محول الطاقة الكهروميكانيكية: العمل ، أنواعه وتطبيقاته

محول الطاقة هو جهاز إلكتروني يستخدم لتغيير الطاقة من شكل إلى آخر. بشكل عام ، يغير محول الطاقة أحد أشكال إشارات الطاقة إلى شكل آخر من إشارات الطاقة. أمثلة على محول هي ؛ الميكروفونات ، الخلايا الشمسية ، المصابيح المتوهجة ، المحركات الكهربائية ، إلخ. تستخدم هذه الأجهزة بشكل متكرر حيث يتم تغيير الإشارات الكهربائية إلى كميات فيزيائية أخرى مثل القوة ، والطاقة ، والضوء ، وعزم الدوران ، والموضع ، والحركة ، وما إلى ذلك. أنواع مختلفة من محولات الطاقة مثل التيار والضغط والمجال المغناطيسي ، الحرارية كهرضغطية قياس الضغط ، الحث المتبادل ، ومحول الطاقة الكهروميكانيكية. تتناول هذه المقالة نظرة عامة على ملف محول الطاقة الكهروميكانيكية - العمل مع التطبيقات.

ما هو محول الطاقة الكهروميكانيكية؟

محول الطاقة الكهروميكانيكي هو نوع من الأجهزة المستخدمة لتحويل إشارة كهربائية إلى موجات صوتية كما هو الحال في مكبر الصوت (أو) يحول موجة صوتية إلى إشارة كهربائية مثل الميكروفون. بمعنى آخر ، الجهاز الذي يحول الحركة الميكانيكية إلى إشارات كهربائية معروف محول الطاقة الكهروميكانيكية . أمثلة المحولات الكهروميكانيكية هي ؛ مكبر صوت ومحول طاقة كهرضغطية وميكروفون وآلية قياس بأداة مغناطيسية دائمة.

مبدأ عمل محول الطاقة الكهروميكانيكية

يعمل المحول الكهروميكانيكي ببساطة عن طريق تغيير الحركة الميكانيكية إلى تغيرات للتيار أو الجهد والعكس بالعكس. تُستخدم محولات الطاقة هذه بشكل أساسي كآليات تنشيط داخل أنظمة التحكم الآلي وأيضًا كمستشعرات للحركة الميكانيكية ضمن تقنية القياس والأتمتة. يمكن تصنيف هذه المحولات بناءً على مبدأ التحويل المستخدم كأنواع كهرومغناطيسية ومقاومة وكهرومغناطيسية وكهروستاتيكية وأيضًا نوع إشارة o / p مثل الأنواع التناظرية والرقمية.

يتم تقدير هذه الأنواع من المحولات فيما يتعلق بخصائصها الثابتة والديناميكية ، والحساسية E = Δy / Δx ، وخطأ الإشارة الثابتة ، ونطاق تردد تشغيل إشارة o / p وخطأ التحويل الثابت.

مخطط محول الطاقة الكهروميكانيكية

يظهر أدناه محول الطاقة الكهروميكانيكية الذي يستخدم لتنفيذ تقنية Capnography. تسمى دراسة انتهاء صلاحية ثاني أكسيد الكربون قياس الكابنومتر. يحتوي محول الطاقة الكهروميكانيكي في الرسم البياني التالي على مصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي ينتج إشعاعًا واسع النطاق في نطاق 2 إلى 16 ميكرومتر. يجب أن يكون لمصادر الأشعة تحت الحمراء المستخدمة في تصوير الكابنوجرافي انبعاث منتظم ، وإشعاع عالي ، وتوحيد طيفي ، ومنطقة إشعاع كبيرة. من مصادر حقيقية ، يكون الإشعاع دائمًا منخفضًا مقارنة بجسم أسود مثالي ، والذي لديه أعلى انبعاث.

يوفر الفتيل الساخن لمصابيح الهالوجين التنغستن الكوارتز ببساطة خرج قوي بالقرب من الأشعة تحت الحمراء. في الرسم البياني أعلاه ، يمر شعاع ضوء الأشعة تحت الحمراء عريض النطاق عبر مرشح الأشعة تحت الحمراء ثم ينقل الضوء في أقصى طول موجي لامتصاص ثاني أكسيد الكربون مثل 4.26 ميكرومتر مع 0.07 ميكرومتر من عرض النطاق الترددي. عند الترددات المنخفضة ، يتم أخذ عينات شعاع الضوء من خلال عجلة مروحية دوارة. وبمجرد أن تدور هذه العجلة ، تكون إعادة وضعها موضعًا حيث ينتقل ضوء الأشعة تحت الحمراء في جميع أنحاء حجرة العينة ويتم امتصاص الإشعاع من خلال جزيئات ثاني أكسيد الكربون المتاحة داخل هواء الزفير.

في الموضع الثاني ، ينتقل ضوء الأشعة تحت الحمراء في جميع أنحاء العينة والغرف المرجعية. هنا ، الغرفة المرجعية مختومة بثاني أكسيد الكربون. في الموقع المتبقي ، لا يوجد ضوء يعبر العجلة الدوارة. لم يتم امتصاص الإشعاع الذي ينتقل عبر العجلة من خلال جزيئات ثاني أكسيد الكربون ويتم جمعه ببساطة بواسطة جهاز الكشف الضوئي ، بشكل عام الثنائي الضوئي .

إن تردد تيار الثنائي الضوئي النبضي o / p يعادل أخذ العينات ويتم تعديل اتساعه من خلال كمية الإشعاع المرسل. تتم معالجة شدة الإشارة المتذبذبة لتحديد تركيز ثاني أكسيد الكربون في أنفاس المريض. لذلك من خلال استخدام تقنية capnography في الوقت الفعلي ، يمكن لمقدمي الرعاية الصحية مراقبة حالة التهوية للمرضى وأيضًا مضاعفات التنفس المحتملة.

أنواع المحولات الكهروميكانيكية

هناك أنواع مختلفة من محولات الطاقة الكهروميكانيكية التي تمت مناقشتها أدناه.

المحولات التفاضلية الخطية المتغيرة

LVDT هو محول كهروميكانيكي ، يستخدم لتغيير حركة الجسم المستقيمة التي يتم توصيلها ميكانيكيًا بجهد متغير أو تيار أو إشارة كهربائية. يرجى الرجوع إلى هذا الرابط لمعرفة المزيد عن LVDT.

يرجى الرجوع إلى هذا الرابط لمعرفة المزيد عن LVDT .

محولات اللدائن

محول الطاقة المرنة هو محول كهروميكانيكي يستخدم لتغيير الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. تعتمد الهياكل البوليمرية التي تعمل على تحسين هذه المحولات بشكل أساسي على خصائص العزل الكهربائي. تتكون الأعضاء المحسنة من السيليكون Q و polydimethylsiloxane PDMS والبولي يوريثين شبه البلوري. لذلك ، يُفضل البولي يوريثين شبه البلوري بشكل أساسي نظرًا لمدى ثابت العزل الكهربائي من 3 إلى 10 وموصلية أيونية عالية ، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة. نطاق ثابت عازل Polydimethylsiloxane منخفض نسبيًا يتراوح من 2.5 إلى 3 ، ويشبه السيليكون Q مادة البولي يوريثين شبه البلورية على الرغم من أنها تحتوي على درجة حرارة انتقال زجاجية منخفضة.

مولدات نانوية كهرضغطية

المولد النانوي الكهروإجهادي هو أحد أنواع المحولات الكهروميكانيكية المستخدمة لتغيير الطاقة من الميكانيكية إلى الكهربائية باستخدام الأسلاك النانوية الكهروضغطية ZnO والتي يمكن تنشيطها من خلال الحركات الفيزيائية الصغيرة والعمل في نطاق كبير من الترددات. تُستخدم هذه في تطبيقات الرعاية الصحية المبتكرة بسبب تنفيذها البسيط ، وطبيعة التشغيل الذاتي ، وتحويل الطاقة عالي الكفاءة مثل العلاج التحفيزي الكهربائي ، في مساحة الكشف النشط وحصاد الطاقة الميكانيكية الحيوية البشرية إلى طاقة وسيطة فوق أجهزة الجسم.

اللدائن العازلة

المطاط الصناعي العازل (DEs) هو محول طاقة كهروميكانيكي ، يستخدم لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. تعمل هذه اللدائن في وضعين مثل المحرك والعام. في وضع المشغل ، يغير الطاقة من الكهرباء إلى الميكانيكية بينما ، في الوضع العام ، يحول الطاقة من الميكانيكية إلى الكهربائية. هذه أنظمة مواد ذكية تولد سلالات كبيرة. هذه تنتمي إلى مجموعة البوليمرات الكهربائية. تتميز بكثافة طاقة عالية المرونة وخفيفة الوزن.

المميزات والعيوب

ال مزايا المحولات الكهروميكانيكية تمت مناقشتها أدناه.

• يمكن استخدام خرج محول الطاقة هذا بسهولة عن طريق الإرسال والمعالجة لأغراض القياس.
• يتم التحكم في الأنظمة الكهربائية بمدى صغير للغاية من الطاقة.
• ستقلل هذه المحولات من تأثيرات الاحتكاك بالإضافة إلى التأثيرات الميكانيكية غير الخطية الأخرى.
• نظرًا لتكنولوجيا الدوائر المتكاملة ، فإن العديد من الأنظمة مدمجة وقابلة للحمل وأقل وزنًا.
• لا توجد فرصة لحدوث أعطال ميكانيكية.
• يمكن تقليل مشاكل الجمود الجماعي.
• لا تآكل ميكانيكي.

ال مساوئ المحولات الكهروميكانيكية تمت مناقشتها أدناه.

• هذا المحول باهظ الثمن.
• أثناء تصميم الدوائر ، يجب مراعاة تأثيرات التقادم وانحراف المكونات النشطة للمعلمات. لذلك ، هذا سيجعل التصميم معقدًا.

التطبيقات

ال تطبيقات محول الطاقة الكهروميكانيكية تمت مناقشتها أدناه.

• يستخدم المحول الكهروميكانيكي لتحويل الإشارة الكهربائية إلى موجات صوتية أو موجات صوتية إلى إشارة كهربائية.
• يغير محول الطاقة هذا الحركة المادية إلى جهد o / p ، السعة والمرحلة حيث تتناسب مع الموضع.
• يستقبل محول الطاقة هذا موجات من نظام كهربائي وينقلها إلى نظام ميكانيكي.
• هذه تستخدم لقياس الاهتزاز.
• يستخدم هذا لتوفير خرج خطي يتناسب مع مدخلات الإزاحة الزاوية.
• محول كهروميكانيكي مثل RVDT يستخدم بشكل رئيسي لقياس الإزاحة الزاوية.
• يقوم هذا الجهاز بتغيير الإشارة من الكهربية إلى الميكانيكية أو المادية o / p من خلال الأجزاء المتحركة.
• تم تصميم هذا النوع من محول الطاقة بشكل أساسي لاستبدال محرك عزم الدوران داخل صنبور المؤازرة ذو الفوهة الثابتة.
• يحول محول الطاقة الكهروميكانيكي RVDT الحركة المستقيمة للكائن التي يتم توصيلها ميكانيكياً إلى إشارة كهربائية مكافئة.

ما هو الفرق بين محول الطاقة الكهروميكانيكية ومحول الطاقة الكهروكيميائية؟

المحول الكهروميكانيكي هو جهاز يقوم إما بتغيير الإشارة الكهربائية إلى موجات صوتية ، وإلا فإنه يغير الموجة الصوتية إلى إشارة كهربائية. يستخدم محول الطاقة الكهروكيميائية للإبلاغ عن التغييرات في شكل إشارة كهربائية تتناسب بشكل مباشر مع تركيز المادة التحليلية.

كيف تختار محول الطاقة الكهروميكانيكي المناسب لتطبيق معين؟

هناك العديد من المعلمات التي يجب مراعاتها أثناء اختيار محول طاقة كهروميكانيكي مثل نطاق التشغيل ، والدقة ، ومبدأ التشغيل ، والحساسية ، وتأثير التحميل ، والتوافق مع البيئة ، وما إلى ذلك.

هل يمكن استخدام المحولات الكهروميكانيكية في البيئات الخطرة؟

عندما يتم توصيل محول كهروميكانيكي كهربائيًا بأي جهاز في بيئة خطرة ، فيجب استخدام حاجز أمان كهربائي داخل السلسلة بواسطة التوصيل.

كيف يمكنك معايرة محول الطاقة الكهروميكانيكية؟

يجب معايرة محول الطاقة الميكانيكي طوال فترة خدمته لأن حساسية هذا المحول تتغير بناءً على الاستخدام والضغوط المطبقة على المواد التي صنعت منها. لذلك ، يتم استخدام طريقة المعاملة بالمثل لمعايرة محول طاقة كهروميكانيكي والذي يوفر وصفًا لمبدأ التقنية وبعد ذلك تطبيقاتها أثناء معايرة محول طاقة كهروميكانيكي.

ما هي بعض النصائح الشائعة حول استكشاف الأخطاء وإصلاحها لمحولات الطاقة الكهروميكانيكية؟

• يتم استخدام استكشاف الأخطاء وإصلاحها للتحقق مما إذا كان محول الطاقة يعمل أم لا مع الفولتميتر. قم بتوصيل محول الطاقة هذا بالفولتميتر وقم بإثارة محول الطاقة من خلال جهد الإثارة المناسب. بعد ذلك ، قم بقياس جهد الخرج لمحول الطاقة بدون تحميل.
• تأكد من أن الحمل والضغط ثابتان أم لا.
• تحقق من استقرار مصدر طاقة الإثارة.
• تحقق من الميليفولت o / p من خلال الفولتميتر.
• تأكد من تداخل RFI أو EMI.

وبالتالي ، هذه نظرة عامة على الكهروميكانيكية محول - العمل المبدأ والأنواع والمزايا والعيوب والتطبيقات. يُعرف محول الطاقة الذي يستقبل الموجات من نظام كهربائي وينقلها إلى نظام ميكانيكي أيضًا باسم محول الطاقة الكهرومغناطيسي. إليك سؤال لك ، ما هو محول الطاقة؟