Rezistivni transducer

Definicija i funkcija otpornih pretvarača

Definicija: Otporni pretvarač je vrsta pretvarača u kojem se otpor menja u odgovoru na okružujuće uticaje. Promena otpora može se meriti pomoću uređaja za merenje izmeničnog (AC) ili jednosmernog (DC) struja. Ovaj polivalentni pretvarač se koristi za merenje različitih fizičkih veličina, uključujući temperaturu, pomak i vibracije.

Tачno merenje fizičkih veličina može biti složen zadatak. Otporni pretvarači pojednostavljaju ovaj proces konvertovanjem fizičkih veličina u promenljive otpore, koji lako mogu da se mere električnim merilima. Principe promene otpora široko se primenjuju u mnogim industrijskim postrojenjima, omogućavajući tačno praćenje i kontrolu raznovrsnih parametara.

Otporni pretvarači mogu da funkcioniraju kao primarni ili sekundarni pretvarači. Kao primarni pretvarač, oni prebacuju fizičke veličine u mehaničke signale. U svojoj ulozi sekundarnog pretvarača, direktno transformišu ove mehaničke ili druge ulazne signale u električne signale, čime omogućavaju dalju obradu i analizu.

Primer: Klizni otporni pretvarač

Razmotrite kola kliznog otpornog pretvarača, prikazanog na slici ispod. U ovom postrojenju, klizni kontakti su pozicionirani na otpornoj elementu. Kliznik je dizajniran da se kreće horizontalno. Dok se kliznik kreće, on menja vrednost otpora otpornog elementa pretvarača. Ova promena otpora zatim se detektuje i meri pomoću izvora napona označenog sa E. Ovaj jednostavan ali efikasan mehanizam pokazuje kako otporni pretvarači mogu prevesti mehanički pokret (oblik pomaka) u električni signal koji se može kvantifikovati i koristiti za razne svrhe, poput osećanja položaja u automatizovanoj mašineriji ili sistemima kontrole.

Otporni pretvarači: Pretvaranje signala, prednosti i radni princip
Pretvaranje signala

U otpornom pretvaraču, pomak kliznika efektivno se pretvara u električni signal. Ovaj proces pretvaranja dozvoljava kvantifikaciju i analizu fizičkih pokreta, čime otporni pretvarači postaju veoma korisni u širokom spektru merenja.

Prednosti otpornih pretvarača

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

• Polivalentnost u merenju: Sistematski izmenični (AC) i jednosmerni (DC) sistemi, bilo da koriste struju ili napon, dobro su prilagođeni za merenje promenljivog otpora ovih pretvarača. Ova adaptabilnost omogućava bezbednu integraciju sa različitim električnim postrojenjima, čime se olakšava lako ugrađivanje u postojeće sisteme merenja i kontrole.

• Brisak odgovora: Otporni pretvarači karakterišu se brzim vremenom odziva. Oni mogu brzo detektovati i reagovati na promene merene fizičke veličine, obezbeđujući skoro trenutni povrat. Ova brzinost je ključna u aplikacijama gde su tačno i na vreme merenja suštinske, kao što su dinamička praćenja i sistemi kontrole.

• Širok spektar opcija: Dostupni u širokom asortimanu veličina, otporni pretvarači mogu biti prilagođeni da se prilagode različitim prostornim ograničenjima i zahtevima aplikacija. Takođe, nude širok opseg otpora, omogućavajući merenje širokog spektra fizičkih veličina sa različitim magnitudama. Ova polivalentnost u veličini i opsegu otpora čini ih fleksibilnom izborom za mnoge inženjerske i naučne primene.

Radni princip otpornih pretvarača

Operativni princip otpornih elemenata pretvarača temelji se na fundamentalnom odnosu između električnog otpora, dužine voditelja i presjeka voditelja. Konkretno, otpor elementa pretvarača je direktno proporcionalan dužini voditelja i obrnuto proporcionalan njegovom presjeku. Dok fizičke promene, kao što su pomak ili varijacije temperature, deluju na pretvarač, one uzrokuju odgovarajuće promene u dužini ili presjeku otpornog elementa. Ove promene, na svoju stranu, rezultiraju modifikacijama vrednosti otpora, koje se mogu mjeriti i uspostaviti vezu s originalnom fizičkom veličinom koja se nadgleda.

Gdje R – otpor u ohmovima.

• A – površina presjeka voditelja u kvadratnim metrima.

• L – Dužina voditelja u metrima.

• ρ – specifični otpor materijala voditelja u ohm metrima.

Otporni pretvarač je dizajniran uzimajući u obzir varijacije dužine, površine i specifičnog otpora metala.

Primene otpornih pretvarača

Otporni pretvarači igraju ključnu ulogu u različitim oblastima zbog svoje sposobnosti da pretvaraju fizičke veličine u električne signale koristeći promene otpora. Evo nekih njihovih ključnih primena:

Potenciometri

I translacioni i rotacioni potenciometri su primjeri otpornih pretvarača. U ovim uređajima, dok se položaj kliznog kontakta (kliznika) menja, efektivna dužina otpornog elementa preko koje prolazi električna struja se odgovarajuće menja. Budući da je otpor direktno proporcionalan dužini voditelja (prema formuli R =ρL/A), ova varijacija dužine rezultira odgovarajućom promenom otpora. Ova karakteristika čini potenciometre veoma efikasnim za merenje pomaka, bilo da se radi o linearnom kretanju u slučaju translacionih potenciometara ili o uglu rotacije u slučaju rotacionih potenciometara. Često se koriste u aplikacijama kao što su džoistici za igračke konzole, senzori položaja u robotičkim rukama i kontrole glasnine u audio opremi.

Tenzometri

Tenzometri koriste piezoresistivni efekat, gde se otpor poluprovodnika ili metala unutar tenzometra menja kada se primeni mehanički napon. Kada vanjska sila uzrokuje deformaciju ili napon na materijal tenzometra, on mijenja fizičku strukturu na atomskom nivou, što u posljedice mijenja električni otpor. Tačnim merenjem ove promene otpora, inženjeri mogu tačno odrediti parametre kao što su pritisak, sila i pomak. Tenzometri se široko koriste u industrijskim granama poput avionike za nadzor strukture letelica, u automobilskom inženjerstvu za merenje sila na komponentama motora i u građevinarstvu za procenu stresa na mostove i zgrade.

Otporni termometri

Takođe poznati kao Otporni Temperaturni Detektori (RTD), otporni termometri funkcioniraju na principu da se električni otpor metala predvidljivo menja sa promenama temperature. Različiti metali pokazuju specifične karakteristike temperature-otpor, i kalibriranjem ove veze, ovi uređaji mogu pružiti visoko precizne merenja temperature. RTD-ovi su omiljeni u aplikacijama gde je tačna kontrola temperature ključna, kao što su industrijski proizvodni procesi, naučnoistraživački laboratoriji i klimatski kontrolisani okruženja. Oni nude izvanrednu stabilnost, ponovljivost i širok raspon merenja, čime postaju pouzdani izbor za zadatke merenja temperature.

Termistori

Termistori temelje se na principu da temperaturni koeficijent njihovog materijala znatno varira sa temperaturom. Za razliku od mnogih metala, termistori tipično imaju negativan temperaturni koeficijent (NTC). To znači da se sa porastom temperature, otpor termistora smanjuje na obrnut proporcionalan način. Termistori su izuzetno osjetljivi na promene temperature, što omogućava brza i tačna merenja temperature. Često se koriste u aplikacijama gde su potrebni kompaktni veličine, visoka osjetljivost i brza vremena odziva, kao što su termostat kontrole u kućanskim aparaturama, senzori temperature u hlađenju računara i medicinskih uređaja za praćenje telesne temperature.

U suštini, raznovrsni načini na koje se otpor metala i drugih materijala može menjati u odgovoru na fizička fenomena čine temelj primena otpornih pretvarača. Ova jedinstvena osobina omogućava tačno merenje i praćenje širokog spektra fizičkih veličina, čime otporni pretvarači postaju nezamenljivi komponenti u modernim sistemima merenja i kontrole.