą, kurį galima naudoti tiesiogiai arba konvertuoti naudojant analogą į skaitmeninį (ATOD) keitiklį.
Pjezoelektriniai keitikliai sukuria elektrinį krūvį, kai taikomas mechaninis įtempis. Tai idealiai tinka pritaikymui, kai reikia aptikti vibraciją, slėgį ar garso bangas, kai signalo dažnis yra palyginti didelis, o dalyvaujantys poslinkiai yra maži. Pjezo keitikliai gali būti ypač jautrūs ir yra paplitę atliekant mokslinius instrumentus ir aukšto tikslumo garso/vibracijos matavimus.
Termoelementai priklauso nuo termoelektrinio efekto, kai įtampa sukuriama dėl temperatūros skirtumų tarp dviejų skirtingų metalinių vielos laidininkų, kur sankryža suteikia tiksliai išdėstytą aptikimo tašką.
Keitiklių ateitis
Tobulėjant technologinei plėtrai, keitikliai nuolat didėjo sudėtingumu, tikslumu ir subtilumu. Galima pagrįstai tikėtis, kad jie taps dar tikslesni, mažesni ir efektyvesni energijai, taip pat padidės aptikimų įvairovė.
Daiktų internetas (IoT), nešiojami prietaisai ir išmanioji gamyba skatina labiau pažangių, mažesnių ir patikimesnių keitiklių technologijų paklausą. MEMS (mikroelektro-mechaninių sistemų) technologijos pažanga taip pat lemia naujų miniatiūrinių keitiklių klasių, kurias galima integruoti į vis mažesnius ir mažesnius nešiojamuosius įrenginius, kūrimą.
Belaidžių keitiklių naudojimas, pašalinantis fizinių jungčių tarp jutiklio ir duomenų apdorojimo sistemos poreikį, yra ypač naudingas atokioje ar pavojingoje aplinkoje, kur laidinės jungtys gali būti nepraktiškos. Galimos šios srities parinktys ir toliau plečiasi.
Išvada
Keitikliai yra pagrindinė dalis daugelyje technologijų sričių, todėl sudėtingą ir dinaminį fizinį pasaulį paverčia patikimais, veiksmingais duomenimis. Fizinių kiekių, tokių kaip slėgis, temperatūra, šviesa, vibracija, magnetiniai laukai, teršalų lygiai ir judesys, konvertavimas į elektrinius signalus, keitikliai leidžia stebėti, valdyti ir automatizuoti procesus visuose sektoriuose. Keitiklio galimybės ir technologijos greičiausiai nesumažina, nes technologijos tampa tikslesnės ir neatsiejamos nuo socialinės ir komercinės veiklos.
Pagrindinių keitiklių taikymo principų ir metodikų supratimas yra pagrindinis įgūdis visiems, dalyvaujantiems inžinerijos, gamybos, sveikatos priežiūros ir elektronikos srityse. Realaus pasaulio supratimas ir aiškinimas yra pagrindinis rūpestis visose automatizavimo programose ir ši žinių sritis toliau plečiasi ir didėja naudingumas.