ریزومترها: مواد، ساختار و کاربردها

ریستات نوعی مقاومت متغیر است که می‌تواند جریان یا ولتاژ در یک مدار الکتریکی را تنظیم کند. ریستات‌ها اغلب به عنوان دستگاه‌های کنترل توان استفاده می‌شوند، مانند کنترل سرعت موتور الکتریکی، شدت نور یا دمای فر. ریستات‌ها همچنین برای اندازه‌گیری ولتاژهای ناشناخته یا تفاوت‌های پتانسیل با تعادل آن‌ها با مقادیر شناخته شده استفاده می‌شوند.

ریستات چیست؟

ریستات به عنوان دستگاهی تعریف می‌شود که می‌تواند مقاومت را در یک مدار الکتریکی با تغییر موقعیت یک نقطه تماس در طول یک عنصر مقاومتی تغییر دهد.

عنصر مقاومتی می‌تواند سیم فلزی، میله کربن یا محلول مایع باشد. نقطه تماس می‌تواند یک ترمینال لیزی، دکمه چرخان یا مهر و پوس باشد.

مقاومت یک ریستات بستگی به طول و مساحت مقطع عرضی عنصر مقاومتی دارد، همچنین بستگی به ماده‌ای که از آن ساخته شده است. مقاومت می‌تواند با استفاده از فرمول زیر محاسبه شود:

که در آن R مقاومت، ρ مقاومت ویژه ماده، l طول عنصر مقاومتی و A مساحت مقطع است.

جریان از طریق یک ریستات با حرکت نقطه تماس به نزدیک یا دور از یک سر عنصر مقاومتی کنترل می‌شود. هرچه نقطه تماس به یک سر نزدیک‌تر باشد، مقاومت کمتر و جریان بیشتر خواهد بود. هرچه نقطه تماس از یک سر دورتر باشد، مقاومت بیشتر و جریان کمتر خواهد بود.

ریستات‌ها چگونه ساخته می‌شوند؟

ریستات‌ها می‌توانند به صورت‌های مختلفی ساخته شوند، بسته به کاربردها و مشخصات آن‌ها. برخی از انواع رایج ریستات‌ها عبارتند از:

• ریستات‌های سیم‌پیچ: این‌ها با پیچیدن یک سیم طولانی از ماده‌ای با مقاومت بالا حول یک هسته عایقی مانند سرامیک یا پلاستیک ساخته می‌شوند.

  

• سیم می‌تواند به صورت مارپیچ یا حلزونی پیچیده شود. یک ترمینال لیزی یا یک دکمه چرخان می‌تواند در طول سیم حرکت کند تا مقاومت را تغییر دهد. ریستات‌های سیم‌پیچ برای جریان‌های بالا و ولتاژهای پایین مناسب هستند.

• ریستات‌های کربن: این‌ها با استفاده از یک میله یا صفحه کربن به عنوان عنصر مقاومتی ساخته می‌شوند. یک مهر و پوس می‌تواند در طول سطح کربن حرکت کند تا مقاومت را تغییر دهد. ریستات‌های کربن برای جریان‌های پایین و ولتاژهای بالا مناسب هستند.

• ریستات‌های مایع: این‌ها با استفاده از یک محلول رسانا مانند آب شور یا اسید به عنوان عنصر مقاومتی ساخته می‌شوند. دو الکترود در محلول غوطه‌ور شده و به منبع تغذیه و بار متصل می‌شوند. فاصله بین الکترودها می‌تواند تغییر کند تا مقاومت را تغییر دهد. ریستات‌های مایع برای جریان‌های بسیار بالا و ولتاژهای پایین مناسب هستند.

چه موادی برای ریستات‌ها استفاده می‌شود؟

مواد استفاده شده برای ریستات‌ها باید مقاومت ویژه بالا، دمای کاری بالا، مقاومت بالا در برابر فرسایش، قدرت مکانیکی مناسب، آبکاری مناسب و هزینه کم داشته باشند. برخی از مواد رایج استفاده شده برای ریستات‌ها عبارتند از:

• پلاتین: پلاتین یک فلز نجیب است که مقاومت ویژه و نقطه ذوب بسیار بالایی دارد. همچنین مقاومت بالایی در برابر اکسیداسیون، آبکاری بالا، قابلیت شکل‌دهی بالا، قدرت مکانیکی خوب و ثبات خوب در دمای کاری و تنش مکانیکی دارد. اما پلاتین بسیار گران و کمیاب است، بنابراین استفاده آن در مهندسی برق به محدوده‌هایی مانند فرنهای آزمایشگاهی،دماسنج‌های مقاومتی و برخی ریستات‌ها محدود می‌شود.

• کانستانتن: کانستانتن یک آلیاژ مس-نیکل است که ضریب دمایی مقاومت پایینی دارد، یعنی مقاومت ویژه آن در دامنه گسترده‌ای از دماهای مختلف ثابت می‌ماند. همچنین مقاومت بالایی در برابر اکسیداسیون، قدرت مکانیکی خوب و ثبات خوب در دمای کاری و تنش مکانیکی دارد. کانستانتن به طور گسترده‌ای برای اتصالات برقی در دستگاه‌ها مانندمقاومت‌های موازی،مقاومت‌های سری، مقاومت‌های استاندارد و ریستات‌ها استفاده می‌شود.

• نیکرومل: نیکرومل یک آلیاژ نیکل-کروم است که مقاومت ویژه و نقطه ذوب بالایی دارد. همچنین مقاومت بالایی در برابر اکسیداسیون و فرسایش، قدرت مکانیکی خوب و آبکاری خوب دارد. نیکرومل به طور گسترده‌ای برای عناصر گرمکن و ریستات‌های سیم‌پیچ استفاده می‌شود.

چه کاربردهایی برای ریستات‌ها وجود دارد؟

ریستات‌ها کاربردهای زیادی در حوزه‌های مختلف مهندسی و علم دارند. برخی از نمونه‌ها عبارتند از:

• کنترل توان: ریستات‌ها می‌توانند برای کنترل خروجی توان دستگاه‌هایی مانند موتورهای الکتریکی، چراغ‌ها، فرن‌ها، فرها و غیره استفاده شوند. با تغییر مقاومت یک ریستات در سری با یک دستگاه، ولتاژ یا جریان تأمین شده به آن تنظیم می‌شود.

• تقسیم‌کننده ولتاژ: ریستات‌ها می‌توانند برای تقسیم یک منبع ولتاژ به کسرهای کوچک‌تر با اتصال آن‌ها به صورت