Uporni preobrazovalnik

Definicija in funkcija upornih pretvornikov

Definicija: Uporni pretvornik je vrsta pretvornika, pri katerem se upor spreminja v odgovor na okoljske vplive. Sprememba upora se lahko meri z napravami za merjenje izmeničnega (AC) ali enosmerne (DC) toka. Ta prilagodljiv pretvornik se uporablja za merjenje različnih fizikalnih količin, vključno s temperaturo, premikom in vibracijami.

Natančno merjenje fizikalnih količin je lahko zapletena naloga. Uporni pretvorniki poenostavijo ta postopek z pretvarjanjem fizikalnih količin v spremenljive upore, ki jih je mogoče enostavno meriti z električnimi merilniki. Načelo sprememb upora je našlo obsežno uporabo v mnogih industrijskih okoljih, kar omogoča natančno spremljanje in nadzor različnih parametrov.

Uporni pretvorniki lahko delujejo kot primarni ali sekundarni pretvorniki. Kot primarni pretvornik pretvarja fizikalne količine v mehanske signale. V svoji vlogi sekundarnega pretvornika neposredno preoblikuje te mehanske ali druge vhodne signale v električne signale, kar omogoča nadaljnjo obdelavo in analizo.

Primer: Klizni uporni pretvornik

Razmislite o vezju kliznega upornega pretvornika, kot je prikazano na spodnji sliki. V tej nastavitvi so klizni stiki postavljeni na upornem elementu. Kliznik je zasnovan, da se giblje vodoravno. Ko se kliznik premakne, spremeni vrednost upora upornega elementa pretvornika. Ta sprememba upora je nato zaznana in zmjerjena z napajalnim virjem označenim z E. Ta preprost in učinkovit mehanizem demonstrira, kako uporni pretvorniki lahko pretvorijo mehansko gibanje (vrsto premika) v električni signal, ki ga je mogoče kvantificirati in uporabiti za različne namene, kot je določanje lega v avtomatiziranih strojih ali sistemih za nadzor.

Uporni pretvorniki: Pretvorba signala, prednosti in delovanje
Pretvorba signala

V upornem pretvorniku je premik kliznika učinkovito preoblikovan v električni signal. Ta proces pretvorbe omogoča kvantifikacijo in analizo fizikalnih gibanj, kar uporne pretvornike naredi zelo uporabne v širokem spektru merilnih aplikacij.

Prednosti upornih pretvornikov

Uporni pretvorniki ponujajo več značilnih prednosti, ki prispevajo k njihovi obsežni uporabi v različnih industrijah:

• Versatilnost merilnih sposobnosti: Sistemi z izmeničnim (AC) in enosmerenim (DC) tokom, ne glede na to, ali uporabljajo tok ali napetost, so dobro prilagojeni za merjenje spremenljivega upora teh pretvornikov. Ta prilagodljivost omogoča hladnokrvno integracijo z raznimi električnimi nastavitvami, kar olajša enostavno vključevanje v obstoječe sisteme za merjenje in nadzor.

• Hiter odziv: Uporni pretvorniki so znani po svojem hitrem času odziva. Hitro zaznamejo in reagirajo na spremembe merjene fizikalne količine, kar zagotavlja skoraj trenutno povratno informacijo. Ta hitrost je ključna v aplikacijah, kjer so pravočasne in natančne meritve bistvene, kot so dinamični sistemi za spremljanje in nadzor.

• Širok spekter možnosti: Dostopni v obsežnem naboru velikosti, se uporni pretvorniki lahko prilagodijo različnim prostorskim omejitvam in zahtevam aplikacij. Poleg tega ponujajo širok obseg upor, kar omogoča merjenje širokega spektra fizikalnih količin z različnimi magnitudami. Ta prilagodljivost glede velikosti in obsega upora jih naredi fleksibilno izbiro za številne inženirske in znanstvene aplikacije.

Delovanje upornih pretvornikov

Operacijski princip upornih elementov pretvornikov temelji na osnovnem razmerju med električnim uporom, dolžino vodnika in prečnim prerezem vodnika. Natančneje, upor pretvornika je neposredno sorazmeren z dolžino vodnika in obratno sorazmeren s prečnim prerezem. Ko na pretvornik vplivajo fizikalne spremembe, kot so premiki ali spremembe temperature, povzročijo ustrezne spremembe v dolžini ali prečnem prerezu upornega elementa. Te spremembe na koncu povzročijo spremembe vrednosti upora, ki se lahko zmjerijo in povežejo z originalno fizikalno količino, ki se meri.

Kjer R – upor v ohmih.

• A – prečni prerez vodnika v kvadratnih metrih.

• L – Dolžina vodnika v metrovih.

• ρ – upornost vodnika v materijali v ohmometrih.

Uporni pretvornik je zasnovan z upoštevanjem sprememb dolžine, prečnega prereza in upornosti kovina.

Uporaba upornih pretvornikov

Uporni pretvorniki igrajo ključno vlogo v različnih področjih zaradi svoje zmogljivosti, da pretvarjajo fizikalne količine v električne signale z izkoriščanjem sprememb upora. Tukaj so nekatere njihove ključne uporabe:

Potenciometerji

Oba translacijska in rotacijska potenciometerja sta primerna primera upornih pretvornikov. V teh napravah, ko se spremeni položaj brisa (kliznega stika), se učinkovita dolžina upornega elementa, ki jo prečka električni tok, ustrezen odzivno spremeni. Ker je upor neposredno sorazmeren z dolžino vodnika (glej formulo R =ρL/A), ta sprememba dolžine povzroči ustrezno spremembo upora. Ta značilnost naredi potenciometerje zelo učinkovite za merjenje premikov, ali gre za linearno gibanje v primeru translacijskih potenciometerjev ali kotno vrtenje v primeru rotacijskih potenciometerjev. Široko se uporabljajo v aplikacijah, kot so joystickovi za igre, senzorji položaja v robotičnih rokah in regulatorji glasnosti v zvočnih napravah.

Teglovski elementi

Teglovski elementi izkoriščajo piezoresistiven učinek, pri katerem se upor polprevodniškega ali kovinskega materiala znotraj elementa spremeni, ko je nanj uporabljen mehanski teg. Ko zunanja sila povzroči deformacijo ali teg na materialu teglovsko elementa, spremeni fizično strukturo na atomskem nivoju, kar vodi do spremembe električnega upora. Z natančnim merjenjem te spremembe upora, inženirji lahko natančno določijo parametre, kot so tlak, sila in premik. Teglovski elementi so obsežno uporabljeni v industrijah, kot so letalstvo za spremljanje zdravja struktur letal, v avtomobilskem inženiringu za merjenje sil na motorju in v gradbeništvu za ocenjevanje stresa na mostovih in stavbah.

Uporni termometri

Tudi znani kot Uporni Temperaturni Detektorji (RTD), uporni termometri delujejo na načelu, da se električni upor kovinov spremenljivo spreminja s spremembami temperature. Različni kovini kažejo specifične karakteristike temperature-upor, in z kalibracijo relacije upor-temperatura, te naprave lahko zagotovijo zelo natančne merjenja temperature. RTD so priljubljeni v aplikacijah, kjer je bistvena natančna kontrola temperature, kot so industrijski proizvodni procesi, znanstveni raziskovalni laboratoriji in klimatsko kontrolirovana okolja. Ponujajo odlično stabilnost, ponovljivost in širok obseg merjenja, kar jih naredi zanesljivo izbiro za naloge merjenja temperature.

Termistorji

Termistorji temeljijo na načelu, da se temperaturni koeficient njihovega materiala značilno spreminja s temperaturo. Na razliko od večine kovin, imajo termistorji tipično negativni temperaturni koeficient (NTC). To pomeni, da se, ko se temperatura poviša, upor termistorja zmanjša v obratno sorazmernem razmerju. Termistorji so izjemno občutljivi na spremembe temperature, kar omogoča hitra in natančna merjenja temperature. Široko se uporabljajo v aplikacijah, kjer je potrebna kompaktna velikost, visoka občutljivost in hitri čas odziva, kot so termostatni regulatori v gospodinjskih aparaturah, temperaturni senzorji v hlačnih sistemih računalnikov in medicinskih napravah za spremljanje telesne temperature.

V bistvu, različni načini, kako se upor kovin in drugih materialov lahko spremeni v odgovor na fizikalne pojave, tvorijo temelj uporab upornih pretvornikov. Ta edinstvena lastnost omogoča natančno merjenje in spremljanje širokega spektra fizikalnih količin, kar naredi uporne pretvornike nezamenljivimi komponentami v sodobnih sistemih za merjenje in nadzor.