ทรานซิสเตอร์แบบต้านทาน
คำนิยามและฟังก์ชันของทรานสดิวเซอร์แบบต้านทาน
คำนิยาม: ทรานสดิวเซอร์แบบต้านทานคือประเภทหนึ่งของทรานสดิวเซอร์ที่มีการเปลี่ยนแปลงของต้านทานตามอิทธิพลจากสิ่งแวดล้อม การเปลี่ยนแปลงของต้านทานสามารถวัดได้โดยใช้อุปกรณ์วัดกระแสไฟฟ้าสลับ (AC) หรือกระแสไฟฟ้าตรง (DC) ทรานสดิวเซอร์ที่มีความหลากหลายนี้ถูกนำมาใช้วัดปริมาณทางกายภาพต่างๆ รวมถึงอุณหภูมิ การเคลื่อนที่ และการสั่นสะเทือน
การวัดปริมาณทางกายภาพอย่างแม่นยำอาจเป็นงานที่ซับซ้อน ทรานสดิวเซอร์แบบต้านทานทำให้กระบวนการนี้ง่ายขึ้นโดยแปลงปริมาณทางกายภาพเป็นต้านทานที่สามารถวัดได้ง่ายโดยเครื่องวัดไฟฟ้า หลักการของการเปลี่ยนแปลงต้านทานนี้ได้รับการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมหลายแห่ง ทำให้สามารถตรวจสอบและควบคุมพารามิเตอร์ต่างๆ ได้อย่างแม่นยำ
ทรานสดิวเซอร์แบบต้านทานสามารถทำงานเป็นทรานสดิวเซอร์หลักหรือทรานสดิวเซอร์รอง ในฐานะทรานสดิวเซอร์หลัก มันแปลงปริมาณทางกายภาพเป็นสัญญาณกล ในบทบาทของทรานสดิวเซอร์รอง มันแปลงสัญญาณกลหรือสัญญาณอินพุตอื่นๆ ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยตรง ทำให้สามารถดำเนินการประมวลผลและวิเคราะห์เพิ่มเติมได้
ตัวอย่าง: ทรานสดิวเซอร์แบบต้านทานเลื่อน
พิจารณาวงจรของทรานสดิวเซอร์แบบต้านทานเลื่อน ดังแสดงในรูปด้านล่าง ในโครงสร้างนี้ ตัวติดต่อเลื่อนจะตั้งอยู่บนองค์ประกอบต้านทาน ตัวเลื่อนถูกออกแบบให้เคลื่อนที่ในแนวระนาบ เมื่อตัวเลื่อนเคลื่อนที่ มันจะเปลี่ยนแปลงค่าต้านทานขององค์ประกอบต้านทานของทรานสดิวเซอร์ การเปลี่ยนแปลงต้านทานนี้จะถูกตรวจจับและวัดโดยแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่ระบุว่า E กลไกที่เรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพนี้แสดงให้เห็นว่าทรานสดิวเซอร์แบบต้านทานสามารถแปลงการเคลื่อนที่เชิงกล (รูปแบบหนึ่งของการเคลื่อนที่) เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สามารถวัดและใช้งานได้สำหรับวัตถุประสงค์ต่างๆ เช่น การตรวจจับตำแหน่งในเครื่องจักรอัตโนมัติหรือระบบควบคุม
ทรานสดิวเซอร์แบบต้านทาน: การแปลงสัญญาณ ข้อดี และหลักการทำงาน
การแปลงสัญญาณ
ในทรานสดิวเซอร์แบบต้านทาน การเคลื่อนที่ของตัวเลื่อนถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ กระบวนการแปลงนี้ทำให้สามารถวัดและวิเคราะห์การเคลื่อนที่ทางกายภาพได้ ทำให้ทรานสดิวเซอร์แบบต้านทานมีประโยชน์อย่างมากในการวัดหลากหลาย
ข้อดีของทรานสดิวเซอร์แบบต้านทาน
ทรานสดิวเซอร์แบบต้านทานมีข้อดีหลายประการที่ทำให้ได้รับการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ:
หลักการทำงานของทรานสดิวเซอร์แบบต้านทาน
หลักการทำงานขององค์ประกอบทรานสดิวเซอร์แบบต้านทานอยู่บนความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างต้านทานไฟฟ้า ความยาวของตัวนำ และพื้นที่ตัดขวางของตัวนำ โดยเฉพาะ ต้านทานขององค์ประกอบทรานสดิวเซอร์มีความสัมพันธ์โดยตรงกับความยาวของตัวนำและมีความสัมพันธ์ผกผันกับพื้นที่ตัดขวาง เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เช่น การเคลื่อนที่หรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ กระทบต่อทรานสดิวเซอร์ จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในความยาวหรือพื้นที่ตัดขวางขององค์ประกอบต้านทาน การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในค่าต้านทาน ซึ่งสามารถวัดและเชื่อมโยงกับปริมาณทางกายภาพที่กำลังตรวจสอบ
เมื่อ R – ต้านทานในหน่วยโอห์ม
A – พื้นที่ตัดขวางของตัวนำในตารางเมตร
L – ความยาวของตัวนำในเมตร
ρ – ความต้านทานจำเพาะของตัวนำในวัสดุในหน่วยโอห์มเมตร
ทรานสดิวเซอร์แบบต้านทานถูกออกแบบโดยพิจารณาการเปลี่ยนแปลงของความยาว พื้นที่ตัดขวาง และความต้านทานจำเพาะของโลหะ
การใช้งานของทรานสดิวเซอร์แบบต้านทาน
ทรานสดิวเซอร์แบบต้านทานมีบทบาทสำคัญในหลายสาขา เนื่องจากความสามารถในการแปลงปริมาณทางกายภาพเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยอาศัยการเปลี่ยนแปลงของต้านทาน ดังต่อไปนี้คือการใช้งานหลักบางประการ:
พอตติโอมิเตอร์
ทั้งพอตติโอมิเตอร์แบบเคลื่อนที่และแบบหมุนเป็นตัวอย่างที่ดีของทรานสดิวเซอร์แบบต้านทาน ในอุปกรณ์เหล่านี้ เมื่อตำแหน่งของวาล์ว (ตัวติดต่อเลื่อน) เปลี่ยนแปลง ความยาวขององค์ประกอบต้านทานที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย เนื่องจากต้านทานมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความยาวของตัวนำ (ตามสูตร R =ρL/A) การเปลี่ยนแปลงความยาวนี้จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในต้านทาน คุณสมบัตินี้ทำให้พอตติโอมิเตอร์มีประสิทธิภาพในการวัดการเคลื่อนที่ ไม่ว่าจะเป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้นในกรณีของพอตติโอมิเตอร์แบบเคลื่อนที่หรือการหมุนในกรณีของพอตติโอมิเตอร์แบบหมุน พวกมันถูกใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น จอยสติ๊กสำหรับคอนโซลเกม สัญญาณตำแหน่งในแขนหุ่นยนต์ และปุ่มควบคุมระดับเสียงในอุปกรณ์เสียง
เกจวัดความเครียด
เกจวัดความเครียดใช้หลักการ piezoresistive ซึ่งต้านทานของสารกึ่งตัวนำหรือวัสดุโลหะภายในเกจจะเปลี่ยนแปลงเมื่อมีแรงกดดันทางกล เมื่อมีแรงภายนอกทำให้เกิดการยืดหรือความเครียดบนวัสดุของเกจวัดความเครียด จะทำให้โครงสร้างทางอะตอมเปลี่ยนแปลง ซึ่งจะทำให้ต้านทานไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงต้านทานนี้ วิศวกรสามารถวัดพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น แรงดัน แรง และการเคลื่อนที่ได้อย่างแม่นยำ เกจวัดความเครียดถูกใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อากาศยานสำหรับการตรวจสอบสุขภาพโครงสร้างอากาศยาน วิศวกรรมยานยนต์สำหรับวัดแรงบนชิ้นส่วนเครื่องยนต์ และวิศวกรรมโยธาสำหรับประเมินความเครียดบนสะพานและอาคาร
เทอร์โมมิเตอร์ต้านทาน
เทอร์โมมิเตอร์ต้านทาน หรือเรียกว่า RTD (Resistance Temperature Detectors) ทำงานบนหลักการที่ต้านทานไฟฟ้าของโลหะเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิอย่างมีระบบ โลหะต่างๆ มีคุณสมบัติความสัมพันธ์ระหว่างต้านทานและอุณหภูมิที่แตกต่างกัน และโดยการปรับเทียบความสัมพันธ์ระหว่างต้านทานและอุณหภูมิ เครื่องมือเหล่านี้สามารถให้การวัดอุณหภูมิที่แม่นยำ RTD ได้รับความนิยมในแอปพลิเคชันที่ต้องการการควบคุมอุณหภูมิอย่างแม่นยำ เช่น ในกระบวนการผลิตอุตสาหกรรม ห้องทดลองวิจัย และสภาพแวดล้อมที่ควบคุมอุณหภูมิ พวกมันมีความเสถียร ความซ้ำซ้อน และช่วงการวัดที่กว้าง ทำให้เป็นตัวเลือกที่เชื่อถือได้สำหรับงานวัดอุณหภูมิ
เทอร์มิสเตอร์
เทอร์มิสเตอร์ทำงานบนหลักการที่สัมประสิทธิ์อุณหภูมิของวัสดุมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากตามอุณหภูมิ ต่างจากโลหะส่วนใหญ่ เทอร์มิสเตอร์มักมีสัมประสิทธิ์อุณหภูมิลบ (NTC) หมายความว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ต้านทานของเทอร์มิสเตอร์จะลดลงอย่างผกผัน เทอร์มิสเตอร์มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสูง ทำให้สามารถวัดอุณหภูมิได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ พวกมันถูกใช้ในแอปพลิเคชันที่ต้องการขนาดกะทัดรัด ความไวสูง และเวลาตอบสนองที่รวดเร็ว เช่น ระบบควบคุมอุณหภูมิในเครื่องใช้ในบ้าน ตัววัดอุณหภูมิในระบบทำความเย็นคอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์ทางการแพทย์สำหรับวัดอุณหภูมิร่างกาย
โดยสรุป วิธีการที่ต้านทานของโลหะและวัสดุอื่นๆ เปลี่ยนแปลงตามปรากฏการณ์ทางกายภาพที่หลากหลายเป็นพื้นฐานของการใช้งานทรานสดิวเซอร์แบบต้านทาน คุณสมบัติที่โดดเด่นนี้ทำให้สามารถวัดและตรวจสอบปริมาณทางกายภาพที่หลากหลายได้อย่างแม่นยำ ทำให้ทรานสดิวเซอร์แบบต้านทานเป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้ในระบบวัดและควบคุมสมัยใหม่
