IT
USA
DE
FR
ES
PL
IT
EN
USA
DE
ZH
ES
FR
PT
JP
RU
AR
KR
RO
VN
HE
TR
CS
HR
DA
FI
EL
NL
SR
SK
SV
HU
Jesteśmy otoczeni elektronicznymi urządzeniami wszelkiego rodzaju, ale czy kiedykolwiek zastanawialiście się, jak one dokładnie wiedzą, co mają robić i kiedy mają to zrobić, aby działać poprawnie?
Od smartfonów po lodówki, od komputerów po całe elektrownie, we wszystkich dziedzinach elektroniki to czujniki sprawiają, że obwody pracują poprawnie - są to urządzenia, które pobierają informacje z otaczającego świata i przekazują je do obwodów w postaci sygnałów elektrycznych.
W tym filmie zobaczymy, jak działają czujniki i przetworniki, czyli urządzenia służące do tłumaczenia wielkości fizycznych na łatwiejsze do odczytania informacje na wyświetlaczach, co jest niezbędnym wymaganiem w każdej dziedzinie technologicznej.
Jaes działa w branży dostaw przemysłowych od ponad 10 lat i stał się partnerem niektórych najważniejszych firm na rynku automatyki przemysłowej, dostarczając wszelkiego rodzaju czujników i przetworników.
Czujniki i przetworniki są w stanie pobierać informacje z otoczenia i są zwykle klasyfikowane według rodzaju mierzonej wielkości fizycznej, na przykład:
- mikrofon to czujnik dźwięku
- termopara to czujnik temperatury
- fotodioda to czujnik optyczny
- manometr to czujnik ciśnienia
i tak dalej.
Wielkościami fizycznymi są wszystkie właściwości zjawiska lub ciała, które można zmierzyć, a więc można je wyrazić ilościowo za pomocą liczby.
Czujniki i przetworniki, po wykryciu wartości wielkości fizycznej, przekształcają jej zmiany w sygnały elektryczne.
Jaka jest więc różnica między czujnikami a przetwornikami?
Czujniki dzielą się na aktywne lub pasywne.
Aktywne czujniki są w stanie bezpośrednio przekształcić wielkość fizyczną w sygnał elektryczny bez potrzeby zewnętrznego źródła zasilania.
Czujniki pasywne natomiast nie wytwarzają sygnału elektrycznego, który mógłby być natychmiastowo wykorzystany; zamiast tego muszą być wspomagane przez zasilane elektroniką, która wygeneruje odpowiedni sygnał elektryczny. Połączenie tych dwóch komponentów to właśnie przetwornik.
Te sygnały są następnie przekazywane do kontrolera, który je odczytuje i interpretuje.
Standardowe sygnały elektryczne to zakres napięcia elektrycznego (zwykle od 0 do 5 woltów lub od 0 do 10 woltów) lub prądu elektrycznego (zazwyczaj od 4 do 20 miliamperów).
Teraz zobaczmy różne parametry, jakie mogą mieć czujniki i przetworniki.
Po pierwsze, mamy tzw. "funkcję transferu":
Czujniki i przetworniki posiadają sygnał wejściowy i sygnał wyjściowy. Sygnał wyjściowy zmienia się wraz ze zmianą sygnału wejściowego i jest z nim związany poprzez funkcję matematyczną zwana "funkcją transferu".
"Funkcja transferu" może być liniowa, kwadratowa, sześcienna, wykładnicza lub logarytmiczna. Najczęściej stosowane przetworniki mają albo liniową funkcję transferu, albo działają w zakresie, gdzie funkcja transferu jest bardziej liniowa. Linearność jest więc kolejnym ważnym parametrem, który mierzy błąd nieliniowości funkcji transferu.
Kolejnym podstawowym parametrem jest Zakres Dynamiczny (nazywany również zakresem działania). Jest to zakres wartości wejściowych, w którym przetwornik lub czujnik może działać bez uszkodzeń.
Maksymalna wartość zakresu dynamicznego określa zakres przetwornika. Natomiast minimalna wartość określa Rozdzielczość.
Dobry czujnik lub przetwornik ma niską rozdzielczość (to znac
zy, może wykrywać sygnały o niewielkiej wartości) i wysoki zakres, aby mieć bardzo duży zakres dynamiczny.
Inną istotną właściwością jest Czułość:
Czułość przetwornika to stosunek między zmianą wielkości wyjściowej a zmianą wielkości wejściowej, która ją spowodowała.
Od smartfonów po lodówki, od komputerów po całe elektrownie, we wszystkich dziedzinach elektroniki to czujniki sprawiają, że obwody pracują poprawnie - są to urządzenia, które pobierają informacje z otaczającego świata i przekazują je do obwodów w postaci sygnałów elektrycznych.
W tym filmie zobaczymy, jak działają czujniki i przetworniki, czyli urządzenia służące do tłumaczenia wielkości fizycznych na łatwiejsze do odczytania informacje na wyświetlaczach, co jest niezbędnym wymaganiem w każdej dziedzinie technologicznej.
Jaes działa w branży dostaw przemysłowych od ponad 10 lat i stał się partnerem niektórych najważniejszych firm na rynku automatyki przemysłowej, dostarczając wszelkiego rodzaju czujników i przetworników.
Czujniki i przetworniki są w stanie pobierać informacje z otoczenia i są zwykle klasyfikowane według rodzaju mierzonej wielkości fizycznej, na przykład:
- mikrofon to czujnik dźwięku
- termopara to czujnik temperatury
- fotodioda to czujnik optyczny
- manometr to czujnik ciśnienia
i tak dalej.
Wielkościami fizycznymi są wszystkie właściwości zjawiska lub ciała, które można zmierzyć, a więc można je wyrazić ilościowo za pomocą liczby.
Czujniki i przetworniki, po wykryciu wartości wielkości fizycznej, przekształcają jej zmiany w sygnały elektryczne.
Jaka jest więc różnica między czujnikami a przetwornikami?
Czujniki dzielą się na aktywne lub pasywne.
Aktywne czujniki są w stanie bezpośrednio przekształcić wielkość fizyczną w sygnał elektryczny bez potrzeby zewnętrznego źródła zasilania.
Czujniki pasywne natomiast nie wytwarzają sygnału elektrycznego, który mógłby być natychmiastowo wykorzystany; zamiast tego muszą być wspomagane przez zasilane elektroniką, która wygeneruje odpowiedni sygnał elektryczny. Połączenie tych dwóch komponentów to właśnie przetwornik.
Te sygnały są następnie przekazywane do kontrolera, który je odczytuje i interpretuje.
Standardowe sygnały elektryczne to zakres napięcia elektrycznego (zwykle od 0 do 5 woltów lub od 0 do 10 woltów) lub prądu elektrycznego (zazwyczaj od 4 do 20 miliamperów).
Teraz zobaczmy różne parametry, jakie mogą mieć czujniki i przetworniki.
Po pierwsze, mamy tzw. "funkcję transferu":
Czujniki i przetworniki posiadają sygnał wejściowy i sygnał wyjściowy. Sygnał wyjściowy zmienia się wraz ze zmianą sygnału wejściowego i jest z nim związany poprzez funkcję matematyczną zwana "funkcją transferu".
"Funkcja transferu" może być liniowa, kwadratowa, sześcienna, wykładnicza lub logarytmiczna. Najczęściej stosowane przetworniki mają albo liniową funkcję transferu, albo działają w zakresie, gdzie funkcja transferu jest bardziej liniowa. Linearność jest więc kolejnym ważnym parametrem, który mierzy błąd nieliniowości funkcji transferu.
Kolejnym podstawowym parametrem jest Zakres Dynamiczny (nazywany również zakresem działania). Jest to zakres wartości wejściowych, w którym przetwornik lub czujnik może działać bez uszkodzeń.
Maksymalna wartość zakresu dynamicznego określa zakres przetwornika. Natomiast minimalna wartość określa Rozdzielczość.
Dobry czujnik lub przetwornik ma niską rozdzielczość (to znac
zy, może wykrywać sygnały o niewielkiej wartości) i wysoki zakres, aby mieć bardzo duży zakres dynamiczny.
Inną istotną właściwością jest Czułość:
Czułość przetwornika to stosunek między zmianą wielkości wyjściowej a zmianą wielkości wejściowej, która ją spowodowała.
Instrument będzie bardzo czuły, gdy dla tej samej zmiany zmiennej wejściowej zmiana wyjścia będzie bardzo wysoka.
Natomiast częstotliwość to czas potrzebny przez przetwornik do przekształcenia zmiany wielkości wejściowej w sygnał wyjściowy. Warto zauważyć, że im mniejszy jest rozmiar czujnika, tym szybsza jest jego odpowiedź.
Zobaczmy teraz kilka praktycznych przykładów, aby zrozumieć, jak one działają.
Powiedzmy na przykład, że chcemy monitorować ciśnienie w rurze: zawiera się ono między 50 a 150 PSI, które możemy przybliżyć w Systemie Miar Międzynarodowych do 345 i 1035 kPa [kilopaskali].
Przetwornik wykrywa ciśnienie w rurze za pomocą swojego czujnika, w tym przypadku membrany, która wysyła analogowy sygnał elektroniczny o kilku milivolach do przetwornika.
Przetwornik ciśnienia (odpowiednio skalibrowany do zakresu minimalnego i maksymalnego ciśnienia) liniuje, kompensuje i rozszerza sygnał, który w tym przypadku mieści się w zakresie od 4 mA do 20 mA [miliamperów].
Sygnał jest wysyłany do programowalnego sterownika logicznego (PLC), czyli komputera, który interpretuje prąd o wartości 20 mA jako ciśnienie w rurze wynoszące 150 PSI lub 1035 kPa, 4 mA jako 50 PSI lub 345 kPa, a na przykład 12 mA jako 100 PSI lub 690 kPa (czyli 50% zakresu ciśnienia).
Teraz kontroler może określić ciśnienie i w razie potrzeby zmienić je, wysyłając sygnał do aktuatora, który kontroluje regulację ciśnienia.
W drugim przykładzie przeanalizujemy główne komponenty smartfona podczas rozmowy telefonicznej.
Kiedy rozpoczynamy rozmowę telefoniczną, nasz głos jest rejestrowany przez mikrofon.
Mikrofon to nic innego jak przetwornik zdolny do konwersji fal ciśnienia dźwięku na sygnały elektryczne.
Gdy fala naszego głosu zostanie przekształcona w sygnał elektryczny, jest on odbierany przez mikroelektromechaniczny system (MEMS), który interpretuje go jako kod binarny składający się z wielu zer i jedynek, dokonując jego cyfryzacji.
W ten sposób nasz głos może być łatwo przechowywany i ewentualnie wysyłany do anteny.
Kolejnym przykładem jest termopara, czyli przetwornik temperatury.
Jest to sonda składająca się z 2 drutów wykonanych z różnych metali, gdzie jedno zakończenie, zwane JEDNOSTKĄ GORĄCĄ, umieszcza się w środowisku, które ma być zmierzone. Natomiast drugie zakończenie, zwane JEDNOSTKĄ ZIMNĄ, jest podłączone do instrumentu pomiarowego.
Różnica temperatur między tymi dwoma końcówkami generuje przemieszczenie elektronów w chłodniejszej części, tworząc różnicę potencjałów elektrycznych o określonym napięciu, z którego instrument pomiarowy może odczytać temperaturę.
Teraz zobaczmy enkoder obrotowy, znany jako przetwornik kątowy.
Widzimy, że wewnątrz znajduje się tarcza z rowkami umieszczona na wirującym wałku, używana wraz ze źródłami światła i stałymi fotoreceptorami, zwykle fotodiodami. W miarę obrotu wału źródła światła oświetlają tarczę kodującą, a przechodzące przez rowki światło trafia na sensory optyczne zdolne do generowania (z sygnałami wyjściowymi) unikatowego wzoru kodu, który określa dokładną pozycję wału.
Do interpretacji sygnałów czujników i przetworników zawsze potrzebny jest PLC - Programowalny Sterownik Logiczny.
Jeśli jesteś zainteresowany zrozumieniem, jak działają PLC i DCS, zapraszamy do obejrzenia naszych wcześniejszych filmów.
Jeśli ten film był dla Ciebie użyteczny, daj nam znać, zostawiając łapkę w górę i komentarz. Możesz także go udostępnić, i nie zapomnij subskrybować naszego kanału.
Natomiast częstotliwość to czas potrzebny przez przetwornik do przekształcenia zmiany wielkości wejściowej w sygnał wyjściowy. Warto zauważyć, że im mniejszy jest rozmiar czujnika, tym szybsza jest jego odpowiedź.
Zobaczmy teraz kilka praktycznych przykładów, aby zrozumieć, jak one działają.
Powiedzmy na przykład, że chcemy monitorować ciśnienie w rurze: zawiera się ono między 50 a 150 PSI, które możemy przybliżyć w Systemie Miar Międzynarodowych do 345 i 1035 kPa [kilopaskali].
Przetwornik wykrywa ciśnienie w rurze za pomocą swojego czujnika, w tym przypadku membrany, która wysyła analogowy sygnał elektroniczny o kilku milivolach do przetwornika.
Przetwornik ciśnienia (odpowiednio skalibrowany do zakresu minimalnego i maksymalnego ciśnienia) liniuje, kompensuje i rozszerza sygnał, który w tym przypadku mieści się w zakresie od 4 mA do 20 mA [miliamperów].
Sygnał jest wysyłany do programowalnego sterownika logicznego (PLC), czyli komputera, który interpretuje prąd o wartości 20 mA jako ciśnienie w rurze wynoszące 150 PSI lub 1035 kPa, 4 mA jako 50 PSI lub 345 kPa, a na przykład 12 mA jako 100 PSI lub 690 kPa (czyli 50% zakresu ciśnienia).
Teraz kontroler może określić ciśnienie i w razie potrzeby zmienić je, wysyłając sygnał do aktuatora, który kontroluje regulację ciśnienia.
W drugim przykładzie przeanalizujemy główne komponenty smartfona podczas rozmowy telefonicznej.
Kiedy rozpoczynamy rozmowę telefoniczną, nasz głos jest rejestrowany przez mikrofon.
Mikrofon to nic innego jak przetwornik zdolny do konwersji fal ciśnienia dźwięku na sygnały elektryczne.
Gdy fala naszego głosu zostanie przekształcona w sygnał elektryczny, jest on odbierany przez mikroelektromechaniczny system (MEMS), który interpretuje go jako kod binarny składający się z wielu zer i jedynek, dokonując jego cyfryzacji.
W ten sposób nasz głos może być łatwo przechowywany i ewentualnie wysyłany do anteny.
Kolejnym przykładem jest termopara, czyli przetwornik temperatury.
Jest to sonda składająca się z 2 drutów wykonanych z różnych metali, gdzie jedno zakończenie, zwane JEDNOSTKĄ GORĄCĄ, umieszcza się w środowisku, które ma być zmierzone. Natomiast drugie zakończenie, zwane JEDNOSTKĄ ZIMNĄ, jest podłączone do instrumentu pomiarowego.
Różnica temperatur między tymi dwoma końcówkami generuje przemieszczenie elektronów w chłodniejszej części, tworząc różnicę potencjałów elektrycznych o określonym napięciu, z którego instrument pomiarowy może odczytać temperaturę.
Teraz zobaczmy enkoder obrotowy, znany jako przetwornik kątowy.
Widzimy, że wewnątrz znajduje się tarcza z rowkami umieszczona na wirującym wałku, używana wraz ze źródłami światła i stałymi fotoreceptorami, zwykle fotodiodami. W miarę obrotu wału źródła światła oświetlają tarczę kodującą, a przechodzące przez rowki światło trafia na sensory optyczne zdolne do generowania (z sygnałami wyjściowymi) unikatowego wzoru kodu, który określa dokładną pozycję wału.
Do interpretacji sygnałów czujników i przetworników zawsze potrzebny jest PLC - Programowalny Sterownik Logiczny.
Jeśli jesteś zainteresowany zrozumieniem, jak działają PLC i DCS, zapraszamy do obejrzenia naszych wcześniejszych filmów.
Jeśli ten film był dla Ciebie użyteczny, daj nam znać, zostawiając łapkę w górę i komentarz. Możesz także go udostępnić, i nie zapomnij subskrybować naszego kanału.