Перетворювач – принцип роботи та приклади застосування

Перетворювач — це вимірювальний або електронний пристрій, завдання якого полягає у перетворенні однієї форми енергії, фізичної величини або сигналу в іншу. На практиці це означає перетворення, наприклад, тиску, температури, світла, вологості чи звуку на електричний сигнал, який можна легко вимірювати, аналізувати та передавати в автоматизованих системах.

Завдяки перетворювачам можливо не лише точно вимірювати параметри промислових процесів, а й контролювати та керувати ними. В електронних пристроях вони відіграють ключову роль у перетворенні аналогових та цифрових сигналів.

Принцип роботи

Основний принцип роботи перетворювача полягає в тому, що вхідний сигнал, тобто вимірювана фізична величина, перетворюється на стандартизований вихідний сигнал — аналоговий або цифровий. Залежно від типу перетворювача цей процес може відбуватися завдяки механічним, пієзоелектричним, ємнісним або електромагнітним явищам.

Наприклад:

• датчик тиску перетворює значення тиску на електричний сигнал,
• датчик температури перетворює зміни температури на напругу або струм,
• аналогово-цифровий перетворювач (ADC) перетворює безперервний у часі аналоговий сигнал у цифровий сигнал, зрозумілий мікропроцесорним системам.

Види перетворювачів

Залежно від призначення та вихідного сигналу існують різні види перетворювачів. Найважливіші з них:

• Вимірювальні перетворювачі — призначені для перетворення фізичних величин (наприклад, тиску, температури, вологості) на електричний сигнал.
• Аналого-цифрові перетворювачі (ADC) — перетворюють аналоговий сигнал у цифровий.
• Цифро-аналогові перетворювачі (DAC) — протилежність ADC, перетворюють цифровий сигнал на аналоговий.
• П’єзоелектричні перетворювачі — використовують п’єзоелектричний ефект для вимірювання вібрацій та акустичного тиску.
• Механічні та ємнісні перетворювачі — застосовуються, серед іншого, для вимірювання сили, тиску або прискорення.

Кожен із цих типів знаходить застосування у різних сферах техніки та промисловості.

Датчик тиску

Одним із найпоширеніших пристроїв є датчик тиску. Він використовується для вимірювання тиску рідин і газів у технологічних установках. Зміна тиску викликає деформацію вимірювального елемента, яка потім перетворюється на електричний сигнал, пропорційний вимірюваній величині.

Застосування датчиків тиску включає:

• гідравлічні системи,
• установки стисненого повітря,
• хімічні та енергетичні процеси,
• системи опалення, вентиляції та кондиціонування (HVAC),
• моніторинг тиску води та технічних газів.

Завдяки їм можливо підтримувати належний рівень безпеки та оптимізувати роботу обладнання.

Датчик температури

Ще одним прикладом є датчик температури, який працює з температурними сенсорами, наприклад термопарою або резистивним сенсором PT100. Його завдання — перетворити сигнал із сенсора на стандартизований струмовий або напруговий сигнал, часто з гальванічною розв’язкою.

Використовується у:

• вимірюванні температури у промислових процесах,
• системах опалення та кондиціонування,
• виробничих лініях,
• лабораторному обладнанні.

Завдяки стандартизації сигналу (наприклад, 4…20 мА) можлива легка передача інформації на великі відстані при високій стійкості до електромагнітних перешкод.

Аналого-цифровий перетворювач

В електроніці особливу роль відіграє аналого-цифровий перетворювач. Його робота базується на дискретизації аналогового сигналу та перетворенні його у цифрову форму, яку можна зберігати, обробляти та аналізувати у мікропроцесорних системах.

Ключові параметри ADC:

• частота дискретизації,
• роздільна здатність,
• динамічний діапазон,
• стійкість до перешкод.

Без цього типу перетворювачів було б неможливе функціонування аудіопристроїв, реєстраторів даних, вимірювальних систем або промислової автоматики.

Цифро-аналоговий перетворювач

Протилежністю ADC є цифро-аналоговий перетворювач (DAC), який перетворює цифрові дані на аналоговий сигнал. Він використовується, зокрема, в аудіосистемах, управлінні аналоговими виконавчими пристроями та тестуванні електронних схем.

Застосування перетворювачів — де їх можна зустріти?

Перетворювачі мають широкий спектр застосування — від споживчої електроніки до важкої промисловості. Їх найчастіше зустрічають у:

• промисловій автоматизації — моніторинг параметрів технологічних процесів,
• енергетиці — вимірювання напруги, струму та потужності,
• системах HVAC — контроль тиску, температури та вологості,
• електронних пристроях — аудіо, телекомунікації, вимірювальне обладнання,
• системах безпеки — виявлення газів, тиску або критичних температур,
• лабораторіях — точні вимірювання фізичних величин за допомогою вимірювальних перетворювачів.

Як обрати відповідний перетворювач?

Вибір відповідного перетворювача залежить від багатьох факторів:

• типу вимірюваної величини (тиск, температура, струм, вологість),
• необхідної точності вимірювань,
• типу вихідного сигналу (аналоговий, цифровий, струмовий, напружувальний),
• умов роботи (температура навколишнього середовища, наявність перешкод, промислове середовище),
• інтеграції з системою управління (PLC, SCADA, системи моніторингу).

У багатьох випадках також важливо забезпечити гальванічну розв’язку та стійкість до перешкод, особливо на промислових підприємствах.

Перетворювачі у вимірювальних системах та автоматизації

У сучасних вимірювальних системах перетворювачі відіграють центральну роль. Вони поєднують сенсори, що реєструють фізичні величини, з керуючими та записуючими системами. Завдяки ним сигнал із сенсора стандартизується та може бути легко інтерпретований контролерами PLC, мікропроцесорами або комп’ютерними системами.

У промисловій автоматизації перетворювачі забезпечують надійність і стабільність вимірювань, що впливає на безпеку та ефективність технологічних процесів.

Висновок

Перетворювач — ключовий елемент сучасної техніки, який дозволяє перетворювати різні фізичні величини на електричні сигнали, зручні для аналізу та передачі. Існують різні види перетворювачів — від тиску та температури до аналого-цифрових і цифро-аналогових перетворювачів.

Принцип їх роботи базується на перетворенні вхідного сигналу у вихідний, а їхнє значення важко переоцінити — вони використовуються в автоматизації, енергетиці, споживчій електроніці та промислових системах.

Запрошуємо ознайомитися з нашою пропозицією та обрати відповідний перетворювач для ваших потреб. Зв’яжіться з нами, щоб підібрати рішення, ідеально відповідне вашим вимогам.