Tarcie mechaniczne w elektronice

Jeżeli rzucilibyśmy kulkę w piaskownicy, to potoczyłaby się ona niezbyt daleko. Jeśli jednak tę samą kulkę rzucimy na zamarzniętą powierzchnię, to zanim by się zatrzymała, pokonałaby znaczną długość drogi. W obu przypadkach o zatrzymaniu kulki decyduje tarcie. Rezystancja w elektronice w dużym stopniu przypomina tarcie mechaniczne. Hamuje ona elektrony poruszające się wewnątrz materiału przewodzącego.

Co decyduje o poziomie rezystancji danego przedmiotu?

• Rodzaj materiału - siła, z jaką dany materiał stawia opór elektronom, określa jego rezystywność (opór właściwy). Rezystywność to cecha materiału odzwierciedlająca jego chemiczną strukturę.
• Przekrój materiału - rezystancja zmienia się odwrotnie w stosunku do pola powierzchni przekroju przewodnika (im większa średnica, tym mniejsza rezystancja).
• Długość materiału - im dłuższy materiał, tym większy stawia opór. Rezystancja rośnie wraz ze wzrostem długości przewodnika.
• Temperatura - w większości materiałów podwyższenie temperatury powoduje zwiększenie oporu elektrycznego. Wyjątkiem jest rezystor nazywany termistorem o charakterystyce NTC. W tym przypadku stawiany opór elektryczny zmniejsza się w przewidywalny sposób wraz ze wzrostem temperatury. Nietrudno więc sobie wyobrazić, jak bardzo ta cecha jest przydatna w układach czujników temperatury.

Czujniki rezystancyjne i ich zastosowanie

Czujnik rezystancyjny to przyrząd reagujący na zmianę temperatury zmianą rezystancji wbudowanego w nie rezystora. Zasada działania czujników rezystancyjnych opiera się na zjawisku zmiany rezystancji metali wraz z temperaturą. Ze wzrostem temperatury wzrasta również amplituda drgań jąder atomów oraz prawdopodobieństwo zderzeń elektronów swobodnych i jonów, co ze względu na hamowanie ruchu elektronów powoduje wzrost rezystancji.

Zazwyczaj wykorzystywane są czujniki rezystancyjne typu Pt100, których rezystancja wynosi 100 Ω przy temperaturze 0°C lub sensory typu Pt1000, o rezystancji 1000 Ω przy temperaturze 0°C. Oba typy przyrządów cechuje duża dokładność pomiarowa. Czujniki Pt100 i Pt1000 zapewniają szeroki zakres pomiarowy, liniowość charakterystyki pomiarowej, trwałość, dokładność oraz łatwość ich podłączenia.

Czujniki rezystancyjne wykorzystywane są m.in. w procesach rejestracji oraz regulacji takich urządzeń, jak piece hutnicze, hartownicze czy centralnego ogrzewania. Ponadto stosuje się je np. w budynkach pasywnych, w systemach klimatyzacji, laboratoriach, przemyśle spożywczym oraz rolnictwie.

Połączenia czujników rezystancyjnych

W celu kompensacji rezystancji przewodów podłączeniowych czujnik rezystancyjny może mieć różne systemy połączeń kabla z sensorem.

Układ 2-przewodowy

Łączenie czujnika z elektroniką przetwarzającą odbywa się w tym przypadku za pomocą kabla 2-przewodowego. Tak, jak każdy inny przewodnik elektryczny, kabel ten dysponuje rezystancją elektryczną połączoną szeregowo z czujnikiem temperatury. Tak więc dodawane są dwie rezystancje, zaś wynikiem jest systematycznie wyższe wskazanie temperatury. Z uwagi na to, że układ 2-przewodowy wymaga relatywnie dużego nakładu pracy, a także fakt, że nie uwzględnia się temperatury kabla pomiarowego, stosowanie takiego układu staje się co raz rzadsze.

Układ 3-przewodowy

W układzie trójprzewodowym dodatkowa żyła  jest doprowadzana do kontaktu z jednym końcem sensora rezystancyjnego. Daje to efekt w postaci dwóch obwodów pomiarowych, z których jeden jest używany jako odniesienie. Układ 3-przewodowy umożliwia kompensację zarówno wartości, jak i zależności temperaturowej rezystancji przewodów podłączeniowych. Układ 3-przewodowy jest obecnie jednym z najczęściej wykorzystywanych. 

Układ 4-przewodowy

Optymalnym sposobem połączenia, jaki może mieć obecnie czujnik rezystancyjny, jest układ 4-przewodowy. W tym przypadku wynik pomiaru nie zależy ani od rezystancji  przewodów podłączeniowych, ani od ich zmian temperaturowych.

Popularne czujniki rezystancyjne

Czujnik rezystancyjne JUMO to nieodłączne mierniki temperatury w wielu gałęziach przemysłu. Szeroka gama materiałów rur ochronnych, wariantów przyłączy procesowych czy typów przyłączy elektrycznych sprawia, że urządzenia JUMO to obecnie najchętniej wybierane czujniki rezystancyjne na rynku, które gwarantują wysoką odporność chemiczną, krótki czas reakcji, precyzję działania, odporność na wibracje, a także wymogi procesów higienicznych.

JUMO jest znanym na całym świecie producentem czujników temperatury, a jedną z podstawowych zalet firmy jest własna produkcja sensorów temperatury. Jest to niezwykle precyzyjna i wymagająca produkcja w pomieszczeniach czystych (cleanroom’ach) w celu zapewnienia jak największej jakości produktu finalnego. Sensory produkowane przez JUMO są sensorami cienkowarstwowymi Pt100, Pt1000 lyb Pt500 i występują w różnych klasach dokładności B, A, 1/3B, 1/10B. Na bazie sensorów JUMO produkuje czujniki rezystancyjne różnego rodzaju – wkręcane, wtykane, z kablem podłączeniowym, z głowicą przyłączeniową, które poza przemysłem można znaleźć w życiu codziennym np. w licznikach ciepła w każdym domu i mieszeniu, gdzie mierzona jest temperatura wody na wejściu i wyjściu układu.