Odpornostní převodník

Definice a funkce odporových převodníků

Definice: Odporový převodník je typ převodníku, u kterého se odpor mění v reakci na vnější vlivy. Změna odporu může být změřena pomocí měřicích zařízení pro střídavý proud (AC) nebo stejnosměrný proud (DC). Tento univerzální převodník se používá k měření různých fyzikálních veličin, včetně teploty, posuvu a vibrací.

Přesné měření fyzikálních veličin může být složitou úlohou. Odporové převodníky tento proces zjednodušují tím, že fyzikální veličiny převádějí na proměnné odporové hodnoty, které lze snadno změřit pomocí elektrických měřicích přístrojů. Princip variace odporu nalezl široké uplatnění ve mnoha průmyslových oblastech, což umožňuje přesné monitorování a řízení různých parametrů.

Odporové převodníky mohou fungovat jako primární nebo sekundární převodníky. Jako primární převodník převádí fyzikální veličiny na mechanické signály. V roli sekundárního převodníka přímo transformuje tyto mechanické nebo jiné vstupní signály na elektrické signály, což usnadňuje další zpracování a analýzu.

Příklad: Klouzavý odporový převodník

Uvažme obvod klouzavého odporového převodníku, jak je znázorněno na následujícím obrázku. V tomto zařízení jsou klouzavé kontakty umístěny na odporovém prvku. Klouzák je navržen tak, aby se pohyboval vodorovně. Pohybem klouzáků se mění hodnota odporu odporového prvku převodníku. Tato změna odporu je poté detekována a změřena napájecím zdrojem označeným E. Tento jednoduchý, ale efektivní mechanismus ukazuje, jak odporové převodníky mohou převést mechanický pohyb (formu posuvu) na elektrický signál, který lze kvantifikovat a využít pro různé účely, jako je detekce polohy v automatizovaných strojích nebo řídicích systémech.

Odporové převodníky: Převod signálu, výhody a pracovní princip
Převod signálu

V odporovém převodníku je posun klouzáků efektivně převeden na elektrický signál. Tento převodový proces umožňuje kvantifikaci a analýzu fyzických pohybů, což dělá odporové převodníky velmi užitečnými v široké škále měřicích aplikací.

Výhody odporových převodníků

Odporové převodníky nabízejí několik významných výhod, které přispívají k jejich širokému využití v různých odvětvích:

• Versatile Measurement Capability: Systémy s střídavým proudem (AC) i stejnosměrným proudem (DC), ať už používají proud nebo napětí, jsou vhodné pro měření proměnného odporu těchto převodníků. Tato adaptabilita umožňuje bezproblémovou integraci s různými elektrickými nastaveními, což usnadňuje snadné začlenění do existujících měřicích a řídicích systémů.

• Rychlá odezva: Odporové převodníky se charakterizují rychlou odezvou. Mohou rychle detekovat a reagovat na změny měřené fyzikální veličiny, což poskytuje téměř okamžitou zpětnou vazbu. Tato rychlost je klíčová v aplikacích, kde jsou nutné časově přesné a přesné měření, jako jsou dynamické monitorovací a řídicí systémy.

• Široká škála možností: Dostupné v rozsáhlé škále velikostí, odporové převodníky lze přizpůsobit různým prostorovým omezením a požadavkům na aplikace. Kromě toho nabízejí široký rozsah odporů, což umožňuje měření širokého spektra fyzikálních veličin s různými magnitudami. Tato variability v rozměrech a rozsahu odporu dělá z nich flexibilní volbu pro mnoho inženýrských a vědeckých aplikací.

Pracovní princip odporových převodníků

Pracovní princip odporových prvků je založen na základním vztahu mezi elektrickým odporem, délkou vodiče a plochou průřezu vodiče. Konkrétně, odpor převodníkového prvku je přímo úměrný délce vodiče a nepřímo úměrný jeho ploše průřezu. Jak fyzické změny, jako je posun nebo změny teploty, působí na převodník, způsobují odpovídající změny v délce nebo ploše průřezu odporového prvku. Tyto změny pak vedou ke změnám hodnoty odporu, které lze změřit a spojit s původní měřenou fyzikální veličinou.

Kde R – odpor v ohmech.

• A – plocha průřezu vodiče v metrech čtverečních.

• L – délka vodiče v metrech čtverečních.

• ρ – specifický odpor materiálu v ohm metrech.

Odporový převodník je navržen s ohledem na variaci délky, plochy a specifického odporu kovu.

Aplikace odporových převodníků

Odporové převodníky hrají klíčovou roli v různých oblastech díky své schopnosti převádět fyzikální veličiny na elektrické signály využitím změn odporu. Zde jsou některé z jejich klíčových aplikací:

Potenciometry

Jako příklady odporových převodníků slouží jak translace, tak rotace potenciometrů. V těchto zařízeních se s tím, jak se mění poloha klouzavého kontaktu, mění efektivní délka odporového prvku, kterým prochází elektrický proud. Protože odpor je přímo úměrný délce vodiče (podle vzorce R =ρL/A), tato změna délky vede k odpovídající změně odporu. Tato vlastnost dělá z potenciometrů efektivní nástroje pro měření posunu, ať už jde o lineární pohyb v případě translacních potenciometrů, nebo o otáčivý pohyb v případě rotačních potenciometrů. Jsou běžně používány v aplikacích, jako jsou joystick pro herní konzole, senzory polohy v robotických pažích a ovladače hlasitosti v audio vybavení.

Tenziometry

Tenziometry využívají piezoresistivní efekt, při kterém se odpor polovodičového nebo kovového materiálu uvnitř tenziometru mění, když na něj působí mechanické napětí. Když vnější síla způsobí deformaci nebo napětí materiálu tenziometru, mění se fyzická struktura na atomární úrovni, což dále modifikuje elektrický odpor. Přesným měřením této změny odporu inženýři mohou přesně určit parametry, jako jsou tlak, síla a posun. Tenziometry jsou rozsáhle využívány v odvětvích, jako je letecký průmysl pro sledování stavu letadlových konstrukcí, v automobilovém inženýrství pro měření sil na motorové komponenty a v civilním inženýrství pro hodnocení napětí na mostech a budovách.

Odporné teploměry

Také známé jako Odporné teploměry (RTD), odporné teploměry pracují na principu, že elektrický odpor kovů se předvídatelně mění s teplotou. Různé kovy mají specifické teplotní charakteristiky odpornosti, a calibrováním vztahu odpornost-teplota, tyto zařízení mohou poskytnout velmi přesná měření teploty. RTD jsou oblíbené v aplikacích, kde je klíčové přesné řízení teploty, jako jsou průmyslové výrobní procesy, vědecké výzkumné laboratoře a klimaticky řízené prostředí. Nabízejí vynikající stabilitu, opakovatelnost a široký měřený rozsah, což z nich dělá spolehlivou volbu pro úkoly měření teploty.

Termistory

Termistory jsou založeny na principu, že teplotní koeficient jejich materiálu se výrazně mění s teplotou. Na rozdíl od mnoha kovů mají termistory obvykle negativní teplotní koeficient (NTC). To znamená, že s narůstající teplotou klesá odpor termistoru v nepřímé úměře. Termistory jsou extrémně citlivé na změny teploty, což umožňuje rychlá a přesná měření teploty. Jsou běžně používány v aplikacích, kde jsou požadovány kompaktní rozměry, vysoká citlivost a rychlé časy odezvy, jako jsou termostatické regulátory domácích spotřebičů, teplotní čidlo v chladičích počítačů a lékařské přístroje pro měření tělesné teploty.

V podstatě rozmanité způsoby, jakými se odpor kovů a jiných materiálů mění v reakci na fyzikální jevy, tvoří základ aplikací odporových převodníků. Tato jedinečná vlastnost umožňuje přesné měření a sledování široké škály fyzikálních veličin, což dělá z odporových převodníků nezbytné komponenty moderních měřicích a řídicích systémů.