Un transductor de vibración es un dispositivo electromecánico diseñado para convertir un voltaje directo de bajo voltaje en un voltaje alterno mediante contactos de conmutación .
Se dividen en transductores de potencia y de medida .
Los transductores de vibración de potencia están diseñados para convertir voltaje bajo, por ejemplo, de baterías en voltaje alterno, que luego se alimenta a un transformador , a cuyo devanado secundario se conecta un rectificador . Anteriormente se utilizaba para obtener una alta tensión continua (100-400 V ) para alimentar los circuitos anódicos de los tubos de vacío de los dispositivos electrónicos. En la actualidad, están completamente reemplazados por convertidores de semiconductores .
Los transductores de medición de vibraciones se utilizan para convertir voltajes directos pequeños y ultrabajos obtenidos de sensores de medición , por ejemplo, termopares , en voltaje alterno, que es convenientemente amplificado por un amplificador de voltaje alterno. A la salida del amplificador de voltaje de CA, se enciende un detector sensible a la fase o un detector síncrono, que convierte el voltaje de CA en CC. Tal estructura forma un amplificador de CC de precisión , cuya variación de temperatura está determinada solo por la variación del transductor de vibración y puede reducirse a fracciones de microvoltio.
Dichos dispositivos son un sistema electromecánico autooscilante , que incluye un electroimán con un núcleo móvil (armadura) y varios contactos controlados por la posición del núcleo. Se aplica una corriente continua de una fuente de bajo voltaje al devanado del electroimán. La armadura ferromagnética del electroimán, al ser atraída por el núcleo ferromagnético del electroimán, abre los contactos a través de los cuales se aplica bajo voltaje a este devanado. El resorte asociado con el ancla devuelve el ancla a su posición original. Así, la armadura oscila con una frecuencia de varias decenas de Hz . Otros contactos conectados a la armadura conmutan periódicamente la fuente de bajo voltaje alternativamente a una u otra mitad del devanado primario del transformador elevador . Como resultado, una corriente alterna fluye a través del devanado primario . Se elimina un alto voltaje alterno del devanado secundario del transformador. Para convertir este voltaje de CA en un voltaje de CC alto, se conecta un rectificador al devanado secundario .
Para obtener un voltaje constante en la salida, otro grupo de contactos ( rectificador mecánico ), conectado a la armadura del electroimán, conmuta sincrónicamente el devanado secundario del transformador para que la dirección de la corriente en la carga permanezca constante (convertidor síncrono). , o se suministra corriente alterna desde el devanado secundario al rectificador de diodo externo (convertidor asíncrono).
En los transductores de medida, el devanado del electroimán suele estar alimentado por una tensión de frecuencia de red reducida. La frecuencia de las oscilaciones mecánicas naturales de la armadura móvil se ajusta a la resonancia mecánica con la frecuencia de la red (normalmente 50 Hz).
En las primeras despedidas autoperforantes ( grabadoras ), hoy en desuso, se utilizaba el siguiente esquema. Un contacto móvil está conectado a la armadura del transductor de vibración, que se cierra alternativamente con dos contactos fijos laterales. Se aplica una señal de entrada a uno de los contactos laterales y se alimenta una señal de retroalimentación al segundo, que se toma del acordeón ( potenciómetro ), cuyo control deslizante (contacto deslizante) está conectado mecánicamente a la pluma de la grabadora. Si hay diferentes voltajes constantes en los contactos laterales, aparecen ondas en el contacto central, cuya amplitud es proporcional a la diferencia en los voltajes de entrada, y la fase refleja el signo de esta diferencia. Si el voltaje medido es mayor que el voltaje de retroalimentación, aparecerán ondas en el contacto central (cambio) del transductor de vibración en una fase con el voltaje que alimenta al electroimán. Estas ondas se amplifican con un cambio de fase de 90 grados mediante un amplificador de voltaje de CA. Se suministra tensión alterna amplificada a uno de los devanados de un motor eléctrico asíncrono bifásico , el otro siempre se alimenta con tensión alterna constante en una fase con el transductor de vibración de alimentación. El motor eléctrico está diseñado para que los campos magnéticos de estos dos devanados sean mutuamente perpendiculares. Cuando aparece tensión en el devanado conectado al amplificador, el rotor del motor comienza a girar, y con la ayuda de un sistema de cables y poleas , mueve el contacto deslizante del potenciómetro y la pluma asociada del registrador hasta eliminar la tensión constante. del motor del potenciómetro se iguala al medido. Si el voltaje medido se vuelve menor que el voltaje de retroalimentación, entonces el motor girará en la dirección opuesta, ya que las fases de voltaje en sus devanados no se desplazarán 90 grados, sino −90. Así, este sistema electromecánico servo compensa la señal de error entre la señal de entrada y la señal de realimentación. Según este principio, por ejemplo, funciona la grabadora KSP-4.
Tales soluciones de circuito hacen posible construir amplificadores de CC prácticamente sin desviación cero.
Los transductores de vibración se utilizaron ampliamente hasta principios de la década de 1950. para alimentar equipos de lámparas portátiles y de a bordo: radios portátiles y de automóviles , estaciones de radio, etc. a partir de baterías y celdas galvánicas. Entonces, en muchos casos, resultó ser más simple, más compacto y más económico que alimentado por baterías de ánodo de alto voltaje . Se produjeron transductores de vibración con voltaje de salida de hasta 400 V y más, corriente de carga de hasta 90 mA . La eficiencia alcanzó el 40-80%.
Las desventajas de los transductores de vibración de potencia son el alto nivel de ruido eléctrico de impulso que generan, el ruido acústico, la baja confiabilidad de los contactos y el rebote de estos últimos. El transductor de vibración requería un blindaje cuidadoso, filtrado efectivo del voltaje de salida, sellado de la parte mecánica del dispositivo: el vibrador y los contactos. El recurso del transductor de vibraciones por lo general no superaba las 1000 horas de funcionamiento continuo debido al desgaste de los contactos. Por lo tanto, los transductores de vibración prácticamente no se usaban para alimentar dispositivos electrónicos críticos, por ejemplo, militares o de aviación; en estas aplicaciones, se preferían los transductores de máquinas eléctricas - umformadores .
Con el desarrollo de los dispositivos semiconductores, los transductores de vibración fueron reemplazados casi por completo por convertidores de voltaje de transistores , que son mucho más económicos, duraderos y casi silenciosos.
Otro campo de aplicación de los transductores de vibraciones son los instrumentos de medición. Con su uso, se construyeron sistemas de compensación automática, registradores (por ejemplo, KSP-4), medidores de pH , milivoltímetros y microvoltímetros de corriente continua. Más tarde, comenzaron a utilizarse convertidores con un condensador dinámico. Hoy, incluso desde estas áreas de aplicación, los transductores de vibración han sido reemplazados casi por completo por dispositivos semiconductores: amplificadores operacionales de ultra precisión (ejemplos: K140UD24, K140UD13), que funcionan según el mismo principio (modulador - amplificador de voltaje de CA - demodulador), pero utilizando contactos sin contacto como llaves en lugar de contactos mecánicos interruptores en MOSFET .
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