Transduserên Direktîf

بیان و کارکرد ترانسفورماتورهای مقاومتی

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

اندازه‌گیری دقیق کمیت‌های فیزیکی می‌تواند کاری پیچیده باشد. ترانسفورماتورهای مقاومتی این فرآیند را با تبدیل کمیت‌های فیزیکی به مقاومت‌های متغیر ساده می‌کنند که می‌توان آنها را به راحتی با دستگاه‌های برقی اندازه‌گیری کرد. اصل تغییر مقاومت در بسیاری از تنظیمات صنعتی کاربردهای گسترده‌ای یافته است و مراقبت و کنترل دقیق از پارامترهای مختلف را ممکن می‌سازد.

ترانسفورماتورهای مقاومتی می‌توانند به عنوان ترانسفورماتورهای اولیه یا ثانویه عمل کنند. به عنوان یک ترانسفورماتور اولیه، آنها کمیت‌های فیزیکی را به سیگنال‌های مکانیکی تبدیل می‌کنند. در نقش خود به عنوان یک ترانسفورماتور ثانویه، آنها به طور مستقیم این سیگنال‌های مکانیکی یا سایر سیگنال‌های ورودی را به سیگنال‌های برقی تبدیل می‌کنند که تسهیل پردازش و تحلیل بیشتر را فراهم می‌کند.

مثال: ترانسفورماتور مقاومتی کشویی

در نظر بگیرید مدار یک ترانسفورماتور مقاومتی کشویی، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. در این تنظیمات، تماس‌های کشویی روی یک عناصر مقاومتی قرار دارند. اسلایدر طراحی شده است تا به صورت افقی حرکت کند. هنگامی که اسلایدر حرکت می‌کند، مقادیر مقاومت عناصر مقاومتی ترانسفورماتور را تغییر می‌دهد. این تغییر در مقاومت سپس توسط منبع ولتاژ مشخص شده با E شناسایی و اندازه‌گیری می‌شود. این مکانیزم ساده اما مؤثر نشان می‌دهد که چگونه ترانسفورماتورهای مقاومتی می‌توانند حرکت مکانی (شکلی از جابجایی) را به یک سیگنال برقی تبدیل کنند که می‌تواند برای مقاصد مختلف مانند حسگرهای موقعیت در ماشین‌آلات خودکار یا سیستم‌های کنترل کمّی و استفاده شود.

ترانسفورماتورهای مقاومتی: تبدیل سیگنال، مزایا و اصل کار
تبدیل سیگنال

در یک ترانسفورماتور مقاومتی، جابجایی اسلایدر به طور موثر به یک سیگنال برقی تبدیل می‌شود. این فرآیند تبدیل امکان کمی‌سازی و تحلیل حرکات فیزیکی را فراهم می‌کند و ترانسفورماتورهای مقاومتی را در محدوده گسترده‌ای از کاربردهای اندازه‌گیری بسیار مفید می‌سازد.

مزایای ترانسفورماتورهای مقاومتی

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

• قابلیت اندازه‌گیری چندمنظوره: هم سیستم‌های جریان متناوب (AC) و مستقیم (DC)، صرف نظر از استفاده از جریان یا ولتاژ، برای اندازه‌گیری مقاومت متغیر این ترانسفورماتورها مناسب هستند. این انعطاف‌پذیری امکان یکپارچه‌سازی ساده با تنظیمات برقی متنوع را فراهم می‌کند و ترکیب آسان آنها با سیستم‌های موجود اندازه‌گیری و کنترل را تسهیل می‌کند.

• پاسخ سریع: ترانسفورماتورهای 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 ارائه دهند. این سرعت در کاربردهایی که اندازه‌گیری‌های به موقع و دقیق ضروری هستند، مانند سیستم‌های مراقبت و کنترل دینامیکی، بسیار مهم است.

• گزینه‌های گسترده: در آرایه گسترده‌ای از ابعاد موجود، ترانسفورماتورهای مقاومتی می‌توانند برای تناسب با محدودیت‌های فضایی و نیازهای کاربردی مختلف سفارشی سازی شوند. علاوه بر این، آنها محدوده مقاومت گسترده‌ای را ارائه می‌دهند که امکان اندازه‌گیری طیف گسترده‌ای از کمیت‌های فیزیکی با مقدارهای مختلف را فراهم می‌کند. این انعطاف‌پذیری در ابعاد و محدوده مقاومت آنها را به یک گزینه پویا برای کاربردهای مهندسی و علمی متنوع می‌کند.

اصل کار ترانسفورماتورهای مقاومتی

اصل عملی عناصر ترانسفورماتور مقاومتی بر اساس رابطه بنیادی بین مقاومت الکتریکی، طول هادی و مساحت مقطع هادی استوار است. به طور خاص، مقاومت عنصر ترانسفورماتور مستقیماً متناسب با طول هادی و برعکس متناسب با مساحت مقطع آن است. هنگامی که تغییرات فیزیکی مانند جابجایی یا تغییرات دما بر ترانسفورماتور تأثیر می‌گذارند، آنها تغییرات متناظر در طول یا مساحت مقطع عناصر مقاومتی ایجاد می‌کنند. این تغییرات به نوبه خود منجر به تغییرات در مقدار مقاومت می‌شوند که می‌توان آنها را اندازه‌گیری کرد و با کمیت فیزیکی اولیه تحت نظارت مرتبط کرد.

که در آن R – مقاومت در اهم.

• A – مساحت مقطع هادی در متر مربع.

• L – طول هادی در متر مربع.

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

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

کاربردهای ترانسفورماتورهای مقاومتی

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

پتانسیومترها

هر دو نوع پتانسیومترهای انتقالی و چرخشی نمونه‌های برجسته‌ای از ترانسفورماتورهای مقاومتی هستند. در این دستگاه‌ها، هنگامی که موقعیت وایپر (تماس کشویی) تغییر می‌کند، طول مؤثر عناصر مقاومتی که جریان الکتریکی آن را می‌پیماید تغییر می‌کند. چون مقاومت مستقیماً متناسب با طول هادی (به موجب فرمول R =ρL/A) است، این تغییر در طول منجر به تغییر متناظر در مقاومت می‌شود. این ویژگی پتانسیومترها را برای اندازه‌گیری جابجایی، چه در حرکت خطی در مورد پتانسیومترهای انتقالی یا چرخش زاویه‌ای در مورد پتانسیومترهای چرخشی، بسیار مؤثر می‌سازد. آنها معمولاً در کاربردهایی مانند جویستیک‌های کنسول‌های بازی، حسگرهای موقعیت در بازوهای رباتیک و دکمه‌های کنترل حجم در تجهیزات صوتی استفاده می‌شوند.

گیج‌های کششی

گیج‌های کششی از اثر پیزو مقاومتی استفاده می‌کنند، که در آن مقاومت مواد نیمه‌رسانا یا فلزی داخل گیج وقتی که کشش مکانیکی اعمال می‌شود تغییر می‌کند. هنگامی که نیروی خارجی باعث تغییر شکل یا کشش در ماده گیج می‌شود، آن ماده تغییرات فیزیکی در سطح اتمی را تجربه 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 مراقبت از سلامت ساختاری هواپیماها، در مهندسی خودرو برای اندازه‌گیری نیروها روی قطعات موتور و در مهندسی عمران برای ارزیابی تنش روی پل‌ها و ساختمان‌ها استفاده می‌شوند.

دماسنج‌های مقاومتی

که به عنوان دماسنج‌های مقاومتی (RTDs) نیز شناخته می‌شوند، دماسنج‌های مقاومتی بر اساس اصلی کار می‌کنند که مقاومت الکتریکی فلزات با تغییرات دما به طور قابل پیش‌بینی تغییر می‌کند. فلزات مختلف خصوصیات دما-مقاومت خاص خود را دارند و با کالیبراسیون رابطه مقاومت-دمای، این دستگاه‌ها می‌توانند اندازه‌گیری‌های دما با دقت بالا ارائه دهند. RTDs در کاربردهایی که کنترل دما دقیق ضروری است، مانند فرآیندهای تولید صنعتی، آزمایشگاه‌های تحقیقات علمی و محیط‌های کنترل شده اقلیم، محبوب هستند. آنها پایداری، تکرارپذیری و محدوده اندازه‌گیری گسترده‌ای دارند که آنها را گزینه‌ای قابل اعتماد برای وظایف حسگری دما می‌کند.

ترمیستورها

ترمیستورها بر اساس اصلی کار می‌کنند که ضریب دمایی ماده آنها به طور قابل توجهی با دما تغییر می‌کند. برخلاف بسیاری از فلزات، ترمیستورها معمولاً ضریب دمایی منفی (NTC) دارند. این بدان معناست که با افزایش دما، مقاومت ترمیستور به طور متناسب معکوس کاهش می‌یابد. ترمیستورها به تغییرات دما بسیار حساس 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 ترموستات برای وسایل خانگی، حسگرهای دما در سیستم‌های خنک‌سازی کامپیوتر و دستگاه‌های پزشکی برای مانیتورینگ دمای بدن استفاده می‌شوند.

در حقیقت، روش‌های متنوعی که مقاومت فلزات و مواد دیگر می‌توانند به پدیده‌های فیزیکی واکنش نشان دهند، پایه کاربردهای ترانسفورماتورهای مقاومتی را تشکیل می‌دهند. این خاصیت منحصر به فرد امکان اندازه‌گیری و مراقبت دقیق از طیف گسترده‌ای از کمیت‌های فیزیکی را فراهم می‌کند و ترانسفورماتورهای مقاومتی را به اجزای غیرقابل انفصال در سیستم‌های اندازه‌گیری و کنترل مدرن می‌سازد.