Spændingsensor: Arbejdsprincip, Typer & Kredsløbsdiagram

Hvad er en spændingssensor

En spændingssensor er en sensor, der bruges til at beregne og overvåge mængden af spænding i et objekt. Spændingssensoren kan bestemme AC-spændingen eller DC-spændingsniveauet. Input til denne sensor er spændingen, mens output kan være skruer, analoge spændingssignaler, en strømsignal eller et hørbart signal.

Sensorene er enheder, der kan registrere eller identificere og reagere på visse typer elektriske eller optiske signaler. Implementeringen af en spændingssensor og strømsensor teknikker har blevet en fremragende valgmulighed i forhold til de konventionelle metoder til måling af strøm og spænding.

I denne artikel kan vi diskutere en spændingssensor i detaljer. En spændingssensor kan bestemme, overvåge og måle spændingsforsyningen. Den kan måle AC-niveauer og/eller DC-spændingsniveauer. Input til spændingssensoren er selve spændingen, og output kan være analoge spændingssignaler, skruer, hørbare signaler, analoge strømniveauer, frekvens eller endda frekvensmodulerede outputs.

Dvs., nogle spændingssensorer kan give sinus- eller pulsrekker som output, og andre kan producere amplitudemodulering, pulsbredde-modulering eller frekvensmodulering outputs.

I spændingssensorer er målingen baseret på en spændingsdeler. Der findes to hovedtyper af spændingssensorer: kapacitiv type spændingssensor og resistiv type spændingssensor.

Kapacitiv spændingssensor

Vi ved, at en kondensator består af to ledere (eller to plader); mellem disse plader bevares en ikke-ledende stof.

Den ikke-ledende materiale kaldes dielektrisk. Når en AC-spænding gives over disse plader, vil strøm starte at passere på grund af enten elektronernes attraktion eller repulsion via den modsatte plades spænding.

Feltet mellem pladerne vil oprette en kompleks AC-kredsløb uden nogen hardwareforbindelse. Sådan fungerer en kondensator.

Næste trin kan vi diskutere spændingsdeling i to kondensatorer, der er i serie. Normalt i seriekredsløb vil høj spænding udvikles over komponenten med høj impedans. I tilfælde af kondensatorer er kapacitans og impedans (kapacitiv reaktans) altid omvendt proportionale.

Forholdet mellem spænding og kapacitans er

Q → Ladning (Coulomb)
C → Kapacitans (Farad)
XC → Kapacitiv reaktans (Ω)
f → Frekvens (Hertz)

Fra de to relationer ovenfor kan vi klart sige, at den højeste spænding vil akkumulere sig over den mindste kondensator. Kondensator spændingssensore arbejder baseret på dette simple princip. Antag, at vi holder sensoren og placerer dens spids tæt på en liveleder.

Her indsætter vi det sensoriske element med høj impedans i en serie kapacitiv koblingskredsløb.

I øjeblikket er sensorens spids den mindste kondensator koblet til den live spænding. Dermed vil hele spændingen udvikle sig over det sensoriske kredsløb, som kan detektere spændingen, og lyset eller buzzer-indikatoren tændes—det er bagved de kontaktfrie spændingssensorer, du bruger hjemme.

Resistiv spændingssensor

Der findes to måder at konvertere resistansen af det sensoriske element til spænding. Den første er den enkleste metode, som er at give en spænding til et resistor delerkredsløb, der består af en sensor og en reference-resistor, som er vist nedenfor.

Den spænding, der udvikles over reference-resisten eller sensor, bliver bufferet og derefter givet til forstærkeren. Sensorens output spænding kan udtrykkes som

Dette kredsløbs ulempe er, at forstærkeren, der er til stede, vil forstærke hele spændingen, der udvikles over sensoren. Det er dog bedre at forstærke kun spændingsændringen på grund af ændringen i sensorens resistans, hvilket opnås ved den anden metode, der implementerer resistansbroen, som vist nedenfor.

Her er output spændingen

Når R1 = R, så bliver output spændingen omtrent

A → Forstærkningsfaktor for instrumentforstærker
δ → Ændring i resistansen af sensor, som er analog med en fysisk handling

I denne ligning skal forstærkningsfaktoren sættes højt, da kun spændingsændringen på grund af ændringen i sensorens resistans forstærkes.