هناك العديد المكونات الكهربائية والإلكترونية تستخدم لبناء الدوائر والمشاريع لطلبة الهندسة. المكونات عبارة عن مكونات نشطة وسلبية ، وأجهزة استشعار ، ومحولات ، وأجهزة إرسال ، وأجهزة استقبال ، ووحدات (WiFi ، و Bluetooth ، و GSM ، و RFID ، و GPS) ، وما إلى ذلك. بشكل عام ، تتضمن عملية التنبيغ تحويل أحد أشكال الطاقة إلى شكل آخر. تتضمن هذه العملية بشكل أساسي عنصر استشعار لاستشعار طاقة الإدخال ثم تحويلها إلى شكل آخر بواسطة عنصر توصيل. يخبر Measurand الخاصية أو الكمية أو الحالة التي يتطلع إليها محول الطاقة لترجمتها إلى ناتج كهربائي. هنا ، تناقش هذه المقالة ما هو محول الطاقة ، وأنواع المحولات ، وتطبيقات المحول.
ما هي أنواع المحولات / المحولات؟
محول طاقة هو جهاز كهربائي يستخدم لتحويل شكل من أشكال الطاقة إلى شكل آخر. بشكل عام ، تتعامل هذه الأجهزة مع أنواع مختلفة من الطاقات مثل الميكانيكية ، طاقة كهربائية ، الطاقة الضوئية ، الطاقة الكيميائية ، الطاقة الحرارية ، الطاقة الصوتية ، الطاقة الكهرومغناطيسية ، وما إلى ذلك.
محول
على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك ميكروفونًا نستخدمه في الحياة اليومية في الهواتف والهواتف المحمولة ، والذي يحول الصوت إلى إشارات كهربائية ثم يضخمه إلى النطاق المفضل. بعد ذلك ، يغير الإشارات الكهربائية إلى إشارات صوتية عند o / p بمكبر الصوت. في الوقت الحاضر ، تستخدم المصابيح الفلورية للإضاءة ، وتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية.
الأفضل محول أمثلة هي مكبرات الصوت والميكروفونات والموضع ومقاييس الحرارة والهوائي ومستشعر الضغط. وبالمثل ، هناك أنواع مختلفة من المحولات المستخدمة في المشاريع الكهربائية والإلكترونية .
شروط أنواع المحولات
نناقش أدناه بعض الشروط التي تستخدم بشكل رئيسي لتقييم المحولات.
مدى ديناميكي
النطاق الديناميكي للمحول هو النسبة بين إشارة السعة العالية وكذلك إشارة السعة الأقل بحيث يمكن للمحول أن يترجم بكفاءة. عندما يكون للمحولات نطاق ديناميكي عالي ، تكون أكثر دقة وحساسية.
التكرار
التكرار هو قدرة محول الطاقة على توليد مخرجات متساوية بمجرد تحفيزها من خلال مدخلات مماثلة.
ضوضاء
يضيف خرج محول الطاقة بعض الضوضاء العشوائية. في محولات الطاقة من النوع الكهربائي ، يمكن أن تكون الضوضاء المضافة بواسطة هذا كهربائية بسبب التأثير الحراري للشحنات داخل الدوائر. يمكن أن تتلف الإشارات الصغيرة بسبب الضوضاء أكثر من الإشارات الكبيرة.
التخلف
في هذه الخاصية ، لا يعتمد خرج محول الطاقة على مدخلاته الحالية فحسب ، بل يعتمد أيضًا على مدخلاته السابقة. على سبيل المثال ، يستخدم المشغل قطار تروس له بعض التفاعل ، عندما ينقلب اتجاه حركة المشغل ، ستكون هناك منطقة ميتة قبل أن ينقلب خرج المشغل عن طريق اللعب بين أسنان الترس.
أنواع المحولات وتطبيقاتها
هناك مجموعة متنوعة من أنواع محولات الطاقة مثل محول ضغط ، محول كهرضغطية ، محول طاقة فوق صوتي ، محول درجة حرارة ، وما إلى ذلك. دعونا نناقش استخدام أنواع مختلفة من المحولات في التطبيقات العملية.
تعتمد بعض أنواع المحولات مثل محول الطاقة النشط والمحولات السلبية على ما إذا كان مصدر الطاقة مطلوبًا أم لا.
أنواع محول الطاقة
لا يتطلب محول الطاقة النشط أي مصدر طاقة لعملياتهم. تعمل هذه المحولات على مبدأ تحويل الطاقة. يولدون إشارة كهربائية تتناسب مع i / p. أفضل مثال على هذا المحول هو المزدوج الحراري. في حين أن محول الطاقة السلبي يتطلب مصدر طاقة خارجي لتشغيلها. أنها تولد o / p في شكل السعة والمقاومة. ثم يجب تحويل ذلك إلى جهد مكافئ أو إشارة تيار. أفضل مثال على المحول السلبي هو الخلية الكهروضوئية.
محول بالموجات فوق الصوتية
تتمثل الوظيفة الرئيسية لمحول طاقة الموجات فوق الصوتية في تحويل الإشارات الكهربائية إلى موجات فوق صوتية. يمكن أيضًا تسمية محول الطاقة هذا بالمحولات السعوية أو الكهرضغطية.
محول بالموجات فوق الصوتية
تطبيق محول بالموجات فوق الصوتية
يمكن استخدام محول الطاقة هذا لقياس مسافة الصوت بناءً على الانعكاس. يعتمد هذا القياس على طريقة مناسبة مقارنة بالطرق المستقيمة التي تستخدم مقاييس قياس مختلفة. المناطق التي يصعب العثور عليها ، مثل مناطق الضغط ، ودرجة حرارة عالية جدًا ، باستخدام الطرق التقليدية ، لا يعد قياس المسافة مهمة بسيطة. لذلك ، يمكن استخدام نظام القياس القائم على محول الطاقة في هذا النوع من المناطق.
يستخدم النظام المقترح 8051 ميكروكنترولر ، مزودات الطاقة ، وحدة محول طاقة فوق صوتية تتضمن جهاز إرسال واستقبال ، يتم استخدام كتل شاشة LCD الموضحة في مخطط الكتلة أعلاه.
هنا ، إذا تم العثور على أي عائق أو أي كائن تم اكتشافه بواسطة محول الطاقة فوق الصوتي ، فإنه ينقل الموجات وينعكس مرة أخرى من الجسم ويتم استقبال هذه الموجات بواسطة محول الطاقة. الوقت الذي يستغرقه محول للإرسال ويمكن ملاحظة استقبال الموجات من خلال النظر في سرعة الصوت. بعد ذلك ، بناءً على سرعة الصوت ويتم تنفيذ متحكم دقيق مبرمج مسبقًا بحيث يتم قياس المسافة وعرضها على شاشة LCD. هنا ، يتم توصيل الشاشة بمتحكم دقيق. ينتج محول الطاقة فوق الصوتي موجات تردد 40 كيلو هرتز.
محول درجة الحرارة
محول درجة الحرارة هو جهاز كهربائي يستخدم لتحويل درجة حرارة الجهاز إلى كمية أخرى مثل الطاقة الكهربائية أو الضغط أو الطاقة الميكانيكية ، ثم يتم إرسال الكمية إلى جهاز تحكم للتحكم في درجة الحرارة من الجهاز.
تطبيق محول درجة الحرارة
يتم استخدام محول درجة الحرارة لقياس درجة حرارة الهواء بحيث يتحكم في درجة حرارة عدة أنظمة تحكم مثل التكييف والتدفئة والتهوية وما إلى ذلك.
منظم سرعة المروحة الأوتوماتيكي القائم على Arduino يتحكم في مخطط كتلة درجة الحرارة
دعونا نفكر في مثال عملي لمحول درجة حرارة يستخدم للتحكم في درجة حرارة أي جهاز بناءً على ضرورة التطبيقات الصناعية المختلفة. منظم سرعة مروحة أوتوماتيكي قائم على Arduino يتحكم في درجة الحرارة ويعرض مقياسًا لدرجة الحرارة على عرض شاشات الكريستال السائل .
في النظام المقترح ، IC LM35 يستخدم كمحول درجة حرارة. ان لوحة اردوينو يستخدم للتحكم في الوظائف المختلفة التي تشمل التناظرية إلى التحويل الرقمي وشاشة LCD متصلة في الشكل أعلاه.
يمكن ضبط درجة الحرارة باستخدام إعدادات مثل INC و DEC للزيادة والنقصان. بناءً على درجة الحرارة المقاسة ، سيتم إنشاء تعديل عرض النبضة o / p بواسطة برنامج لوحة Arduino. ناتج هذا يستخدم ل التحكم في مروحة DC من خلال سائق المحرك IC.
محول كهرضغطية
محول الطاقة الكهرضغطية هو نوع خاص من أجهزة الاستشعار ، وتتمثل الوظيفة الرئيسية لهذا المحول في تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. بالطريقة نفسها ، يمكن تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.
محول كهرضغطية
تطبيقات المحولات الكهرضغطية
- يستخدم محول الطاقة هذا بشكل أساسي لاكتشاف تأثير عازف الطبل على وسادات الطبلة الإلكترونية. و تستخدم ايضا لاكتشاف حركة العضلة و التي يمكن تسميتها بالتسارع العضلي.
- يمكن تحديد حمل المحرك عن طريق حساب الضغط المطلق المتنوع ، والذي يمكن القيام به باستخدام محولات الطاقة هذه كمستشعر MAP في أنظمة حقن الوقود.
- يمكن استخدام هذا المستشعر كجهاز استشعار طرق في أنظمة إدارة محرك السيارات لملاحظة طرق المحرك.
محول الضغط
محول طاقة الضغط هو نوع خاص من أجهزة الاستشعار يغير الضغط القسري إلى الإشارات الكهربائية. وتسمى هذه المحولات أيضًا مؤشرات الضغط ومقاييس الضغط ومقاييس الضغط وأجهزة الإرسال و أجهزة استشعار الضغط .
تطبيق محول الضغط
يستخدم محول الضغط لقياس ضغط كمية معينة مثل الغاز أو السائل عن طريق تغيير الضغط إلى طاقة كهربائية. الأنواع المختلفة من هذه المحولات مثل محول الطاقة المضخم ، محول ضغط قاعدي سلالة ، محول ضغط ملي فولت (mv) ، محول ضغط 4-20mA ، ومحول ضغط.
تتضمن تطبيقات محول الضغط بشكل أساسي استشعار الارتفاع واستشعار الضغط واستشعار المستوى أو العمق واستشعار التدفق واختبار التسرب. يمكن استخدام محولات الطاقة هذه لتوليد الطاقة الكهربائية تحت قواطع السرعة على الطرق السريعة أو الطرق حيث يمكن تحويل قوة المركبات إلى طاقة كهربائية.
تصنيف أنواع المحولات
هناك طرق مختلفة لتصنيف المحولات التي تشمل ولكن لا تقتصر على وظيفة محول الطاقة ، وبخلاف ذلك هيكل حدوث عملها. من السهل للغاية تصنيف محولات الطاقة مثل محولات طاقة الإدخال والإخراج ، لكنها تعامل مثل محولات الإشارات البسيطة. تتمثل الوظيفة الرئيسية لمحول الإدخال في قياس الكميات من غير الكهربائية إلى الكهربائية.
من ناحية أخرى ، تعمل محولات الطاقة o / p بشكل معاكس تمامًا لأن إشاراتها الكهربائية هي إشارات إدخال بينما غير الكهربية هي إشارات خرج مثل الإزاحة والقوة والضغط وعزم الدوران ، إلخ.
يتم تصنيف المحولات إلى ثلاثة أنواع بناءً على مبدأ التشغيل الخاص بهم مثل الكهربائية والحرارية والميكانيكية. يتم استخدام الطرق الثلاث التالية لتصنيف المحولات.
- التأثير المادي
- الكمية المادية
- مصدر للطاقة
- مبدأ التنبيغ
- محول الطاقة الابتدائي والثانوي
- محول تناظري ورقمي
- محول ومحول معكوس
التأثير المادي
يمكن إجراء التصنيف الأول لمحول الطاقة بناءً على التأثير المادي. هذا هو التصنيف الأول لمحول الطاقة الذي يعتمد على التأثير المادي ، ويستخدم لتغيير الكمية من المادية إلى الكهربائية. على سبيل المثال ، ستتغير عناصر النحاس داخل المقاومة بما يتناسب مع تغير درجة الحرارة. فيما يلي التأثيرات الفيزيائية التي تستخدم للتغيير في المقاومة ، في الحث ، في السعة ، تأثير هول والتأثير الكهروضغطي
الكمية المادية
يمكن إجراء التصنيف الثاني لمحول الطاقة بناءً على الكمية المادية التي تم تغييرها ، أي الاستخدام النهائي للمحول وراء التحويل. على سبيل المثال ، محول طاقة الضغط هو محول طاقة يحول الضغط إلى إشارة كهربائية. يشمل تصنيف محول الطاقة على أساس الكمية المادية ما يلي.
- محول تدفق مثل مقياس التدفق
- محول تسارع مثل مقياس التسارع
- محول درجة الحرارة مثل الحرارية
- مستوى محول مثل أنبوب عزم الدوران
- محول ضغط مثل مقياس بوردون
- محول الإزاحة مثل المحول التفاضلي الخطي المتغير (LVDT)
- قوة محول مثل مقياس القوة
مصدر للطاقة
يمكن تصنيف محول الطاقة على أساس مصدر الطاقة من خلال نوعين يشملان ما يلي.
- محولات الطاقة النشطة
- محولات الطاقة السلبية
محولات الطاقة النشطة
في هذا النوع من المحولات ، يمكن استخدام طاقة الإدخال كإشارة تحكم أثناء نقل الطاقة باستخدام مصدر طاقة نحو الإخراج النسبي.
على سبيل المثال ، في محول طاقة نشط مثل مقياس الضغط ، يمكن تغيير الضغط إلى مقاومة. ومع ذلك ، نظرًا لأن طاقة العنصر المجهد أقل ، يمكن إعطاء الطاقة للإخراج من خلال مصدر طاقة خارجي.
محولات الطاقة السلبية
في هذا المحول ، يمكن تحويل طاقة الإدخال مباشرة إلى الخرج. على سبيل المثال ، يمكن تحويل محول سلبي مثل المزدوج الحراري ، في أي مكان يمكن فيه امتصاص الطاقة الحرارية من المدخلات إلى جهد أو إشارات كهربائية.
مبدأ التنبيغ
يمكن تصنيف محول الطاقة بناءً على وسيط التحويل. هنا قد يكون الوسيط سعويًا أو مقاومًا أو حثيًا استنادًا إلى طريقة التحويل التي كيف يغير محول طاقة الإدخال إشارة الإدخال إلى مقاومة ومحاثة وسعة على التوالي.
محول الطاقة الابتدائي والثانوي
يشمل محول الطاقة الأساسي الأجهزة الكهربائية والميكانيكية. تسمى الأجهزة الميكانيكية أيضًا بالمحولات الأولية ، والتي تُستخدم لتغيير كمية i / p المادية إلى إشارة ميكانيكية. تُستخدم الوظيفة الرئيسية لمحول طاقة ثانٍ لتغيير الإشارة من ميكانيكية إلى كهربائية. يعتمد حجم إشارة o / p بشكل أساسي على إشارة i / p الميكانيكية.
مثال
أفضل مثال على محول الطاقة الأساسي والثانوي هو أنبوب بوردون لأن الأنبوب يعمل مثل محول الطاقة الأساسي لملاحظة القوة وكذلك تغييره إلى خلع من نهايته المفتوحة. يؤدي خلع الأطراف المفتوحة إلى تحريك مركز LVDT. يمكن لحركة المركز أن تحفز جهد الخرج المرتبط مباشرة بخلع طرف الأنبوب المفتوح.
لذلك ، يتم إجراء نوعي التوصيل داخل الأنبوب. أولاً ، يمكن تغيير القوة إلى خلع وبعد ذلك ، يتم تغييرها إلى الجهد باستخدام LVDT. أنبوب بوردون هو محول الطاقة الرئيسي بينما LVDT هو محول الطاقة الثانوي.
محول تناظري ورقمي
يمكن أن يتم تصنيف محول الطاقة بناءً على إشارات الخرج الخاصة بهم والتي تكون منفصلة.
تتمثل الوظيفة الرئيسية لمحول الطاقة التناظري في تغيير كمية المدخلات إلى وظيفة ثابتة. أفضل الأمثلة على محول الطاقة التناظرية هي LVDT ، والمزدوجة الحرارية ، ومقياس الإجهاد ، والثرمستور. تُستخدم المحولات الرقمية لتغيير كمية المدخلات إلى إشارة رقمية تعمل بطاقة منخفضة أو عالية.
يتم استخدام محول رقمي لقياس الكميات المادية لنقل البيانات مثل الإشارات الرقمية المشفرة بدلاً من مثل الفولتية أو التيارات المتغيرة باستمرار. أنواع المحولات الرقمية هي شفرات التشفير ، والمحللات الرقمية ، وأجهزة قياس سرعة الدوران الرقمية ، ومستشعرات تأثير القاعة ، ومفاتيح الحد
محول ومحولات معكوسة
محول - يُعرف الجهاز الذي يحول الكمية غير الكهربائية إلى كمية كهربائية باسم محول الطاقة.
محول معكوس - يُعرف محول الطاقة الذي يحول الكمية الكهربائية إلى كمية فيزيائية ، مثل هذا النوع من المحولات باسم المحول العكسي. يحتوي محول الطاقة على مدخلات كهربائية عالية ومنخفضة غير كهربائية.
محول مقياس الضغط
تتمثل الوظيفة الرئيسية لمحول طاقة مقياس الإجهاد في تحويل الكميات الفيزيائية كهربائيًا. تعمل من خلال تغيير الكميات الفيزيائية إلى ضغط ميكانيكي داخل مكون يعرف باسم عنصر الاستشعار وبعد ذلك يتم تحويل الإجهاد كهربائيًا باستخدام مقياس الضغط.
قياس الضغط
تم تصميم هيكل عنصر الاستشعار ، وكذلك مقياس الضغط ، على النحو الأمثل لمنح معالجة ومنتجات دقة فائقة. يتم تصنيف هذه المحولات بشكل عام بناءً على تطبيقها على أنواع البناء / الهندسة المدنية أو الأنواع العامة. يتم استخدام بعض محولات الطاقة من النوع العام في مجال البناء أو الهندسة المدنية. أنواع محولات قياس الإجهاد هي مقياس إجهاد الأسلاك ومقياس إجهاد الرقائق ومقياس إجهاد أشباه الموصلات.
محول حثي
يعمل محول الطاقة الاستقرائي على مبدأ تغيير الحث بسبب تحويل ملموس ضمن الكمية المراد قياسها. على سبيل المثال ، LVDT هو نوع محول استقرائي ، يستخدم لقياس الإزاحة مثل تباين الجهد بين الفولتية الثانوية. هذه الفولتية هي نتيجة الحث بسبب تغير التدفق داخل الملف الثانوي عن طريق خلع قضيب الحديد. أنواع محول الطاقة الاستقرائي هي الحث البسيط والحث المتبادل ثنائي الملف.
محول حثي
خصائص أنواع محول الطاقة
فيما يلي خصائص محول الطاقة التي يتم تحديدها من خلال فحص استجابة o / p لمحول طاقة لمجموعة متنوعة من إشارات i / p. تخلق ظروف الاختبار ظروف تشغيل محددة بأكبر قدر ممكن. يمكن تطبيق طرق الإحصاء الحسابي والقياسي على بيانات الاختبار.
تلعب خصائص محول الطاقة دورًا رئيسيًا أثناء اختيار محول الطاقة المناسب ، خاصة لتصميم معين. لذا فإن معرفة خصائصه أمر ضروري للاختيار المناسب. لذلك يتم تصنيف خصائص محول الطاقة إلى نوعين مثل ثابت وديناميكي.
- دقة
- القرار
- حساسية
- المغزى
- الخطية
- التوافق
- امتداد
- التخلف
- تشوه
- ضوضاء
- الخطية
- حساسية
- القرار
- عتبة
- المدى والمدى
- صحة
- استقرار
- المغزى
- التكرار
- إستجابة
- عتبة
- المدخلات و O / P الممانعات
الخصائص الثابتة
الخصائص الثابتة لمحول الطاقة هي مجموعة من معايير الفعل التي يتم التعرف عليها من خلال المعايرة الثابتة مما يعني شرح قيمة القياس من خلال الحفاظ بشكل أساسي على الكميات المحسوبة لأن القيم الثابتة تتغير ببطء شديد.
بالنسبة للأدوات ، يمكن تحديد مجموعة المعايير لحساب الكميات التي تتغير تدريجيًا بمرور الوقت ، وإلا فإن الثابت في الغالب الذي لا يختلف عبر الوقت يُعرف بالخصائص الثابتة. الخصائص تشمل ما يلي.
الخصائص الديناميكية
تنتقل الخصائص الديناميكية للمحول نحو أدائه بمجرد أن تكون السعة المقاسة دالة للوقت تتغير بسرعة فيما يتعلق بالوقت. بمجرد أن تعتمد هذه الخصائص على أداء محول الطاقة ، تكون الكمية المقاسة ثابتة بشكل أساسي.
لذلك تعتمد هذه الخصائص على المدخلات الديناميكية لأنها تعتمد على معلماتها الخاصة وخصائص إشارة الإدخال. تشمل الخصائص الديناميكية لمحول الطاقة ما يلي.
- الاخلاص
- سرعة الاستجابة
- عرض النطاق
- خطأ ديناميكي
بشكل عام ، ستتحقق كل من خصائص محول الطاقة مثل الثابت والديناميكي من أدائه وتحدد مدى فعاليته في التعرف على إشارات الإدخال المفضلة وكذلك رفض المدخلات غير الضرورية.
تطبيقات أنواع محول الطاقة
تتم مناقشة تطبيقات أنواع محولات الطاقة أدناه.
- تُستخدم أنواع المحولات في التطبيقات الكهرومغناطيسية مثل الهوائيات ، والخراطيش المغناطيسية ، ومستشعرات تأثير القاعة ، ورؤوس قراءة القرص والكتابة.
- تُستخدم أنواع المحولات في التطبيقات الكهروميكانيكية مثل مقاييس التسارع و LVDT ومقاييس الجلفانومتر ومستشعرات الضغط وخلايا التحميل و MEMS ومقاييس الجهد وأجهزة استشعار تدفق الهواء والمحركات الخطية والدوارة.
- تُستخدم أنواع المحولات في التطبيقات الكهروكيميائية مثل مستشعرات الأكسجين ، وأجهزة استشعار الهيدروجين ، ومقاييس الأس الهيدروجيني ،
- تُستخدم أنواع المحولات في التطبيقات الكهروضوئية مثل مكبرات الصوت ، والبلورات الكهروضغطية ، والميكروفونات ، وأجهزة الإرسال والاستقبال فوق الصوتية ، والسونار ، إلخ.
- تُستخدم أنواع المحولات في التطبيقات الكهروضوئية مثل LED ، والصمامات الضوئية ، وثنائيات الليزر ، والخلايا الكهروضوئية ، و LDRs ، والمصابيح الفلورية ، والمصابيح المتوهجة ، والترانزستور الضوئي
- تُستخدم أنواع المحولات في التطبيقات الكهروحرارية مثل الثرمستورات والمزدوجات الحرارية وأجهزة كشف درجة حرارة المقاومة (RTD)
- تُستخدم أنواع المحولات في التطبيقات الصوتية الراديوية مثل أنبوب Geiger-Muller وأجهزة الإرسال والاستقبال الراديوية
وبالتالي ، هذا كل شيء عن أنواع مختلفة من محولات الطاقة تستخدم في عدة مشاريع كهربائية وإلكترونية . هل أنت منبهر بتنفيذ المشاريع باستخدام محولات الطاقة؟ بعد ذلك ، يرجى تقديم اقتراحاتك من خلال التعليق في قسم التعليقات أدناه. إليك سؤال لك ، ما هي الوظيفة الرئيسية للمحول؟
