Przetwornik – zasada działania i przykłady zastosowań

Przetwornik to urządzenie pomiarowe lub elektroniczne, którego zadaniem jest przekształcać jedną formę energii, wielkości fizycznej lub sygnału w inną. W praktyce oznacza to zamianę np. ciśnienia, temperatury, światła, wilgotności czy dźwięku na sygnał elektryczny, który można łatwo mierzyć, analizować i przesyłać w systemach automatyki.

Dzięki przetwornikom możliwe jest nie tylko dokładne mierzenie parametrów procesów przemysłowych, ale również ich monitorowanie i sterowanie. W urządzeniach elektronicznych pełnią one kluczową rolę w konwersji sygnałów analogowych i cyfrowych.

Zasada działania

Podstawowa zasada działania przetwornika polega na tym, że sygnał wejściowy, czyli mierzona wielkość fizyczna, zostaje przekształcony na znormalizowany sygnał wyjściowy – analogowy lub cyfrowy. W zależności od rodzaju przetwornika, proces ten może odbywać się dzięki zjawiskom mechanicznym, piezoelektrycznym, pojemnościowym lub elektromagnetycznym.

Przykładowo:

• przetwornik ciśnienia zamienia wartość ciśnienia na sygnał elektryczny,
• przetwornik temperatury przekształca zmiany temperatury na napięcie lub prąd,
• przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) zamienia ciągły w czasie sygnał analogowy na sygnał cyfrowy zrozumiały dla układów mikroprocesorowych.

Rodzaje przetworników

W zależności od przeznaczenia i sygnału wyjściowego istnieją różne rodzaje przetworników. Do najważniejszych należą:

• Przetworniki pomiarowe – służą do zamiany wartości fizycznych (np. ciśnienia, temperatury, wilgotności) na sygnał elektryczny.
• Przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC) – konwertują sygnał analogowy na cyfrowy.
• Przetworniki cyfrowo-analogowe (DAC) – odwrotność ADC, zamieniają sygnał cyfrowy na analogowy.
• Przetworniki piezoelektryczne – wykorzystują zjawisko piezoelektryczne do pomiaru drgań i ciśnienia akustycznego.
• Przetworniki mechaniczne i pojemnościowe – stosowane m.in. w pomiarach siły, nacisku czy przyspieszenia.

Każdy z tych typów znajduje zastosowanie w innych obszarach techniki i przemysłu.

Przetwornik ciśnienia

Jednym z najczęściej stosowanych urządzeń jest przetwornik ciśnienia. Służy do pomiaru ciśnienia cieczy i gazów w instalacjach technologicznych. Zmiana ciśnienia powoduje deformację elementu pomiarowego, a ta zostaje przekształcona w sygnał elektryczny proporcjonalny do mierzonej wartości.

Zastosowania przetworników ciśnienia obejmują m.in.:

• systemy hydrauliczne,
• instalacje sprężonego powietrza,
• procesy chemiczne i energetyczne,
• systemy HVAC,
• monitorowanie ciśnienia wody i gazów technicznych.

Dzięki nim możliwe jest utrzymanie właściwego poziomu bezpieczeństwa oraz optymalizacja pracy urządzeń.

Przetwornik temperatury

Kolejnym przykładem jest przetwornik temperatury, który współpracuje z czujnikami temperatury, np. termoparą czy czujnikiem rezystancyjnym PT100. Jego zadaniem jest zamiana sygnału z czujnika na znormalizowany sygnał prądowy lub napięciowy, często z separacją galwaniczną.

Znajduje zastosowanie w:

• pomiarze temperatury w procesach przemysłowych,
• systemach klimatyzacji i ogrzewania,
• liniach produkcyjnych,
• urządzeniach laboratoryjnych.

Dzięki standaryzacji sygnału (np. 4…20 mA) możliwe jest łatwe przesyłanie informacji na duże odległości przy wysokiej odporności na zakłócenia elektromagnetyczne.

Przetwornik analogowo-cyfrowy

W elektronice szczególną rolę odgrywa przetwornik analogowo-cyfrowy. Jego działanie polega na próbkowaniu sygnału analogowego i zamianie go na postać cyfrową, którą można zapisać, przetwarzać i analizować w systemach mikroprocesorowych.

Parametry istotne dla ADC to:

• częstotliwość próbkowania,
• rozdzielczość,
• zakres dynamiczny,
• odporność na zakłócenia.

Bez tego rodzaju przetworników nie byłoby możliwe funkcjonowanie urządzeń audio, rejestratorów danych, systemów pomiarowych czy automatyki przemysłowej.

Przetwornik cyfrowo-analogowy

Odwrotnością ADC jest przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC), który zamienia dane cyfrowe na sygnał analogowy. Znajduje zastosowanie m.in. w systemach audio, sterowaniu analogowymi urządzeniami wykonawczymi czy w testach układów elektronicznych.

Zastosowań przetworników – gdzie je spotkamy?

Przetworniki mają szerokie spektrum zastosowań – od elektroniki użytkowej po przemysł ciężki. Najczęściej spotykamy je w:

• automatyce przemysłowej – monitorowanie parametrów procesów technologicznych,
• energetyce – pomiar napięcia, prądu i mocy,
• systemach HVAC – kontrola ciśnienia, temperatury i wilgotności,
• urządzeniach elektronicznych – audio, telekomunikacja, sprzęt pomiarowy,
• systemach bezpieczeństwa – wykrywanie gazów, ciśnienia czy temperatury krytycznej,
• laboratoriach – dokładne pomiary wielkości fizycznych przy użyciu przetworników pomiarowych.

Jak wybrać odpowiedni przetwornik?

Dobór odpowiedniego przetwornika zależy od wielu czynników:

• rodzaju mierzonej wielkości (ciśnienie, temperatura, prąd, wilgotność),
• wymaganej dokładności pomiaru,
• rodzaju sygnału wyjściowego (analogowy, cyfrowy, prądowy, napięciowy),
• warunków pracy (temperatura otoczenia, obecność zakłóceń, środowisko przemysłowe),
• integracji z systemem sterowania (PLC, SCADA, systemy monitoringu).

W wielu przypadkach kluczowe jest również zapewnienie separacji galwanicznej oraz odporności na zakłócenia, zwłaszcza w zakładach przemysłowych.

Przetworniki w systemach pomiarowych i automatyce

W nowoczesnych systemach pomiarowych przetworniki odgrywają centralną rolę. Łączą czujniki, które rejestrują wielkości fizyczne, z układami sterującymi i rejestrującymi dane. Dzięki nim sygnał z czujnika zostaje ujednolicony i może być łatwo interpretowany przez sterowniki PLC, mikroprocesory czy systemy komputerowe.

W automatyce przemysłowej przetworniki zapewniają niezawodność i stabilność pomiarów, co przekłada się na bezpieczeństwo i efektywność procesów technologicznych.

Podsumowanie

Przetwornik to kluczowy element współczesnej techniki, który umożliwia zamianę różnych wielkości fizycznych na sygnały elektryczne łatwe do analizy i transmisji. Istnieje wiele rodzajów przetworników – od ciśnienia i temperatury, po przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe.

Ich zasada działania opiera się na konwersji sygnału wejściowego na sygnał wyjściowy, a ich zastosowań nie sposób przecenić – występują w automatyce, energetyce, elektronice użytkowej i systemach przemysłowych.

Zapraszamy do poznania naszej oferty i wyboru odpowiedniego przetwornika dla Twoich zastosowań. Skontaktuj się z nami, aby dobrać rozwiązanie idealnie dopasowane do Twoich potrzeb.