Sensor de tensió: Principi de funcionament, tipus i diagrama de circuit
Què és un sensor de tensió
Un sensor de tensió és un sensor utilitzat per calcular i monitorar la quantitat de tensió en un objecte. Els sensors de tensió poden determinar el nivell de tensió AC o DC. La entrada d'aquest sensor és la tensió, mentre que la sortida són els interruptors, una senyal de tensió analògica, una senyal de corrent o una senyal audible.
Els sensors són dispositius que poden detectar o identificar i reaccionar a certs tipus de senyals elèctrics o òptics. La implementació d'un sensor de tensió i tècniques de sensor de corrent han esdevingut una excel·lent opció per als mètodes convencionals de mesura de corrent i tensió.
En aquest article, podem discutir un sensor de tensió amb detall. Un sensor de tensió pot determinar, monitorar i mesurar l'abastament de tensió. Pot mesurar el nivell AC i/o DC. La entrada al sensor de tensió és la tensió mateixa, i la sortida pot ser senyals de tensió analògica, interruptors, senyals audibles, nivells de corrent analògic, freqüència o fins i tot sortides modulades en freqüència.
És a dir, alguns sensors de tensió poden proporcionar sèries de sinus o impulsos com a sortida, i altres poden produir sortides de modulació d'amplitud, modulació de llargada d'impuls o modulació de freqüència.
En els sensors de tensió, la mesura es basa en un divisor de tensió. Hi ha dos tipus principals de sensors de tensió disponibles: sensor de tensió capacitiva i sensor de tensió resistiva.
Sensor de tensió capacitiva
Sabem que un condensador està compost per dos conductors (o dues plaques); entre aquestes plaques, es manté un no conductor.
Aquest material no conductor es denomina dielèctric. Quan es proporciona una tensió AC a través d'aquestes plaques, el corrent començarà a passar degut a l'atracció o repulsió dels electrons a través de la tensió de la placa oposada.
El camp entre les plaques crearà un circuit AC complet sense cap connexió de maquinari. Així és com funciona un condensador.
A continuació, podem discutir la divisió de tensió en dos condensadors en sèrie. Normalment, en circuits en sèrie, una alta tensió es desenvoluparà a través del component amb alta impedància. En el cas dels condensadors, la capacitance i l'impedància (reactància capacitiva) són sempre inversament proporcionals.
La relació entre la tensió i la capacitance és
Q → Càrrega (Coulomb)
C → Capacitance (Farad)
XC → Reactància capacitiva (Ω)
f → Freqüència (Hertz)
Des d'aquestes dues relacions, podem afirmar clarament que la major tensió es acumularà a través del condensador més petit. Els sensors de tensió capacitiva funcionen basant-se en aquest principi simple. Considerem que estem agafant el sensor i després col·locant-ne la punta prop d'un conductor en actiu.
Aquí, estem inserint l'element de detecció d'alta impedància en un circuit de couplament capacitiva en sèrie.
Actualment, la punta del sensor és el condensador més petit acoblada a la tensió en actiu. Així, tota la tensió es desenvoluparà a través del circuit de detecció, que pot detectar la tensió, i l'indicador de llum o buzzer es posarà en marxa—això és el que hi ha darrere dels sensors de tensió sense contacte que utilitzeu a casa.
Sensor de tensió resistiva
Hi ha dues formes de convertir la resistència de l'element de detecció a tensió. La primera és el mètode més simple, que consisteix a proporcionar una tensió al circuit divisor de resistència compost pel sensor i una resistència de referència, que es representa a continuació.
La tensió desenvolupada a través de la resistència de referència o del sensor s'amplifica i després es dóna a l'amplificador. La tensió de sortida del sensor es pot expressar com
El inconvenient d'aquest circuit és que l'amplificador present amplificarà tota la tensió desenvolupada a través del sensor. Tanmateix, seria millor amplificar només el canvi de tensió degut al canvi de la resistència del sensor, el que es aconsegueix amb el segon mètode implementant el pont de resistència, com es mostra a continuació.
Aquí, la tensió de sortida és
Quan R1 = R, llavors la tensió de sortida es converteix aproximadament en
A → Ganancia de l'amplificador d'instrumentació
δ → Canvi en la resistència del sensor, que és anàleg a alguna acció física
En aquesta equació, la ganancia ha de ser elevada perquè només
