سنسور های مقاومتی (تبدیل به سیگنال الکتریکی)

سنسور مقاومتی یک مبدل یا دستگاه الکترومکانیکی است که یک تغییر مکانیکی مانند جابجایی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. آن ها معمولاً در ابزار دقیق مورد استفاده قرار می گیرند. ساده ترین مثال از این سنسور مقاومتی، پتانسیومتر است. پیشنهاد میکنم ابتدا مقاله سنسور چیست را بخوانید.

عوامل موثر بر مقاومت

مقاومت یک ماده به چهار عامل بستگی دارد:

• سطح مقطع یا ضخامت
• طول
• دما
• رسانایی

براساس اصل سنسور های مقاومتی، طول رسانا با مقاومت رسانا رابطه مستقیم و با سطح مقطع رسانا رابطه عکس دارد. L برای طول رسانا، A برای سطح مقطع و R برای مقاومت آن مشخص می شود. ρ مقاومت ویژه است و برای ماده ای که در ساخت رسانا استفاده می شود ثابت است. بنابراین، با معادله زیر نمایش داده می شود:

که R مقاومت رسانا، A سطح مقطع ، L طول و ρ مقاومت ویژه رسانا است.

اگر نیاز به تغییر مقاومت یک ماده دارید، باید مقدار عوامل بالا را تغییر دهید. با دو برابر شدن طول ماده، مقاومت نیز به دلیل رابطه مستقیم با طول دو برابر می شود. با این حال، اگر سطح مقطع سیم را دو برابر کنید، مقاومت آن به نصف کاهش می یابد. تغییر رسانایی و دما بر مقاومت تأثیر نمی گذارد.

تشخیص تغییر مقاومت با سنسور مقاومتی

سنسور های مقاومتی تغییرات مقاومت را تشخیص می دهند. سنسور های مختلفی در بازار وجود دارد که عوامل مختلفی را در تشخیص مقاومت در نظر می گیرند.

نمونه هایی از برخی سنسور های مقاومتی عبارتند از:

• ترمیستور ها
• سنسور های فلکس
• مقاومت های سنجش نیرو
• مقاومت وابسته به نور (مقاومت نوری)

نمونه ای از یک مقاومت نوری در شماتیک بالا نشان داده شده است. از ماده طولی تشکیل شده است که مقاومت آن با توجه به سطح نور تغییر می کند. در این مثال، هرچه نور بیشتر باشد، مقاومت نیز کاهش می یابد.

ما نمی توانیم مستقیماً مقدار مقاومت را داشته باشیم اما می توانیم آن را با محاسبه ولتاژ پیدا کنیم. در شکل بالا مقاومت پایینی ثابت باقی می ماند و مقاومت بالایی یک سنسور است. ولتاژ بین مقاومت هایی که در دو جهت هستند، تقسیم می شود. از این رو، در صورت تغییر مقاومت، ولتاژ بالا و پایین می شود. با استفاده از قانون اهم می توانیم این تغییرات را در مقاومت تشخیص دهیم.

مقاومت نوری

مقاومت های نوری که به عنوان مقاومت های وابسته به نور (LDR) نیز شناخته می شوند، دستگاه های حساس به نور هستند. آن ها اغلب برای نشان دادن وجود یا عدم وجود نور استفاده می شوند. در نور کم مقاومت بسیار زیادی دارند و وقتی در معرض نور قرار می گیرند مقاومت آن ها به طرز چشمگیری افت می کند. مقاومت نوری از یک نیمه هادی با مقاومت بالا ساخته شده است به طوری که هنگامی که نور فرکانس بالا به دستگاه برخورد می کند، فوتون های جذب شده توسط نیمه هادی به الکترون های آزاد انرژی کافی می دهند تا به باند هدایت بپرند. وقتی این اتفاق می افتد، الکتریسته انتقال الکترون آزاد منجر به کاهش مقاومت می شود.

با افزایش نور، مقاومت یک مقاومت نوری کاهش می یابد. با قرار دادن مقاومت نوری در قسمت بالایی مدار تقسیم ولتاژ، با افزایش شدت نور خروجی تقسیم کننده ولتاژ افزایش می یابد.

ترمیستور ها

ترمیستور یک سنسور دما است که از مواد نیمه هادی تشکیل شده است و متناسب با یک تغییر کوچک در دما، یک تغییر بزرگ در مقاومت را اعمال می کند. می توان از آن برای تولید ولتاژ خروجی آنالوگ با تغییر در دمای محیط که از آن به عنوان مبدل نام برده می شود، استفاده کرد. این امر به دلیل تغییرات خارجی و فیزیکی گرما تغییری در خصوصیات الکتریکی آن ایجاد می کند.

ترمیستور ها مبدل های حرارتی حالت جامد با دو پایه هستند. آن ها با استفاده از نیمه هادی های حساس بر پایه اکسید های فلزی یا اتصالات متصل شده به دیسک (یا مهره) سرامیکی ساخته می شوند. این اجازه می دهد تا ترمیستور متناسب با تغییرات کوچک در دمای محیط، مقدار مقاومت خود را تغییر دهد. مقاومت آن به دما بستگی دارد. در صورت تغییر دما مقاومت ترمیستور ناپایدار خواهد بود. ترمیستور ها از مواد سرامیکی و نیمه رسانا مانند اکسید های منگنز، نیکل و کبالت ساخته شده اند.

انواع ترمیستور ها

ضریب دمای منفی (NTC) متداول ترین نوع ترمیستور است که مقاومت آن با افزایش دما کاهش می یابد. این رابطه یک مقاومت الکتریکی منفی در مقابل دما (R / T) است. این به این معنی است که حتی تغییرات جزئی در دما می تواند باعث تغییرات قابل توجهی در مقاومت الکتریکی آن ها شود. این امر آن ها را برای اندازه گیری و کنترل دقیق دما ایده آل می سازد.

ضریب دمای مثبت (PTC) دارای یک مقاومت است که با افزایش دما افزایش می یابد.

اگر در مثال بالا ولتاژ خروجی را در مقاومت ثابت R2 اندازه گیری کنید، ترمیستور دارای مقدار 10 کیلو اهم در 25 درجه سانتیگراد است. اگر دما را به 100 درجه سانتیگراد تغییر دهید، سپس مقاومت آن تا 674 اهم کاهش می یابد. بنابراین، ولتاژ خروجی با تغییر دما تغییر می کند و توسط معادله تقسیم ولتاژ استاندارد در زیر بدست می آید.