Transducteur résistif

Définition et fonction des transducteurs résistifs

Définition : Un transducteur résistif est un type de transducteur dans lequel la résistance change en réponse aux influences environnementales. La modification de la résistance peut être mesurée à l'aide de dispositifs de mesure à courant alternatif (CA) ou à courant continu (CC). Ce transducteur polyvalent est utilisé pour mesurer diverses grandeurs physiques, y compris la température, le déplacement et les vibrations.

Mesurer avec précision des grandeurs physiques peut être une tâche complexe. Les transducteurs résistifs simplifient ce processus en convertissant ces grandeurs en résistances variables, qui peuvent être facilement mesurées par des appareils électriques. Le principe de variation de la résistance a trouvé de nombreuses applications dans divers secteurs industriels, permettant un suivi et un contrôle précis de divers paramètres.

Les transducteurs résistifs peuvent fonctionner soit comme transducteurs primaires, soit comme transducteurs secondaires. En tant que transducteur primaire, il convertit les grandeurs physiques en signaux mécaniques. Dans son rôle de transducteur secondaire, il transforme directement ces signaux mécaniques ou d'autres signaux d'entrée en signaux électriques, facilitant ainsi leur traitement et analyse ultérieurs.

Exemple : Transducteur résistif coulissant

Considérez le circuit d'un transducteur résistif coulissant, tel qu'illustré dans la figure ci-dessous. Dans cette configuration, des contacts coulissants sont positionnés sur un élément résistif. Le curseur est conçu pour se déplacer horizontalement. Lorsque le curseur se déplace, il modifie la valeur de résistance de l'élément résistif du transducteur. Ce changement de résistance est ensuite détecté et mesuré par une source de tension étiquetée E. Ce mécanisme simple mais efficace montre comment les transducteurs résistifs peuvent traduire un mouvement mécanique (une forme de déplacement) en un signal électrique qui peut être quantifié et utilisé à diverses fins, telles que la détection de position dans les machines automatisées ou les systèmes de contrôle.

Transducteurs résistifs : conversion de signaux, avantages et principe de fonctionnement
Conversion de signaux

Dans un transducteur résistif, le déplacement du curseur est effectivement transformé en un signal électrique. Ce processus de conversion permet la quantification et l'analyse des mouvements physiques, rendant les transducteurs résistifs très utiles dans une large gamme d'applications de mesure.

Avantages des transducteurs résistifs

Les transducteurs résistifs offrent plusieurs avantages notables qui contribuent à leur utilisation répandue dans divers secteurs industriels :

• Capacité de mesure polyvalente : Les systèmes à courant alternatif (CA) et à courant continu (CC), qu'ils utilisent le courant ou la tension, sont bien adaptés pour mesurer la résistance variable de ces transducteurs. Cette adaptabilité permet une intégration fluide avec diverses configurations électriques, facilitant leur incorporation facile dans les systèmes de mesure et de contrôle existants.

• Réponse rapide : Les transducteurs résistifs se caractérisent par leurs temps de réponse rapides. Ils peuvent rapidement détecter et réagir aux changements de la grandeur physique mesurée, fournissant un retour presque instantané. Cette rapidité est cruciale dans les applications où des mesures opportunes et précises sont essentielles, comme dans les systèmes de surveillance et de contrôle dynamiques.

• Large gamme d'options : Disponibles dans une vaste gamme de tailles, les transducteurs résistifs peuvent être adaptés pour s'intégrer à diverses contraintes spatiales et exigences d'application. De plus, ils offrent une large plage de résistance, permettant la mesure d'un large spectre de grandeurs physiques de différentes magnitudes. Cette versatilité en termes de taille et de plage de résistance en fait un choix flexible pour de nombreuses applications d'ingénierie et scientifiques.

Principe de fonctionnement des transducteurs résistifs

Le principe opérationnel des éléments de transducteur résistif est basé sur la relation fondamentale entre la résistance électrique, la longueur du conducteur et la section transversale du conducteur. Plus précisément, la résistance de l'élément de transducteur est directement proportionnelle à la longueur du conducteur et inversement proportionnelle à sa section transversale. Lorsque des changements physiques, tels que des déplacements ou des variations de température, agissent sur le transducteur, ils provoquent des modifications correspondantes de la longueur ou de la section transversale de l'élément résistif. Ces changements, à leur tour, entraînent des modifications de la valeur de résistance, qui peuvent être mesurées et corrélatives à la grandeur physique initiale surveillée.

Où R – résistance en ohms.

• A – section transversale du conducteur en mètre carré.

• L – Longueur du conducteur en mètre carré.

• ρ – la résistivité du conducteur en matériaux en ohm mètre.

Le transducteur résistif est conçu en tenant compte de la variation de la longueur, de la section et de la résistivité du métal.

Applications des transducteurs résistifs

Les transducteurs résistifs jouent un rôle clé dans divers domaines en raison de leur capacité à convertir des grandeurs physiques en signaux électriques en exploitant les changements de résistance. Voici quelques-unes de leurs principales applications :

Potentiomètres

Les potentiomètres translationnels et rotatifs sont des exemples typiques de transducteurs résistifs. Dans ces dispositifs, lorsque la position du balai (le contact coulissant) change, la longueur effective de l'élément résistif parcouru par le courant électrique varie en conséquence. Étant donné que la résistance est directement proportionnelle à la longueur du conducteur (selon la formule R = ρL/A), cette variation de longueur entraîne un changement correspondant de la résistance. Cette caractéristique rend les potentiomètres très efficaces pour mesurer le déplacement, qu'il soit linéaire dans le cas des potentiomètres translationnels ou angulaire dans les potentiomètres rotatifs. Ils sont couramment utilisés dans des applications telles que les joysticks pour consoles de jeu, les capteurs de position dans les bras robotiques et les boutons de contrôle de volume dans les équipements audio.

Jauges de contrainte

Les jauges de contrainte utilisent l'effet piézorésistif, où la résistance du matériau semi-conducteur ou métallique à l'intérieur de la jauge change lorsqu'une contrainte mécanique est appliquée. Lorsqu'une force externe cause une déformation ou une contrainte sur le matériau de la jauge de contrainte, elle modifie la structure physique au niveau atomique, ce qui modifie la résistance électrique. En mesurant précisément ce changement de résistance, les ingénieurs peuvent déterminer avec précision des paramètres tels que la pression, la force et le déplacement. Les jauges de contrainte sont largement utilisées dans des industries telles que l'aérospatiale pour la surveillance de la santé structurelle des avions, dans l'ingénierie automobile pour mesurer les forces sur les composants moteur, et dans l'ingénierie civile pour évaluer la contrainte sur les ponts et les bâtiments.

Thermomètres de résistance

Aussi connus sous le nom de Détecteurs de Température par Résistance (DTR), les thermomètres de résistance fonctionnent sur le principe que la résistance électrique des métaux change de manière prévisible en fonction des variations de température. Différents métaux présentent des caractéristiques spécifiques de résistance-température, et en calibrant la relation résistance-température, ces dispositifs peuvent fournir des mesures de température très précises. Les DTR sont privilégiés dans les applications où un contrôle précis de la température est crucial, comme dans les processus de fabrication industrielle, les laboratoires de recherche scientifique et les environnements climatisés. Ils offrent une excellente stabilité, reproductibilité et une large plage de mesure, ce qui en fait un choix fiable pour les tâches de détection de température.

Thermistances

Les thermistances sont basées sur le principe que le coefficient de température de leur matériau varie considérablement avec la température. Contrairement à de nombreux métaux, les thermistances ont généralement un coefficient de température négatif (CTN). Cela signifie que lorsque la température augmente, la résistance de la thermistance diminue de manière inversement proportionnelle. Les thermistances sont extrêmement sensibles aux changements de température, permettant des mesures rapides et précises. Elles sont couramment utilisées dans des applications où une petite taille, une haute sensibilité et des temps de réponse rapides sont nécessaires, comme dans les contrôles de thermostat pour les appareils ménagers, les capteurs de température dans les systèmes de refroidissement informatique et les dispositifs médicaux pour la surveillance de la température corporelle.

En substance, les diverses manières dont la résistance des métaux et d'autres matériaux peut changer en réponse aux phénomènes physiques forment la base des applications des transducteurs résistifs. Cette propriété unique permet la mesure et la surveillance précises d'un large éventail de grandeurs physiques, rendant les transducteurs résistifs des composants indispensables dans les systèmes modernes de mesure et de contrôle.