Otpornički transduktor

Definicija i funkcija otpornih pretvarača

Definicija: Otporni pretvarač je vrsta pretvarača u kojem se otpor mijenja u odgovoru na okružne utjecaje. Promjena otpora može se mjeriti pomoću uređaja za mjerenje izmjeničnog (AC) ili jednosmjernog (DC) struja. Ovaj prilagodljiv pretvarač koristi se za mjerenje različitih fizikalnih veličina, uključujući temperaturu, pomak i vibraciju.

Točno mjerenje fizikalnih veličina može biti složen zadatak. Otporni pretvarači pojednostavljaju ovaj postupak pretvarajući fizikalne veličine u promjenjive otpore, koji lako mogu biti izmjereni električnim merilima. Princip varijacije otpora našao je široku primjenu u mnogim industrijskim postrojenjima, omogućujući točnu nadzor i kontrolu različitih parametara.

Otporni pretvarači mogu funkcionirati kao primarni ili sekundarni pretvarači. Kao primarni pretvarač, on pretvara fizikalne veličine u mehaničke signale. U svojoj ulozi sekundarnog pretvarača, on direktno pretvara ove mehaničke ili druge ulazne signale u električne signale, što omogućuje daljnju obradu i analizu.

Primjer: Klizići otporni pretvarač

Razmotrimo sklop klizića otpornog pretvarača, prikazan na slici ispod. U ovom postrojenju, klizići su pozicionirani na otpornoj komponenti. Klizak je dizajniran da se pomiče horizontalno. Kako se klizak pomiče, mijenja se vrijednost otpora otporne komponente pretvarača. Ova promjena otpora zatim se detektira i mjeri pomoću izvora napona označenog kao E. Ovaj jednostavan ali učinkovit mehanizam demonstrira kako otporni pretvarači mogu prevesti mehanički pokret (oblik pomaka) u električni signal koji se može kvantificirati i koristiti za razne svrhe, poput otkrivanja položaja u automatiziranom opremu ili sustavima upravljanja.

Otporni pretvarači: Pretvorba signala, prednosti i princip rada
Pretvorba signala

U otpornom pretvaraču, pomak klizača efektivno se pretvara u električni signal. Tijekom ovog procesa pretvorbe omogućuje se kvantifikacija i analiza fizikalnih kretanja, čime otporni pretvarači postaju izuzetno korisni u širokom spektru aplikacija za mjerenje.

Prednosti otpornih pretvarača

Otporni pretvarači nude nekoliko značajnih prednosti koje doprinose njihovoj širokoj upotrebi u različitim industrijskim granama:

• Spručna sposobnost mjerenja: Sustavi s izmjeničnom (AC) i jednosmjernom (DC) strujom, bez obzira koriste li struju ili napon, dobro su prilagođeni za mjerenje promjenjivog otpora tih pretvarača. Ova prilagodljivost omogućuje laku integraciju sa različitim električnim postrojenjima, olakšavajući lakše ugradnju u postojeće sustave mjerenja i kontrole.

• Bristražna reakcija: Otporni pretvarači karakteriziraju se brzom vremenom odziva. Mogu brzo detektirati i reagirati na promjene u mjerenoj fizikalnoj veličini, pružajući gotovo trenutni povrat. Ova brzinost je ključna u aplikacijama gdje su vremenski i točni podaci ključni, kao što su dinamički sustavi nadzora i kontrole.

• Širok spektar opcija: Dostupni u širokom asortimanu veličina, otporni pretvarači mogu se prilagoditi različitim prostornim ograničenjima i zahtjevima aplikacija. Također, nude širok raspon otpora, omogućujući mjerenje širokog spektra fizikalnih veličina s različitim magnitudama. Ova prilagodljivost u veličini i rasponu otpora čini ih fleksibilnim izborom za brojne inženjerske i znanstvene primjene.

Princip rada otpornih pretvarača

Operativni princip elementa otpornog pretvarača temelji se na osnovnom odnosu između električnog otpora, duljine vodilja i presjeka vodilja. Konkretno, otpor elementa pretvarača direktno je proporcionalan duljini vodilja i obrnuto proporcionalan njegovom presjeku. Kako fizičke promjene, poput pomaka ili promjena temperature, djeluju na pretvarač, one uzrokuju odgovarajuće promjene u duljini ili presjeku otpornog elementa. Te promjene, na svoj red, rezultiraju modificiranjem vrijednosti otpora, koje se mogu izmjeriti i uspostaviti vezu s originalnom fizičkom veličinom koja se nadgleda.

Gdje R – otpor u ohmima.

• A – presječna površina vodilja u kvadratnim metrima.

• L – Duljina vodilja u metrima.

• ρ – specifični otpor materijala vodilja u ohm-metrima.

Otporni pretvarač dizajnira se uzimajući u obzir varijacije duljine, površine i specifičnog otpora metala.

Primjene otpornih pretvarača

Otporni pretvarači igraju ključnu ulogu u različitim područjima zbog svoje sposobnosti pretvaranja fizikalnih veličina u električne signale korištenjem promjena otpora. Evo nekih njihovih ključnih primjena:

Potenciometri

I translacijski i rotacijski potenciometri su primjeri otpornih pretvarača. U tim uređajima, kako se položaj kliznika (klizića) mijenja, mijenja se i učinkovita duljina otporne komponente kojom prolazi električna struja. Budući da je otpor direktno proporcionalan duljini vodilja (prema formuli R =ρL/A), ova varijacija duljine rezultira odgovarajućom promjenom otpora. Ova karakteristika čini potenciometre izuzetno učinkovitim za mjerenje pomaka, bilo da se radi o linearnom kretanju u slučaju translacijskih potenciometara ili kutnom rotaciji u slučaju rotacijskih potenciometara. Oni se često koriste u aplikacijama poput džojstika za konzole za igre, senzora položaja u robotačkim ramenima i kontrola glasnoće u audio opremi.

Dijagrami naprezanja

Dijagrami naprezanja koriste piezoresistivni učinak, gdje se otpor poluprovodnika ili metala unutar dijagrama mijenja kada se nanese mehaničko naprezanje. Kada vanjska sila uzrokuje deformaciju ili naprezanje materijala dijagrama naprezanja, mijenja se fizička struktura na atomskom nivou, što na svoj red modificira električni otpor. Preciznim mjerenjem te promjene otpora, inženjeri mogu točno odrediti parametre poput tlaka, sile i pomaka. Dijagrami naprezanja široko se koriste u industrijama poput avionike za nadzor zdravlja konstrukcije letjelica, u automobilskom inženjerstvu za mjerenje sila na dijelovima motora i u građevinarstvu za procjenu stresa na mostove i zgrade.

Otporni termometri

Također poznati kao Otporni termalni detektori (RTD), otporni termometri funkcioniraju na principu da se električni otpor metala predvidljivo mijenja s promjenama temperature. Različiti metali pokazuju specifične karakteristike temperature-otpora, i kalibriranjem odnosa otpor-temperatura, ovi uređaji mogu pružiti izuzetno točna mjerenja temperature. RTD su preferirani u aplikacijama gdje je nužna precizna kontrola temperature, poput industrijskih proizvodnih procesa, znanstvenih istraživačkih laboratorija i klimatski kontroliranih okruženja. Oni nude odličnu stabilnost, ponovljivost i širok raspon mjerenja, čime se čine pouzdanim izborom za zadatke senziranja temperature.

Termistori

Termistori temelje se na principu da se temperatura koeficijent njihovog materijala znatno mijenja s temperaturom. Na razliku od mnogih metala, termistori tipično imaju negativan temperaturni koeficijent (NTC). To znači da se s porastom temperature, otpor termistora smanjuje u obrnutom proporcionalnom odnosu. Termistori su izuzetno osjetljivi na promjene temperature, omogućujući brza i točna mjerenja temperature. Često se koriste u aplikacijama gdje su potrebni kompaktni veličine, visoka osjetljivost i brze vremena odziva, poput termostatnih kontrola za kućanske aparate, senzora temperature u hlađećim sustavima računala i medicinskih uređaja za praćenje tjelesne temperature.

U suštini, različiti načini na koje se otpor metala i drugih materijala može mijenjati u odgovoru na fizička pojave čine temelj primjena otpornih pretvarača. Ova jedinstvena osobina omogućuje točno mjerenje i nadzor širokog spektra fizikalnih veličina, čime otporni pretvarači postaju neizostavni komponenti u modernim sustavima mjerenja i kontrole.