دی
انواع سنسورهای مقاومتی، ساختار، عملکرد و کاربردهای آن
در این مقاله به برسی انواع سنسورهای مقاومتی عملکرد وکاربرد آنها می پردازیم .
فهرست محتوا
- 1- سنسور یعنی چه؟
- ترانسدیوسر چیست؟
- 2- نحوه کار ترانسدیوسر مقاومتی
- دستگاه‌های اتصال لغزنده
- 3- پتانسیومتر
- پتانسیومتر چیست؟
- پتانسیومتر چطور کار می‌کند؟
- انواع پتانسیومترها
- پتانسیومتر چرخنده
- پتانسیومتر خطی
- کاربردهای پتانسیومتر
- کشش سنج
- فشار و استرس چیست؟
- اصول کار کشش سنج
سنسور یعنی چه؟
سنسورها دستگاه‌هایی هستند که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را شناسایی می‌کنند، که می‌تواند یک کمیت الکتریکی، نیرو یا فشار باشد. به عبارت دیگر، سنسورهای دستگاه‌هایی هستند که کمک می‌کنند سیگنالی از شیء یا انسان حس شود. پس از شناسایی، سیگنال‌ها به پردازنده ارسال می‌شوند. در نهایت، سنسور یک سیگنال خروجی تولید‌می‌کند که به سیگنال ورودی مرتبط‌است.
ترانسدیوسر (نیروگردان) چیست؟
ترانسدیوسر یک دستگاه/قطعه‌است که یک نوع انرژی را به نوع دیگر تبدیل‌می‌کند. در حالت کلی، خروجی آن معمولاً انرژی الکتریکی‌است. این دستگاه انواع مختلفی دارد، از جمله مقاومتی، سلفی، خازنی، فراصوتی، پیزوالکتریکی، فشار و غیره.
در ادامه چند نوع سنسور مقاومتی و ترانسدیوسر آمده‌است که با جزئیات کامل بررسی خواهد‌شد.
انواع سنسورهای مقاومتی و ترانسدیوسر‌ها
- ترانسدیوسر‌های مقاومتی
- پتانسیومترها
- کشش‌سنج
نحوه کار ترانسدیوسر مقاومتی
رایج‌ترین نوع ترانسدیوسر مورد‌استفاده، ترانسدیوسر با مقاومت متغیر‌است، که به آن سنسور مقاومتی نیز گفته‌می‌شود. این سنسور دما، فشار، جابه‌جایی، نیرو، ویبراسیون و غیره را اندازه‌گیری‌می‌کند. برای درک اصول کار، یک میله هادی را در نظر بگیرید. سنسورهای مقاومتی بر اساس همین اصول کار‌می‌کند، طول هادی به صورت مستقیم با مقاومت هادی و به صورت معکوس با مساحت هادی رابطه دارد. بنابراین L طول هادی، A مساحت هادی و R نیز مقاومت هادی است. ρ مقاومت ویژه‌است و تمام مواد مورد استفاده در ساخت هادی ثابت‌است.
مقاومت ترانسدیوسر با توجه به فاکتورهای محیطی خارجی و ویژگی‌های فیزیکی هادی متغیر‌است. دستگاه‌های AC یا DC برای اندازه‌گیری تغییرات مقاومت استفاده‌می‌شوند. ترانسدیوسر هم به عنوان ترانسدیوسر اولیه و هم به عنوان ترانسدیوسر ثانویه کار‌می‌کند. و ترانسدیوسر اولیه کمیت فیزیکی را به سیگنال مکانیکی تبدیل‌می‌کند. ترانسدیوسر ثانویه نیز سیگنال مکانیکی دریافتی را به سیگنال الکتریکی تبدیل‌می‌کند.
مثال
دستگاه‌های اتصال لغزنده
تمام ترانسدیوسر‌های مقاومتی با اتصال لغزنده از یک ترانسدیوسر طولانی تشکیل شده‌اند که طول آنها متغیر‌است. یک سمت ترانسدیوسر ثابت‌بوده و سمت دیگر آن به لغزنده یا براش متصل است که در طول کل هادی حرکت می‌کند. لغزنده به شی‌ای متصل است که جابه‌جایی آن باید اندازه‌گیری شود. وقتی نیرو به شیء اعمال‌شده و از مکان اولیه آن جابه‌جا می‌شود، لغزنده نیز در طول هادی تغییر مکان می‌دهد. به دلیل تغییر طول هادی، مقاومت آن نیز تغییر می‌کند. پتانسیومتر نوعی ترانسدیوسر است‌که بر اساس اتصال لغزنده کار‌می‌کند. پتانسیومترها برای اندازه‌گیری جابه‌جایی زاویه‌ای و خطی استفاده‌می‌شوند.
پتانسیومتر چیست؟
همچنین با نام پات نیز شناخته‌می‌شود و یک مقاومت متغیر با 3 ترمینال‌است. دو ترمینال ثابت و یک ترمینال متغیر. در این قطعه جریان با تغییر دستی مقاومت تغییر‌می‌کند. و پتانسیومتر عملکرد مقسم ولتاژ قابل تنظیم را ارائه‌می‌کند.
نحوه کار پتانسیومتر
یک دستگاه پسیو است‌که با تغییر جایگاه اسلایدر در طول کل هادی عمل‌می‌کند. ولتاژ تغذیه ورودی به طول کل مقاومت اعمال می‌شود. ولتاژ خروجی به صورت افت ولتاژ بین اتصال ثابت و قابل تغییر اندازه‌گیری‌می‌شود که در شکل زیر می‌بینیم. لغزنده به صورت دستی بر روی نوار مقاومتی تنظیم‌می‌شود که مقدار مقاومت بین 0 و مقدار بالاتر تغییر کند. وقتی مقاومت تغییر می‌کند، جریان عبوری از مدار نیز تغییر می‌کند، بنابراین بر اساس قانون اهم، مواد مقاومتی نیز تغییر‌می‌کند.
فرض کنید دو باتری از طریق گالوانومتر به صورت موازی به هم متصل شده‌است. سرهای منفی هر دو باتری و سرهای مثبت هر دو باتری به هم متصل شده‌اند. چون هر دو باتری دارای پتانسیل الکتریکی یکسانی‌است، جریانی از گالوانومتر عبور نخواهد کرد، و هیچ انحرافی وجود نخواهد داشت. مقاومت متغیر نیز بر اساس همین اصل کار‌می‌کند.
انواع پتانسیومترها
1- پتانسیومتر‌چرخشی:
ولتاژ تغذیه‌ی قابل تنظیم را می‌توان با استفاده از پتانسیومتر‌چرخشی به دست آورد. یک نمونه رایج کنترلر صوت ترانزیستور رادیویی‌است، که در آن تغذیه‌ی تقویت کننده از طریق گیره چرخنده مقاومت تنظیم می‌شود. کاربرد دیگری که پتانسیومتر دارد کنترل ولتاژ نرم توسط کاربر نهایی‌است.
2- پتانسیومتر‌خطی:
اصول کار آن همانند پتانسیومتر‌چرخشی‌است، اما تنها تفاوتی که وجود دارد تغییر خطی اسلایدر بر روی مقاومت‌است. سمت مقاومت به دو سر منبع ولتاژ وصل شده‌است. دو سر مدار خروجی نیز به ترمینال لغزنده و ترمینال مقاومت وصل شده‌است.
کاربردهای‌پتانسیومتر سنسورهای مقاومتی
- کنترل صوتی
- پتانسیومتر‌به عنوان مقسم ولتاژ
- تلوزیون
- ترانسدیوسر
- دستگاه اندازه‌گیری
- تنظیم‌کننده و کالیبراسیون
- مقایسه emf سلول باتری با سلول استاندارد
- اندازه‌گیری مقاومت داخلی سلول باتری
- اندازه‌گیری ولتاژ دردو سر شاخه‌ی یک مدار
کشش سنج‌ها
استرس و کشش چیست؟
وقتی نیرویی بر روی یک ماده اعمال‌می‌شود، فشار داخلی ماده اندازه‌گیری‌شده و با استرس بیان‌می‌شود. به دلیل وجود فشار داخلی، شکل تغییر خواهد کرد. استرس بر حسب تغییر نیرو به ازای هر واحد مساحت بیان‌می‌شود.
کشش به دلیل استرس ایجاد‌می‌شود. به دلیل اعمال استرس، ماده فشرده یا کشیده‌می‌شود. بنابراین، کشش به صورت نسبت تغییر طول تولیدی توسط نیرو، بر طول اولیه ماده تعریف می‌شود.
اصول کار کشش سنج
کشش سنج یک سنسور‌است، که به دلیل نیروی اعمال تغییر مقاومت می‌دهد. پارامترهایی مانند نیرو، فشار و غیره به مقاومت الکتریکی قابل اندازه‌گیری تبدیل می‌شوند. وقتی نیروی خارجی به شیء ثابت اعمال‌می‌شود، باعث ایجاد استرس و کشش‌می‌شود. پس در اینجا استرس به صورت مقاومت داخلی و کشش نیز جابه‌جایی و تغییر شکل آن‌است. اگر L1 طول اولیه هادی و L2 نیز طول هادی پس از نیروی اعمالی باشد، پس:
ε = (L2 – L1) / L1
وقتی استرس به هادی اعمال می‌شود، طول مساحت هادی تغییر‌می‌کند، و به دلیل آن مقاومت نیز تغییر‌می‌کند. یک پارامتر دیگر که تغییر می‌کند مقاومت ویژه هادی‌است. پس یک ویژگی با نام اثر پیزو مقاومت ایجاد‌می‌شود، که تغییرات مقاومت الکتریکی به دلیل کشش اعمالی را تعریف می‌کند. بنابراین، کشش سنج همچنین پیزو مقاومت سنج نیز نامیده می‌شوند.
مقالات مرتبط :
سنسور چیست؟ انواع سنسورها و کاربردهای آنها
سنسور خازنی و ترانسدیوسر و کاربردهای آن
لینک زبان اصلی مقاله :
Types of Resistive Sensors – Transducer, Potentiometer & Strain Gauge