ממיר התנגדותי

הגדרה ותפקוד של מרתכי התנגדות

הגדרה: מרתך התנגדות הוא סוג של מרתך שבו ההתנגדות משתנה בתגובה להשפעות סביבתיות. השינוי בהתנגדות ניתן למדידה באמצעות מכשירי מדידה המבוססים על זרם חילופין (AC) או זרם ישר (DC). מרתך רב תכליתי זה משמש למדידת כמויות פיזיות שונות, כולל טמפרטורה, הזזה ורטט.

מדידת כמויות פיזיות במדויק יכולה להיות משימה מורכבת. מרתכי התנגדות מפישטים את התהליך הזה על ידי התרמה של כמויות פיזיות לשינויים בהתנגדות, שיכולים להימדד בקלות באמצעות מדידים חשמליים. עקרון השינוי בהתנגדות נמצא בשימוש נרחב במגוון תחומי תעשייה, ומאפשר מעקב וניהול מדויקים של פרמטרים שונים.

מרתכי התנגדות יכולים לפעול כמרתכים ראשוניים או משניים. כמרתך ראשוני, הם ממירים כמויות פיזיות לסיגנלים מכניים. בתפקידם כמרתכים משניים, הם ממירים ישירות את הסיגנלים המכניים או אחרים הללו לסיגנלים חשמליים, מה שמאפשר עיבוד ואנליזה נוספים.

דוגמה: מרתך התנגדות הזז

שקלו את המעגל של מרתך התנגדות הזז, כפי שמוצג בתמונה להלן. בהתקנה זו, מגע הזזה ממוקם על אלמנט התנגדות. המחליק תוכנן לנוע אופקית. ככל שהמחליק זז, הוא משנה את ערך ההתנגדות של אלמנט ההתנגדות של המרתך. השינוי בהתנגדות מתגלה ונמדד על ידי מקור מתח מסומן כ-E. מנגנון פשוט ויעיל זה מדגים כיצד מרתכי התנגדות יכולים לתרגם תנועה מכנית (צורה של הזזה) לסיגנל חשמלי שניתן לכמת ולהשתמש בו למטרות שונות, כגון חיישני מיקום במכונות אוטומטיות או במערכות בקרה.

מרתכי התנגדות: המרה של סיגנלים, יתרונות ועקרון פעולה
המרה של סיגנלים

במרתך התנגדות, ההזזה של המחליק מתורגמת בצורה יעילה לסיגנל חשמלי. תהליך המרה זה מאפשר לכמות ולנתח תנועות פיזיות, מה שגורם למרתכי התנגדות להיות שימושיים מאוד במגוון רחב של יישומים מדידים.

יתרונות מרתכי התנגדות

מרתכי התנגדות מציעים מספר יתרונות משמעותיים שתרמו לשימוש הנרחב שלהם בתחומים שונים:

• יכולת מדידה גמישה: כל מערכות זרם חילופין (AC) וזרם ישר (DC), בין אם משתמשות בזרם או במתח, מתאימות למדידת ההתנגדות המשתנה של מרתכים אלו. גמישות זו מאפשרת אינטגרציה חלקה עם מערכות חשמליות שונות, ומפישטה את האינטגרציה למערכות מדידה ובקרה קיימות.

• תגובה מהירה: מרתכי התנגדות מאפיינים בתשובה מהירה. הם יכולים לזהות ולהגיב במהירות לשינויים בכמות הפיזית הנמדדת, ומספקים משוב כמעט מיידי. מהירות זו היא קריטית ביישומים בהם מדידות בזמן ומדויקות הן חיוניות, כמו במערכות מעקב ובקרה דינמיות.

• טווח רחב של אפשרויות: זמינים במגוון רחב של גדלים, מרתכי התנגדות יכולים להתאים למגבלות מרחביות ודרישות יישום שונות. בנוסף, הם מציעה טווח רחב של התנגדות, המאפשר מדידת טווח רחב של כמויות פיזיות עם מוגנות שונות. גמישות זו בגודל וברnge התנגדות הופכת אותם לבחירה גמישה עבור יישומים רבים בתחום ההנדסה והמדע.

עקרון פעולה של מרתכי התנגדות

עקרון פעולת אלמנטי מרתך התנגדות מבוסס על הקשר הבסיסי בין התנגדות חשמלית, אורך מוליך ושטח חתך של המוליך. ספציפית, ההתנגדות של אלמנט המרתך פרופורציונלית לאורך המוליך והפוך לשטח החתך שלו. כאשר שינויים פיזיים, כגון הזזה או שינויים בטמפרטורה, פועלים על המרתך, הם גורמים לשינויים מתאימים באורך או בשטח החתך של אלמנט ההתנגדות. שינויים אלה, בתורם, מביאים לשינויים בערך ההתנגדות, שיכולים להימדד ולהתאים לכמות הפיזית המקורית שנמדדה.

כאשר R – התנגדות באוהמים.

• A – שטח חתך של המוליך במטר רבוע.

• L – אורך המוליך במטר רבוע.

• ρ – ההתנגדות הסגולית של המוליך בחומרים באוהם מטר.

מרתך התנגדות מתוכנן בהתחשב ב שינוי האורך, השטח והתנגדות הסגולית של המתכת.

יישומים של מרתכי התנגדות

מרתכי התנגדות משחקים תפקיד מרכזי בתחומים שונים בשל יכולתם להמיר כמויות פיזיות לסיגנלים חשמליים באמצעות שינויים בהתנגדות. הנה כמה מהיישומים העיקריים שלהם:

פוטנציאומטרים

פוטנציאומטרים תרגוליים וסיבוביים הם דוגמאות מרכזיות למרתכי התנגדות. במכשירים אלו, ככל שהמיקום של המחקה (הקשר הזז) משתנה, האורך האפקטיבי של אלמנט ההתנגדות שאליהם עובר הזרם חשמלי משתנה בהתאם. מכיוון שהתנגדות היא פרופורציונלית לאורך המוליך (כפי שהנוסחה R =ρL/A), השינוי באורך מביא לשינוי מתואם בהתנגדות. מאפיין זה הופך פוטנציאומטרים ליעילים מאוד למדידת הזזה, בין אם מדובר בתנועה ליניארית במקרה של פוטנציאומטרים תרגוליים או בתנועה סיבובית במקרה של פוטנציאומטרים סיבוביים. הם נמצאים בשימוש נרחב ביישומים כגון ג'וייסטיקים לקונסולות משחקים, חיישני מיקום בזרועות רובוטיות ומקשים שליטה בנפח בציוד שמע.

מדדי מאמץ

מדדי מאמץ משתמשים באפקט הפיאזורזיסטי, שבו ההתנגדות של חומר מוליך או מתכתי בתוך המדד משתנה כאשר מפעילים עליו מאמץ מכני. כאשר כוח חיצוני גורם לעיוות או מאמץ על חומר המדד, הוא משנה את המבנה הפיזי ברמת האטום, מה שמחזיר שינוי בהתנגדות החשמלית. על ידי מדידה מדויקת של השינוי בהתנגדות, מהנדסים יכולים לקבוע באופן מדויק פרמטרים כגון לחץ, כוח והזזה. מדדי מאמץ נמצאים בשימוש נרחב בתעשייה האווירית לבדיקת בריאות המבנה של מטוסים, בהנדסת מכוניות למדידת כוחות על מרכיבי מנוע, ובנדסת אבנים למדידת מאמץ על גשרים ומבנים.

טמפרטורת מחומרים

ידועים גם בשםendetors of resistance (RTDs), temperature resistors operate on the principle that the electrical resistance of metals changes predictably with variations in temperature. Different metals exhibit specific temperature-resistance characteristics, and by calibrating the resistance-temperature relationship, these devices can provide highly accurate temperature measurements. RTDs are favored in applications where precise temperature control is crucial, such as in industrial manufacturing processes, scientific research laboratories, and climate-controlled environments. They offer excellent stability, repeatability, and a wide measurement range, making them a reliable choice for temperature sensing tasks.

Thermistors

Thermistors are based on the principle that the temperature coefficient of their material varies significantly with temperature. Unlike many metals, thermistors typically have a negative temperature coefficient (NTC). This means that as the temperature increases, the resistance of the thermistor decreases in an inversely proportional manner. Thermistors are extremely sensitive to temperature changes, allowing for rapid and accurate temperature measurements. They are commonly used in applications where compact size, high sensitivity, and quick response times are required, such as in thermostat controls for household appliances, temperature sensors in computer cooling systems, and medical devices for monitoring body temperature.

In essence, the diverse ways in which the resistance of metals and other materials can change in response to physical phenomena form the foundation of resistive transducer applications. This unique property enables the accurate measurement and monitoring of a wide range of physical quantities, making resistive transducers indispensable components in modern measurement and control systems.