Sensore di Tensione: Principio di Funzionamento, Tipi e Diagramma del Circuito

Cos'è un Sensore di Tensione

Un sensore di tensione è un sensore utilizzato per calcolare e monitorare l'ammontare di tensione in un oggetto. I sensori di tensione possono determinare il livello di tensione alternata o continua. L'ingresso di questo sensore è la tensione, mentre l'uscita può essere interruttori, segnali di tensione analogici, segnali di corrente o segnali udibili.

I sensori sono dispositivi che possono rilevare o identificare e reagire a certi tipi di segnali elettrici o ottici. L'implementazione di un sensore di tensione e di tecniche di sensori di corrente è diventata una scelta eccellente per i metodi di misurazione tradizionali di corrente e tensione.

In questo articolo, possiamo discutere in dettaglio di un sensore di tensione. Un sensore di tensione può determinare, monitorare e misurare l'offerta di tensione. Può misurare il livello di tensione alternata e/o continua. L'ingresso al sensore di tensione è la tensione stessa, e l'uscita può essere segnali di tensione analogica, interruttori, segnali udibili, livelli di corrente analogica, frequenza o persino uscite modulate in frequenza.

Cioè, alcuni sensori di tensione possono fornire treni di impulsi sinusoidali o pulsanti come uscita, e altri possono produrre uscite con modulazione d'amplitude, modulazione di larghezza d'impulso o modulazione in frequenza.

Nei sensori di tensione, la misurazione si basa su un divisore di tensione. Sono disponibili due principali tipi di sensori di tensione: sensore di tensione capacitivo e sensore di tensione resistivo.

Sensore di Tensione Capacitivo

Sappiamo che un condensatore è composto da due conduttori (o due piastre); tra queste piastre, viene mantenuto un non conduttore.

Quel materiale non conduttore è chiamato dielettrico. Quando una tensione alternata è applicata attraverso queste piastre, il corrente inizierà a passare a causa dell'attrazione o repulsione degli elettroni attraverso la tensione della piastra opposta.

Il campo tra le piastre creerà un circuito AC completo senza alcuna connessione hardware. È così che funziona un condensatore.

Successivamente, possiamo discutere la divisione di tensione in due condensatori in serie. Di solito, nei circuiti in serie, la tensione elevata si sviluppa attraverso il componente con alta impedenza. Nel caso dei condensatori, la capacità e l'impedenza (reattanza capacitiva) sono sempre inversamente proporzionali.

La relazione tra tensione e capacità è

Q → Carica (Colombo)
C → Capacità (Farad)
XC → Reattanza capacitiva (Ω)
f → Frequenza (Hertz)

Dalle due relazioni sopra, possiamo chiaramente affermare che la tensione più alta si accumulerà sul condensatore più piccolo. I sensori di tensione a condensatore funzionano basandosi su questo semplice principio. Consideriamo di tenere il sensore e poi di posizionarne la punta vicino a un conduttore attivo.

Qui, stiamo inserendo l'elemento di sensazione ad alta impedenza in un circuito accoppiante capacitivo in serie.

Attualmente, la punta del sensore è il condensatore più piccolo accoppiato alla tensione attiva. Pertanto, tutta la tensione si svilupperà nel circuito di sensazione, che può rilevare la tensione, e l'indicatore luminoso o acustico si accenderà—questo è dietro i sensori di tensione a contatto non diretto che usi a casa.

Sensore di Tensione Resistivo

Esistono due modi per convertire la resistenza dell'elemento di sensazione in tensione. Il primo è il metodo più semplice, che consiste nell'applicare una tensione al circuito divisore di resistenze composto dal sensore e da una resistenza di riferimento, rappresentato qui sotto.

La tensione sviluppata attraverso la resistenza di riferimento o il sensore è bufferizzata e poi data all'amplificatore. La tensione di uscita del sensore può essere espressa come

Il difetto di questo circuito è che l'amplificatore presente amplificherà tutta la tensione sviluppata attraverso il sensore. Tuttavia, sarebbe meglio amplificare solo la variazione di tensione dovuta alla variazione della resistenza del sensore, che è ottenuta con il secondo metodo implementando il ponte di resistenza, come mostrato qui sotto.

Qui, la tensione di uscita è

Quando R1 = R, allora la tensione di uscita diventa approssimativamente

A → Guadagno dell'amplificatore strumentale
δ → Variazione della resistenza del sensore, che è analoga a qualche azione fisica

In questa equazione, il guadagno deve essere impostato alto perché solo