TRADUCTOARE REZISTIVE

TRADUCTOARE REZISTIVE

Traductoarele resistive sunt acelea care functioneaza pe baza variatiei rezistentei unui resistor in functie de marimea de masurat,marimea de iesire fiind deci o rezistenta electrica.    l

R = ρ

s

care da valoarea rezistentei si in care:

ρ - rezistivitatea [Ω ·mm²/m] ;

l -lungimea [m];

s -sectiunea[mm²];

Din relatia de mai sus se observa ca rezistenta R creste proportional cu cresterea rezistivitatii ρ si lungimea l si cu scaderea sectiunii s ,adica se poate scrie:

ΔR l s

―- = ―― + ―― - ―― .

R l s

1. Traductoare reostatice

Traductoarele reostatice sunt cele mai raspandite traductoare resistive, fiind realizate sub forma unor reostatte speciale al caror cursor este deplasat de marimea de masurat.Variatia rezistentei se realizeaza deci prin varierea lungimii l a rezistorului (reostatului).Traductoarele reostatice se ultilizeaza pentru masurarea deplasarii liniare d sau a altor marimi care, la randul lor ,sunt trandformate in deplasare.

Un traductor reostatic este prezentat schematic intocmai ca un reostat.

● In figura 1.1 se prezinta ca exemplu un traductor reostatic de presiune.

Presiunea de masurat P este aplicata unui burduf metalic special B (capsula manometrica),care reprezinta de fapt elementul sensibil al traductorului si care se deplaseaza in sus ,pe masura ce presiunea creste, deplasand prin tija T cursorul reostatului R. Asadar, rezistenta Rx obtinuta intre bornele c si a va creste odata cu cresterea presiunii P, se realizeaza un circuit electric ca cel din figura, si anume: rezistentei totale Ro I se aplica o tensiune constanta Uo ,iar voltmetrul V este legat "potentiometric" intre bornele c si a (pe rezistenta Rx). In consecinta, voltmetrul V va indica tensiunea Ux, proportionala cu rezistenta Rx, deci cu deplasarea d, care la randul sau depinde de presiunea P.Scara voltmetrului este gradata direct in unitati de masura ale presiunii(atm).

Traductoare termorezistive

Traductoarele termorezistive, sau cum se mai numesc, termorezistentele, sunt rezistoare sensibile la temperatura ,confectionate din materiale conductoare sau semiconductoare a caror rezistivitate ρ variaza cu temperatura .Prin urmare , variatia rezistentei se realizeaza de aceasta data prin variatia rezistivitatii.

● Termorezistentele conductoare (metalice) sunt confectionate din metale pure, cum sunt fierul ,cuprul,nichelul sau platina ,avand coeficientul de temperatura cuprins intre 3,7. 10ˉ ³ si 6,5 . 10ˉ ³ 1/ ° C. Aceasta inseamna ca la o crestere a temperaturii de 100 ° C rezistenta materialului creste cu 37-65 %.

Variatia rezistentei metalelor in functie de temperatura este liniara pentru temperaturi de 100-200 ° C, fiind exprimata prin relatia:

Rt = Ro (1 + αΔθ )

In care: Rt este valoarea finala a rezistentei (Ω);

Ro - valoarea intiala a rezistentei (Ω);

Δθ - variatia de temperatura (° C) ;

α - sensibilitatea relativa, (1/° C);

● Termorezistentele semiconductoare ,numite si termistoare,sunt confectionate prin presare din oxizii,carburile sau sulfurile unor metale ca: nichel,cupru,plumb,magneziu etc. Rezistivitatea acestor materiale este incomparabil mai mare decat cea a metalelor ( de

12

10 10 ori mai mare),insa , spre deosebire de metale ,rezistenta termistoarelor Rt scade cu cresterea temperaturii.

Fig. 1.1 Traductor reostatic de presiune     Fig.1.2 Variatia rezistivitatii

termorezistentelor

OBSERVATIE

La 0 K (zero absolut) rezistivitatea termistoarelor devine infinita , in timp ce rezistivitatea conductoarelor devine zero (fenomenul de "supraconductivitate").

In figura 1.2 este prezentata variatia rezistentei unei termorezistente conductoare si a unor semiconductoare in functie de temperatura .In cazul termorezistentelor semiconductoare , variatia este incomparabil mare mare decat in cazul termorezistentelor conductoare,mai ales in domeniul temperaturilor negative pe scara celsius.Din acest motiv, termistoarele sunt folosite mai ales pentru masurarea temperaturilor joase.De exemplu ,pentru o incalzire de la 0° C la 100° C, o termorezistenta data ,confectionata din cupru (conductor),isi variaza rezistenta de la 100 Ω la 140Ω,in timp ce alta din oxid cupros (cuproxid)-care este semiconductor -scade de la 100Ω la 5 Ω.

●Termorezistentele folosite la termometre. Termorezistentele termometrelor se construiesc fie din conductoare(metalice), fie din semiconductoare (termistoare).In ambele cazuri,curentul de masurare Io se alege suficient de mic astfel ca sa nu produca incalzirea acestora prin efect Joule-Lenz.

Rezistentele metalice se confectioneaza de obicei din sarma de cupru,nichel sau platina cu diametre de circa 0,1 mm si de lungimi care sa asigure rezistente normale de 50 sau 100Ω.

Sarma se bobineaza pe carcase de mica,portelan sau cuart si uneori,cand mediul de masurare este 'agresiv"(ataca materialul termorezistientei), se introduc in teci metalice de protectie.

Termometrele cu termistoare au valori nominale cuprinse intre 1000 Ω si 200 000Ω si sunt utilizate in special in domeniu temperaturilor negative scara celsius ,datorita sensibilitatii mari a acestora .

Termorezistentele de cupru fabricate la IEA se folosesc pentru masurarea temperaturilor in domeniu 0-120° C si prezinta in acest domeniu o variatie liniara cu temperatura.

Termorezistentele de platina fabricate la IEA sunt utilizate pentru masurarea temperaturilor cuprinse intre -200 ° C si +500° C.

Toate termorezistentele fabricate la IEA sunt utilizate ca traductoare de temperatura unificate prin cuplarea lor cu adaptoare formate din blocuri de gama tip H 72 (o termorezistenta) sau de tip H 77 (doua termorezistente) si cu amplifcarea cu modulator tip ELT 160 .Se obtine astfel la iesire un semnal unificat i= 210 m A c.c. corespunzator domeniului de variatie al temperaturii.

Traductoare electrolitice

Traductoare electrolitice sunt de asemenea traductoare rezistive si permit masurarea concentratiei electrolitilor pe baza masurarii conductivitatii (rezistivitatii) electrice a acestora.

Elementul snsibil al unui traductor electrolitic este realizat in principiu sub forma a doi eletrozi plan-paraleli E1 si E2 asemanatori unui condensator plan, printre care trece solutia a carei concentratie c trebuie masurata.

☺OBSERVATIE.Intregul ansamblu constituie de fapt o rezistenta lichida de forma paralelipipedica de lungime l0(cm) si sectiune so (cm²).

Prin masurarea rezistentei necunoscute Rx se masoara implicit conductivitatea necunoscuta σ 1

-

Ωcm

Deci 1 . lo

Rx = - - ;

σx so

1 . lo

σx = -- -- ;

Ro so

Deoarece conductivitatea σ x depinde dupa o anumita lege de concentratie c a solutiei

Σx = f1(c),

relatia devine: Rx + f2 (c)

In figura 2.15 este prezentata dependenta σ = f(c) pentru diferite solutii (la temperatura θ= 18°C).

Traductorul electrolitic de concentratie (traductor electroconductor) fabricat de IEA,tip W 16.ELT 730 este destinat masurarii concentratiei solutiilor de acid sulfuric ,de soda caustica etc. Elementul sensibil W 16 este format dintr-o "celula" de masurare avand urma unui corp de ventil cu flanse pentru a fi racordat in circuitul unei conducte .

In interiorul celulei se afla doi electrozi de platina care determina impreuna cu lichidul de analizat ce circula prin conducta rezistenta necunoscuta Rx.Rezistenta Rx inseriata cu rezistenta "de balast" alimentata de diagonala AB a unei punti Wheatstone dezechilibrate urmate din rezistentele R1,R2,R3 si Rc. Rezisenta este de fapt termorezistenta si este plasata chiar in solutie.

Puntea este alimentata in diagonala CD cu o tensiune constanta la o frecventa de 4 kHz (oscilator) .tensiunea Ux cara apare la bornele rezistentei Rx este data de expresia:

UAB

U x = ----- . Rx .

r + Rx

La temperatura constanta ,termorezistenta Rc ,are valoare constanta ,puntea prezinta un anumit grad de dezechilibru si,deoarece Uo este constant ,rezulta ca si UAB este constant:

R Rc - R R

UAB = Uo ------- .

(R1+Rc) (R2 +R3)

Tinand seama de relatiile (2.20) si (2.21) , se poate deduce ca la temperatura constanta rezulta:

Ux = f3 (Rx) .

Tensiunea Ux proportionala cu rezistenta masurata Rx este amplificata ,fiind transformata in semnal unificat i= 210 mA c.c cu ajutorul adaptorului tip ELT 730 ( care contine si oscilatorul).

In cazul in care concentratia solutiei ramane neschimbata insa i se modifica temperatura θ ,conductivitatea σ x se modifica in sensul de crestere cu temperatura la o valoare σ`x , dupa o lege liniara:

σ′x = x ( 1+ . ) ,

in care Δθ este variatia de temperature fata de situatia anterioara;

ν - coeficientul de variatie a conductivitatii.

Ca urmare (in cazul cresterii temperaturii) Rx scade la o valoare R′x ceea ce ar avea ca efect o scadere a tensiunii Ux ,deci o eroare de masurare.In acest caz intervine termorezistenta "de compensare" Re care crescand cu temperatura (R′c > Re) produce cresterea tensiunii UAB (U′AB > UAB) - v.relatia (2.21) - astfel ca relatia (2.20) devine:

U′AB

Ux= -- R′x = constant,

r + R′x

adica tensiunea Ux ramane neschimbata daca concentratia nu s-a modificat .

La IEA se mai fabrica si o alta varianta de element sensibil ("detector electrocuonductometric") numit W 44,realizat sub forma unei "sonde" ( se poate introduce pintr-un orificiu intr-o conducta ) prevazuta cu gauri ,in interiorul careia se afla atat electrozii pentru constituirea rezistentei Rx,cat si rezistenta de compensare Re (fig 2.17).