Transductor resistiu

Definició i funció dels transductors resistius

Definició: Un transductor resistiu és un tipus de transductor en el qual la resistència canvia en resposta a les influències ambientals. La modificació de la resistència es pot mesurar utilitzant dispositius de mesura d'electricitat alternada (AC) o corrent contínu (CC). Aquest transductor versàtil s'utilitza per mesurar diverses magnituds físiques, incloent-hi la temperatura, el desplaçament i la vibració.

Mesurar magnituds físiques amb precisió pot ser una tasca complexa. Els transductors resistius simplifiquen aquest procés convertint les magnituds físiques en resistències variables, que es poden mesurar fàcilment amb comptadors elèctrics. El principi de variació de la resistència ha trobat aplicacions extenses en nombrosos entorns industrials, permetent la monitorització i control precís de diversos paràmetres.

Els transductors resistius poden funcionar com a transductors primaris o secundaris. Com a transductor primari, converteix magnituds físiques en senyals mecànics. En el seu paper de transductor secundari, transforma directament aquests senyals mecànics o altres senyals d'entrada en senyals elèctrics, facilitant la seva posterior processament i anàlisi.

Exemple: Transductor resistiu deslizant

Considerem el circuit d'un transductor resistiu deslizant, tal com es mostra a la figura següent. En aquesta configuració, els contactes deslizants estan posicionats en un element resistiu. El cursor està dissenyat per moure's horitzontalment. Quan el cursor es mou, modifica el valor de la resistència de l'element resistiu del transductor. Aquest canvi de resistència es detecta i es mesura mitjançant una font de tensió etiquetada com E. Aquest mecanisme simple però efectiu demostra com els transductors resistius poden traduir el moviment mecànic (una forma de desplaçament) en un senyal elèctric que es pot quantificar i utilitzar per diversos propòsits, com ara la detecció de posició en maquinària automàtica o sistemes de control.

Transductors resistius: conversió de senyals, avantatges i principi de funcionament
Conversió de senyals

En un transductor resistiu, el desplaçament del cursor es transforma eficaçment en un senyal elèctric. Aquest procés de conversió permet la quantificació i anàlisi dels moviments físics, fent dels transductors resistius eines molt útils en una ampla gamma d'aplicacions de mesura.

Avantatges dels transductors resistius

Els transductors resistius ofereixen diversos beneficis notables que contribueixen al seu ús generalitzat en diversos sectors:

• Capacitat de mesura versàtil: Tant els sistemes d'electricitat alternada (AC) com els de corrent contínu (CC), independentment de si utilitzen corrent o tensió, són adequats per a mesurar la resistència variable d'aquests transductors. Aquesta adaptabilitat permet la integració fluida amb diverses instal·lacions elèctriques, facilitant la incorporació fàcil en sistemes de mesura i control existents.

• Resposta ràpida: Els transductors resistius es caracteritzen pel seu temps de resposta ràpid. Poden detectar i reaccionar prontament als canvis en la magnitud física mesurada, proporcionant retroalimentació quasi instantània. Aquesta rapidez és crucial en aplicacions on les mesures oportunes i precises són essencials, com en sistemes de monitorització i control dinàmics.

• Amplia gama d'opcions: Disponibles en una àmplia varietat de mides, els transductors resistius es poden adaptar a diversos restriccions espacials i requisits d'aplicació. A més, oferixen un ample rang de resistència, permetent la mesura d'un ampli espectre de magnituds físiques amb diferents magnituds. Aquesta versatilitat en mida i rang de resistència els converteix en una opció flexible per a nombroses aplicacions d'enginyeria i científiques.

Principi de funcionament dels transductors resistius

El principi operatiu dels elements de transductors resistius es basa en la relació fonamental entre la resistència elèctrica, la longitud del conductor i l'àrea de secció transversal del conductor. Específicament, la resistència de l'element del transductor és directament proporcional a la longitud del conductor i inversament proporcional a la seva àrea de secció transversal. Quan es produeixen canvis físics, com ara desplaçaments o variacions de temperatura, sobre el transductor, aquests causen alteracions corresponents en la longitud o àrea de secció transversal de l'element resistiu. Aquests canvis, a la vegada, resulten en modificacions del valor de la resistència, que es pot mesurar i correlacionar amb la magnitud física original que s'està monitoritzant.

On R – resistència en ohms.

• A – àrea de secció transversal del conductor en metres quadrats.

• L – Longitud del conductor en metres quadrats.

• ρ – la resistivitat del conductor en materials en ohms metre.

El transductor resistiu està dissenyat considerant la variació de la longitud, l'àrea i la resistivitat del metall.

Aplicacions dels transductors resistius

Els transductors resistius juguen un paper clau en diversos camps gràcies a la seva capacitat per convertir magnituds físiques en senyals elèctrics mitjançant la utilització de canvis en la resistència. Aquí tenim algunes de les seves principals aplicacions:

Potenciòmetres

Tant els potenciòmetres translacionals com els rotatoris són exemples primers de transductors resistius. En aquests dispositius, quan la posició del cursor (el contacte deslizant) canvia, la longitud efectiva de l'element resistiu travessat per la corrent elèctrica varia en conseqüència. Com que la resistència és directament proporcional a la longitud del conductor (segons la fórmula R =ρL/A), aquesta variació en la longitud resulta en un canvi corresponent en la resistència. Aquesta característica fa que els potenciòmetres siguin molt eficients per a mesurar desplaçaments, ja sigui el moviment lineal en el cas dels potenciòmetres translacionals o la rotació angular en els potenciòmetres rotatoris. S'utilitzen comunament en aplicacions com joysticks per consols de videojocs, sensors de posició en braços robòtics i regles de volum en equips d'àudio.

Gauges de deformació

Els gauges de deformació utilitzen l'efecte piezoresistiu, on la resistència del material semiconducteur o metàl·lic dins del gauge canvia quan es li aplica una deformació mecànica. Quan una força externa provoca una deformació o tensió en el material del gauge de deformació, això altera l'estructura física a nivell atòmic, que a la vegada modifica la resistència elèctrica. Mesurant amb precisió aquest canvi de resistència, els enginyers poden determinar amb precisió paràmetres com la pressió, la força i el desplaçament. Els gauges de deformació s'utilitzen extensament en sectors com l'aeroespacial per a la monitorització de la salut estructural de les aeronaves, en enginyeria automotriu per a mesurar forces en components del motor i en enginyeria civil per a avaluar la tensió en ponts i edificis.

Termòmetres de resistència

També coneguts com a Detectors de Temperatura de Resistència (RTD), els termòmetres de resistència funcionen seguint el principi que la resistència elèctrica dels metalls canvia de manera previsible amb les variacions de temperatura. Diferents metalls presenten característiques específiques de temperatura-resistència, i calibrant la relació resistència-temperatura, aquests dispositius poden proporcionar mesures de temperatura altament precises. Els RTD són preferits en aplicacions on el control de temperatura precís és crucial, com en processos de fabricació industrial, laboratoris de recerca científica i entorns climatitzats. Ofereixen excel·lent estabilitat, repetibilitat i un ampli rang de mesura, fent-los una opció fiable per a tasques de detecció de temperatura.

Termistors

Els termistors es basen en el principi que el coeficient de temperatura del seu material varia significativament amb la temperatura. A diferència de molts metalls, els termistors solen tenir un coeficient de temperatura negatiu (NTC). Això significa que a mesura que augmenta la temperatura, la resistència del termistor disminueix de manera inversament proporcional. Els termistors són extremadament sensibles a les variacions de temperatura, permetent mesures ràpides i precises de la temperatura. S'utilitzen comunament en aplicacions on es requereixen mida compacta, alta sensibilitat i temps de resposta ràpids, com en controls de termostats per a electrodomèstics, sensors de temperatura en sistemes de refrigeració d'ordinadors i dispositius mèdics per a la monitorització de la temperatura corporal.

En essència, les diverses formes en què la resistència dels metalls i altres materials pot canviar en resposta a fenòmens físics formen la base de les aplicacions dels transductors resistius. Aquesta propietat única permet la mesura i monitorització precisa d'un ampli ventall de magnituds físiques, fent dels transductors resistius components indispensables en els sistemes moderns de mesura i control.