Các loại đầu dò là gì và ứng dụng của chúng

Có nhiều linh kiện điện và điện tử được sử dụng để xây dựng các mạch và dự án cho sinh viên kỹ thuật. Các thành phần là cấu phần chủ động và thụ động, cảm biến, bộ chuyển đổi, bộ phát, bộ thu, mô-đun (WiFi, Bluetooth, GSM, RFID, GPS), v.v. Nói chung, quá trình truyền dẫn liên quan đến việc chuyển đổi một dạng năng lượng này thành một dạng khác. Quá trình này chủ yếu bao gồm một phần tử cảm biến để cảm nhận năng lượng đầu vào và sau đó chuyển nó thành một dạng khác nhờ một phần tử truyền tải. Measurand cho biết thuộc tính, số lượng hoặc trạng thái mà bộ chuyển đổi trông sẽ chuyển thành đầu ra điện. Ở đây, bài viết này thảo luận về bộ chuyển đổi là gì, các loại bộ chuyển đổi và ứng dụng của bộ chuyển đổi.

Đầu dò / Các loại đầu dò là gì?

Một bộ chuyển đổi là một thiết bị điện được sử dụng để chuyển đổi một dạng năng lượng thành một dạng khác. Nói chung, các thiết bị này xử lý các dạng năng lượng khác nhau như cơ học, năng lượng điện , năng lượng ánh sáng, năng lượng hóa học, năng lượng nhiệt, năng lượng âm thanh, năng lượng điện từ, v.v.

Đầu dò

Ví dụ, hãy xem xét một micrô mà chúng ta sử dụng trong cuộc sống hàng ngày trong điện thoại, điện thoại di động, chuyển đổi âm thanh thành tín hiệu điện và sau đó khuếch đại nó thành phạm vi ưa thích. Sau đó, thay đổi tín hiệu điện thành tín hiệu âm thanh tại o / p của loa. Ngày nay, bóng đèn huỳnh quang được dùng để chiếu sáng, biến đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng.

Tốt nhất đầu dò ví dụ là loa, micrô, vị trí, nhiệt kế, ăng-ten và cảm biến áp suất. Tương tự như vậy, có nhiều loại đầu dò khác nhau được sử dụng trong dự án điện và điện tử .

Điều kiện đối với các loại đầu dò

Một số điều kiện chủ yếu được sử dụng để đánh giá đầu dò được thảo luận dưới đây.

Dải động

Dải động của đầu dò là tỷ số giữa tín hiệu có biên độ cao cũng như tín hiệu có biên độ nhỏ nhất để đầu dò có thể dịch một cách hiệu quả. Khi các đầu dò có dải động cao sẽ chính xác và nhạy hơn.

Độ lặp lại

Khả năng lặp lại là khả năng của bộ chuyển đổi để tạo ra một đầu ra bằng nhau khi nó được kích thích thông qua một đầu vào tương tự.

Tiếng ồn

Đầu ra của đầu dò thêm một số nhiễu ngẫu nhiên. Trong các đầu dò loại điện, tiếng ồn do điều này tạo ra có thể là điện do tác động nhiệt của các điện tích trong mạch. Các tín hiệu nhỏ có thể bị nhiễu do nhiễu nhiều hơn các tín hiệu lớn.

Trễ

Trong thuộc tính này, đầu ra của đầu dò không chỉ phụ thuộc vào đầu vào hiện tại mà còn phụ thuộc vào đầu vào quá khứ của nó. Ví dụ: một bộ truyền động sử dụng một bộ truyền động có một số phản ứng, khi hướng chuyển động của bộ truyền động đảo ngược, khi đó sẽ có một vùng chết trước khi đầu ra của bộ truyền động bị lật do hoạt động giữa các răng của bánh răng.

Các loại đầu dò và ứng dụng của nó

Có nhiều loại đầu dò khác nhau như đầu dò áp suất, đầu dò áp điện, đầu dò siêu âm, đầu dò nhiệt độ, v.v. Chúng ta hãy thảo luận về việc sử dụng các loại đầu dò khác nhau trong các ứng dụng thực tế.

Một số loại đầu dò như đầu dò chủ động và đầu dò thụ động dựa trên việc có cần nguồn điện hay không.

Các loại đầu dò

Đầu dò hoạt động không yêu cầu bất kỳ nguồn điện nào cho hoạt động của chúng. Các đầu dò này hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi năng lượng. Chúng tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với i / p. Ví dụ tốt nhất về bộ chuyển đổi này là một cặp nhiệt điện. Trong khi bộ chuyển đổi thụ động yêu cầu nguồn điện bên ngoài để hoạt động. Chúng tạo ra o / p ở dạng điện dung, điện trở. Sau đó, điều đó phải được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp hoặc dòng điện tương đương. Ví dụ tốt nhất về đầu dò thụ động là tế bào quang điện.

Đầu dò siêu âm

Chức năng chính của đầu dò siêu âm là chuyển tín hiệu điện sang sóng siêu âm. Bộ chuyển đổi này cũng có thể được gọi là bộ chuyển đổi điện dung hoặc áp điện.

Đầu dò siêu âm

Ứng dụng của đầu dò siêu âm

Bộ chuyển đổi này có thể được sử dụng để đo khoảng cách của âm thanh dựa trên sự phản xạ. Phép đo này dựa trên một phương pháp phù hợp so với các phương pháp thẳng sử dụng các thang đo khác nhau. Những khu vực khó tìm, chẳng hạn như khu vực áp suất, nhiệt độ rất cao, sử dụng các phương pháp thông thường để đo khoảng cách không phải là một việc đơn giản. Vì vậy, hệ thống đo dựa trên bộ chuyển đổi này có thể được sử dụng trong loại vùng này.

Hệ thống đề xuất sử dụng 8051 vi điều khiển , nguồn điện, một mô-đun đầu dò siêu âm bao gồm máy phát và máy thu, các khối hiển thị LCD được sử dụng được thể hiện trong sơ đồ khối ở trên.

Tại đây, nếu tìm thấy bất kỳ chướng ngại vật nào hoặc bất kỳ vật thể nào được phát hiện bằng đầu dò siêu âm thì nó sẽ truyền sóng và bị phản xạ trở lại từ vật thể và những sóng này sẽ được đầu dò nhận. Thời gian tiêu thụ bởi đầu dò để truyền & Nhận các sóng có thể được ghi nhận bằng cách xem xét vận tốc của âm thanh. Sau đó, dựa trên vận tốc âm thanh và một bộ vi điều khiển được lập trình trước được thực hiện để đo khoảng cách và hiển thị trên màn hình LCD. Ở đây, màn hình được giao tiếp với một bộ vi điều khiển. Đầu dò siêu âm tạo ra sóng tần số 40kHz.

Bộ chuyển đổi nhiệt độ

Bộ chuyển đổi nhiệt độ là một thiết bị điện được sử dụng để chuyển đổi nhiệt độ của một thiết bị thành một đại lượng khác như năng lượng điện hoặc áp suất hoặc năng lượng cơ học, sau đó đại lượng này sẽ được gửi đến thiết bị điều khiển để kiểm soát nhiệt độ của thiết bị.

Ứng dụng của đầu dò nhiệt độ

Một bộ chuyển đổi nhiệt độ được sử dụng để đo nhiệt độ của không khí để kiểm soát nhiệt độ của một số hệ thống điều khiển như điều hòa không khí, sưởi ấm, thông gió, v.v.

Bộ điều chỉnh tốc độ quạt tự động dựa trên Arduino điều khiển sơ đồ khối nhiệt độ

Chúng ta hãy xem xét một ví dụ thực tế về bộ chuyển đổi nhiệt độ được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ của bất kỳ thiết bị nào dựa trên sự cần thiết cho các ứng dụng công nghiệp khác nhau. Một bộ điều chỉnh tốc độ quạt tự động dựa trên Arduino kiểm soát nhiệt độ và hiển thị một thước đo nhiệt độ trên một Màn hình LCD .

Trong hệ thống được đề xuất, IC LM35 được sử dụng như một bộ chuyển đổi nhiệt độ. An Bảng Arduino được sử dụng để kiểm soát các chức năng khác nhau bao gồm chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số và một màn hình LCD được kết nối trong hình trên.

Nhiệt độ có thể được cố định bằng cách sử dụng các cài đặt như INC và DEC để tăng và giảm. Dựa trên nhiệt độ đo được, một điều chế độ rộng xung o / p sẽ được tạo ra bởi chương trình của bảng Arduino. Đầu ra của điều này được sử dụng để điều khiển quạt DC thông qua vi mạch điều khiển động cơ.

Bộ chuyển đổi áp điện

Bộ chuyển đổi áp điện là một loại cảm biến đặc biệt, và chức năng chính của bộ chuyển đổi này là chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện. Theo cách tương tự, năng lượng điện có thể được biến đổi thành cơ năng.

Bộ chuyển đổi áp điện

Ứng dụng đầu dò áp điện

• Bộ chuyển đổi này chủ yếu được sử dụng để phát hiện tác động của tay trống dính lên miếng trống điện tử. Và cũng được sử dụng để phát hiện chuyển động của cơ, có thể được đặt tên là máy đo gia tốc.
• Tải trọng của động cơ có thể được xác định bằng cách tính toán áp suất tuyệt đối đa dạng, có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các bộ chuyển đổi này làm cảm biến MAP trong hệ thống phun nhiên liệu.
• Cảm biến này có thể được sử dụng như một cảm biến tiếng gõ trong hệ thống quản lý động cơ ô tô để nhận biết tiếng gõ của động cơ.

Bộ chuyển đổi áp suất

Bộ chuyển đổi áp suất là một loại cảm biến đặc biệt có chức năng thay đổi áp suất buộc thành tín hiệu điện. Các đầu dò này còn được gọi là chỉ thị áp suất, áp kế, áp kế, máy phát và cảm biến áp suất .

Ứng dụng của bộ chuyển đổi áp suất

Bộ chuyển đổi áp suất được sử dụng để đo áp suất của một đại lượng cụ thể như khí hoặc chất lỏng bằng cách thay đổi áp suất thành năng lượng điện. Các loại đầu dò khác nhau như đầu dò điện áp khuếch đại, đầu dò áp suất cơ sở đo biến dạng, đầu dò áp suất milivolt (mv), đầu dò áp suất 4-20mA và đầu dò áp suất.

Các ứng dụng của bộ chuyển đổi áp suất chủ yếu liên quan đến cảm biến độ cao, cảm biến áp suất, cảm biến mức hoặc độ sâu, cảm biến dòng chảy và kiểm tra rò rỉ. Những bộ chuyển đổi này có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng điện dưới các bộ ngắt tốc độ trên đường cao tốc hoặc đường bộ nơi lực của phương tiện có thể được chuyển đổi thành năng lượng điện.

Phân loại các loại đầu dò

Có các phương pháp khác nhau để phân loại đầu dò bao gồm nhưng không hạn chế về chức năng của đầu dò, cấu trúc nếu không thì khả năng hoạt động của chúng. Việc phân loại các bộ chuyển đổi như Bộ chuyển đổi Đầu vào & Đầu ra là vô cùng đơn giản, nhưng chúng được coi như các bộ chuyển đổi tín hiệu đơn giản. Chức năng chính của bộ chuyển đổi đầu vào là đo các đại lượng từ không điện sang điện.

Mặt khác, bộ chuyển đổi o / p hoạt động hoàn toàn ngược lại vì điện của chúng là tín hiệu đầu vào trong khi không điện là tín hiệu đầu ra như dịch chuyển, lực, áp suất, mô-men xoắn, v.v.
Bộ chuyển đổi được phân thành ba loại dựa trên nguyên lý hoạt động của chúng như điện, nhiệt và cơ. Ba phương pháp sau được sử dụng để phân loại đầu dò.

• Hiệu ứng vật lý
• Số lượng vật lý
• Nguồn năng lượng
• Nguyên tắc truyền tải
• Đầu dò chính & phụ
• Đầu dò analog & kỹ thuật số
• Bộ chuyển đổi & Bộ chuyển đổi nghịch đảo

Hiệu ứng vật lý

Việc phân loại đầu dò đầu tiên có thể được thực hiện dựa trên hiệu ứng vật lý. Đây là phân loại đầu tiên của đầu dò phụ thuộc vào hiệu ứng vật lý, được sử dụng để thay đổi đại lượng từ vật lý sang điện. Ví dụ, các nguyên tố đồng thay đổi trong điện trở sẽ tương ứng với sự thay đổi nhiệt độ. Dưới đây là các hiệu ứng vật lý được sử dụng để thay đổi điện trở, độ tự cảm, điện dung, Hiệu ứng Hall & hiệu ứng áp điện

Số lượng vật lý

Phân loại thứ hai của đầu dò có thể được thực hiện dựa trên số lượng vật lý đã thay đổi, nghĩa là, việc sử dụng cuối cùng của đầu dò đằng sau quá trình chuyển đổi. Ví dụ, một bộ chuyển đổi áp suất là một bộ chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện. Việc phân loại đầu dò dựa trên số lượng vật lý bao gồm những điều sau đây.

• Bộ chuyển đổi lưu lượng như Đồng hồ đo lưu lượng
• Bộ chuyển đổi gia tốc như gia tốc kế
• Bộ chuyển đổi nhiệt độ như cặp nhiệt độ
• Bộ chuyển đổi mức như ống mô-men xoắn
• Bộ chuyển đổi áp suất như Bourdon Gauge
• Bộ chuyển đổi dịch chuyển như Máy biến áp vi sai tuyến tính (LVDT)
• Bộ chuyển đổi lực như lực kế

Nguồn năng lượng

Việc phân loại đầu dò dựa trên nguồn năng lượng có thể được thực hiện thông qua hai loại bao gồm các loại sau.

• Đầu dò hoạt động
• Đầu dò thụ động

Đầu dò hoạt động

Trong loại đầu dò này, năng lượng đầu vào có thể được sử dụng như một tín hiệu điều khiển trong khi truyền năng lượng bằng cách sử dụng nguồn cung cấp điện về phía đầu ra tỷ lệ.

Ví dụ, trong một đầu dò hoạt động như máy đo biến dạng, biến dạng có thể được thay đổi thành điện trở. Tuy nhiên, do năng lượng của phần tử căng ít hơn, nên năng lượng cho đầu ra có thể được cung cấp thông qua nguồn điện bên ngoài.

Đầu dò thụ động

Trong bộ chuyển đổi này, năng lượng đầu vào có thể được chuyển đổi trực tiếp thành đầu ra. Ví dụ, một bộ chuyển đổi thụ động như Thermocouple, bất cứ nơi nào năng lượng nhiệt có thể được hấp thụ từ đầu vào có thể được thay đổi thành điện áp hoặc tín hiệu điện.

Nguyên tắc truyền tải

Việc phân loại đầu dò có thể được thực hiện dựa trên môi trường truyền tải. Ở đây môi trường có thể là điện dung, điện trở hoặc cảm ứng dựa trên phương pháp chuyển đổi mà bộ chuyển đổi đầu vào thay đổi tín hiệu đầu vào tương ứng thành điện trở, điện cảm và điện dung tương ứng.

Đầu dò chính & phụ

Bộ chuyển đổi chính bao gồm các thiết bị điện và cơ. Các thiết bị cơ học còn được gọi là đầu dò sơ cấp, được sử dụng để thay đổi đại lượng i / p vật lý thành tín hiệu cơ học. Chức năng chính của bộ chuyển đổi thứ hai được sử dụng để thay đổi tín hiệu từ cơ sang điện. Độ lớn của tín hiệu o / p chủ yếu phụ thuộc vào tín hiệu cơ học i / p.

Thí dụ

Ví dụ tốt nhất về đầu dò sơ cấp và thứ cấp là Bourdon’s Tube vì như vậy ống hoạt động giống như một đầu dò sơ cấp để nhận biết lực cũng như thay đổi nó thành sự lệch khỏi đầu mở của nó. Sự lệch của các đầu hở sẽ di chuyển trung tâm của LVDT. Sự chuyển động của tâm có thể tạo ra điện áp đầu ra tương đối trực tiếp với sự lệch của đầu ống hở.

Do đó, hai loại truyền tải diễn ra trong ống. Đầu tiên, lực có thể được thay đổi thành một trật tự và sau đó, nó được thay đổi thành điện áp bằng LVDT. Bourdon’s Tube là đầu dò chính trong khi LVDT là đầu dò phụ.

Đầu dò analog & kỹ thuật số

Việc phân loại đầu dò có thể được thực hiện dựa trên các tín hiệu đầu ra của chúng là liên tục, nếu không thì rời rạc.

Chức năng chính của bộ chuyển đổi Analog là thay đổi số lượng đầu vào thành một chức năng không đổi. Các ví dụ tốt nhất về bộ chuyển đổi tương tự là LVDT, cặp nhiệt điện, máy đo biến dạng & điện trở nhiệt. Bộ chuyển đổi kỹ thuật số được sử dụng để thay đổi số lượng đầu vào thành tín hiệu kỹ thuật số hoạt động ở công suất thấp hoặc cao.

Một đầu dò kỹ thuật số được sử dụng để đo các đại lượng vật lý để truyền dữ liệu như tín hiệu kỹ thuật số được mã hóa thay vì như điện áp hoặc dòng điện thay đổi liên tục. Các loại đầu dò kỹ thuật số là Bộ mã hóa trục, Bộ phân giải kỹ thuật số, Máy đo tốc độ kỹ thuật số, Cảm biến hiệu ứng Hall & Công tắc giới hạn

Bộ chuyển đổi & Bộ chuyển đổi nghịch đảo

Đầu dò - Thiết bị chuyển đổi đại lượng không điện thành đại lượng điện được gọi là bộ chuyển đổi.

Bộ chuyển đổi nghịch đảo - Bộ chuyển đổi biến đổi điện lượng thành đại lượng vật lý, loại đầu dò như vậy được gọi là bộ chuyển đổi nghịch đảo. Bộ chuyển đổi có đầu vào điện cao và đầu ra không điện thấp.

Bộ chuyển đổi Strain Gauge

Chức năng chính của đầu dò đo biến dạng là chuyển đổi các đại lượng vật lý bằng điện. Chúng hoạt động thông qua việc thay đổi các đại lượng vật lý thành áp suất cơ học bên trong một thành phần được gọi là phần tử cảm nhận & sau đó chuyển đổi ứng suất bằng điện sử dụng máy đo biến dạng.

Máy đo sức căng

Cấu trúc của phần tử cảm biến, cũng như máy đo biến dạng, được thiết kế tối ưu để cung cấp các sản phẩm xử lý và độ chính xác cao. Các đầu dò này được phân loại chung dựa trên ứng dụng của chúng cho các loại công trình xây dựng / dân dụng hoặc các loại chung. Một số loại đầu dò thông thường được sử dụng trong lĩnh vực xây dựng hoặc công trình dân dụng. Các loại đầu dò đo biến dạng là Wire Strain Gauge, Foil Strain Gauge & Semiconductor Strain Gauge.

Bộ chuyển đổi cảm ứng

Bộ chuyển đổi cảm ứng hoạt động trên nguyên tắc thay đổi độ tự cảm do biến đổi đáng kể trong phạm vi giá trị cần đo. Ví dụ, LVDT là một đầu dò cảm ứng loại, được sử dụng để đo độ dịch chuyển giống như chênh lệch điện áp giữa hai điện áp thứ cấp của nó. Các điện áp này là kết quả của hiện tượng cảm ứng do sự thay đổi từ thông trong cuộn dây thứ cấp do sự lệch vị trí của thanh sắt. Các loại của bộ chuyển đổi cảm ứng là Điện cảm đơn giản và Cảm kháng lẫn nhau hai cuộn dây.

Bộ chuyển đổi cảm ứng

Đặc điểm các loại đầu dò

Các đặc tính của bộ chuyển đổi được đưa ra dưới đây được xác định bằng cách kiểm tra phản ứng o / p của bộ chuyển đổi đối với nhiều tín hiệu i / p khác nhau. Các điều kiện thử nghiệm tạo ra các điều kiện hoạt động xác định càng chặt chẽ càng tốt. Các phương pháp tính toán và thống kê tiêu chuẩn có thể được áp dụng cho dữ liệu thử nghiệm.

Các đặc tính của đầu dò đóng một vai trò quan trọng trong khi lựa chọn đầu dò thích hợp, đặc biệt là đối với một thiết kế cụ thể. Vì vậy việc nắm rõ đặc điểm của nó là điều cần thiết để có sự lựa chọn phù hợp. Vì vậy các đặc tính của đầu dò được phân thành hai loại như tĩnh và động.

• Độ chính xác
• Độ phân giải
• Nhạy cảm
• Trôi dạt
• Tuyến tính
• Sự phù hợp
• Span
• Trễ
• Méo mó
• Tiếng ồn
• Tuyến tính
• Nhạy cảm
• Độ phân giải
• Ngưỡng
• Khoảng cách & Phạm vi
• Sự chính xác
• Ổn định
• Trôi dạt
• Độ lặp lại
• Khả năng đáp ứng
• Ngưỡng
• Đầu vào & trở kháng O / P

Đặc điểm tĩnh

Đặc tính tĩnh của đầu dò là một tập hợp các tiêu chí hành động được công nhận trong suốt quá trình hiệu chuẩn tĩnh, có nghĩa là giải thích giá trị của phép đo thông qua việc duy trì cơ bản các đại lượng đã tính toán vì các giá trị không đổi thay đổi rất chậm.

Đối với các dụng cụ, bộ tiêu chí có thể được xác định để tính toán các đại lượng thay đổi dần theo thời gian, nếu không, hầu hết là hằng số không thay đổi theo thời gian được gọi là đặc tính tĩnh. Các đặc điểm bao gồm những điều sau đây.

Đặc điểm động

Đặc tính động của đầu dò chuyển tiếp về hiệu suất của nó khi dung lượng đo được là một hàm của thời gian thay đổi nhanh chóng theo thời gian. Khi các đặc điểm này dựa vào hiệu suất của đầu dò, thì đại lượng đo được về cơ bản là ổn định.

Vì vậy, các đặc tính này dựa vào đầu vào động vì chúng phụ thuộc vào các tham số riêng của chúng và đặc tính của tín hiệu đầu vào. Các đặc tính động học của đầu dò bao gồm những điều sau đây.

• Trung thực
• Tốc độ phản hồi
• Băng thông
• Lỗi động

Nói chung, cả hai đặc tính của bộ chuyển đổi như tĩnh & động sẽ xác minh hiệu suất của nó và chỉ định hiệu quả nó có thể nhận ra các tín hiệu đầu vào ưa thích cũng như từ chối các đầu vào không cần thiết.

Ứng dụng các loại đầu dò

Các ứng dụng của các loại đầu dò được thảo luận dưới đây.

• Các loại đầu dò được sử dụng trong các ứng dụng điện từ như ăng-ten, hộp mực từ tính, cảm biến hiệu ứng hội trường, đầu đọc và ghi đĩa.
• Các loại đầu dò được sử dụng trong các ứng dụng cơ điện như gia tốc kế, LVDT, điện kế, cảm biến áp suất, cảm biến lực, MEMS, chiết áp, cảm biến luồng không khí, động cơ tuyến tính và quay.
• Các loại đầu dò được sử dụng trong các ứng dụng điện hóa như cảm biến oxy, cảm biến hydro, máy đo pH,
• Các loại đầu dò được sử dụng trong các ứng dụng điện âm như loa, tinh thể áp điện, micrô, bộ thu phát siêu âm, sonar, v.v.
• Các loại đầu dò được sử dụng trong các ứng dụng quang điện như LED, điốt quang, điốt laser, tế bào quang điện, LDR, đèn huỳnh quang, đèn sợi đốt và quang điện trở
• Các loại đầu dò được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt điện như nhiệt điện trở, cặp nhiệt điện, Đầu dò nhiệt độ điện trở (RTD)
• Các loại đầu dò được sử dụng trong các ứng dụng âm thanh vô tuyến như Geiger-Muller Tube, máy phát và máy thu vô tuyến

Vì vậy, đây là tất cả về các loại đầu dò khác nhau được sử dụng trong một số dự án điện và điện tử . Bạn có bị cuốn hút bởitriển khai dự án bằng cách sử dụng đầu dò? Sau đó, hãy đóng góp ý kiến ​​của bạn bằng cách bình luận trong phần bình luận bên dưới. Đây là một câu hỏi cho bạn, chức năng chính của đầu dò là gì?