Sensor Tegangan: Prinsip Kerja Jenis & Diagram Rangkaian

Apa Itu Sensor Tegangan

Sensor tegangan adalah sensor yang digunakan untuk menghitung dan memantau jumlah tegangan pada suatu objek. Sensor tegangan dapat menentukan tingkat tegangan AC atau DC. Input dari sensor ini adalah tegangan, sedangkan outputnya adalah saklar, sinyal tegangan analog, sinyal arus, atau sinyal audio.

Sensor adalah perangkat yang dapat merasakan atau mengidentifikasi dan bereaksi terhadap jenis tertentu dari sinyal listrik atau optik. Implementasi sensor tegangan dan teknik sensor arus telah menjadi pilihan yang baik untuk metode pengukuran arus dan tegangan konvensional.

Dalam artikel ini, kita dapat membahas sensor tegangan secara detail. Sensor tegangan dapat menentukan, memantau, dan mengukur pasokan tegangan. Ini dapat mengukur tingkat tegangan AC dan/atau DC. Input ke sensor tegangan adalah tegangan itu sendiri, dan outputnya bisa berupa sinyal tegangan analog, saklar, sinyal audio, tingkat arus analog, frekuensi, atau bahkan output modulasi frekuensi.

Artinya, beberapa sensor tegangan dapat memberikan output berupa rangkaian sinus atau pulsa, dan yang lainnya dapat menghasilkan output modulasi amplitudo, modulasi lebar pulsa, atau modulasi frekuensi.

Dalam sensor tegangan, pengukuran didasarkan pada pembagi tegangan. Dua jenis utama sensor tegangan tersedia: sensor tegangan kapasitif dan sensor tegangan resistif.

Sensor Tegangan Kapasitif

Kita tahu bahwa kapasitor terdiri dari dua konduktor (atau dua pelat); di antara kedua pelat tersebut, sebuah bahan non-konduktor diletakkan.

Bahan non-konduktif tersebut disebut dielektrik. Ketika tegangan AC diberikan di antara kedua pelat tersebut, arus akan mulai melewati karena tarikan atau tolakan elektron melalui tegangan pelat yang berlawanan.

Medan di antara pelat-pelat tersebut akan menciptakan rangkaian AC yang lengkap tanpa koneksi perangkat keras. Inilah cara kerja kapasitor.

Selanjutnya, kita dapat membahas pembagian tegangan dalam dua kapasitor yang berada dalam seri. Biasanya, dalam rangkaian seri, tegangan tinggi akan berkembang di komponen dengan impedansi tinggi. Dalam kasus kapasitor, kapasitansi dan impedansi (reaktansi kapasitif) selalu berbanding terbalik.

Hubungan antara tegangan dan kapasitansi adalah

Q → Muatan (Coulomb)
C → Kapasitansi (Farad)
XC → Reaktansi kapasitif (Ω)
f → Frekuensi (Hertz)

Dari kedua hubungan di atas, kita dapat menyatakan dengan jelas bahwa tegangan tertinggi akan terakumulasi di kapasitor terkecil. Sensor tegangan kapasitif bekerja berdasarkan prinsip sederhana ini. Pertimbangkan kita sedang memegang sensor dan kemudian menempatkan ujungnya dekat dengan konduktor hidup.

Di sini, kita memasukkan elemen sensor dengan impedansi tinggi ke dalam rangkaian kopling kapasitif seri.

Saat ini, ujung sensor adalah kapasitor terkecil yang dikopling ke tegangan hidup. Dengan demikian, seluruh tegangan akan berkembang di sirkuit sensor, yang dapat mendeteksi tegangan, dan indikator cahaya atau buzzer akan menyala—ini adalah di balik sensor tegangan non-kontak yang Anda gunakan di rumah.

Sensor Tegangan Resistif

Ada dua cara untuk mengubah resistansi elemen sensor menjadi tegangan. Yang pertama adalah metode termudah, yaitu memberikan tegangan ke rangkaian pembagi resistor yang terdiri dari sensor dan resistor referensi, seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Tegangan yang berkembang di seberang resistor referensi atau sensor dibuffer dan kemudian diberikan ke amplifier. Tegangan output sensor dapat dinyatakan sebagai

Kelemahan sirkuit ini adalah bahwa amplifier yang ada akan memperbesar seluruh tegangan yang berkembang di seberang sensor. Namun, lebih baik untuk hanya memperbesar perubahan tegangan akibat perubahan resistansi sensor, yang dicapai oleh metode kedua dengan menerapkan jembatan resistansi, seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Di sini, tegangan output adalah

Ketika R1 = R, maka tegangan output menjadi sekitar

A → Gain dari amplifier instrumen
δ → Perubahan resistansi sensor, yang analog dengan beberapa tindakan fisik

Dalam persamaan ini, gain harus diatur tinggi karena hanya perubahan tegangan akibat perubahan resistansi sensor yang diperbesar.