سنسور ولتاژ: اصل کار، انواع و نمودار مدار

چه چیزی است سنسور ولتاژ

سنسور ولتاژ یک سنسور است که برای محاسبه و نظارت بر مقدار ولتاژ در یک شیء استفاده می‌شود. سنسورهای ولتاژ می‌توانند سطح ولتاژ متناوب یا مستقیم را تعیین کنند. ورودی این سنسور ولتاژ است، در حالی که خروجی آن می‌تواند سوئیچ‌ها، سیگنال ولتاژ آنالوگ، سیگنال جریان یا سیگنال صوتی باشد.

سنسورها دستگاه‌هایی هستند که می‌توانند نوع خاصی از سیگنال‌های الکتریکی یا نوری را تشخیص داده و به آن‌ها واکنش نشان دهند. پیاده‌سازی سنسور ولتاژ و تکنیک‌های سنسور جریان به گزینه‌های عالی برای روش‌های سنتی اندازه‌گیری جریان و ولتاژ تبدیل شده‌اند.

در این مقاله، می‌توانیم درباره سنسور ولتاژ به طور دقیق بحث کنیم. سنسور ولتاژ می‌تواند سطح، نظارت و اندازه‌گیری ولتاژ تأمین شده را تعیین کند. این سنسور می‌تواند سطح ولتاژ متناوب و/یا مستقیم را اندازه‌گیری کند. ورودی به سنسور ولتاژ خود ولتاژ است و خروجی می‌تواند سیگنال‌های ولتاژ آنالوگ، سوئیچ‌ها، سیگنال‌های صوتی، سطوح جریان آنالوگ، فرکانس یا حتی خروجی‌های فرکانس-مدوله شده باشد.

به عبارت دیگر، بعضی از سنسورهای ولتاژ می‌توانند سینوس یا قطارهای پالس را به عنوان خروجی ارائه دهند و دیگران می‌توانند خروجی‌های مدولاسیون دامنه، پهنای پالس یا فرکانس مدوله شده تولید کنند.

در سنسورهای ولتاژ، اندازه‌گیری بر اساس تقسیم‌کننده ولتاژ است. دو نوع اصلی سنسور ولتاژ موجود است: سنسور ولتاژ نوع ظرفیتی و سنسور ولتاژ نوع مقاومتی.

سنسور ولتاژ نوع ظرفیتی

ما می‌دانیم که یک کندانسور شامل دو ماده رسانا (یا دو صفحه) است؛ بین این صفحات، یک ماده غیررسانا قرار دارد.

آن ماده غیررسانا دی‌الکتریک نامیده می‌شود. وقتی یک ولتاژ متناوب به این صفحات اعمال می‌شود، جریان به دلیل جذب یا دفع الکترون‌ها از طریق ولتاژ صفحه مقابل شروع می‌شود.

میدان بین صفحات یک مدار AC کامل بدون هیچ اتصال سخت‌افزاری ایجاد می‌کند. این چگونگی عملکرد یک کندانسور است.

بعداً می‌توانیم درباره تقسیم ولتاژ در دو کندانسور که در سری هستند بحث کنیم. معمولاً در مدارهای سری، ولتاژ بالا در مؤلفه با امپدانس بالا ایجاد می‌شود. در مورد کندانسورها، ظرفیت و امپدانس (واکنش ظرفیتی) همیشه با هم معکوس تناسب دارند.

رابطه بین ولتاژ و ظرفیت به صورت زیر است

Q → بار (کولن)
C → ظرفیت (فاراد)
XC → واکنش ظرفیتی (اهم)
f → فرکانس (هرتز)

از این دو رابطه می‌توانیم به وضوح بگوییم که بالاترین ولتاژ در کندانسور کوچکتر تجمع می‌یابد. سنسورهای ولتاژ کندانسوری بر اساس این اصل ساده کار می‌کنند. فرض کنید ما سنسور را در دست داریم و سپس نوک آن را نزدیک یک رسانا زنده قرار می‌دهیم.

در اینجا، ما عنصر حسگر با امپدانس بالا را به یک مدار کوپل‌کننده سری کندانسوری وارد می‌کنیم.

در حال حاضر، نوک سنسور کوچکترین کندانسور کوپل‌شده به ولتاژ زنده است. بنابراین، تمام ولتاژ در مدار حسگر توسعه می‌یابد که می‌تواند ولتاژ را تشخیص دهد و نشان‌گر نور یا بلرزه روشن می‌شود—این پشت سنسورهای ولتاژ بدون تماسی است که در خانه استفاده می‌کنید.

سنسور ولتاژ نوع مقاومتی

دو روش برای تبدیل مقاومت عنصر حسگر به ولتاژ وجود دارد. اولین روش ساده‌ترین روش است که شامل اعمال ولتاژ به مدار تقسیم‌کننده مقاومتی است که شامل یک سنسور و یک مقاومت مرجع است، که در زیر نشان داده شده است.

ولتاژ ایجاد شده در مقاومت مرجع یا سنسور بافته می‌شود و سپس به تقویت‌کننده داده می‌شود. ولتاژ خروجی سنسور می‌تواند به صورت زیر بیان شود

نقیصه این مدار این است که تقویت‌کننده موجود تمام ولتاژ ایجاد شده در سنسور را تقویت می‌کند. اما بهتر است فقط ولتاژ تغییر یافته به دلیل تغییر در مقاومت سنسور تقویت شود، که این امر با استفاده از روش دوم با پل مقاومتی انجام می‌شود، که در زیر نشان داده شده است.

در اینجا، ولتاژ خروجی است