Reostaadid: Materjalid ehitus ja rakendused

Rheostaat on tüüp muutuv takistus, mis saab reguleerida voolu või pinget elektrikringis. Rheostaadid kasutatakse tihti võimsuse kontrollimiseks, näiteks elektromootori kiiruse, valguse heleduse või elektrilise ahju temperatuuri reguleerimisel. Rheostaate kasutatakse ka tundmatute pingete või potentsiaalide mõõtmiseks, nende tasakaalu saavutamisel teadmiste põhjal.

Mis on rheostaat?

Rheostaat defineeritakse seadmega, mis suudab muuta takistust elektrikringis, muutes kontaktipunkti asukohta takistuslikul elemendil.

Takistuslik element võib olla metalli viis, süsiniku stabi või vedelike lahuse. Kontaktipunkt võib olla liugur, keerukraan või teras.

Rheostaadi takistus sõltub takistusliku elemendi pikkusest ja risti lõigust, samuti materjalist, millest see on valmistatud. Takistust saab arvutada valemiga:

kus R on takistus, ρ on takistuvus materjali, l on takistusliku elemendi pikkus ja A on risti lõige.

Vool rheostaadi kaudu saab kontrollida, liigutades kontaktipunkti lähemale või kaugemale takistusliku elemendi ühest servast. Mida lähem kontaktipunkt ühele servale, seda väiksem takistus ja suurem vool. Mida kaugem kontaktipunkt ühest servast, seda suurem takistus ja väiksem vool.

Kuidas ehitatakse rheostaate?

Rheostaade ehitamine sõltub nende rakendustest ja spetsifikatsioonidest. Mõned levinud rheostaadityypid on:

• Viisega varritud rheostaadid: Need valmistatakse pikka viisu kõrge takistuvusega materjalist, mis on varritud isolatsioonikeskuse ümber, näiteks keramiika või plastik.

  

• Viis võib olla koonel või helikoid. Liugur või keerukraan võivad liikuda viisu peal, et muuta takistust. Viisega varritud rheostaadid sobivad kõrge vooluga ja madala pingega.

• Süsinikrheostaadid: Need valmistatakse süsiniku stabi või plaatina kasutamisel takistusliku elemendina. Teras võib liikuda süsiniku pinnal, et muuta takistust. Süsinikrheostaadid sobivad madala vooluga ja kõrge pingega.

• Vedelikerheostaadid: Need valmistatakse juhtiva vedelike lahuse, näiteks soolavee või hapniku, kasutamisel takistusliku elemendina. Kaks elektrood on imetud vedelikku ja ühendatud võimsuse allikaga ja laadiga. Elektroode vaheline vahemaa võib muuta, et muuta takistust. Vedelikerheostaadid sobivad väga kõrge vooluga ja madala pingega.

Mida kasutatakse rheostaadite ehitamiseks?

Materjalid, mida kasutatakse rheostaadite ehitamiseks, peaksid olema kõrge takistuvuse, kõrge töötemperatuuri, kõrge korrosioonikindluse, sobiva mehaanilise tugevuse, sobiva deformatsioonikindluse ja madala hinnaga. Mõned levinud materjalid, mida kasutatakse rheostaadite ehitamiseks, on:

• Plaatina: Plaatina on äärmiselt kõrge takistuvuse ja sulamispunkti omava edumeelne metall. See on ka kõrge vastupidavusega oxidatsioonile, kõrge deformatsioonikindluse, kõrge mallituskindluse, hea mehaanilise tugevuse ja hea stabiilsusega temperatuuri ja mehaanilise pingega. Kuid plaatina on väga kallis ja haruldane, nii et selle kasutamine elektrotehnikas on piiratud laboratooriate ahjude, pingetemperatuuriandurite ja mõnedes rheostaadites.

• Konstantaan: Konstantaan on vask-nikkelialu, millel on madal temperatuuri koefitsient takistuse osas, mis tähendab, et selle takistuvus jääb konstandiks laia temperatuurivalika ulatuses. See on ka kõrge vastupidavusega oxidatsioonile, hea mehaanilise tugevuse ja hea stabiilsusega temperatuuri ja mehaanilise pingega. Konstantaani kasutatakse laialdaselt elektroonilistes seadmetes, nagu shunt- takistused, sarja- takistused, summa- takistused, standard- takistused ja rheostaadid.

• Nikhroom: Nikhroom on nikkel-kromialu, millel on kõrge takistuvus ja sulamispunkt. See on ka kõrge vastupidavusega oxidatsioonile ja korrosioonile, hea mehaanilise tugevuse ja hea deformatsioonikindlusega. Nikhroomi kasutatakse laialdaselt soojuskülgides ja viisega varritud rheostaadides.

Rheostaadid erinevates rakendustes

Rheostaadid on paljudes inseneri- ja teadusvaldkondades. Mõned näited on:

• Võimsuse kontroll: Rheostaate kasutatakse seadmete, nagu elektromootorid, valgused, ahjad, ahjukammid jne, võimsuse väljundi kontrollimiseks. Muutes rheostaadi takistust sarjaühenduses seadmega, saab reguleerida sellele antavat pinget või voolu.

• Pingekujuja: Rheostaate kasutatakse pingeväljundi jagamiseks, ühendades need sarjas. Muutes ühe või mitme rheostaadi takistust pingekujuja struktuuris, saab erinevaid väljundpingeid.

• Potentsiomeeter: Rheostaate kasutatakse tundmatute pingete või potentsiaalide mõõtmiseks, nende tasakaalu saavutamisel teadmiste põhjal. Potentsiomeeter on tüüpne rheostaat, millel on kolm terminalit: üks ühendatud takistusliku elemendi kindla servaga, üks ühendatud muutuvale kontaktipunktile sellega, ja üks ühendatud välisele kringile. Muutes kontaktipunkti asukohta, kuni vool läbib (st kui mõlemad pinged on võrdsed), saab määrata tundmatut pinget.

• Deformatsioonimeeter: Rheostaate kasutatakse materjalide deformatsiooni (näiteks deformatsioon) mõõtmiseks, muutes nende takistust, kui neid laste (näiteks jõud) alustatakse. Deformatsioonimeeter on tüüpne rheostaat, millel on kaks terminalit, mis on ühendatud vastandsete servadega ohutu metalli foliaga, mis on kiitunud objektile, mida laste alustatakse. Kui obj