Contenu
- Exemples de transducteurs
- Effet piézoélectrique expliqué
- Transducteur piézoélectrique et différences de capteurs
- Autres regroupements d'exemples de transducteurs
- Application de transducteurs à diaphragme
- Physique des transducteurs de pression et applications
Des microphones lors de concerts aux sondes de pH qui testent l’acidité des produits chimiques, vous trouverez des transducteurs dans un large éventail d’applications. Le nom transducteur fait référence à tout dispositif qui transforme des phénomènes mécaniques en phénomènes électriques ou inversement. Cela les fait apparaître dans de nombreux domaines de la vie, des antennes radio aux écouteurs.
Exemples de transducteurs
Il existe de nombreuses façons de décrire les différentes applications des transducteurs, car il existe de nombreuses manières de les catégoriser. Une méthode générale qui montre en quoi ils diffèrent les uns des autres consiste à comparer la manière dont les transducteurs convertissent l’énergie et les groupent ainsi.
Un exemple d'application de conversion de transducteur est un transducteur de température qui convertit la température en potentiel électrique. Cette méthode de catégorisation est utile pour vous expliquer à quel type de transducteur est utilisé.
Les transducteurs peuvent être photovoltaïques, piézoélectriques, chimiques, à induction mutuelle mutuelle, électromagnétiques, à photoconducteurs ou à effet Hall. le transducteur photovoltaïque convertit la lumière en énergie électrique. Transducteurs piézoélectriques utilisez l'effet piézoélectrique pour convertir les contraintes mécaniques en énergie électrique. Transducteurs chimiques convertir l'énergie chimique en d'autres formes d'énergie.
Transducteurs qui utilisent induction mutuelle mesurer une quantité telle que couple, force, vitesse, déplacement linéaire, pression, accélération ou toute autre propriété et réagir avec un changement de inductance, la capacité d'un conducteur à s'opposer à un courant électrique appliqué à travers celui-ci.
Transducteurs électromagnétiques convertir les modifications du champ magnétique en énergie électrique. Transducteurs photoconducteurs convertir la lumière du soleil en énergie électrique. Transducteurs qui reposent sur le effet Hall (la production d'une différence de tension sur un conducteur électrique) convertit les modifications du champ magnétique en énergie électrique.
Certains de ces types de transducteurs trouvent leurs applications dans les appareils courants, comme la manière dont les transducteurs piézoélectriques sont utilisés dans les allume-cigarettes électriques dans lesquels, lorsque vous appuyez sur son bouton, un marteau à ressort frappe un cristal piézoélectrique qui crée une tension à travers un éclateur allumer le gaz.
D'autres sont utilisés dans des projets de plus grande envergure, tels que le plus grand capteur de couple au monde, pesant 4,6 tonnes et des couples de mesure jusqu'à 10 millions de nm, de Datum Electronics.
Effet piézoélectrique expliqué
Vous pouvez trouver l'effet piézoélectrique dans de nombreux matériaux, mais il est important de les différencier des capteurs, l'une de leurs applications dans les transducteurs. Les transducteurs piézoélectriques adaptent le matériau entre deux plaques métalliques. La configuration génère de la piézoélectricité lorsque le matériau est rapproché. Ceci convertit la force mécanique de la poussée en électricité.
Vous pouvez penser au matériau piézoélectrique qui est pressé ensemble pour former une batterie à extrémité positive et à extrémité négative. Le courant circule si vous connectez les deux faces de la batterie dans un circuit électrique.
L'inverse est également possible. Si vous induisiez un courant électrique dans le matériau, celui-ci serait soumis à une contrainte mécanique appelée effet piézoélectrique inverse. Les deux mécanismes sont utilisés dans les capteurs piézoélectriques.
Transducteur piézoélectrique et différences de capteurs
Capteurs piézoélectriques diffèrent des transducteurs en ce qu’ils constituent un exemple spécifique de transducteur piézoélectrique qui utilise un certain type de force transformé en énergie électrique qui indique qu’une sorte d’observation a eu lieu. Lorsque vous observez l'effet piézoélectrique dans la nature, comme dans les sources naturelles de sucre de canne, de berlinite et de quartz, ils peuvent servir de capteurs de force biologique pouvant vous indiquer si une certaine réaction chimique a été provoquée à la suite de l'effet piézoélectrique.
De la même manière, les capteurs piézoélectriques créés par les ingénieurs peuvent détecter les variations de pression dans le son utilisées dans les microphones, les capteurs de guitare électrique, l’imagerie médicale et les tests non destructifs industriels. En revanche, actionneurs piézoélectriques utilisez l'effet piézoélectrique inverse pour induire une contrainte mécanique en réponse à un courant électrique appliqué.
Les moments dipolaires électriques (la séparation des charges positives et négatives dans un matériau) des structures de réseau cristallin dans les matériaux provoquent l’effet piézoélectrique. Au fur et à mesure que les matériaux sont pressés, les dipôles s'alignent de manière à ce que les charges électriques puissent circuler.
La poling, un processus dans lequel un grand champ électrique est utilisé pour aligner les régions des dipôles eux-mêmes, peut être appliqué à certains matériaux piézoélectriques pour augmenter leur efficacité. Ces matériaux piézoélectriques ne doivent pas avoir de centre de symétrie car s'ils le faisaient, la charge nette s'annulerait à zéro et le courant ne pourrait pas s'écouler.
Autres regroupements d'exemples de transducteurs
Étant donné que les transducteurs sont très vastes et qu’ils contiennent de nombreuses applications, vous pouvez également les regrouper selon d’autres méthodes. Les transducteurs peuvent être triés selon le type de quantité qu'ils mesurent. Il existe des transducteurs qui mesurent la température, la pression, le déplacement, la force, le débit et l'inductance.
Les thermocouples mesurent la température et fournissent une tension électrique spécifique en fonction de celle-ci. Transducteur à diaphragmes convertir les variations de pression en petites variations de déplacement d'un diaphragme. Ceux-ci utilisent un matériau avec des trous microscopiques qui permettent à l'eau et aux ions hydroxyle ou aux gaz de se déplacer entre l'anode et la cathode d'une cellule électrique.
Application de transducteurs à diaphragme
Jauge de déformation, les dispositifs détectant des variations infimes de la résistance électrique lorsqu’une force mécanique leur est appliquée sont un excellent exemple d’application de transducteurs à diaphragme. Ils sont utilisés dans les balances comme méthodes précises de mesure de la masse d'un objet ou de matériaux placés dessus. Les jauges de contrainte détectent de petits changements dans la taille de la jauge en réponse à la résistance d'un courant électrique induit.
Les jauges de contrainte sont construites en zigzag sur un support qui détecte les changements de résistance. Le facteur de jauge représente cette sensibilité au changement et peut être calculé comme le changement de résistance divisé par la valeur de la déformation sous la forme δR / δS.
Le fil est nominalement de section circulaire. Lorsque la contrainte est appliquée à la jauge, la forme de la section du fil de résistance se déforme, ce qui modifie la surface de la section. Comme la résistance du fil par unité de longueur est inversement proportionnelle à la section, il en résulte une variation de résistance.
La relation entrée-sortie d'une jauge de contrainte est exprimée par le facteur de jauge, défini comme le changement de résistance δR pour une valeur donnée de la contrainte δS, c'est-à-dire que le facteur de jauge = δR / δS. Les mécanismes à la base de la jauge de contrainte, bien que similaires à ceux de l’effet piézoélectrique, montrent l’ampleur des applications en physique et en ingénierie des transducteurs.
Bien qu'ils convertissent tous les deux l'énergie mécanique en énergie électrique, l'effet piézoélectrique repose principalement sur la composition chimique des matériaux, tandis que la jauge de contrainte utilise la résistance d'un circuit électrique.
Physique des transducteurs de pression et applications
UNE transducteur de pression est un autre exemple de capteur de jauge de contrainte. Un transducteur de pression utilise une jauge de contrainte en silicium pour calculer le courant correspondant à la pression et au déplacement du niveau d'eau. Pour ces types de transducteurs, une pression de 9,8 kPa est en corrélation avec 1 m de hauteur d'eau.
Un transducteur de pression utilise généralement des câbles ventilés pour réduire l'influence des changements de pression atmosphériques aux côtés d'un enregistreur de données numérique pour une sortie de données continue qu'un scientifique ou un ingénieur peut facilement analyser.
Un transducteur de pression général peut également être obstrué par la formation d'hydroxyde de fer et d'autres matériaux sous forme de précipités, les dommages causés par les environnements acides ou la corrosion par le gaz utilisé dans les environnements miniers.