V prostredí založenom na údajoch, kde sú systémy automatizácie a AI/ml (umelé inteligencie/strojové učenie) vpredu a centrom v automatizovaných systémoch, zohrávajú prevodníky najdôležitejšiu a zvyčajne neviditeľnú úlohu.
Preklenujú priepasť medzi fyzickým svetom a požadovanými digitálnymi interpretáciami, s ktorými tieto systémy musia spolupracovať. Interpretujú a prezentujú fyzické a environmentálne charakteristiky a fakty ako údaje, ktoré sú interpretované systémom, ktoré je možné spoľahlivo analyzovať, monitorovať a používať v celkovej alebo miestnej systéme. Chýbajúce prevodníky, automatizované systémy - priemyselná automatizácia na monitorovanie zdravotnej starostlivosti a spotrebiteľská elektronika - sú slepé voči udalostiam a nemôžu prevádzkovať žiadnu formu kontroly.
Hlboký ponor do vedy o prevodníkoch nevyhnutne skúma, ako premenia fyzický svet na použiteľné údaje, prehodnocuje bežnejšie typy, ilustruje ich pracovné princípy a ilustruje prehľadnosť aplikácií.
Čo je prevodník?
V jadre je prevodník zariadenie, ktoré prevádza energiu medzi rôznymi formami. Na zber a meranie údajov prevody prevedú fyzikálne množstvá, ako je teplota, tlak, svetlo, zvuk a pohyb na elektrické signály. - Digitálne systémy ich dokážu spracovať, zaznamenávať a analyzovať. Takéto systémy vyžadujú presné a opakovateľné virtuálne znalosti zmien v reálnom svete.
Úlohou prevodníka je rozhranie medzi skutočným a meniacim sa svetom a automatizovaným analytickým systémom, ktorý monitoruje, analyzuje a reaguje na zmeny zistené týmito zariadeniami. Ako všeobecne známy príklad je mikrofón prevodník, ktorý premieňa zmeny tlaku vzduchu (akustické vlny, mechanická energia) na analógový elektrický signál. Premieňa energiu pri rýchlo sa kmitingu tlaku vzduchu na elektrický signál, ktorý je možné zaznamenať a analyzovať a aplikovať na ďalšie procesy.
Senzorysú jadrom väčšiny aplikácií, od environmentálneho snímania a kontroly priemyselného procesu po lekársku diagnostiku a spotrebnú elektroniku, od riadenia letu po splachovacie toalety. Ich schopnosť premeniť fyzické zmeny na spoľahlivé a kvantifikovateľné údaje z nich urobila základný kameň nárastu technológie a automatizácie.
Ako prevody premieňajú fyzické vstupy na elektrické signály
Pochopenie pracovných princípov prevodníkov si vyžaduje určité pochopenie toho, ako premenia fyzikálne javy na elektrické výstupy - digitálne aj analógové:
Mnoho prevodníkov sa spolieha na zmeny odporu na premenu fyzických vstupov na elektrické signály. Príklady zahŕňajú pohlavné meradlá, ktoré merajú zmeny odporu v dôsledku mechanickej deformácie (napínanie alebo kontrakcia); termistory, ktoré sa podrobujú predvídateľným zmenám odporu, ktoré sú úmerné teplote; a bimetalické prúžky, ktoré prechádzajú fyzickými zmenami úmerné teplote.
Induktívne prevodníky pracujú detekciou zmien induktívnej väzby, keď sa vodič pohybuje v magnetickom poli. LVDT používajú tento princíp na meranie posunu, kde môžu indukčné senzory s dlhou formou používať medenú pásky sinine vlny ako indukčný zdroj, pričom merajú cyklické zmeny, ktoré sa môžu interpretovať pomocou spočítania impulzov plus detekcia čiastočných impulzov.
Kapacitné prevodníky merajú zmeny v kapacite, ktoré sa môžu vyskytnúť, keď sa vzdialenosť medzi dvoma vodivými doskami líši v závislosti od posunu. Tento princíp sa často používa v senzoroch tlaku a posunu, čím sa vytvára analógové meranie, ktoré je možné použiť priamo alebo previesť pomocou analógového až digitálneho (ATOD) prevodníka.
Piezoelektrické prevodníky generujú elektrický náboj pri použití mechanického napätia. To je ideálne pre aplikácie, kde je potrebné detegovať vibrácie, tlak alebo zvukové vlny, keď je frekvencia signálu relatívne vysoká a príslušné posuny sú malé. Piezo prevodníky môžu byť mimoriadne citlivé a sú bežné pre vedecké nástroje a merania zvuku/vibrácie s vysokou presnosťou.
Termočlánky sa spoliehajú na termoelektrický efekt, kde sa generuje napätie v dôsledku teplotných diferenciálov medzi dvoma odlišnými kovovými vodičmi, kde križovatka poskytuje presne umiestnený detekčný bod.
Budúcnosť prevodníkov
Ako technologický rozvoj postupuje, prevodníci sa neustále zvyšujú zložitosť, presnosť a jemnosť. Je rozumné očakávať, že sa stanú ešte presnejšími, menšími a energeticky efektívnymi a zvýšením rozmanitosti detekcií.
Internet vecí (IoT), nositeľné zariadenia a inteligentná výroba vedú dopyt po pokročilejších, menších a spoľahlivejších technológiách prevodníkov. Pokroky v technológii MEMS (Microelectro-Mechanical Systems) tiež vedú k rozvoju nových tried miniaturizovaných prevodníkov, ktoré je možné integrovať do stále menších a nižších prenosných zariadení.
Použitie bezdrôtových prevodníkov, ktoré eliminuje potrebu fyzických pripojení medzi snímačom a systémom spracovania údajov, je obzvlášť užitočné v diaľkových alebo nebezpečných prostrediach, kde môžu byť káblové pripojenia nepraktické. Dostupné možnosti v tejto oblasti sa naďalej rozširujú.
Záver
Prevodníky sú v mnohých oblastiach technológie v centre pozornosti, premieňajú komplexný a dynamický fyzický svet na spoľahlivé a uskutočniteľné údaje. Prevod fyzikálnych množstiev, ako je tlak, teplota, svetlo, vibrácie, magnetické polia, úrovne znečisťujúcich látok a pohyb na elektrické signály, prevodníky umožňujú monitorovanie, riadenie a automatizáciu procesov vo všetkých odvetviach. Príležitosti a technológie prevodníkov sa pravdepodobne neznížia, pretože technológie sa stávajú presnejšími a integrovanejšími pre sociálne a obchodné činnosti.
Pochopenie základných princípov a metodík v aplikáciách prevodníkov je kľúčovou zručnosťou pre každého, kto sa podieľa na strojárstve, výrobe, zdravotnej starostlivosti a elektronike. Porozumenie a interpretácia skutočného sveta je hlavným záujmom vo všetkých aplikáciách automatizácie a táto oblasť vedomostí sa naďalej rozširuje a zvyšuje úžitok.