Резистивный датчик представляет собой преобразователь или электромеханическое устройство, которое преобразует один вид энергии (тепловую энергию, механическое воздействие, свет), в другой — электрический сигнал. В дальнейшем этот сигнал можно отследить и обработать, например, с помощью микроконтроллера.
Термисторы, фоторезисторы и потенциометры являются распространенными примерами резистивных датчиков.
Факторы, влияющие на сопротивление
Сопротивление материала зависит от четырех факторов:
- Площадь поперечного сечения или толщина
- Длина
- Температура
- Проводимость
Длина проводника прямо пропорциональна сопротивлению проводника и обратно пропорциональна площади проводника. L обозначает длину проводника, S — площадь проводника, а R — сопротивление проводника. ρ — удельное сопротивление, оно постоянное для материала, используемого в качестве проводника. Таким образом, взаимосвязь этих факторов представлено уравнением ниже:
R — сопротивление проводника, S — площадь проводника, l — длина проводника, ρ — удельное сопротивление проводника.
Если вам нужно изменить сопротивление материала, то вы можете изменить значение вышеуказанных факторов. Например, при изменении длины сопротивление изменяется прямо пропорционально. То есть, удвоение длины проводника также удвоит его сопротивление. Однако, если вы удвоите площадь поперечного сечения, то его сопротивление уменьшится вдвое.
Обнаружение изменений сопротивления с помощью резистивных датчиков
Резистивные датчики реагируют на некие внешние воздействия изменением своего сопротивления. На рынке доступны различные датчики, которые учитывают различные факторы при определении сопротивления.
Примеры некоторых датчиков резистивного типа:
- Резистивные датчики температуры — Термисторы
- Резистивные датчики гибкости
- Резистивные силовые датчики
- Резистивные светозависимые датчики- фоторезисторы
- Резистивные датчики угла поворота
- Резистивные датчики уровня топлива
- Резистивные датчики положения
- Резистивные датчики влажности
- Резистивные датчики давления
- Резистивные тензометрические датчики
Пример светозависимого резистора показан на схеме выше. Он состоит из материала, сопротивление которого изменяется в зависимости от уровня освещенности. В этом примере чем ярче свет, тем меньше сопротивление фоторезистора.
Мы не можем получить значение сопротивления напрямую, но мы можем найти его, рассчитав выходное напряжение.
Сопротивление нижнего резистора R1 остается постоянным. Верхний — это фоторезистор, наш датчик освещенности. Входное напряжение делится между постоянным резисторам и фоторезистором. Следовательно, если сопротивление изменяется, напряжение будет увеличиваться и уменьшаться. Мы можем обнаружить эти изменения сопротивления, используя закон Ома.
Более подробно про расчет сопротивлений делителя напряжения вы можете прочитать в этой статье.
Фоторезисторы
Фоторезисторы, также известные как светочувствительные резисторы (LDR), являются светочувствительными устройствами. Они чаще всего используются как датчики освещенности: например, помогают определить день сейчас или ночь.
Про фоторезистор есть короткая статья здесь.
При слабом освещении их сопротивление очень велико и резко падает при воздействии света.
Изготовлен он из высокоомного полупроводника, так что, когда свет достаточно высокой частоты попадает на устройство, фотоны, поглощаемые полупроводником, дают связанным электронам достаточно энергии, чтобы перейти в зону проводимости. Когда это происходит, образовавшиеся свободные электроны начинают лучше проводят электричество, тем самым снижая сопротивление.
Сопротивление фоторезистора уменьшается по мере увеличения света, падающего на его поверхность. При размещении фоторезистора в верхней части делителя напряжения выходное напряжение делителя напряжения увеличивается по мере увеличения интенсивности света.
Термисторы
Термистор — это устройство, изготовленное из полупроводникового материала, которое изменяет свое сопротивление пропорционально изменению температуры. Его можно использовать для получения аналогового выходного напряжения при изменении температуры окружающей среды.
Термисторы представляют собой твердотельные термочувствительные электронные компоненты с двумя выводами. Они построены с использованием чувствительных полупроводников. Это позволяет термистору изменять свое значение сопротивления пропорционально даже небольшим изменениям температуры окружающей среды.
Типы термисторов
- Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) является наиболее распространенным типом термистора, сопротивление которого падает при повышении температуры. Он имеет отрицательную зависимость электрического сопротивления от температуры (R/T). Это значит, что даже небольшие изменения температуры могут вызвать значительные изменения электрического сопротивления. Это делает их хорошими датчиками для измерения и контроля температуры.
- Термистор с положительным температурным коэффициентом (PTC) это тип термистора, сопротивление которого увеличивается с температурой.
На приведенном выше примере, номинал термистора составляет 10 кОм при 25 °C. Если вы измеряете выходное напряжение на постоянном резисторе R2 при 25 °C, то значение напряжения будет равняться около ~2.5 вольта, так как входное напряжение в +5 В будет поровну разделено между NTC-термистором 10 кОм и постоянным резистором R2 = 10 кОм.
А вот если, например, температура повысится до 100 °C, то сопротивление термистора упадет, приблизительно, до ~620 Ом. Это приведет к росту выходного напряжение на резисторе R2.
Выходное напряжения описывается приведенным ниже стандартным уравнением делителя напряжения.
Надеюсь, эта статья помогла вам лучше понять, как работают резистивные датчики.
Документация
- Даташит на фоторезистор 55 серии
- Даташит на NTC-термистор MF52
- Даташит на PTC-термистор MZ5
- Даташит на PTC-термистор MZ6
Компоненты
- Фоторезисторы (5мм, 6 видов)
- Фоторезисторы (5 видов по 10 штук)
- NTC-термисторы MF52AT 20 штук
- NTC-термисторы 10 номиналов по 10 штук
- PTC-термисторы серий MZ5, MZ6, MZ8
