Traductor

Această intrare sau secțiune despre inginerie nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Traductorul este un dispozitiv de orice fel destinat transformării unei mărimi fizice în alta prin modificarea unora dintre caracteristicile care o identifică. Uneori, termenul „traductor” este folosit ca sinonim pentru termenul „ senzor ”, deși în terminologia tehnică au un sens diferit. ^{[1] [2]}

Descriere

Traductoarele au o cantitate de intrare (sau un semnal) și o cantitate de ieșire (sau un semnal). ^[3] ; cantitatea de ieșire variază pe măsură ce cantitatea de intrare variază și este legată de aceasta prin intermediul unei funcții matematice mai mult sau mai puțin complexe, numită caracteristica traductorului sau funcția de transfer a traductorului . ^[4] : cunoscând funcția de transfer și cantitatea de ieșire, este, prin urmare, posibil să se cunoască valoarea cantității de intrare și invers.

Prin traductor înțelegem și un dispozitiv capabil să transforme o formă de energie într-o altă formă printr-unul sau mai multe sisteme de transformare. O cantitate caracteristică a unui traductor în acest sens este eficiența sa: ^[5] . dată fiind energia ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">ȘI</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">the</span></span>}}}${\ displaystyle E_ {i}} intrarea în sistem și altul ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">ȘI</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">tu</span></span>}}}${\ displaystyle E_ {u}} la ieșirea din sistem, raportul se numește „randament”: ${\displaystyle \frac{{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">ȘI</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">tu</span></span>}}}{{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">ȘI</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">the</span></span>}}}}${\ displaystyle {\ frac {E_ {u}} {E_ {i}}}}

În cazul ideal în care pierderile de energie din sistem sunt zero, eficiența va fi evident maximă și egală cu 1, adică când ${\displaystyle {\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">ȘI</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">tu</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">=</span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">ȘI</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">the</span></span>}}}${\ displaystyle E_ {u} = E_ {i}}

Eficiența într-un sistem real, un traductor de energie, este, prin urmare, o cantitate pozitivă mai mică de 1 și este, de asemenea, indicată în% prin înmulțirea valorii cu 100.

Cantități de intrare

Câteva exemple de cantități de intrare ale unui traductor sunt: ​​accelerația, câmpul electric, câmpul magnetic, densitatea, forța, nivelul, greutatea, pH-ul, debitul, poziția unghiulară, poziția liniară, presiunea, radiația, semnalul electric, temperatura, viteza, vâscozitatea, umiditate.

Cantități de ieșire

Cantitățile de ieșire ale traductoarelor sunt în general: forță, deplasare, variație de impedanță sau semnal electric / electronic.

Interval de intrare / ieșire

Un traductor este caracterizat printr-o gamă de valori ale cantității de intrare în care operațiunea este stabilă (sau „regulată”). La acest interval de valori ale mărimii de intrare corespunde un interval de valori ale mărimii de ieșire în care funcționarea traductorului este regulată.

Gama maximă a cantității care trebuie transdusă trebuie să fie inclusă în domeniul maxim de intrare al cantității traductorului. De asemenea, pentru ieșirea traductorului, trebuie luat în considerare intervalul de funcționare regulat.

În caz contrar, funcționarea traductorului nu mai este previzibilă și acest lucru poate duce la deteriorarea.

De exemplu:

• angrenajele trebuie să fie proiectate astfel încât dinții roților dințate să reziste la toată puterea pe care ar putea fi necesară să o transducă și trebuie să aibă o frecare a diferitelor părți care să fie semnificativ mai mică decât puterea minimă previzibilă care trebuie transdusă;
• un transformator, dacă tensiunea de intrare este prea mare sau impedanța sarcinii alimentate de ieșire este prea mică, nu se va transduce fără probleme și, în cel mai rău caz, poate „arde”;
• dacă un arc este supraîncărcat, acesta nu se va transduce fără probleme și, în cel mai rău caz, se poate rupe;
• dacă un termocuplu este supus unei temperaturi prea mari se poate topi.

Funcție de transfer

Același subiect în detaliu: funcția de transfer .

Funcția de transfer a unui traductor (sau caracteristica traductorului) poate fi liniară , pătratică , cubică , exponențială , logaritmică etc. Cele mai utilizate traductoare au o caracteristică liniară sau sunt făcute să funcționeze în domeniul în care caracteristica este liniară (sau cu o bună aproximare liniară).

În unele cazuri, caracteristica este stabilită empiric prin teste de laborator .

Dependența de variabilele de mediu

Practic, toate traductoarele sunt mai mult sau mai puțin influențate, în utilizarea lor practică, de una sau mai multe dintre variabilele de mediu. Adică, funcționarea lor regulată poate depinde și poate fi influențată de temperatură, umiditate, presiune, praf suspendat, radiații ionizante, câmpuri magnetice, câmpuri electrice, luminozitate, substanțe prezente în atmosferă etc. Prin urmare, este necesar să alegeți, cu atenția cuvenită, cel mai potrivit traductor pentru scopul și locul unde trebuie să funcționeze sau, alternativ, să oferiți o protecție adecvată.

Unele exemple pot clarifica acest punct.

• Într-un mediu potențial exploziv, datorită prezenței prafului exploziv și / sau a substanțelor chimice, trebuie utilizate componente electrice / electronice protejate corespunzător pentru a preveni scânteile care să declanșeze o explozie în mediul de lucru.
• Într-un mediu cu praf, ar trebui folosite unelte protejate pentru a preveni blocarea funcționării regulate a prafului.
• Într-un mediu în care există radiații ionizante, trebuie utilizate componente electronice ecranate corespunzător pentru a preveni radiația de a deteriora diferitele circuite.
• Într-un mediu în care există câmpuri magnetice intense și / sau câmpuri electrice intense, va fi necesar să se utilizeze scule electrice care nu sunt sensibile la aceste câmpuri sau, alternativ, scule protejate în mod adecvat.

Clasificare

Traductoarele pot fi împărțite în funcție de tipul de energie de intrare și de ieșire. În acest caz, pot exista două familii diferite de traductoare:

• traductoare omogene : traductoare unde energia de intrare este omogenă (de natură identică) în raport cu cea de ieșire; câteva exemple de traductoare omogene sunt:
  • traductoare mecanice (inclusiv angrenaje)
  • traductoare hidraulice (inclusiv stift)
  • traductoare electrice (inclusiv transformator)
  • traductoare electronice (inclusiv tranzistorul)
• traductoare neomogene (sau hibride): traductoare în care energia de intrare este de altă natură (neomogenă) în comparație cu cea de ieșire; câteva exemple de traductoare neomogene sunt:
  • traductoare electromecanice (dimensiune electrică → dimensiune mecanică și invers)
  • traductoare electro-optice (cantitate electrică → cantitate optică și invers)
  • traductoare magnetoelectrice (cantitate magnetică → cantitate electrică și invers)
  • traductoare piezoelectrice (cantitate de presiune → cantitate electrică și invers).

Traductoarele pot fi, de asemenea, împărțite în funcție de raportul dintre energia de ieșire și energia de intrare:

• traductoare pasive (sau inerte) : când energia de ieșire este mai mică decât energia de intrare (de exemplu, angrenaje, transformatoare, arcuri etc. Un exemplu poate fi traductorul piezoceramic , care percepe vibrațiile și impacturile suferite de structură prin transformarea energiei mecanice în semnal electric)
• traductoare active : atunci când energia de ieșire este egală sau mai mare decât energia de intrare. Aceasta înseamnă că traductorul trebuie alimentat de o sursă externă de alimentare auxiliară (de ex. Triodă, tranzistor etc.)

Traductoare de unică folosință

În general, traductoarele sunt toate reutilizabile de mai multe ori, dar există și traductoare de unică folosință ; de exemplu, hârtia de turnesol (care transduce valoarea pH-ului unui lichid într-o variație de culoare a hârtiei în sine) este una dintre acestea:

Odată utilizat, nu mai este refolosibil și este necesară o nouă hârtie pentru a efectua o nouă măsurare a pH-ului. Alte exemple de traductoare de unică folosință sunt unele traductoare de presiune, temperatură etc. pentru aplicații medicale (sunt de unică folosință pentru probleme evidente de igienă).

Cuplare

În serie sau în cascadă

Este posibil să cuplați mai mulți traductori în cascadă sau în serie pentru a obține un traductor global cu caracteristici foarte specifice. În acest caz, cantitatea de ieșire a primului traductor trebuie să fie de natură identică cu cantitatea de intrare a celui de-al doilea traductor pentru a efectua cuplarea relativă. În cele din urmă, ieșirea totală a traductoarelor este de obicei pneumatică sau electrică / electronică.

Motivul pentru care traductoarele au o ieșire pneumatică este că, până nu cu mulți ani în urmă, era singurul sistem care putea efectua operațiuni complexe, pe o mașină, într-un mod complet automat.

Electronica a înlocuit recent practic toate comenzile pneumatice și de aceea atât de mulți traductori moderni au o ieșire electrică / electronică. Caracteristicile semnalului de ieșire sunt normalizate pentru a face semnalul reprocesabil de alte componente sau de un computer. În acest caz, există o separare clară a sensului între „senzor” și „traductor”.

Senzorul este elementul care percepe energia de intrare, o transduce (adică schimbă unele dintre caracteristicile sale) și o transmite modulului care o procesează pentru a o face compatibilă cu ieșirea electrică / electronică normalizată. Traductorul este echipamentul în ansamblu și, prin urmare, include senzorul și modulul de standardizare. Este de la sine înțeles că modulul de normalizare este un traductor în sensul cel mai larg, deoarece transduce ieșirea senzorului în semnalul electric / electronic normalizat.

Exemple de utilizare a mai multor traductoare în cascadă

Primul exemplu

Dacă trebuie să măsurați un debit și să raportați această valoare unui instrument dintr-o cameră de control, puteți face un traductor în acest fel. Un tub Pitot cuplat la un potențiometru cuplat, la rândul său, la un Wheatstone Bridge alimentat, care este cuplat la un instrument indicator. Următoarele sunt diferitele funcții de transfer implicate.

De fapt, tubul Pitot măsoară suma unei cantități proporționale cu presiunea fluidului la o cantitate proporțională cu viteza fluidului (KP + K'V). Nu este dificil, din această măsurare, să se extragă doar componenta vitezei și din această valoare să se calculeze debitul fluidului relativ.

Al doilea exemplu

Într-o scară familială foarte comună există unii traductori. În interior va fi un arc cuplat la o roată dințată. Următoarele sunt diferitele funcții de transfer implicate.

În paralel

Cel puțin teoretic, este posibil să cuplăm, în paralel, mai mulți traductori identici, adică având aceeași magnitudine de intrare și ieșire. În acest caz, traductoarele utilizează aceeași cantitate de intrare cu scopul de a avea o ieșire mai energică. În practică, acest lucru nu se întâmplă aproape niciodată (există foarte puține cazuri de traductoare care, în practică, sunt conectate în paralel) deoarece nu există doi traductori cu adevărat identici.

Cuplarea a două traductoare în paralel prezintă riscul ca unul dintre cele două să funcționeze sub suprasarcină și celălalt să funcționeze sub sarcină. Riscul real este că traductorul care funcționează la suprasarcină eșuează din cauza sarcinii excesive. De îndată ce se întâmplă acest lucru, celălalt traductor ar putea de asemenea să cedeze imediat din cauza sarcinii excesive, deoarece primul traductor nu mai contribuie la transferul de energie. Prin urmare, toți traductorii cuplați în paralel pot fi rupți în același timp.

Există două soluții pentru a evita această problemă. Prima soluție este de a solicita o energie globală de transfer mai mică decât suma energiilor de transfer ale traductoarelor individuale, tocmai pentru a preveni căderea transductorului care lucrează la suprasarcină. A doua soluție este utilizarea unui singur traductor cu caracteristici crescute în mod adecvat. Adică, pentru a fi clar, se folosesc fie două sau mai multe traductoare care le fac să funcționeze sub sarcină, fie se folosește un traductor potrivit pentru cele mai mari cerințe.

Exemple de traductoare și caracteristicile acestora

Următorul tabel prezintă câteva exemple de traductoare:

Elemente pasive utilizate ca traductoare

Există unele elemente pasive care se pot transforma în traductoare, cu unele trucuri mai mult sau mai puțin complexe și alimentându-le cu o sursă de energie electrică externă adecvată. În realitate, în unele cazuri, aceste dispozitive își modifică doar caracteristicile electrice, deci nu sunt traductoare reale (nu există transfer de energie între cauză și efect), totuși, cu aceste dispozitive, diferitele componente pasive au funcția unui transfer care leagă cauza cu efectul său într-un mod bidirecțional. Aceasta este condiția necesară și suficientă pentru a le putea folosi ca traductoare.

Să le vedem cu utilizarea lor:

Rezistor

Rezistorul este un element pasiv, dar are o caracteristică specială. Dacă este traversat de un curent electric, acesta se încălzește și atinge o temperatură în funcție de curentul electric care curge prin el (vezi Efectul Joule). Prin urmare, prin măsurarea temperaturii, este posibil să se urmărească valoarea curentului electric care trece prin rezistor. Vezi ampermetre termice. Puteți profita de această caracteristică pentru a crea un traductor.

Condensator

Condensatorul este un element pasiv, dar are o caracteristică specială. Dacă modificați valoarea constantei dielectrice sau distanța dintre plăci sau chiar suprafața opusă a acestora, parametrii electrici ai acesteia sunt modificați. Puteți profita de această caracteristică pentru a crea un traductor.

• Primul exemplu

Dacă o față a condensatorului cu față plană este fixă ​​și cealaltă este mobilă, este posibilă transducerea deplasării liniare sau unghiulare a feței mobile într-o variație a semnalului electric.

Un exemplu practic este butonul de reglare radio.

• Al 2-lea exemplu

Dacă cele două fețe ale condensatorului cu față plană sunt parțial scufundate într-un lichid dielectric (de obicei ulei), este posibil să transducem nivelul lichidului dielectric într-o variație a semnalului electric.

Inductor

Inductorul este un element pasiv, dar are o caracteristică specială. Dacă se modifică valoarea constantei dielectrice, parametrii săi electrici sunt modificați. Puteți profita de această caracteristică pentru a crea un traductor. Observați cum:

Dacă un obiect metalic este introdus parțial într-un inductor, deplasarea acestui obiect în interiorul bobinei poate fi tradusă într-o variație a semnalului electric.

Folosiți înapoi

În general, prin alimentarea traductoarelor înapoi (alimentate la intrare cu o dimensiune compatibilă cu ieșirea) acestea nu funcționează și pot fi deteriorate. Există câteva cazuri rare în care prin alimentarea traductoarelor în acest mod funcționează regulat, cu inversarea datorată a funcției de transfer. Câteva exemple de traductoare care funcționează la fel sunt transformatorul, unele tipuri de cuplaje de transmisie, traductoare piezoelectrice, LED-uri etc. După cum puteți vedea din listă, traductoarele care pot fi alimentate înapoi sunt atât de tip omogen, cât și de tip neomogen (a se vedea clasificarea ulterioară).

Erori ale traductorului

Traductoarele au multe caracteristici și, prin urmare, au la fel de multe probleme care trebuie luate în considerare pentru utilizarea lor practică. Unele dintre aceste caracteristici sunt tipice traductoarelor specifice. Unele dintre aceste caracteristici limitează utilizarea traductoarelor:

• Caracteristică statică
• Caracteristică dinamică
• Dependența de variabilele de mediu
• Eroare de transfer
• Eroare de cuantizare
• Fiabilitate
• Eroare de câștig.

În special, pentru toți traductorii există o dependență de variabilele de mediu.

Traductoare în lumea reală

Traductoare găsite într-o bicicletă

De exemplu, iată câteva dintre traductoarele găsite într-o bicicletă.

Traductoare care nu sunt utilizate în mod normal ca atare

Există elemente care, deși sunt traductoare, nu sunt utilizate în mod obișnuit ca atare.

Dacă curentul electric care curge prin filament variază, luminozitatea acestuia variază și în consecință. Teoretic este posibil să se evalueze curentul electric care trece prin filamentul de tungsten al becului, prin fluxul luminos emis.

Elemente care pot părea a fi traductoare, dar nu sunt

Există multe componente care, la o analiză superficială, ar putea părea traductoare, dar, dacă ne ținem de definiția traductorului, este ușor de înțeles că nu sunt.

Comutatorul nu este un traductor, deoarece energia de ieșire nu este o funcție a energiei de intrare. Un al doilea motiv pentru care un comutator nu este un traductor este că dacă forța care l-a activat este redusă la zero, efectul său nu este redus la zero. Pentru a reseta efectul, este necesar să apăsați din nou același comutator.

Butonul nu este un traductor, deoarece energia de ieșire nu este o funcție a energiei de intrare. În interior există un traductor (arcul) care transduce forța în deplasare liniară.

Dioda și dioda Zener nu sunt traductoare, deoarece nu au o ieșire a energiei electrice primite. Acestea sunt unul și singurele elemente electronice pasive, adică modifică parametrul „curent electric” în raport cu parametrul „tensiune electrică”.

Traductoare prezente la animale și plante

Definiția transductorului este foarte largă și generică, atât de mult încât traductorii prezenți pe ființe vii (plante și animale) se încadrează și în această categorie. Să vedem câteva dintre ele:

Notă

Bibliografie

• Dr. Alfredo Ferraro, Enciclopedia radioului , Florența, Ediții științifice Sansoni, 1954.

Elemente conexe

• Observator de stat
• Senzor
• Instrumentație de control
• Traductor de deplasare capacitivă
• Traductor de forță

Alte proiecte

• Wikisource conține o pagină despre transducția electroacustică
• Wikționarul conține dicționarul lemă « transducție electroacustică »
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre transducția electroacustică

linkuri externe

• Traductoarele ( PDF ), pe gamma.unipv.it . Adus la 21 mai 2011 (arhivat din original la 6 martie 2007) .
• Traductoarele radio-electrice , pe radiondistics.altervista.org .
• whatis: traductor , la whatis.techtarget.com .
• Standardul Federal 1037C, 7 august 1996: traductor , la its.bldrdoc.gov . Adus la 21 ianuarie 2006 (arhivat din original la 27 septembrie 2007) .
• American National Standard for Telecommunications - Telecom Glossary 2000: traductor , atis.org .
• ( RO ) IUPAC Gold Book, „traductor” , pe goldbook.iupac.org .
• Transducer , în Treccani.it - ​​Enciclopedii online , Institutul Enciclopediei Italiene.

Portal de verificări automate

Portal de inginerie

Portal de știință și tehnologie