Резистивный преобразователь

Определение и функции резистивных преобразователей

Определение: Резистивный преобразователь — это тип преобразователя, в котором сопротивление изменяется в ответ на воздействие окружающей среды. Изменение сопротивления можно измерить с помощью устройств для измерения переменного (AC) или постоянного (DC) тока. Этот универсальный преобразователь используется для измерения различных физических величин, таких как температура, перемещение и вибрация.

Точное измерение физических величин может быть сложной задачей. Резистивные преобразователи упрощают этот процесс, преобразуя физические величины в переменные сопротивления, которые легко измеряются электрическими приборами. Принцип изменения сопротивления нашел широкое применение во многих промышленных условиях, обеспечивая точный мониторинг и контроль различных параметров.

Резистивные преобразователи могут функционировать как первичные, так и вторичные преобразователи. В качестве первичного преобразователя они преобразуют физические величины в механические сигналы. В роли вторичного преобразователя они непосредственно преобразуют эти механические или другие входные сигналы в электрические сигналы, облегчая дальнейшую обработку и анализ.

Пример: Скользящий резистивный преобразователь

Рассмотрим схему скользящего резистивного преобразователя, показанную на рисунке ниже. В этой схеме скользящие контакты расположены на резистивном элементе. Ползунок предназначен для горизонтального перемещения. При движении ползунка изменяется значение сопротивления резистивного элемента преобразователя. Это изменение сопротивления затем обнаруживается и измеряется источником напряжения, обозначенным как E. Этот простой, но эффективный механизм демонстрирует, как резистивные преобразователи могут переводить механическое движение (форма перемещения) в электрический сигнал, который можно количественно оценить и использовать для различных целей, таких как определение положения в автоматизированном оборудовании или системах управления.

Резистивные преобразователи: преобразование сигнала, преимущества и принцип работы
Преобразование сигнала

В резистивном преобразователе перемещение ползунка эффективно преобразуется в электрический сигнал. Этот процесс преобразования позволяет количественно оценивать и анализировать физические движения, что делает резистивные преобразователи очень полезными в широком диапазоне измерительных приложений.

Преимущества резистивных преобразователей

Резистивные преобразователи предлагают несколько значимых преимуществ, которые способствуют их широкому использованию в различных отраслях:

• Универсальная измерительная способность: Обе системы переменного (AC) и постоянного (DC) тока, будь то использующие ток или напряжение, хорошо подходят для измерения переменного сопротивления этих преобразователей. Эта адаптивность обеспечивает бесшовную интеграцию с различными электрическими установками, облегчая легкую интеграцию в существующие системы измерения и управления.

• Быстрый отклик: Резистивные преобразователи характеризуются быстрым временем отклика. Они могут быстро обнаруживать и реагировать на изменения измеряемой физической величины, предоставляя почти мгновенную обратную связь. Эта скорость крайне важна в приложениях, где необходимы своевременные и точные измерения, таких как динамический мониторинг и системы управления.

• Широкий спектр вариантов: Доступные в широком ассортименте размеров, резистивные преобразователи могут быть адаптированы к различным пространственным ограничениям и требованиям применения. Кроме того, они предлагают широкий диапазон сопротивлений, позволяя измерять широкий спектр физических величин с различными значениями. Эта гибкость в размерах и диапазоне сопротивлений делает их универсальным выбором для многочисленных инженерных и научных приложений.

Принцип работы резистивных преобразователей

Основной принцип работы резистивных элементов преобразователей основан на фундаментальной зависимости между электрическим сопротивлением, длиной проводника и площадью поперечного сечения проводника. Конкретно, сопротивление элемента преобразователя прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально его площади поперечного сечения. Когда на преобразователь действуют физические изменения, такие как перемещение или изменения температуры, они вызывают соответствующие изменения в длине или площади поперечного сечения резистивного элемента. Эти изменения, в свою очередь, приводят к модификации значения сопротивления, которое можно измерить и коррелировать с исходной физической величиной, подлежащей мониторингу.

Где R — сопротивление в омах.

• A — площадь поперечного сечения проводника в квадратных метрах.

• L — длина проводника в квадратных метрах.

• ρ — удельное сопротивление материала проводника в ом-метрах.

Резистивный преобразователь проектируется, учитывая вариации длины, площади и удельного сопротивления металла.

Применение резистивных преобразователей

Резистивные преобразователи играют ключевую роль в различных областях благодаря своей способности преобразовывать физические величины в электрические сигналы, используя изменения сопротивления. Вот некоторые из их основных применений:

Потенциометры

Оба типа потенциометров — линейные и вращающиеся — являются примерами резистивных преобразователей. В этих устройствах, когда меняется положение щетки (скользящего контакта), эффективная длина резистивного элемента, через которую проходит электрический ток, также изменяется. Поскольку сопротивление прямо пропорционально длине проводника (по формуле R = ρL/A), это изменение длины приводит к соответствующему изменению сопротивления. Эта характеристика делает потенциометры высокоэффективными для измерения перемещения, будь то линейное движение в случае линейных потенциометров или угловое вращение в случае вращающихся потенциометров. Они широко используются в таких приложениях, как джойстики для игровых консолей, датчики положения в роботизированных манипуляторах и регуляторы громкости в аудиооборудовании.

Датчики деформации

Датчики деформации используют пьезорезистивный эффект, при котором сопротивление полупроводникового или металлического материала внутри датчика изменяется при применении механической деформации. Когда внешняя сила вызывает деформацию или напряжение материала датчика, она изменяет физическую структуру на атомарном уровне, что, в свою очередь, изменяет электрическое сопротивление. Точно измеряя это изменение сопротивления, инженеры могут точно определить параметры, такие как давление, сила и перемещение. Датчики деформации широко применяются в таких отраслях, как авиация для мониторинга состояния конструкций самолетов, в автомобильной инженерии для измерения сил на компонентах двигателей, и в гражданском строительстве для оценки напряжений на мостах и зданиях.

Резистивные термометры

Также известные как резистивные датчики температуры (RTD), резистивные термометры работают на принципе, согласно которому электрическое сопротивление металлов предсказуемо изменяется в зависимости от температуры. Разные металлы демонстрируют специфические температурно-резистивные характеристики, и, калибруя зависимость сопротивления от температуры, эти устройства могут обеспечивать высокоточные измерения температуры. RTD предпочитаются в приложениях, где требуется точный контроль температуры, таких как в промышленных производственных процессах, научных исследовательских лабораториях и климатически контролируемых средах. Они обладают отличной стабильностью, повторяемостью и широким диапазоном измерений, что делает их надежным выбором для задач измерения температуры.

Термисторы

Термисторы основаны на принципе, что температурный коэффициент их материала значительно изменяется с температурой. В отличие от многих металлов, термисторы обычно имеют отрицательный температурный коэффициент (NTC). Это означает, что при увеличении температуры сопротивление термистора уменьшается в обратно пропорциональной манере. Термисторы чрезвычайно чувствительны к изменениям температуры, что позволяет выполнять быстрые и точные измерения. Они широко используются в приложениях, где требуется компактный размер, высокая чувствительность и быстрое время отклика, таких как терморегуляторы для бытовых приборов, датчики температуры в системах охлаждения компьютеров и медицинские устройства для мониторинга температуры тела.

В сущности, разнообразные способы, которыми сопротивление металлов и других материалов изменяется в ответ на физические явления, формируют основу для применения резистивных преобразователей. Это уникальное свойство позволяет точно измерять и мониторить широкий спектр физических величин, делая резистивные преобразователи незаменимыми компонентами в современных системах измерения и управления.