Spis treści:
V elektronice se velmi často setkáváme s měřicími obvody – a to nejen v měřicích zařízeních jako takových. Například k měření napětí nebo teploty často používáme snímače.
Tento článek popisuje příklady typů převodníků používaných v moderních elektronických systémech.
Snímače - přehled
Elektrické a elektronické snímače: jsou speciální součástky, jejichž úkolem je převádět energii z jedné formy na druhou. V závislosti na své konstrukci a použití se snímače mohou podílet na přeměně mechanické, elektrické, světelné, chemické, tepelné, akustické energie, a také elektrického a magnetického pole a mnoha dalších druhů energie. Příkladem je mikrofon v mobilních telefonech, kde se zvuk (hlas a okolní hluk) převádí na elektrické signály, které se zesilují na požadovaný rozsah potřebný pro další přenos. Elektrické signály jsou pak v přijímači převedeny na zvukové signály. Žárovky a lampy jsou také převodníky – přeměňují elektrickou energii na světelnou a také na tepelnou energii jako vedlejší účinek protékajícího elektrického proudu a vyzařovaného světla.
Celkový výkon snímačů
O tom, jak dobře bude snímač fungovat v cílové aplikaci, vypovídají jeho celkové parametry. Jedním z těchto parametrů je dynamický rozsah vysílače, tj. poměr signálu s vysokou amplitudou k signálu s nejnižší amplitudou, aby snímač mohl efektivně dodávat měřicí signál. Pokud mají snímače vysoký dynamický rozsah, jsou přesnější a citlivější.
Nicméně důležitá je také opakovatelnost měření, tj. schopnost snímače generovat stejný výstupní signál při stimulaci podobným vstupním signálem.
Spolehlivost měření ovlivňuje také vlastní šum na výstupu snímače a hystereze – vlastnost závislosti signálu na výstupu snímače na aktuálním stavu vstupu a stavu, který mu předcházel.
Ultrazvukové snímače
Hlavním úkolem ultrazvukového snímače je převádět elektrické signály na ultrazvukové vlny. Takový snímač lze nalézt mimo jiné, jako piezoelektrický nebo kapacitní snímač. Jednou z použití těchto snímačů je měření zvukových vzdáleností na základě odražených ultrazvukových vln. Toto měření je založeno na vhodné metodě ve srovnání s jednoduchými metodami, které používají různé měřítka.
Snímače teploty
Snímač teploty slouží k konverzi teploty zařízení na jinou veličinu, jako jsou elektrické napětí, tlak nebo mechanická energie. Slouží k měření teploty vzduchu tak, aby bylo možné řídit provozní teplotu několika zařízení, jako je klimatizace, topení nebo větrání.
Ve většině elektronických aplikací se naměřená teplota převádí na elektrické napětí, na jehož základě řídicí systém činí další rozhodnutí, například zapíná nebo vypíná vytápění.
Piezoelektrický snímač
Piezoelektrický snímač je speciální typ senzoru a jeho hlavní funkcí je přeměna mechanické energie na elektrickou. Stejným způsobem lze přeměnit elektrickou energii na mechanickou. Takový snímač se používá především k detekci úderu paličky na elektronické bicí pady a k detekci pohybu svalů, což se využívá v akceleromiografii. V automobilovém průmyslu se piezoelektrické senzory používají jako senzory pro detekci klepání spalování.
Snímače tlaku
Snímač tlakuje speciální typ snímače, který převádí tlak na elektrický napěťový signál. Slouží k měření tlaku určité velikosti, například plynu nebo kapaliny, a to tak, že mění tlak na elektrickou energii. Mezi hlavní oblasti použití snímačů tlaku patří detekce výšky, tlaku, hladiny nebo hloubky, detekce průtoku a testování těsnosti. Tyto snímače lze použít k výrobě elektřiny pod rychlostními prahy na silnicích, kde lze sílu způsobenou provozem vozidel přeměnit na elektrickou energii.
Snímače elektrického proudu a magnetického pole
Díky dlouholetému výzkumu a experimentům stanovili velcí vědci zákony, jimiž se řídí elektromagnetismus v nejširším slova smyslu – za zmínku stojí jména jako Michael Faraday, André Ampère, Carl Friedrich Gauss a Michał Doliwo-Dobrowolski. To vedlo k vynálezu zařízení, jako je mikrofon, magnetoelektrický reproduktor, stejnosměrné a střídavé elektromotory a generátory, transformátory a přístroje pro měření elektrických veličin.
Například v transformátoru se elektrická energie také přeměňuje na elektrickou energii s různými parametry při zachování výkonové rovnováhy prostřednictvím elektromagnetické vazby. Podobně fungují i snímače v elektrické kytaře, kde vibrující kovové struny umístěné nad póly snímače způsobují indukci magnetického pole v jádře, na kterém je navinuto měděné vinutí, což vede k elektrickému napětí a proudu v jádře.
Signál z takového měniče je příliš slabý, takže než se dostane k reproduktoru, prochází předzesilovačem a výkonovým zesilovačem, v němž se nachází jeden nebo v případě elektronkových zesilovačů dokonce dva transformátory.
