Keitiklis – veikimo principas ir taikymo pavyzdžiai

Keitiklis yra matavimo arba elektroninis įrenginys, kurio užduotis yra paversti vieną energijos, fizinės dydžio ar signalo formą į kitą. Praktikoje tai reiškia, pavyzdžiui, slėgio, temperatūros, šviesos, drėgmės ar garso pavertimą į elektrinį signalą, kurį galima lengvai matuoti, analizuoti ir perduoti automatizavimo sistemose.

Dėl keitiklių įmanoma ne tik tiksliai matuoti pramoninių procesų parametrus, bet ir juos stebėti bei valdyti. Elektroniniuose įrenginiuose jie atlieka svarbų vaidmenį analoginių ir skaitmeninių signalų konvertavime.

Veikimo principas

Pagrindinis keitiklio veikimo principas yra tas, kad įėjimo signalas, t. y. matuojama fizinė dydžio reikšmė, paverčiamas į standartizuotą išėjimo signalą – analoginį arba skaitmeninį. Priklausomai nuo keitiklio tipo, šis procesas gali vykti mechaninių, piezoelektrinių, talpinių ar elektromagnetinių reiškinių dėka.

Pavyzdžiui:

• slėgio keitiklis paverčia slėgio vertę į elektrinį signalą,
• temperatūros keitiklis paverčia temperatūros pokyčius į įtampą arba srovę,
• analoginis-skaitmeninis keitiklis (ADC) paverčia nuolatinį laiko analoginį signalą į skaitmeninį signalą, suprantamą mikroprocesorių sistemoms.

Keitiklių tipai

Priklausomai nuo paskirties ir išėjimo signalo, yra įvairių keitiklių tipų. Svarbiausi iš jų:

• Matavimo keitikliai – naudojami fizinių dydžių (pvz., slėgio, temperatūros, drėgmės) pavertimui į elektrinį signalą.
• Analoginiai-skaitmeniniai keitikliai (ADC) – konvertuoja analoginį signalą į skaitmeninį.
• Skaitmeniniai-analoginiai keitikliai (DAC) – priešingybė ADC, paverčia skaitmeninį signalą į analoginį.
• Piezoelektriniai keitikliai – naudoja piezoelektrinį efektą vibracijų ir akustinio slėgio matavimui.
• Mechaniniai ir talpiniai keitikliai – naudojami, pavyzdžiui, jėgos, slėgio ar pagreičio matavimui.

Kiekvienas šių tipų randamas įvairiose technikos ir pramonės srityse.

Slėgio keitiklis

Vienas dažniausiai naudojamų įrenginių yra slėgio keitiklis. Jis naudojamas skysčių ir dujų slėgio matavimui technologinėse sistemose. Slėgio pokytis sukelia matavimo elemento deformaciją, kuri vėliau paverčiama elektriniu signalu, proporcingu matuojamai vertei.

Slėgio keitiklių panaudojimas apima:

• hidraulines sistemas,
• suspausto oro įrenginius,
• cheminius ir energetikos procesus,
• šildymo, vėdinimo ir kondicionavimo (HVAC) sistemas,
• vandens ir techninių dujų slėgio stebėjimą.

Dėl jų įmanoma palaikyti tinkamą saugumo lygį ir optimizuoti įrenginių darbą.

Temperatūros keitiklis

Kitas pavyzdys yra temperatūros keitiklis, kuris veikia su temperatūros jutikliais, pvz., termoporomis arba rezistenciniais jutikliais PT100. Jo užduotis yra paversti signalą iš jutiklio į standartizuotą srovės arba įtampos signalą, dažnai su galvanine izoliacija.

Naudojamas:

• temperatūros matavimui pramoniniuose procesuose,
• šilumos ir kondicionavimo sistemose,
• gamybos linijose,
• laboratorinėje įrangoje.

Dėl signalo standartizavimo (pvz., 4…20 mA) galima lengvai perduoti informaciją dideliais atstumais su dideliu atsparumu elektromagnetiniams trukdžiams.

Analoginis-skaitmeninis keitiklis

Elektronikoje ypatingą vaidmenį atlieka analoginis-skaitmeninis keitiklis. Jo veikimas grindžiamas analoginio signalo mėginimu ir jo pavertimu skaitmenine forma, kurią galima saugoti, apdoroti ir analizuoti mikroprocesorių sistemose.

Svarbiausi ADC parametrai:

• mėginių ėmimo dažnis,
• skiriamoji geba,
• dynamikos diapazonas,
• atsparumas trikdžiams.

Be tokio tipo keitiklių būtų neįmanoma veikti garso įrenginiams, duomenų registratoriams, matavimo sistemoms ar pramoninei automatizacijai.

Skaitmeninis-analoginis keitiklis

Priešingybė ADC yra skaitmeninis-analoginis keitiklis (DAC), kuris paverčia skaitmeninius duomenis į analoginį signalą. Jis naudojamas, pavyzdžiui, garso sistemose, analoginių vykdomųjų įrenginių valdyme ir elektroninių grandinių testavime.

Keitiklių panaudojimas – kur jų galima rasti?

Keitikliai turi platų panaudojimo spektrą – nuo vartotojų elektronikos iki sunkiųjų pramonės sričių. Dažniausiai juos randame:

• pramoninėje automatizacijoje – technologinių procesų parametrų stebėjimui,
• energetikoje – įtampos, srovės ir galios matavimui,
• HVAC sistemose – slėgio, temperatūros ir drėgmės kontrolei,
• elektroniniuose įrenginiuose – garso, telekomunikacijų, matavimo įranga,
• saugumo sistemose – dujų, slėgio ar kritinės temperatūros aptikimui,
• laboratorijose – tiksliems fizinių dydžių matavimams naudojant matavimo keitiklius.

Kaip pasirinkti tinkamą keitiklį?

Tinkamo keitiklio pasirinkimas priklauso nuo daugelio veiksnių:

• matuojamos dydžio rūšies (slėgis, temperatūra, srovė, drėgmė),
• reikalingo matavimo tikslumo,
• išėjimo signalo tipo (analoginis, skaitmeninis, srovės, įtampos),
• darbo sąlygų (aplinkos temperatūra, trikdžių buvimas, pramoninė aplinka),
• integracijos su valdymo sistema (PLC, SCADA, stebėjimo sistemos).

Daugeliu atvejų taip pat svarbu užtikrinti galvaninę izoliaciją ir atsparumą trikdžiams, ypač pramonės įmonėse.

Keitikliai matavimo sistemose ir automatizacijoje

Šiuolaikinėse matavimo sistemose keitikliai atlieka centralinį vaidmenį. Jie sujungia jutiklius, registruojančius fizinius dydžius, su valdymo ir duomenų registravimo sistemomis. Dėl jų jutiklio signalas standartizuojamas ir gali būti lengvai interpretuojamas PLC valdiklių, mikroprocesorių ar kompiuterinių sistemų.

Pramoninėje automatizacijoje keitikliai užtikrina matavimų patikimumą ir stabilumą, kas daro įtaką technologinių procesų saugumui ir efektyvumui.

Apibendrinimas

Keitiklis yra svarbus šiuolaikinės technikos elementas, leidžiantis įvairius fizinius dydžius paversti elektriniais signalais, kuriuos lengva analizuoti ir perduoti. Yra įvairių keitiklių tipų – nuo slėgio ir temperatūros iki analoginių-skaitmeninių ir skaitmeninių-analoginių keitiklių.

Jų veikimo principas grindžiamas įėjimo signalo pavertimu į išėjimo signalą, o jų svarba yra didžiulė – jie naudojami automatizacijoje, energetikoje, vartotojų elektronikoje ir pramoninėse sistemose.

Kviečiame susipažinti su mūsų pasiūlymu ir pasirinkti tinkamą keitiklį jūsų poreikiams. Susisiekite su mumis, kad parinktume sprendimą, idealiai atitinkantį jūsų reikalavimus.