Senzor napětí: Pracovní princip, typy a obvodový diagram

Co je senzor napětí

Senzor napětí je čidlo používané k měření a monitorování množství napětí v objektu. Senzory napětí mohou určit úroveň střídavého nebo stejnosměrného napětí. Vstupem tohoto čidla je napětí, zatímco výstupem mohou být spínací prvky, analogový signál napětí, proudový signál nebo akustický signál.

Čidlo jsou zařízení, která mohou vnímat nebo rozpoznávat a reagovat na určité typy elektrických nebo optických signálů. Implementace senzoru napětí a proudu se stala vynikající volbou pro tradiční metody měření proudu a napětí.

V tomto článku si můžeme podrobněji popsat senzor napětí. Senzor napětí může určit, monitorovat a měřit dodávku napětí. Může měřit úroveň střídavého a/nebo stejnosměrného napětí. Vstup do senzoru napětí je samotné napětí, a výstup může být analogový signál napětí, spínací prvky, akustické signály, analogové úrovně proudu, frekvence nebo dokonce frekvenčně modulované výstupy.

To znamená, že některé senzory napětí mohou poskytnout sinusové nebo pulsní řady jako výstup, a jiné mohou produkovat amplitudovou modulaci, šířkovou modulaci pulsu nebo frekvenční modulaci.

U senzorů napětí je měření založeno na dělicím obvodu. Dostupné jsou dvě hlavní typy senzorů napětí: kapacitivní senzor napětí a rezistivní senzor napětí.

Kapacitivní senzor napětí

Víme, že kondenzátor se skládá ze dvou vodičů (nebo dvou desek); mezi těmito deskami je umístěn nevodič.

Tento nevodič se nazývá dielektrik. Když se na tyto desky přiloží střídavé napětí, začne průchod proudem díky buď atrakci nebo odrazu elektronů skrze napětí na opačné desce.

Pole mezi deskami vytvoří kompletní střídavý obvod bez jakékoli hardwarové spojení. Takhle funguje kondenzátor.

Následně můžeme diskutovat o dělení napětí v dvou kondenzátorech, které jsou v sérii. Obvykle v sériových obvodech se vyšší napětí vyvine napříč komponentou s vysokou impedancí. U kondenzátorů jsou kapacitance a impedancí (kapacitivní reaktance) vždy nepřímo úměrné.

Vztah mezi napětím a kapacitancí je

Q → Náboj (Coulomb)
C → Kapacitance (Farad)
XC → Kapacitivní reaktance (Ω)
f → Frekvence (Hertz)

Z těchto dvou vztahů můžeme jasně říci, že nejvyšší napětí se shromáždí napříč nejmenším kondenzátorem. Senzory napětí na základě kondenzátorů fungují na tomto jednoduchém principu. Představme si, že držíme senzor a pak ho přibližujeme k živému vodiči.

Zde vkládáme čidlo s vysokou impedancí do sériového kondenzátorového obvodu.

Právě teď je čidlo nejmenším kondenzátorem spojeným s živým napětím. Tedy celé napětí se vyvine napříč čidlem, které může detekovat napětí, a světelný nebo buzzerový indikátor se zapne—toto je základ nepřímých senzorů napětí, které používáte doma.

Rezistivní senzor napětí

Existují dva způsoby, jak převést odpor čidlo na napětí. První způsob je nejjednodušší, a to poskytnout napětí rezistorovému děličovému obvodu složenému z čidlo a referenčního rezistoru, jak je znázorněno níže.

Napětí vyvinuté napříč referenčním rezistorem nebo čidlo je buferováno a poté předáno zesilovači. Výstupní napětí čidlo lze vyjádřit jako

Nevýhodou tohoto obvodu je, že zesilovač amplifikuje celé napětí vyvinuté napříč čidlo. Je však lepší amplifikovat pouze změnu napětí způsobenou změnou odporu čidlo, což je dosaženo druhým způsobem implementací odporového mostu, jak je znázorněno níže.

Zde je výstupní napětí

Když R1 = R, pak výstupní napětí se stane přibližně