Jännitesensori: Toimintaperiaate tyypit ja piirikaavio

Mikä on jännittensensori

Jännittensensori on sensori, jota käytetään jännitteen mittaamiseen ja valvomiseen objektissa. Jännittensensorit voivat määrittää vaihtojännitteen tai yksisuuntaisen jännitteen tason. Tämän sensorin syöte on jännite, kun taas sen ulostulo voi olla kytkimet, analoginen jännitet-signaali, virtasignaali tai äänimerkki.

Sensoreita ovat laitteet, jotka voivat havaita tai tunnistaa ja reagoida tietyntyyppisiin sähköisiin tai optisiin signaaleihin. Jännittensensorien ja virransensorien tekniikoiden käyttö on tullut erinomaiseksi valinnaksi perinteisille virran ja jännitteen mittaustavoille.

Tässä artikkelissa puhumme jännittensensorista yksityiskohtaisesti. Jännittensensori voi määrittää, valvoa ja mitata jännitteen tarjontaa. Se voi mitata vaihtojännitteen ja/tai yksisuuntaisen jännitteen tason. Jännittensensorin syöde on jännite itse, ja ulostulona voi olla analogiset jännitet-signaalit, kytkimet, äänimerkit, analogiset virratason signaalit, taajuus tai jopa taajuusmoduloidut ulostulot.

Toisin sanoen, jotkut jännittensensorit voivat tuottaa sinimuotoisia tai pulssisarjoja ulostuloksena, ja toiset voivat tuottaa amplitudimoduloidut, pulssileveydemoduloidut tai taajuusmoduloidut ulostulot.

Jännittensensorissa mittaus perustuu jännitelähdeosastoon. Kaksi pääasiallista jännittensensorin tyyppiä on saatavilla: kapasitiivinen jännittensensori ja resistiivinen jännittensensori.

Kapasitiivinen jännittensensori

Tiedämme, että kondensaattori koostuu kahdesta johtimesta (tai kahdesta levystä); näiden levysten välissä on sijoitettu ei-johtava materiaali.

Tätä ei-johtavaa materiaalia kutsutaan dielektrikoksi. Kun vaihtojännite annetaan näiden levysten yli, virta alkaa kulkea sähköjen vetovoiman tai repeämisen vuoksi vastakkaisen levyn jännitteen kautta.

Kenttä levysten välillä luo täydellisen vaihtovirtapiirin ilman mitään fyysistä yhteyttä. Näin kondensaattori toimii.

Seuraavaksi voimme keskustella jännitteen jakoista kahdessa sarjassa yhdistetyssä kondensaattorissa. Yleensä sarjapiireissä korkea jännite kehittyy komponentin, jolla on korkein impedanssi. Kondensaattoreissa kapasitanssi ja impedanssi (kapasitiivinen vastus) ovat aina käänteisessuhteessa.

Jännitteen ja kapasitanssin välinen suhde on

Q → Lataus (Coulomb)
C → Kapasitanssi (Farad)
XC → Kapasitiivinen vastus (Ω)
f → Taajuus (Hertz)

Yllä olevista kahdesta relaatiosta voidaan selvästi todeta, että korkein jännite kertyy pienimpään kondensaattoriin. Kondensaattori-jännittensensorit toimivat tämän yksinkertaisen periaatteen mukaan. Oletetaan, että pidämme sensoria ja asetamme sen kärken lähelle livejohtoa.

Tässä lisäämme korkean impedanssin omaavan havainnointielementin sarjalliseen kapasitiiviseen kytkentäpiiriin.

Nykyään sensorin kärki on pienin kondensaattori, joka kytketään livejännitteeseen. Siksi koko jännite kehittyy havainnointipiirin yli, joka voi havaita jännitteen, ja valo- tai äänimerkki syttyy—tämä on takana kotona käytettyjä kosketuksettomia jännittensensorit.

Resistiivinen jännittensensori

On olemassa kaksi tapaa muuttaa havainnointielementin vastusta jännitteeksi. Ensimmäinen on yksinkertaisin menetelmä, jossa annetaan jännite vastusjako-piiriin, joka koostuu sensorista ja viitevastuksesta, joka on esitetty alla.

Viitevastuksen tai sensorin yli kehittyvä jännite bufferöidään ja annetaan vahvistimeen. Sensorin ulostulujännite voidaan ilmaista seuraavasti

Tämän piirin haittapuoli on, että läsnäoleva vahvistin vahvistaa koko sensorin yli kehittyvän jännitteen. On kuitenkin parempi vahvistaa vain jännitteen muutos sensorin vastuksen muutoksen vuoksi, mikä saavutetaan toisella menetelmällä, jossa käytetään vastuspuikkoa, kuten alla olevassa kuvassa nähdään.

Tässä ulostulujännite on

Kun R1 = R, niin ulostulujännite muuttuu noin