Resistiv transducer

Definisjon og funksjon av motstandsoverførere

Definisjon: En motstandsoverfører er en type overfører der motstanden endres i respons til miljøinfluenser. Endringen i motstand kan måles ved hjelp av vekselstrøm (AC) eller likestrøm (DC) måleenheter. Denne versatile overføreren brukes til å måle ulike fysiske størrelser, inkludert temperatur, forskyvning og vibrasjon.

Å måle fysiske størrelser nøyaktig kan være en kompleks oppgave. Motstandsoverførere forenkler denne prosessen ved å konvertere fysiske størrelser til variabel motstand, som lett kan måles med elektriske målere. Prinsippet om motstandsvariasjon har funnet bred anvendelse i mange industrielle sammenhenger, noe som gjør det mulig å overvåke og kontrollere diverse parametere nøyaktig.

Motstandsoverførere kan fungere både som primære og sekundære overførere. Som primær overfører konverterer den fysiske størrelser til mekaniske signaler. I sin rolle som sekundær overfører transformerer den direkte disse mekaniske eller andre inngangssignaler til elektriske signaler, noe som forenkler videre behandling og analyse.

Eksempel: Glijende motstandsoverfører

Overvei kretsen til en glijende motstandsoverfører, som vist på figuren under. I dette oppsettet er glijende kontakter plassert på et motstands-element. Glideren er designet for å bevege seg horisontalt. Når glideren beveger seg, endrer den motstandens verdi hos overførerens motstands-element. Denne endringen i motstand oppdages og måles så av en spenningskilde merket E. Dette enkle, men effektive mekanismen demonstrerer hvordan motstandsoverførere kan oversette mekanisk bevegelse (en form for forskyvning) til et elektrisk signal som kan kvantifiseres og benyttes for ulike formål, som posisjonsoppfanging i automatiserte maskiner eller styresystemer.

Motstandsoverførere: Signalomforming, fordeler og arbeidsprinsipp
Signalomforming

I en motstandsoverfører blir gliderens forskyvning effektivt transformert til et elektrisk signal. Denne konverteringsprosessen gjør det mulig å kvantifisere og analysere fysiske bevegelser, noe som gjør motstandsoverførere svært nyttige i en rekke målingsapplikasjoner.

Fordeler med motstandsoverførere

Motstandsoverførere tilbyr flere bemerkelsesverdige fordeler som bidrar til deres utbredte bruk innen ulike industrier:

• Versatile målemuligheter: Både vekselstrøm (AC) og likestrøm (DC) systemer, uavhengig av om de bruker strøm eller spenning, er godt egnet for å måle den variable motstanden til disse overførerne. Denne tilpasningsdyktigheten gjør det mulig å integrere dem smidig med ulike elektriske oppsett, noe som forenkler deres inkludering i eksisterende målings- og styringssystemer.

• Hurtig respons: Motstandsoverførere er kjennetegnet ved sine hurtige responstider. De kan raskt oppdage og reagere på endringer i den målte fysiske størrelsen, noe som gir næsten øyeblikkelig tilbakemelding. Denne hastigheten er avgjørende i applikasjoner der tidsmessige og nøyaktige målinger er nødvendige, som i dynamiske overvåknings- og styringssystemer.

• Bred rekke med alternativer: Tiltilgjengelig i en omfattende rekke størrelser, kan motstandsoverførere tilpasses for å passe ulike romlige begrensninger og applikasjonskrav. I tillegg tilbyr de et bredt motstandsområde, noe som gjør det mulig å måle et bredt spekter av fysiske størrelser med ulike magnituder. Denne versatiliteten i størrelse og motstandsområde gjør dem til en fleksibel valgmulighet for mange ingeniør- og vitenskapelige applikasjoner.

Arbeidsprinsipp for motstandsoverførere

Operasjonsprinsippet for motstandselementer i overførere er grunnlagt i den fundamentale relasjonen mellom elektrisk motstand, lederlengde og lederets snittareal. Spesifikt er motstanden til overfører-elementet direkte proporsjonal med lengden av lederen og invers proporsjonal med dens snittareal. Når fysiske endringer, som forskyvning eller temperaturvariasjoner, virker på overføreren, forårsaker de tilsvarende endringer i lengden eller snittarealet til motstands-elementet. Disse endringene fører igjen til modifikasjoner i motstandens verdi, som kan måles og korreleres med den opprinnelige fysiske størrelsen som overvåkes.

Hvor R – motstand i ohm.

• A – tverrsnittareal av ledningen i kvadratmeter.

• L – Lengde av ledningen i meter.

• ρ – resistiviteten til ledningen i materiale i ohm-meter.

Motstandsoverføreren er designet ved å ta hensyn til variasjonen i lengde, areal og resistivitet av metallet.

Anvendelser av motstandsoverførere

Motstandsoverførere spiller en sentral rolle i ulike felt på grunn av deres evne til å konvertere fysiske størrelser til elektriske signaler ved å utnytte endringer i motstand. Her er noen av deres nøkkelanvendelser:

Potensiometer

Både translatoriske og rotatoriske potensiometer er fremragende eksempler på motstandsoverførere. I disse enhetene varierer den effektive lengden av motstands-elementet traversert av elektrisk strøm i henhold til endringen i stillingen til wiperen (den glijende kontakten). Siden motstand er direkte proporsjonal med lengden av lederen (som per formlen R = ρL/A), resulterer denne variasjonen i lengde i en tilsvarende endring i motstand. Dette trekket gjør potensiometer svært effektive for å måle forskyvning, enten det er lineær bevegelse i tilfelle translatoriske potensiometer eller vinkelrotasjon i rotatoriske potentiometer. De brukes ofte i applikasjoner som joystick for spillkonsoller, posisjonssensorer i robotarm, og volumkontroller i lydutstyr.

Strain gauger

Strain gauger bruker piezoresistiv effekt, hvor motstanden til halvleder- eller metallmateriale i gaugen endres når mekanisk strain påføres. Når en ekstern kraft forårsaker deformasjon eller strain på materialet i strain gaugen, endrer det fysisk strukturen på atomnivå, noe som igjen endrer den elektriske motstanden. Ved å måle denne endringen i motstand nøyaktig, kan ingeniører presist bestemme parametre som trykk, kraft og forskyvning. Strain gauger er mye brukt i industrier som luftfart for flykonstruksjons-helseovervåking, i bilindustrien for å måle krefter på motorelementer, og i sivilingeniørfaget for å vurdere stress på broer og bygninger.

Motstandstemperaturmålere

Eller også kjent som Resistance Temperature Detectors (RTD), opererer motstandstemperaturmålere på prinsippet at elektrisk motstand i metaller endres forutsigbart med variasjoner i temperatur. Forskjellige metaller viser spesifikke temperatur-motstandsegenskaper, og ved å kalibrere motstand-temperaturforholdet, kan disse enhetene gi svært nøyaktige temperaturmålinger. RTD er foretrukket i applikasjoner der nøyaktig temperaturkontroll er kritisk, som i industrielle produksjonsprosesser, forskningslaboratorier og klima-kontrollerte miljøer. De tilbyr excellent stabilitet, repetitivitet og et bredt måleområde, noe som gjør dem til et pålitelig valg for temperaturmålingstasker.

Termistorer

Termistorer er basert på prinsippet at temperatureffektkoeffisienten til deres materiale varierer betydelig med temperatur. Ulik metall har typisk en negativ temperatureffektkoeffisient (NTC). Dette betyr at når temperaturen øker, minker motstanden til termistoren på en invers proporsjonal måte. Termistorer er ekstremt sensitive for temperaturendringer, noe som gjør det mulig med raske og nøyaktige temperaturmålinger. De brukes ofte i applikasjoner der kompakt størrelse, høy sensitivitet og hurtige responstider er nødvendige, som i termostatkontroller for hjemmeapparater, temperatursensorer i datamaskinavkjølingssystemer, og medisinsk utstyr for å overvåke kroppstemperatur.

I essensen danner de ulike måtene motstanden i metaller og andre materialer kan endre seg i respons til fysiske fenomener grunnlaget for anvendelser av motstandsoverførere. Dette unike egenskapen gjør det mulig å måle og overvåke et bredt spekter av fysiske størrelser nøyaktig, noe som gjør motstandsoverførere til uunnlidelige komponenter i moderne målings- og styringssystemer.