مُحَوِّل مقاوم

تعريف ووظيفة المحول المقاوم

التعريف: المحول المقاوم هو نوع من المحولات يغير مقاومته استجابة للتأثيرات البيئية. يمكن قياس التغيير في المقاومة باستخدام أجهزة قياس التيار المتردد (AC) أو التيار المستمر (DC). يستخدم هذا المحول المتنوع لقياس مجموعة متنوعة من الكميات الفيزيائية، بما في ذلك درجة الحرارة والازاحة والاهتزاز.

يمكن أن يكون قياس الكميات الفيزيائية بدقة مهمة معقدة. تبسط المحولات المقاومة هذه العملية عن طريق تحويل الكميات الفيزيائية إلى مقاومات متغيرة، والتي يمكن قياسها بسهولة بواسطة الأمتار الكهربائية. وقد وجد مبدأ تغير المقاومة تطبيقات واسعة في العديد من الإعدادات الصناعية، مما يمكّن من رصد دقيق وتحكم في معلمات مختلفة.

يمكن للمحول المقاوم أن يعمل كمحول أساسي أو ثانوي. كمحول أساسي، يقوم بتحويل الكميات الفيزيائية إلى إشارات ميكانيكية. وفي دوره كمحول ثانوي، يقوم مباشرة بتحويل هذه الإشارات الميكانيكية أو أي إشارات أخرى إلى إشارات كهربائية، مما يسهل المعالجة والتحليل الإضافيين.

مثال: المحول المقاوم المتحرك

اعتبر دائرة المحول المقاوم المتحرك كما هو موضح في الشكل أدناه. في هذا الترتيب، يتم وضع جهات الاتصال المتحركة على العنصر المقاوم. تم تصميم الشرائح للتحرك أفقياً. عند تحرك الشرائح، يتم تعديل قيمة المقاومة للعنصر المقاوم للمحول. ثم يتم اكتشاف وتقييس هذا التغيير في المقاومة بواسطة مصدر الجهد المسمى E. هذا الآلية البسيطة والفعالة تظهر كيف يمكن للمحولات المقاومة أن تقوم بترجمة الحركة الميكانيكية (شكل من أشكال الازاحة) إلى إشارة كهربائية يمكن قياسها واستخدامها لأغراض مختلفة، مثل حساسيت الموضع في الآلات الآلية أو الأنظمة التحكم.

المحولات المقاومة: تحويل الإشارات والمزايا ومبدأ العمل
تحويل الإشارات

في المحول المقاوم، يتم تحويل ازاحة الشرائح بشكل فعال إلى إشارة كهربائية. يتيح هذا عملية التحويل كمية وتحليل الحركات الفيزيائية، مما يجعل المحولات المقاومة ذات فائدة كبيرة في مجموعة واسعة من تطبيقات القياس.

مزايا المحولات المقاومة

تقدم المحولات المقاومة العديد من المزايا البارزة التي تساهم في استخدامها الواسع عبر مختلف الصناعات:

• قدرة قياس متنوعة: تناسب كل من الأنظمة التيار المتردد (AC) والتيار المستمر (DC)، سواء باستخدام التيار أو الجهد، لقياس المقاومة المتغيرة لهذه المحولات. تتيح هذه المرونة الدمج السلس مع إعدادات كهربائية متنوعة، مما يسهل دمجها في أنظمة القياس والتحكم القائمة.

• رد فعل سريع: تتميز المحولات المقاومة بوقت رد فعل سريع. يمكنها الكشف والاستجابة بسرعة للتغييرات في الكمية الفيزيائية المقاسة، مما يوفر ردود فعل فورية تقريبًا. تعد هذه السرعة حاسمة في التطبيقات التي تتطلب قياسات دقيقة وسريعة، مثل أنظمة الرصد الديناميكي والتحكم.

• مجموعة واسعة من الخيارات: متوفرة بأحجام متنوعة، يمكن تخصيص المحولات المقاومة لتتناسب مع قيود المساحة المتعددة ومتطلبات التطبيق. بالإضافة إلى ذلك، توفر نطاق مقاومة واسع، مما يسمح بقياس مجموعة واسعة من الكميات الفيزيائية بمختلف الأحجام. تجعل هذه المرونة في الحجم والنطاق المقاوم منها خيارًا مرنًا لعدد كبير من التطبيقات الهندسية والعلمية.

مبدأ عمل المحولات المقاومة

يعتمد مبدأ التشغيل لعناصر المحول المقاوم على العلاقة الأساسية بين المقاومة الكهربائية وطول الموصل ومنطقة المقطع العرضي للموصل. بشكل خاص، تكون مقاومة عنصر المحول متناسبة طردياً مع طول الموصل ومعكوسة طردياً بالنسبة لمقطعه العرضي. عندما تؤثر التغييرات الفيزيائية، مثل الازاحة أو تغيرات درجة الحرارة، على المحول، فإنها تسبب تغييرات متوافقة في طول الموصل أو منطقة المقطع العرضي للعنصر المقاوم. تؤدي هذه التغييرات بدورها إلى تعديلات في قيمة المقاومة، والتي يمكن قياسها وربطها بالكمية الفيزيائية الأصلية المرصودة.

حيث R – المقاومة بالأوم.

• A – مساحة المقطع العرضي للموصل بالمتر المربع.

• L – طول الموصل بالمتر المربع.

• ρ – مقاومة الموصل للمواد بالأوم متر.

تم تصميم المحول المقاوم بالنظر إلى تغير الطول والمساحة والمقاومة الكهربائية للمعدن.

تطبيقات المحولات المقاومة

تلعب المحولات المقاومة دورًا محوريًا في مجالات مختلفة بسبب قدرتها على تحويل الكميات الفيزيائية إلى إشارات كهربائية عن طريق الاستفادة من تغيرات المقاومة. فيما يلي بعض تطبيقاتها الرئيسية:

المقاومات المتغيرة

تعتبر كل من المقاومات المتغيرة الخطية والدوارة أمثلة رئيسية للمحولات المقاومة. في هذه الأجهزة، مع تغيير موقع الماسح (جهة الاتصال المتحركة)، يتغير الطول الفعال للعنصر المقاوم الذي يعبره التيار الكهربائي وفقًا لذلك. بما أن المقاومة متناسبة طردياً مع طول الموصل (وفقًا للصيغة R =ρL/A)، يؤدي هذا التغيير في الطول إلى تغيير متناسب في المقاومة. تجعل هذه الخاصية المقاومات المتغيرة فعالة للغاية لقياس الازاحة، سواء كانت حركة خطية في حالة المقاومات المتغيرة الخطية أو دوران زاوي في حالة المقاومات المتغيرة الدوارة. يتم استخدامها بشكل شائع في تطبيقات مثل عصي التحكم في ألعاب الفيديو، وأجهزة استشعار الموضع في الذراعين الروبوتية، وأزرار التحكم في مستوى الصوت في المعدات الصوتية.

مقاييس الشد

تستخدم مقاييس الشد تأثير piezoresistive، حيث تغير مقاومة المادة شبه الموصلة أو المعدنية داخل المقياس عند تطبيق الشد الميكانيكي. عندما تسبب القوة الخارجية تشوهًا أو شدًا على مادة مقايس الشد، فإنها تعدل التركيب الفيزيائي على المستوى الذري، مما يغير المقاومة الكهربائية. من خلال قياس هذا التغيير في المقاومة بدقة، يمكن للمهندسين تحديد معلمات مثل الضغط والقوة والازاحة بدقة. يتم استخدام مقاييس الشد بشكل واسع في الصناعات مثل الطيران لرصد صحة الهياكل الجوية، وفي الهندسة الميكانيكية لقياس القوى على مكونات المحركات، وفي الهندسة المدنية لتقييم الضغوط على الجسور والأبنية.

الأجهزة المقاومة لقياس الحرارة

وتعرف أيضًا باسم مقاومات حرارية (RTDs)، تعمل الأجهزة المقاومة لقياس الحرارة على مبدأ أن المقاومة الكهربائية للأمعادن تتغير بشكل متوقع مع تغير درجة الحرارة. تظهر المعادن المختلفة خصائص مقاومة - درجة حرارة محددة، ويمكن من خلال ضبط العلاقة بين المقاومة والحرارة توفير قياسات دقيقة للحرارة. تعتبر RTDs مفضلة في التطبيقات التي تتطلب السيطرة الدقيقة على درجة الحرارة، مثل عمليات التصنيع الصناعية، ومختبرات البحث العلمي، والبيئات الخاضعة للتحكم المناخي. تتميز بثبات رائع وإعادة تكرار عالية ونطاق قياس واسع، مما يجعلها خيارًا موثوقًا به لمهام قياس الحرارة.

الثيرموستورات

تعتمد الثيرموستورات على مبدأ أن معامل درجة الحرارة للمادة يتغير بشكل كبير مع درجة الحرارة. على عكس العديد من المعادن، غالبًا ما يكون للثيرموستورات معامل درجة حرارة سالب (NTC). وهذا يعني أنه كلما ارتفعت درجة الحرارة، انخفضت مقاومة الثيرموستور بطريقة متناسبة عكسياً. تتميز الثيرموستورات بحساسية عالية للتغيرات في درجة الحرارة، مما يسمح بقياسات حرارية سريعة ودقيقة. يتم استخدامها بشكل شائع في التطبيقات التي تتطلب حجمًا صغيرًا وحساسية عالية وأوقات استجابة سريعة، مثل أجهزة التحكم في درجة الحرارة للأجهزة المنزلية، وأجهزة استشعار الحرارة في أنظمة تبريد الكمبيوتر، وأجهزة الرصد الطبية لقياس درجة حرارة الجسم.

في الأساس، تشكل الطرق المختلفة التي يمكن أن تتغير بها مقاومة المعادن والمواد الأخرى استجابة للظواهر الفيزيائية أساس تطبيقات المحولات المقاومة. تمكن هذه الخاصية الفريدة من قياس ورصد دقيق لمجموعة واسعة من الكميات الفيزيائية، مما يجعل المحولات المقاومة مكونات لا غنى عنها في أنظمة القياس والتحكم الحديثة.