¿Qué son los tipos de transductores y sus aplicaciones?

Hay varios componentes eléctricos y electrónicos se utilizan para construir los circuitos y proyectos para estudiantes de ingeniería. Los componentes son cacomponentes activos y pasivos, sensores, transductores, transmisores, receptores, módulos (WiFi, Bluetooth, GSM, RFID, GPS), etc. En general, el proceso de transducción implica la conversión de una forma de energía en otra forma. Este proceso incluye principalmente un elemento sensor para detectar la energía de entrada y luego convertirla en otra forma mediante un elemento de transducción. Measurand indica la propiedad, cantidad o estado que el transductor busca traducir en una salida eléctrica. Aquí, este artículo analiza qué es un transductor, los tipos de transductor y las aplicaciones del transductor.

¿Qué son los tipos de transductores / transductores?

Un transductor es un dispositivo eléctrico que se utiliza para convertir una forma de energía en otra forma. En general, estos dispositivos se ocupan de diferentes tipos de energías como la mecánica, energía eléctrica , energía luminosa, energía química, energía térmica, energía acústica, energía electromagnética, etc.

Transductor

Por ejemplo, considere un micrófono que usamos en la vida diaria en teléfonos, teléfonos móviles, que convierte el sonido en señales eléctricas y luego lo amplifica en el rango preferido. Luego, altera las señales eléctricas en señales de audio en la salida del altavoz. Hoy en día, las bombillas fluorescentes se utilizan para la iluminación, transforman la energía eléctrica en energía luminosa.

El mejor transductor ejemplos son altavoces, micrófonos, posición, termómetros, antena y sensor de presión. Asimismo, existen diferentes tipos de transductores utilizados en proyectos eléctricos y electrónicos .

Condiciones para los tipos de transductores

Algunas condiciones que se utilizan principalmente para evaluar transductores se describen a continuación.

Gama dinámica

El rango dinámico del transductor es la relación entre la señal de alta amplitud y la señal de menor amplitud para que el transductor pueda traducir de manera eficiente. Cuando los transductores tienen un alto rango dinámico son más precisos y sensibles.

Repetibilidad

La repetibilidad es la capacidad del transductor para generar una salida igual una vez que se estimula a través de una entrada similar.

Ruido

La salida del transductor agrega algo de ruido aleatorio. En los transductores de tipo eléctrico, el ruido agregado por esto puede ser eléctrico debido a la acción térmica de las cargas dentro de los circuitos. Las señales pequeñas pueden corromperse por el ruido más que las señales grandes.

Histéresis

En esta propiedad, la salida del transductor no solo depende de su entrada actual, sino que también depende de su entrada pasada. Por ejemplo, un actuador usa un tren de engranajes que tiene alguna reacción, cuando la dirección de movimiento del actuador se vuelca, entonces habrá una zona muerta antes de que la salida del actuador se vuelque por juego entre los dientes del engranaje.

Tipos de transductores y sus aplicaciones

Hay una variedad de tipos de transductores como transductor de presión, transductor piezoeléctrico, transductor ultrasónico, transductor de temperatura, etc. Analicemos el uso de diferentes tipos de transductores en aplicaciones prácticas.

Algunos tipos de transductores, como los transductores activos y pasivos, se basan en si se requiere una fuente de alimentación o no.

Tipos de transductor

El transductor activo no requiere ninguna fuente de energía para sus operaciones. Estos transductores funcionan según el principio de conversión de energía. Generan una señal eléctrica que es proporcional al i / p. El mejor ejemplo de este transductor es un termopar. Mientras que el transductor pasivo requiere una fuente de alimentación externa para su funcionamiento. Generan un o / p en forma de capacitancia, resistencia. Luego, eso debe convertirse en una señal de voltaje o corriente equivalente. El mejor ejemplo de un transductor pasivo es una fotocélula.

Transductor ultrasónico

La función principal del transductor de ultrasonido es convertir señales eléctricas en ondas de ultrasonido. Este transductor también se puede llamar transductores capacitivos o piezoeléctricos.

Transductor ultrasónico

Aplicación del transductor ultrasónico

Este transductor se puede utilizar para medir la distancia del sonido en función de la reflexión. Esta medición se basa en un método adecuado en comparación con los métodos rectos que utilizan diferentes escalas de medición. Las áreas que son difíciles de encontrar, como áreas de presión, temperatura muy alta, utilizando métodos convencionales la medición de la distancia no es una tarea sencilla. Por lo tanto, este sistema de medición basado en transductores se puede utilizar en este tipo de zona.

El sistema propuesto utiliza 8051 microcontroladores , fuentes de alimentación, un módulo transductor ultrasónico que incluye transmisor y receptor, se utilizan bloques de pantalla LCD que se muestran en el diagrama de bloques anterior.

Aquí, si se encuentra algún obstáculo u objeto que sea detectado por el transductor ultrasónico, entonces transmite las ondas y se refleja en el objeto y estas ondas son recibidas por el transductor. El tiempo consumido por el transductor para transmitir La recepción de las ondas puede notarse considerando la velocidad del sonido. Luego, en base a la velocidad del sonido y se realiza un microcontrolador preprogramado de manera que la distancia se mide y se muestra en una pantalla LCD. Aquí, la pantalla está interconectada con un microcontrolador. El transductor ultrasónico produce ondas de frecuencia de 40 kHz.

Transductor de temperatura

Un transductor de temperatura es un dispositivo eléctrico que se utiliza para convertir la temperatura de un dispositivo en otra cantidad como energía eléctrica o presión o energía mecánica, luego la cantidad se enviará al dispositivo de control para controlar la temperatura del dispositivo.

Aplicación del transductor de temperatura

Se utiliza un transductor de temperatura para medir la temperatura del aire de manera que para controlar la temperatura de varios sistemas de control como aire acondicionado, calefacción, ventilación, etc.

Regulador automático de velocidad del ventilador basado en Arduino que controla el diagrama de bloques de temperatura

Consideremos un ejemplo práctico de un transductor de temperatura que se utiliza para controlar la temperatura de cualquier dispositivo en función de la necesidad de diferentes aplicaciones industriales. Un regulador automático de velocidad del ventilador basado en Arduino que controla la temperatura y muestra una medida de temperatura en un pantalla LCD .

En el sistema propuesto, IC LM35 se utiliza como transductor de temperatura. Un Placa arduino se utiliza para controlar las diversas funciones que incluyen conversión analógica a digital y una pantalla LCD que está conectada en la fig.

La temperatura se puede fijar usando configuraciones como INC y DEC para aumentar y disminuir. En función de la temperatura medida, el programa de una placa Arduino generará una modulación de ancho de pulso o / p. La salida de esto se utiliza para controlar el ventilador de CC a través del controlador de motor IC.

Transductor piezoeléctrico

Un transductor piezoeléctrico es un tipo especial de sensor y la función principal de este transductor es convertir la energía mecánica en energía eléctrica. Del mismo modo, la energía eléctrica se puede transformar en energía mecánica.

Transductor piezoeléctrico

Aplicaciones de transductores piezoeléctricos

• Este transductor se utiliza principalmente para detectar el impacto del baterista en los pads de batería electrónica. Y también se utiliza para detectar el movimiento del músculo, lo que puede denominarse aceleromiografía.
• La carga del motor se puede determinar calculando diversas presiones absolutas, lo que se puede realizar utilizando estos transductores como sensor MAP en los sistemas de inyección de combustible.
• Este sensor se puede utilizar como sensor de detonación en los sistemas de gestión de motores de automóviles para detectar la detonación del motor.

Transductor de presión

Un transductor de presión es un tipo especial de sensor que altera la presión forzada en señales eléctricas. Estos transductores también se denominan indicadores de presión, manómetros, piezómetros, transmisores y sensores de presión .

Aplicación del transductor de presión

El transductor de presión se usa para medir la presión de una cantidad específica como gas o líquido cambiando la presión en energía eléctrica. Los diferentes tipos de estos transductores como un transductor de voltaje amplificado, un transductor de presión de base de galga extensométrica, un transductor de presión de milivoltios (mv), un transductor de presión de 4-20 mA y un transductor de presión.

Las aplicaciones del transductor de presión incluyen principalmente detección de altitud, detección de presión, detección de nivel o profundidad, detección de flujo y prueba de fugas. Estos transductores se pueden utilizar para generar energía eléctrica bajo los interruptores de velocidad en las carreteras o carreteras donde la fuerza de los vehículos se puede convertir en energía eléctrica.

Clasificación de tipos de transductores

Existen diferentes métodos para clasificar los transductores que comprenden, pero no se limitan a la función del transductor, estructuran de lo contrario la ocurrencia de su funcionamiento. Es extremadamente simple categorizar transductores como transductores de entrada y salida, pero se tratan como simples convertidores de señal. La función principal del transductor de entrada es medir cantidades desde no eléctricas hasta eléctricas.

Por otro lado, el funcionamiento de los transductores o / p es bastante opuesto porque sus eléctricas son señales de entrada, mientras que las no eléctricas son señales de salida como desplazamiento, fuerza, presión, par, etc.
Los transductores se clasifican en tres tipos según su principio de funcionamiento, como eléctrico, térmico y mecánico. Los siguientes tres métodos se utilizan para clasificar los transductores.

• Efecto físico
• Cantidad física
• Fuente de energía
• Principio de transducción
• Transductor primario y secundario
• Transductor analógico y digital
• Transductor y transductor inverso

Efecto físico

La primera clasificación del transductor se puede realizar en función del efecto físico. Esta es la primera clasificación del transductor que depende del efecto físico, que se utiliza para cambiar la cantidad de física a eléctrica. Por ejemplo, el cambio de los elementos de cobre dentro de la resistencia será proporcional al cambio de temperatura. Estos son los efectos físicos que se utilizan para cambiar la resistencia, la inductancia, la capacitancia, el efecto Hall y el efecto piezoeléctrico.

Cantidad física

La segunda clasificación del transductor se puede realizar en función de la cantidad física modificada, es decir, el uso final del transductor detrás de la conversión. Por ejemplo, un transductor de presión es un transductor que convierte la presión en una señal eléctrica. La clasificación de transductor basada en la cantidad física incluye lo siguiente.

• Transductor de flujo como medidor de flujo
• Transductor de aceleración como acelerómetro
• Transductor de temperatura como termopar
• Transductor de nivel como tubo de torsión
• Transductor de presión tipo Bourdon Gauge
• Transductor de desplazamiento como transformador diferencial variable lineal (LVDT)
• Transductor de fuerza como dinamómetro

Fuente de energía

La clasificación de transductores basada en la fuente de energía se puede hacer mediante dos tipos que incluyen los siguientes.

• Transductores activos
• Transductores pasivos

Transductores activos

En este tipo de transductores, la energía de entrada se puede usar como una señal de control mientras se transmite energía usando una fuente de alimentación hacia la salida proporcional.

Por ejemplo, en un transductor activo como un medidor de tensión, la tensión se puede convertir en resistencia. Sin embargo, como la energía del elemento tensado es menor, la energía para la salida se puede suministrar a través de una fuente de alimentación externa.

Transductores pasivos

En este transductor, la energía de entrada se puede convertir directamente en la salida. Por ejemplo, un transductor pasivo como un termopar, siempre que la energía térmica pueda ser absorbida desde la entrada, se puede convertir en voltaje o señales eléctricas.

Principio de transducción

La clasificación de un transductor se puede realizar en función del medio de transducción. Aquí el medio puede ser capacitivo, resistivo o inductivo según el método de conversión según el cual el transductor de entrada cambia la señal de entrada en resistencia, inductancia y capacitancia, respectivamente.

Transductor primario y secundario

El transductor principal incluye dispositivos eléctricos y mecánicos. Los dispositivos mecánicos también se denominan transductores primarios, que se utilizan para cambiar la cantidad física i / p a una señal mecánica. La función principal de un segundo transductor se utiliza para cambiar la señal de mecánica a eléctrica. La magnitud de la señal o / p depende principalmente de la señal mecánica i / p.

Ejemplo

El mejor ejemplo de transductor primario y secundario es el tubo de Bourdon porque, por lo tanto, el tubo funciona como un transductor primario para notar la fuerza y ​​también la convierte en una dislocación desde su extremo abierto. La dislocación de los extremos abiertos mueve el centro del LVDT. El movimiento del centro puede inducir el voltaje de salida que es relativo directamente a la dislocación del extremo abierto del tubo.

Por tanto, los dos tipos de transducción tienen lugar dentro del tubo. Primero, la fuerza se puede convertir en una dislocación y después de eso, se cambia a voltaje usando LVDT. El tubo de Bourdon es el transductor principal, mientras que el LVDT es el transductor secundario.

Transductor analógico y digital

La clasificación de un transductor se puede hacer en función de sus señales de salida, que de otro modo son continuas y discretas.

La función principal del transductor analógico es cambiar la cantidad de entrada a una función constante. Los mejores ejemplos de transductor analógico son LVDT, termopar, galgas extensométricas y termistor. Los transductores digitales se utilizan para cambiar la cantidad de una entrada a una señal digital que funciona a baja o alta potencia.

Se utiliza un transductor digital para medir cantidades físicas para transmitir los datos como señales digitales codificadas en lugar de voltajes o corrientes que cambian continuamente. Los tipos de transductores digitales son codificadores de eje, resolutores digitales, tacómetros digitales, sensores de efecto Hall e interruptores de límite.

Transductor y transductores inversos

Transductor - El dispositivo que convierte la cantidad no eléctrica en una cantidad eléctrica se conoce como transductor.

Transductor inverso - El transductor que convierte la cantidad eléctrica en una cantidad física, este tipo de transductores se conoce como transductor inverso. El transductor tiene una entrada eléctrica alta y una salida no eléctrica baja.

Transductor de galgas extensiométricas

La función principal del transductor de galgas extensométricas es convertir cantidades físicas eléctricamente. Funcionan cambiando las cantidades físicas en presión mecánica dentro de un componente conocido como elemento sensor y luego convierten la tensión eléctricamente usando un medidor de tensión.

Medidor de tensión

La estructura del elemento sensor, así como la galga extensométrica, está diseñada de manera óptima para brindar manipulación y productos de precisión superior. Estos transductores se clasifican generalmente en función de su aplicación a tipos de construcción / ingeniería civil o tipos generales. Algunos de los transductores de tipo general se utilizan en el campo de la construcción o la ingeniería civil. Los tipos de transductores de galgas extensométricas son galgas extensométricas de alambre, galgas extensométricas de láminas y galgas extensométricas semiconductoras.

Transductor inductivo

El transductor inductivo funciona según el principio de cambio de inductancia debido a una transformación apreciable dentro de la cantidad a medir. Por ejemplo, LVDT es un tipo de transductor inductivo, que se utiliza para medir el desplazamiento como la disparidad de voltaje entre sus dos voltajes secundarios. Estos voltajes son el resultado de la inducción debido al cambio de flujo dentro de la bobina secundaria por la dislocación de la barra de hierro. Los tipos de transductor inductivo son Inductancia simple e Inductancia mutua de dos bobinas.

Transductor inductivo

Características de los tipos de transductores

A continuación se dan las características de un transductor que se determinan examinando la respuesta o / p de un transductor a una variedad de señales i / p. Las condiciones de prueba crean condiciones operativas definidas lo más cerca posible. Los métodos de estadística estándar y computacional se pueden aplicar a los datos de prueba.

Las características del transductor juegan un papel clave al seleccionar el transductor apropiado, especialmente para un diseño específico. Por eso conocer sus características es fundamental para una adecuada selección. Por tanto, las características del transductor se clasifican en dos tipos, estáticas y dinámicas.

• Precisión
• Resolución
• Sensibilidad
• Deriva
• Linealidad
• Conformidad
• Lapso
• Histéresis
• Distorsión
• Ruido
• Linealidad
• Sensibilidad
• Resolución
• Umbral
• Alcance y rango
• Precisión
• Estabilidad
• Deriva
• Repetibilidad
• Sensibilidad
• Umbral
• Impedancias de entrada y O / P

Características estáticas

Las características estáticas del transductor son un conjunto de criterios de actuación que se reconocen a lo largo de la calibración estática, lo que significa la explicación del valor de medición manteniendo fundamentalmente las cantidades calculadas porque los valores constantes cambian muy lentamente.

En el caso de los instrumentos, el conjunto de criterios se puede definir para calcular las cantidades que cambian gradualmente con el tiempo; de lo contrario, la mayoría de las veces es constante y no difiere en el tiempo, lo que se conoce como características estáticas. Las características incluyen lo siguiente.

Características dinámicas

Las características dinámicas del transductor se relacionan con su desempeño una vez que la capacidad medida es una función del tiempo que cambia rápidamente con respecto al tiempo. Una vez que estas características dependen del rendimiento del transductor, la cantidad medida es básicamente estable.

Por tanto, estas características se basan en entradas dinámicas porque dependen de sus propios parámetros y del carácter de la señal de entrada. Las características dinámicas del transductor incluyen las siguientes.

• Fidelidad
• Rapidez de respuesta
• Banda ancha
• Error dinámico

En general, tanto las características de un transductor como la estática y la dinámica verificarán su rendimiento y especificarán la eficiencia con la que puede reconocer las señales de entrada preferidas, así como rechazar las entradas innecesarias.

Aplicaciones de tipos de transductores

Las aplicaciones de los tipos de transductores se describen a continuación.

• Los tipos de transductores se utilizan en aplicaciones electromagnéticas como antenas, cartuchos magnéticos, sensores de efecto Hall, cabezales de lectura y escritura de disco.
• Los tipos de transductores se utilizan en aplicaciones electromecánicas como acelerómetros, LVDT, galvanómetros, sensores de presión, celdas de carga, MEMS, potenciómetros, sensores de flujo de aire, motores lineales y rotativos.
• Los tipos de transductores se utilizan en aplicaciones electroquímicas como sensores de oxígeno, sensores de hidrógeno, medidores de pH,
• Los tipos de transductores se utilizan en aplicaciones electroacústicas como altavoces, cristales piezoeléctricos, micrófonos, transceptores ultrasónicos, sonar, etc.
• Los tipos de transductores se utilizan en aplicaciones fotoeléctricas como LED, fotodiodos, diodos láser, células fotoeléctricas, LDR, lámparas fluorescentes, incandescentes y fototransistores.
• Los tipos de transductores se utilizan en aplicaciones termoeléctricas como termistores, termopares, detectores de temperatura de resistencia (RTD)
• Los tipos de transductores se utilizan en aplicaciones de radio acústica como el tubo Geiger-Muller, transmisores y receptores de radio

Por lo tanto, se trata de diferentes tipos de transductores utilizado en varios proyectos eléctricos y electrónicos . Estas fascinado porimplementando proyectos usando transductores? Luego, dé sus sugerencias comentando en la sección de comentarios a continuación. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuál es la función principal del transductor?