ترانزدیوسر مقاومتی

مقاومت‌سنج‌های مقاومتی: تعریف و عملکرد

تعریف: مقاومت‌سنج مقاومتی نوعی از مقاومت‌سنج است که در آن مقاومت در پاسخ به تأثیرات محیطی تغییر می‌کند. تغییر مقاومت می‌تواند با دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان متناوب (AC) یا مستقیم (DC) اندازه‌گیری شود. این مقاومت‌سنج چندکاره برای اندازه‌گیری انواع مختلف کمیت‌های فیزیکی، از جمله دما، جابجایی و لرزش استفاده می‌شود.

اندازه‌گیری دقیق کمیت‌های فیزیکی می‌تواند کاری پیچیده باشد. مقاومت‌سنج‌های مقاومتی این فرآیند را با تبدیل کمیت‌های فیزیکی به مقاومت‌های متغیر ساده می‌کنند که می‌توانند به راحتی با مترهای الکتریکی اندازه‌گیری شوند. اصل تغییر مقاومت در بسیاری از تنظیمات صنعتی کاربردهای گسترده‌ای یافته است و امکان نظارت و کنترل دقیق پارامترهای متنوع را فراهم می‌کند.

مقاومت‌سنج‌های مقاومتی می‌توانند به عنوان مقاومت‌سنج اولیه یا ثانویه عمل کنند. به عنوان مقاومت‌سنج اولیه، آنها کمیت‌های فیزیکی را به سیگنال‌های مکانیکی تبدیل می‌کنند. در نقش مقاومت‌سنج ثانویه، آنها به طور مستقیم این سیگنال‌های مکانیکی یا سیگنال‌های ورودی دیگر را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند، که تسهیل پردازش و تحلیل بیشتر را فراهم می‌کند.

مثال: مقاومت‌سنج مقاومتی لیزدار

در نظر بگیرید مدار یک مقاومت‌سنج مقاومتی لیزدار، همان‌طور که در شکل زیر نشان داده شده است. در این ساختار، تماس‌های لیزدار روی یک عنصر مقاومتی قرار گرفته‌اند. لیزر طراحی شده است تا به صورت افقی حرکت کند. هنگامی که لیزر حرکت می‌کند، مقاومت عنصر مقاومتی مقاومت‌سنج را تغییر می‌دهد. این تغییر در مقاومت سپس توسط یک منبع ولتاژ با برچسب E تشخیص داده و اندازه‌گیری می‌شود. این مکانیسم ساده اما موثر نشان می‌دهد که چگونه مقاومت‌سنج‌های مقاومتی می‌توانند حرکت مکانی (یک نوع جابجایی) را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل کنند که می‌تواند اندازه‌گیری و استفاده شود، مانند حسگرهای موقعیت در ماشین‌آلات خودکار یا سیستم‌های کنترل.

مقاومت‌سنج‌های مقاومتی: تبدیل سیگنال، مزایا و اصول کاری
تبدیل سیگنال

در یک مقاومت‌سنج مقاومتی، جابجایی لیزر به طور موثر به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. این فرآیند تبدیل امکان کمی‌سازی و تحلیل حرکات فیزیکی را فراهم می‌کند، که مقاومت‌سنج‌های مقاومتی را در محدوده گسترده‌ای از کاربردهای اندازه‌گیری بسیار مفید می‌کند.

مزایای مقاومت‌سنج‌های مقاومتی

مقاومت‌سنج‌های مقاومتی چندین مزیت قابل توجهی دارند که به استفاده گسترده آنها در صنایع مختلف کمک می‌کنند:

• قابلیت اندازه‌گیری چندکاره: هم سیستم‌های جریان متناوب (AC) و مستقیم (DC)، چه با استفاده از جریان یا ولتاژ، برای اندازه‌گیری مقاومت متغیر این مقاومت‌سنج‌ها مناسب هستند. این انعطاف‌پذیری امکان ادغام ساده با تنظیمات الکتریکی متنوع را فراهم می‌کند و تسهیل ادغام آسان آنها به سیستم‌های موجود اندازه‌گیری و کنترل را فراهم می‌کند.

• پاسخ سریع: مقاومت‌سنج‌های مقاومتی با زمان‌های پاسخ سریع مشخص می‌شوند. آنها می‌توانند به سرعت تغییرات در کمیت فیزیکی اندازه‌گیری شده را تشخیص داده و واکنش نشان دهند و بازخورد نزدیک به فوری را ارائه دهند. این سرعت در کاربردهایی که اندازه‌گیری‌های به موقع و دقیق ضروری هستند، مانند سیستم‌های نظارت و کنترل پویا، بسیار مهم است.

• گستره گسترده گزینه‌ها: مقاومت‌سنج‌های مقاومتی در آرایه‌ای گسترده از اندازه‌ها در دسترس هستند و می‌توانند برای تناسب با محدودیت‌های فضایی و نیازهای کاربردی مختلف تنظیم شوند. علاوه بر این، آنها یک محدوده مقاومت گسترده ارائه می‌دهند که امکان اندازه‌گیری طیف گسترده‌ای از کمیت‌های فیزیکی با مقدارهای مختلف را فراهم می‌کند. این انعطاف‌پذیری در اندازه و محدوده مقاومت آنها را به یک انتخاب پویا برای کاربردهای مهندسی و علمی متنوع تبدیل می‌کند.

اصول کاری مقاومت‌سنج‌های مقاومتی

اصول کاری عناصر مقاومت‌سنج مقاومتی بر اساس رابطه بنیادی بین مقاومت الکتریکی، طول هادی و مساحت مقطعی هادی استوار است. به طور خاص، مقاومت عنصر مقاومتی مستقیماً متناسب با طول هادی و معکوس متناسب با مساحت مقطعی آن است. هنگامی که تغییرات فیزیکی، مانند جابجایی یا تغییرات دما، بر مقاومت‌سنج تأثیر می‌گذارند، آنها باعث تغییرات متناظر در طول یا مساحت مقطعی عنصر مقاومتی می‌شوند. این تغییرات به نوبه خود باعث تغییر در مقدار مقاومت می‌شوند که می‌تواند اندازه‌گیری شود و با کمیت فیزیکی اولیه که تحت نظارت است مرتبط شود.

که در آن R – مقاومت در اهم.

• A – مساحت مقطعی هادی در متر مربع.

• L – طول هادی در متر.

• ρ – مقاومت ویژه هادی در اهم متر.

مقاومت‌سنج مقاومتی با در نظر گرفتن تغییرات طول، مساحت و مقاومت ویژه فلز طراحی شده است.

کاربردهای مقاومت‌سنج‌های مقاومتی

مقاومت‌سنج‌های مقاومتی به دلیل توانایی خود در تبدیل کمیت‌های فیزیکی به سیگنال‌های الکتریکی با استفاده از تغییرات مقاومت، نقش محوری در زمینه‌های مختلف ایفا می‌کنند. در اینجا برخی از کاربردهای کلیدی آنها آورده شده است:

پتانسیومترها

هر دو نوع پتانسیومترهای ترجمه‌ای و چرخشی نمونه‌های برجسته‌ای از مقاومت‌سنج‌های مقاومتی هستند. در این دستگاه‌ها، هنگامی که موقعیت وایپر (تماس لیزدار) تغییر می‌کند، طول مؤثر عنصر مقاومتی که توسط جریان الکتریکی طی می‌شود به طور متناسب تغییر می‌کند. چون مقاومت مستقیماً متناسب با طول هادی (به عنوان مثال R =ρL/A) است، این تغییر در طول باعث تغییر متناظر در مقاومت می‌شود. این ویژگی پتانسیومترها را برای اندازه‌گیری جابجایی، چه حرکت خطی در مورد پتانسیومترهای ترجمه‌ای یا چرخش زاویه‌ای در مورد پتانسیومترهای چرخشی، بسیار موثر می‌کند. آنها معمولاً در کاربردهایی مانند جویستیک‌های کنسول‌های بازی، حسگرهای موقعیت در بازوی رباتیک و دستگاه‌های کنترل حجم در تجهیزات صوتی استفاده می‌شوند.

سنج‌های کششی

سنج‌های کششی از اثر پیزو مقاومتی استفاده می‌کنند، که در آن مقاومت مواد نیمه‌رسانا یا فلزی داخل گیج با اعمال کشش مکانیکی تغییر می‌کند. هنگامی که نیروی خارجی باعث تغییر شکل یا کشش در ماده گیج می‌شود، آن تغییرات در ساختار فیزیکی در سطح اتمی را تغییر می‌دهد که به نوبه خود مقاومت الکتریکی را تغییر می‌دهد. با اندازه‌گیری دقیق این تغییر در مقاومت، مهندسان می‌توانند پارامترهایی مانند فشار، نیرو و جابجایی را به طور دقیق تعیین کنند. سنج‌های کششی به طور گسترده در صنایعی مانند هوافضا برای نظارت بر سلامت ساختاری هواپیما، در مهندسی خودرو برای اندازه‌گیری نیروهای روی قطعات موتور و در مهندسی عمران برای ارزیابی تنش بر پل‌ها و ساختمان‌ها استفاده می‌شوند.

مقاومت‌سنج‌های دما

که همچنین با نام مقاومت‌سنج‌های دما (RTDs) شناخته می‌شوند، مقاومت‌سنج‌های دما بر اساس اصلی که مقاومت الکتریکی فلزات به طور قابل پیش‌بینی با تغییرات دما تغییر می‌کند عمل می‌کنند. فلزات مختلف ویژگی‌های دما-مقاومت خاص خود را دارند و با کالیبراسیون رابطه مقاومت-دما، این دستگاه‌ها می‌توانند اندازه‌گیری‌های دما بسیار دقیق ارائه دهند. RTDs در کاربردهایی که کنترل دما دقیق ضروری است، مانند فرآیندهای تولید صنعتی، آزمایشگاه‌های تحقیقات علمی و محیط‌های کنترل شده اقلیمی مورد علاقه هستند. آنها پایداری، تکرارپذیری و محدوده اندازه‌گیری گسترده‌ای ارائه می‌دهند که آنها را یک انتخاب قابل اعتماد برای وظایف حسگر دما می‌کند.

ترمویستورها

ترمویستورها بر اساس اصلی که ضریب دماهای ماده آنها به طور قابل توجهی با تغییر دما متفاوت است، عمل می‌کنند. متفاوت از بسیاری از فلزات، ترمویستورها معمولاً ضریب دمای منفی (NTC) دارند. این بدان معناست که با افزایش دما، مقاومت ترمویستور به طور معکوس متناسب کاهش می‌یابد. ترمویستورها بسیار حساس به تغییرات دما هستند و امکان اندازه‌گیری سریع و دقیق دما را فراهم می‌کنند. آنها معمولاً در کاربردهایی که اندازه کوچک، حساسیت بالا و زمان پاسخ سریع مورد نیاز است، مانند کنترل‌های ترمومتر برای وسایل خانگی، حسگرهای دما در سیستم‌های خنک‌سازی کامپیوتر و دستگاه‌های پزشکی برای نظارت بر دمای بدن استفاده می‌شوند.

در مجموع، روش‌های متنوعی که مقاومت فلزات و مواد دیگر می‌توانند در پاسخ به پدیده‌های فیزیکی تغییر کنند، پایه کاربردهای مقاومت‌سنج‌های مقاومتی را تشکیل می‌دهند. این ویژگی منحصر به فرد امکان اندازه‌گیری و نظارت دقیق بر طیف گسترده‌ای از کمیت‌های فیزیکی را فراهم می‌کند و مقاومت‌سنج‌های مقاومتی را به اجزای بسیار مهم در سیستم‌های اندازه‌گیری و کنترل مدرن تبدیل می‌کند.