ترانسدیوسر مقاومتی

تعریف و عملکرد تبدیل‌کننده‌های مقاومتی

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

اندازه‌گیری دقیق کمیت‌های فیزیکی می‌تواند کار پیچیده‌ای باشد. تبدیل‌کننده‌های مقاومتی این فرآیند را با تبدیل کمیت‌های فیزیکی به مقاومت‌های متغیر ساده می‌کنند که می‌توانند به راحتی با دستگاه‌های الکتریکی اندازه‌گیری شوند. اصل تغییر مقاومت کاربردهای گسترده‌ای در تنوع زیادی از تنظیمات صنعتی یافته است که امکان نظارت دقیق و کنترل پارامترهای مختلف را فراهم می‌کند.

تبدیل‌کننده‌های مقاومتی می‌توانند به عنوان تبدیل‌کننده اولیه یا ثانویه عمل کنند. به عنوان تبدیل‌کننده اولیه، آنها کمیت‌های فیزیکی را به سیگنال‌های مکانیکی تبدیل می‌کنند. در نقش خود به عنوان تبدیل‌کننده ثانویه، آنها به طور مستقیم این سیگنال‌های مکانیکی یا سیگنال‌های ورودی دیگر را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند که تسهیل می‌کند تا پردازش و تحلیل بیشتر انجام شود.

مثال: تبدیل‌کننده مقاومتی لیز

در نظر بگیرید مدار یک تبدیل‌کننده مقاومتی لیز که در شکل زیر نشان داده شده است. در این تنظیمات، تماس‌های لیز روی یک المان مقاومتی قرار دارند. لیز طراحی شده است تا به صورت افقی حرکت کند. همانطور که لیز حرکت می‌کند، مقادیر مقاومت المان مقاومتی تبدیل‌کننده را تغییر می‌دهد. این تغییر در مقاومت سپس توسط یک منبع ولتاژ مشخص شده با E شناسایی و اندازه‌گیری می‌شود. این مکانیزم ساده اما موثر نشان می‌دهد که چگونه تبدیل‌کننده‌های مقاومتی می‌توانند حرکت مکانیکی (یک نوع جابجایی) را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل کنند که می‌تواند کمیت‌گیری شود و برای اهداف مختلفی مانند حسگرهای موقعیت در ماشین‌آلات خودکار یا سیستم‌های کنترل استفاده شود.

تبدیل‌کننده‌های مقاومتی: تبدیل سیگنال، مزایا و اصل عملکرد
تبدیل سیگنال

در یک تبدیل‌کننده مقاومتی، جابجایی لیز به طور مؤثر به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. این فرآیند تبدیل امکان کمیت‌گیری و تحلیل حرکت‌های فیزیکی را فراهم می‌کند و تبدیل‌کننده‌های مقاومتی را در محدوده وسیعی از کاربردهای اندازه‌گیری بسیار مفید می‌کند.

مزایای تبدیل‌کننده‌های مقاومتی

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

• قابلیت اندازه‌گیری چندمنظوره: هم سیستم‌های جریان متناوب (AC) و هم مستقیم (DC)، صرف نظر از استفاده از جریان یا ولتاژ، برای اندازه‌گیری مقاومت متغیر این تبدیل‌کننده‌ها مناسب هستند. این انعطاف‌پذیری امکان یکپارچه‌سازی ساده با تنوعی از تنظیمات الکتریکی را فراهم می‌کند و تسهیل می‌کند تا به راحتی در سیستم‌های اندازه‌گیری و کنترل موجود یکپارچه شوند.

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

• محدوده گسترده گزینه‌ها: در آرایه وسیعی از اندازه‌ها در دسترس هستند، تبدیل‌کننده‌های مقاومتی می‌توانند برای تناسب با محدوده‌های مکانی مختلف و نیازهای کاربردی طراحی شوند. علاوه بر این، آنها محدوده مقاومت گسترده‌ای را ارائه می‌دهند که امکان اندازه‌گیری طیف گسترده‌ای از کمیت‌های فیزیکی با اندازه‌های مختلف را فراهم می‌کند. این انعطاف‌پذیری در اندازه و محدوده مقاومت آنها را به یک گزینه پویا برای کاربردهای مهندسی و علمی متنوع می‌کند.

اصل عملکرد تبدیل‌کننده‌های مقاومتی

اصل عملکرد المان‌های تبدیل‌کننده مقاومتی بر اساس رابطه بنیادی بین مقاومت الکتریکی، طول هادی و مقطع مقطعی هادی استوار است. به طور خاص، مقاومت المان تبدیل‌کننده به طور مستقیم با طول هادی و به طور معکوس با مقطع مقطعی آن نسبت مستقیم دارد. همانطور که تغییرات فیزیکی، مانند جابجایی یا تغییرات دما، بر تبدیل‌کننده تأثیر می‌گذارند، آنها باعث تغییرات متناظر در طول یا مقطع مقطعی المان مقاومتی می‌شوند. این تغییرات به نوبه خود باعث تغییرات در مقدار مقاومت می‌شوند که می‌تواند اندازه‌گیری شود و با کمیت فیزیکی اصلی که تحت نظارت است مرتبط شود.

که در آن R – مقاومت در اهم.

• A – مقطع مقطعی هادی در متر مربع.

• L – طول هادی در متر مربع.

• ρ – مقاومت ویژه هادی در مواد در اهم متر.

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

کاربردهای تبدیل‌کننده‌های مقاومتی

تبدیل‌کننده‌های مقاومتی به دلیل توانایی خود در تبدیل کمیت‌های فیزیکی به سیگنال‌های الکتریکی با استفاده از تغییرات در مقاومت، نقش کلیدی در زمینه‌های مختلفی دارند. در اینجا برخی از کاربردهای کلیدی آنها آورده شده است:

پتانسیومترها

هر دو نوع پتانسیومترهای ترجمه‌ای و چرخشی نمونه‌های برجسته‌ای از تبدیل‌کننده‌های مقاومتی هستند. در این دستگاه‌ها، همانطور که موقعیت واپاش (تماس لیز) تغییر می‌کند، طول موثر المان مقاومتی که جریان الکتریکی آن را می‌پیماید نیز تغییر می‌کند. از آنجا که مقاومت به طور مستقیم با طول هادی (به عنوان مثال، \(R = \rho\frac{L}{A}\)) نسبت مستقیم دارد، این تغییر در طول باعث تغییر متناسب 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 به طور معمول در کاربردهایی مانند جویستیک‌های کنسول‌های بازی، حسگرهای موقعیت در بازوی رباتیک و دستگاه‌های کنترل صدا در تجهیزات صوتی استفاده می‌شوند.

گیج‌های کششی

گیج‌های کششی از اثر پیزو مقاومتی استفاده می‌کنند که در آن مقاومت ماده نیمه‌رسانا یا فلزی در گیج وقتی که کشش مکانیکی اعمال می‌شود تغییر می‌کند. وقتی نیروی خارجی باعث تغییر شکل یا کشش ماده گیج می‌شود، ساختار فیزیکی در سطح اتمی تغییر می‌کند 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 با دقت تعیین کنند. گیج‌های کششی به طور گسترده در صنایعی مانند هوافضا برای نظارت بر سلامت ساختاری هواپیماها، در مهندسی خودرو برای اندازه‌گیری نیروهای وارد بر قطعات موتور و در مهندسی عمران برای ارزیابی تنش روی پل‌ها و ساختمان‌ها استفاده می‌شوند.

thermometers مقاومتی

که به عنوان детектори температурних опорів (RTD) نیز شناخته می‌شوند، thermometers مقاومتی بر 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 با دقت بالا ارائه دهند. RTDها در کاربردهایی که کنترل دقیق دما ضروری است، مانند فرآیندهای تولید صنعتی، آزمایشگاه‌های تحقیقاتی علمی و محیط‌های کنترل شده اقلیمی مورد توجه قرار می‌گیرند. آنها پایداری، تکرارپذیری و محدوده اندازه‌گیری گسترده‌ای را ارائه می‌دهند و انتخاب قابل اعتمادی برای کارهای حسگر دما هستند.

ترمیستورها

ترمیستورها بر اصلی که ضریب دمایی مواد آنها به طور قابل توجهی با تغییر دما متفاوت است، بنا شده‌اند. برخلاف بسیاری از فلزات، ترمیستورها معمولاً ضریب دمایی منفی (NTC) دارند. این بدان معناست که با افزایش دما، مقاومت ترمیستور به طور معکوس نسبتی کاهش می‌یابد. ترمیستورها به تغییرات دما بسیار حساس هستند و امکان اندازه‌گیری سریع و دقیق دما را فراهم می‌کنند. آنها به طور معمول در کاربردهایی که اندازه کوچک، حساسیت بالا و زمان پاسخ سریع مورد نیاز است، مانند کنترل‌های ترموستاتی برای دستگاه‌های خانگی، حسگرهای دما در سیستم‌های خنک‌کننده کامپیوتر و دستگاه‌های پزشکی برای نظارت بر دمای بدن استفاده می‌شوند.

در اصل، روش‌های متنوعی که مقاومت فلزات و مواد دیگر می‌توانند به دلیل پدیده‌های فیزیکی تغییر کنند، پایه کاربردهای تبدیل‌کننده‌های مقاومتی را تشکیل می‌دهند. این ویژگی منحصر به فرد امکان اندازه‌گیری و نظارت دقیق بر طیف گسترده‌ای از کمیت‌های فیزیکی را فراهم می‌کند و تبدیل‌کننده‌های مقاومتی را به مولفه‌های بی‌نظیر در سیستم‌های اندازه‌گیری و کنترل مدرن تبدیل می‌کند.