Преобразувател – принцип на действие и примери за приложение

Превключвателят е измервателно или електронно устройство, чиято задача е да преобразува една форма на енергия, физическа величина или сигнал в друга. На практика това означава преобразуване на например налягане, температура, светлина, влажност или звук в електрически сигнал, който може лесно да се измерва, анализира и предава в автоматизирани системи.

Благодарение на превключвателите е възможно не само точно измерване на параметрите на промишлените процеси, но и тяхното наблюдение и управление. В електронните устройства те играят ключова роля при преобразуването на аналогови и цифрови сигнали.

Принцип на работа

Основният принцип на работа на превключвателя се състои в това, че входният сигнал, т.е. измерваната физическа величина, се преобразува в стандартизиран изходен сигнал – аналогов или цифров. В зависимост от вида на превключвателя, този процес може да се извърши чрез механични, пьезоелектрически, капацитивни или електромагнитни явления.

Например:

• датчикът за налягане преобразува стойността на налягането в електрически сигнал,
• датчикът за температура преобразува промени в температурата в напрежение или ток,
• аналогово-цифровият преобразувател (ADC) преобразува непрекъснат по време аналогов сигнал в цифров сигнал, разбираем за микропроцесорните системи.

Видове превключватели

В зависимост от предназначението и изходния сигнал има различни видове превключватели. Най-важните включват:

• Измервателни превключватели – използват се за преобразуване на физически величини (например налягане, температура, влажност) в електрически сигнал.
• Аналогово-цифрови преобразуватели (ADC) – преобразуват аналогов сигнал в цифров.
• Цифрово-аналогови преобразуватели (DAC) – обратни на ADC, преобразуват цифров сигнал в аналогов.
• Пиезоелектрически превключватели – използват пиезоелектричния ефект за измерване на вибрации и акустично налягане.
• Механични и капацитивни превключватели – използват се, например, за измерване на сила, налягане или ускорение.

Всеки от тези типове намира приложение в различни области на техниката и индустрията.

Датчик за налягане

Едно от най-често използваните устройства е датчикът за налягане. Той се използва за измерване на налягането на течности и газове в технологични инсталации. Промяната в налягането предизвиква деформация на измервателния елемент, която след това се преобразува в електрически сигнал, пропорционален на измерваната стойност.

Приложения на датчиците за налягане включват:

• хидравлични системи,
• инсталации за сгъстен въздух,
• химични и енергийни процеси,
• системи за отопление, вентилация и климатизация (HVAC),
• мониторинг на налягането на вода и технически газове.

Благодарение на тях е възможно поддържане на подходящо ниво на безопасност и оптимизиране на работата на оборудването.

Датчик за температура

Друг пример е датчикът за температура, който работи с температурни сензори, например термопари или резистивни сензори PT100. Неговата задача е да преобразува сигнала от сензора в стандартизиран токов или напрежен сигнал, често с галванична изолация.

Използва се в:

• измерване на температура в промишлени процеси,
• системи за отопление и климатизация,
• производствени линии,
• лабораторни устройства.

Благодарение на стандартизацията на сигнала (например 4…20 mA) е възможно лесно предаване на информация на големи разстояния с висока устойчивост на електромагнитни смущения.

Аналогово-цифров преобразувател

В електрониката аналогово-цифровият преобразувател играе особена роля. Неговата работа се основава на дискретизация на аналоговия сигнал и преобразуването му в цифрова форма, която може да се съхранява, обработва и анализира в микропроцесорни системи.

Основни параметри на ADC:

• честота на дискретизация,
• разделителна способност,
• динамичен диапазон,
• устойчивост на смущения.

Без този тип преобразуватели функционирането на аудио устройства, регистратори на данни, измервателни системи или индустриална автоматизация би било невъзможно.

Цифрово-аналогов преобразувател

Обратното на ADC е цифрово-аналоговият преобразувател (DAC), който преобразува цифровите данни в аналогов сигнал. Той се използва, наред с другото, в аудио системи, управление на аналогови изпълнителни устройства и тестване на електронни вериги.

Приложения на превключвателите – къде ги срещаме?

Превключвателите имат широк спектър на приложение – от потребителска електроника до тежка индустрия. Най-често се срещат в:

• индустриална автоматизация – мониторинг на параметрите на технологичните процеси,
• енергетика – измерване на напрежение, ток и мощност,
• системи HVAC – контрол на налягането, температурата и влажността,
• електронни устройства – аудио, телекомуникации, измервателна апаратура,
• системи за безопасност – откриване на газове, налягане или критична температура,
• лаборатории – прецизни измервания на физически величини чрез измервателни превключватели.

Как да изберем подходящ превключвател?

Изборът на подходящ превключвател зависи от много фактори:

• вид на измерваната величина (налягане, температура, ток, влажност),
• необходима точност на измерването,
• тип на изходния сигнал (аналогов, цифров, токов, напрежен),
• условия на работа (температура на околната среда, наличие на смущения, индустриална среда),
• интеграция със системата за управление (PLC, SCADA, системи за наблюдение).

В много случаи също е важно да се осигури галванична изолация и устойчивост на смущения, особено в промишлени предприятия.

Превключватели в измервателни системи и автоматизация

В модерните измервателни системи превключвателите играят централна роля. Те свързват сензорите, които регистрират физически величини, с управляващите и записващите системи. Благодарение на тях сигналът от сензора се стандартизира и може лесно да се интерпретира от PLC контролери, микропроцесори или компютърни системи.

В индустриалната автоматизация превключвателите осигуряват надеждност и стабилност на измерванията, което се отразява на безопасността и ефективността на технологичните процеси.

Обобщение

Превключвателят е ключов елемент на съвременната техника, който позволява преобразуването на различни физически величини в електрически сигнали, лесни за анализ и предаване. Съществуват много видове превключватели – от налягане и температура до аналогово-цифрови и цифрово-аналогови преобразуватели.

Принципът им на работа се основава на преобразуването на входния сигнал в изходен, а тяхното приложение е от съществено значение – те се използват в автоматизацията, енергетиката, потребителската електроника и индустриалните системи.

Приветстваме ви да се запознаете с нашето предложение и да изберете подходящ превключвател за вашите нужди. Свържете се с нас, за да изберем решение, идеално съобразено с вашите изисквания.