V sistemu avtomatizacije in AI/ML (umetna inteligenca/strojno učenje) v avtomatizaciji in AI/ML so v samodejnih sistemih, pretvorniki igrajo najbolj ključno in običajno nevidno vlogo.
Premeščajo zaliv med fizičnim svetom in zahtevanimi digitalnimi interpretacijami, s katerimi morajo delovati takšni sistemi. Razlagajo in predstavljajo fizične in okoljske značilnosti ter dejstva kot podatke, ki jih lahko razlagajo sistem, ki jih je mogoče zanesljivo analizirati, spremljati in uporabljati pri celotnem nadzoru ali lokalnem sistemu. Pomanjkanje pretvornikov, avtomatizirani sistemi - industrijska avtomatizacija do spremljanja zdravstvenega varstva in elektronike potrošnikov - so slepi za dogodke in ne morejo upravljati nobene oblike nadzora.
Globok potop v znanost pretvornikov nujno raziskuje, kako pretvorijo fizični svet v uporabne podatke, pregleduje pogostejše vrste, ponazarja njihova delovna načela in ponazarja aplikacije zaradi jasnosti.
Kaj je pretvornik?
V svojem jedru je pretvornik naprava, ki energijo pretvori med različne oblike. Za zbiranje in merjenje podatkov pretvorniki pretvorijo fizične količine, kot so temperatura, tlak, svetloba, zvok in gibanje v električne signale. - Digitalni sistemi jih lahko obdelajo, beležijo in analizirajo. Takšni sistemi zahtevajo natančno, ponovljivo virtualno znanje o spremembah v resničnem svetu.
Vloga pretvornika je vmesnik med resničnim in spreminjajočim se svetom in avtomatiziranim sistemom analiz, ki spremlja, analizira in odziva na spremembe, ki jih zaznajo te naprave. Kot splošno znan primer je mikrofon pretvornik, ki pretvori spremembe zračnega tlaka (akustični valovi, mehanska energija) v analogni električni signal. Energijo pretvori v hitro nihajoči zračni tlak v električni signal, ki ga je mogoče zabeležiti in analizirati in uporabiti za naslednje procese.
Senzorjiso v središču večine aplikacij, od okoljskega zaznavanja in nadzora industrijskih procesov do medicinske diagnostike in potrošniške elektronike, od nadzora letenja do splakovanja stranišč. Njihova sposobnost pretvorbe fizičnih sprememb v zanesljive, merljive podatke je postala temelj porasta tehnologije in avtomatizacije.
Kako pretvorniki pretvorijo fizične vhode v električne signale
Razumevanje delovnih načel pretvornikov zahteva nekaj razumevanja, kako pretvorijo fizične pojave v električne izhode - tako digitalne kot analogne:
Številni pretvorniki se zanašajo na spremembe odpornosti na pretvorbo fizičnih vhodov v električne signale. Primeri vključujejo merilnike napetosti, ki merijo spremembe odpornosti zaradi mehanske deformacije (raztezanje ali krčenje); Termistorji, ki so v predvidljivih spremembah odpornosti sorazmerne s temperaturo; in bimetalni trakovi, ki so podvrženi fizičnim spremembam sorazmerne temperature.
Induktivni pretvorniki delujejo z odkrivanjem sprememb v induktivni sklopki, ko se prevodnik premika znotraj magnetnega polja. LVDT uporabljajo to načelo za merjenje premika, kjer lahko induktivni senzorji z dolgim oblikam lahko uporabljajo bakreni trak Sine-vala kot indukcijski vir, pri čemer merijo ciklične spremembe, ki jih je mogoče razlagati s štetjem impulzov in delno odkrivanje impulzov.
Kapacitivni pretvorniki merijo spremembe v kapacitivnosti, ki se lahko pojavijo, kadar se razdalja med dvema prevodnima ploščama razlikuje glede na premik. To načelo se pogosto uporablja v senzorjih tlaka in premika, pri čemer ustvari analogno meritev, ki jo je mogoče uporabiti neposredno ali pretvoriti z analognim v digitalni (ATOD) pretvornik.
Piezoelektrični pretvorniki ustvarijo električni naboj, ko se uporablja mehanski stres. To je idealno za aplikacije, kjer je treba zaznati vibracije, tlaka ali zvočne valove, ko je frekvenca signala relativno visoka, vključeni premiki pa majhni. Piezo pretvorniki so lahko izjemno občutljivi in so pogosti za znanstvene instrumente in meritve zvoka/vibracij z visoko natančnostjo.
Termoelementi se zanašajo na termoelektrični učinek, kjer nastane napetost zaradi temperaturnih razlik med dvema različnima kovinskima žičnimi vodniki, kjer križišče zagotavlja natančno nameščeno točko zaznavanja.
Prihodnost pretvornikov
Ko tehnološki razvoj napreduje, se pretvorniki nenehno povečujejo v zapletenosti, natančnosti in nežnosti. Smiselno je pričakovati, da bodo postali še bolj natančni, manjši in energetsko učinkoviti ter se povečevali z raznolikostjo odkrivanja.
Internet stvari (IoT), nosljive naprave in pametna proizvodnja prinašajo povpraševanje po naprednejših, manjših in zanesljivejših tehnologijah pretvornikov. Napredek v tehnologiji MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) vodi tudi do razvoja novih razredov miniaturnih pretvornikov, ki jih je mogoče vključiti v vedno manjše in nižje prenosne naprave.
Uporaba brezžičnih pretvornikov, ki odpravlja potrebo po fizičnih povezavah med senzorjem in sistemom za obdelavo podatkov, je še posebej uporabna v oddaljenih ali nevarnih okoljih, kjer so žične povezave lahko nepraktične. Razpoložljive možnosti na tem področju se še naprej širijo.
Zaključek
Transduktorji so na mnogih področjih tehnologije, ki kompleksni in dinamični fizični svet pretvori v zanesljive, uporabne podatke. Pretvorba fizičnih količin, kot so tlak, temperatura, svetloba, vibracija, magnetna polja, raven onesnaževal in gibanje v električne signale, pretvorniki omogočajo spremljanje, nadzor in avtomatizacijo procesov v vseh sektorjih. Priložnosti in tehnologije pretvornikov se verjetno ne bodo zmanjšale, saj tehnologije postanejo natančnejše in bolj sestavni del socialnih in komercialnih dejavnosti.
Razumevanje osnovnih načel in metodologij pri aplikacijah pretvornikov je ključna veščina za vse, ki sodelujejo v inženirstvu, proizvodnji, zdravstvenem varstvu in elektroniki. Razumevanje in razlaga resničnega sveta je glavna skrb v vseh aplikacijah za avtomatizacijo in to področje znanja se še naprej širi in povečuje uporabnost.