En vibrationstransducer er en elektromekanisk enhed designet til at konvertere en lavspændings jævnspænding til en vekselspænding ved at skifte kontakter .
De er opdelt i effekt- og måletransducere .
Effektvibrationstransducere er designet til at konvertere lavspænding, for eksempel fra batterier , til vekselspænding, som derefter føres til en transformer , til den sekundære vikling, som en ensretter er tilsluttet . Tidligere brugt til at opnå en høj jævnspænding (100-400 V ) til at drive anodekredsløbene i vakuumrør af elektroniske enheder. I øjeblikket er de fuldstændig erstattet af halvlederkonvertere .
Målevibrationstransducere bruges til at konvertere små og ultralave jævnspændinger opnået fra målesensorer , for eksempel termoelementer , til vekselspænding, som bekvemt forstærkes af en vekselspændingsforstærker. Ved AC-spændingsforstærkerens udgang tændes enten en fasefølsom detektor eller en synkrondetektor, som omdanner AC-spændingen til DC. En sådan struktur danner en præcision DC-forstærker , hvis temperaturdrift kun bestemmes af vibrationstransducerens drift og kan reduceres til brøkdele af en mikrovolt.
Sådanne enheder er et elektromekanisk selvoscillerende system , inklusive en elektromagnet med en bevægelig kerne (armatur) og flere kontakter styret af kernens position. En jævnstrøm fra en lavspændingskilde påføres elektromagnetens vikling. Det ferromagnetiske armatur af elektromagneten, der tiltrækkes af den ferromagnetiske kerne af elektromagneten, åbner kontakterne, gennem hvilke lavspænding påføres denne vikling. Fjederen forbundet med ankeret bringer ankeret tilbage til sin oprindelige position. Således svinger ankeret med en frekvens på flere tiere Hz . Andre kontakter forbundet til ankeret skifter med jævne mellemrum lavspændingskilden til den ene eller den anden halvdel af den primære vikling af step -up transformeren . Som et resultat løber en vekselstrøm gennem primærviklingen . En vekslende højspænding fjernes fra transformatorens sekundære vikling. For at konvertere denne vekselspænding til en høj jævnspænding tilsluttes en ensretter til sekundærviklingen .
For at opnå en konstant spænding ved udgangen skifter en anden gruppe kontakter ( mekanisk ensretter ), forbundet til ankeret på elektromagneten, synkront transformatorens sekundære vikling, så retningen af strømmen i belastningen forbliver konstant (synkron konverter) , eller vekselstrøm fra sekundærviklingen leveres til den eksterne diode- ensretter (asynkron omformer).
Ved måletransducere er elektromagnetviklingen normalt drevet af en reduceret netfrekvensspænding. Frekvensen af naturlige mekaniske svingninger af det bevægelige armatur er indstillet til mekanisk resonans med netfrekvensen (normalt 50 Hz).
I de tidlige selv-bipende afskeder ( optagere ), nu forældede, blev følgende skema brugt. En bevægelig kontakt er forbundet til vibrationstransducerens anker, som skiftevis lukker med to laterale faste kontakter. Et indgangssignal påføres en af sidekontakterne, og et feedbacksignal føres til den anden, som tages fra reokorden ( potentiometer ), hvis skyder (glidekontakt) er mekanisk forbundet til optagerens pen. Hvis der er forskellige konstante spændinger på sidekontakterne, opstår der krusninger på den centrale kontakt, hvis amplitude er proportional med forskellen i indgangsspændinger, og fasen afspejler tegnet på denne forskel. Hvis den målte spænding er større end feedbackspændingen, vil der opstå krusninger på vibrationstransducerens centrale (omskiftnings)kontakt i én fase med spændingen, der forsyner elektromagneten. Disse krusninger forstærkes med en 90 graders faseforskydning af en AC-spændingsforstærker. Forstærket vekselspænding leveres til en af viklingerne på en tofaset asynkron elektrisk motor , den anden forsynes altid med en konstant vekselspænding i en fase med forsyningsvibrationstransduceren. Den elektriske motor er designet således, at magnetfelterne i disse to viklinger er indbyrdes vinkelrette. Når der vises spænding på viklingen forbundet til forstærkeren, begynder motorrotoren at rotere, og ved hjælp af et system af kabler og remskiver bevæger den glidekontakten på potentiometeret og den tilhørende pen på optageren, indtil den konstante spænding fjernes fra potentiometermotoren bliver lig med den målte. Hvis den målte spænding bliver mindre end feedbackspændingen, vil motoren rotere i den modsatte retning, da spændingsfaserne på dens viklinger vil blive forskudt ikke med 90 grader, men med -90. Dette servo elektromekaniske system kompenserer således for fejlsignalet mellem indgangssignalet og feedbacksignalet. Ifølge dette princip fungerer for eksempel KSP-4-optageren.
Sådanne kredsløbsløsninger gør det muligt at bygge DC-forstærkere med praktisk talt ingen nuldrift.
Vibrationstransducere blev meget brugt indtil begyndelsen af 1950'erne. til strømforsyning af bærbart og indbygget lampeudstyr - bærbare radioer og bilradioer , radiostationer osv. fra batterier og galvaniske celler. Så viste det sig i mange tilfælde at være enklere, mere kompakt og mere omkostningseffektivt end drevet af højspændingsanodebatterier . Vibrationstransducere med udgangsspænding op til 400 V og mere, belastningsstrøm op til 90 mA blev produceret . Effektiviteten nåede 40-80%.
Ulemperne ved kraftvibrationstransducere er det høje niveau af elektrisk impulsstøj, der genereres af dem, akustisk støj, lav pålidelighed af kontakter og afvisning af sidstnævnte. Vibrationstransduceren krævede omhyggelig afskærmning, effektiv filtrering af udgangsspændingen, tætning af den mekaniske del af enheden - vibratoren og kontakter. Vibrationstransducerens ressource oversteg normalt ikke 1000 timers kontinuerlig drift på grund af slid på kontakterne. Derfor blev vibrationstransducere praktisk talt ikke brugt til at drive kritiske elektroniske enheder, for eksempel militær eller luftfart; i disse applikationer blev elektriske maskintransducere - umformere foretrukket .
Med udviklingen af halvlederenheder blev vibrationstransducere næsten fuldstændig erstattet af transistorspændingsomformere , som er meget mere økonomiske, holdbare og næsten lydløse.
Et andet anvendelsesområde for vibrationstransducere er måleinstrumenter. Med deres brug blev der bygget automatiske kompensationssystemer, optagere (for eksempel KSP-4), pH-meter , milli- og mikrovoltmetre af jævnstrøm. Senere begyndte konvertere med en dynamisk kondensator at blive brugt. I dag, selv fra disse anvendelsesområder, er vibrationstransducere næsten fuldstændigt erstattet af halvlederenheder - ultrapræcisions operationsforstærkere (eksempler - K140UD24, K140UD13), der fungerer efter samme princip (modulator - AC spændingsforstærker - demodulator), men vha. kontaktløse kontakter som nøgler frem for mekaniske kontakter tænder MOSFET'er .
| Elektriske strømensrettere | ||
|---|---|---|
| med bevægelige dele | ||
| Væske |
| |
| gasudledning | ||
| Elektrovakuum | ||
| Halvleder | ||