전압 센서: 작동 원리, 유형 및 회로도

전압 센서란?

전압 센서는 객체의 전압 양을 계산하고 모니터링하는 데 사용되는 센서입니다. 전압 센서는 AC 전압 또는 DC 전압 수준을 결정할 수 있습니다. 이 센서의 입력은 전압이며, 출력은 스위치, 아날로그 전압 신호, 전류 신호 또는 청각 신호입니다.

센서는 특정 유형의 전기적 또는 광학적 신호를 감지하거나 식별하고 반응할 수 있는 장치입니다. 전압 센서 및 전류 센서 기술의 구현은 기존의 전류 및 전압 측정 방법에 대한 훌륭한 선택이 되었습니다.

이 글에서는 전압 센서에 대해 자세히 논의할 것입니다. 전압 센서는 공급 전압을 결정, 모니터링, 측정할 수 있습니다. AC 수준과/또는 DC 전압 수준을 측정할 수 있습니다. 전압 센서의 입력은 전압 자체이며, 출력은 아날로그 전압 신호, 스위치, 청각 신호, 아날로그 전류 수준, 주파수 또는 심지어 주파수 변조 출력일 수 있습니다.

즉, 일부 전압 센서는 사인 또는 펄스 트레인을 출력으로 제공할 수 있으며, 다른 센서는 진폭 변조, 펄스 폭 변조 또는 주파수 변조 출력을 생성할 수 있습니다.

전압 센서에서 측정은 전압 분배기 기반입니다. 두 가지 주요 유형의 전압 센서가 있습니다: 용량형 전압 센서와 저항형 전압 센서.

용량형 전압 센서

우리는 캐패시터가 두 개의 도체(또는 두 개의 플레이트)로 구성되어 있고, 이 플레이트 사이에는 비도체가 배치되어 있다는 것을 알고 있습니다.

그 비도체는 다이lektrik이라고 합니다. AC 전압을 이러한 플레이트에 걸면, 전자들의 인력이나 반발력 때문에 대척 플레이트의 전압을 통해 전류가 통하게 됩니다.

플레이트 사이의 필드는 하드웨어 연결 없이 완전한 AC 회로를 형성합니다. 이것이 캐패시터의 작동 원리입니다.

다음으로, 직렬로 연결된 두 개의 캐패시터에서의 전압 분배에 대해 논의해 보겠습니다. 일반적으로 직렬 회로에서는 고임피던스 컴포넌트에 높은 전압이 발생합니다. 캐패시터의 경우, 용량과 임피던스(캐패시터 반응)는 항상 역비례합니다.

전압과 용량 간의 관계는 다음과 같습니다

Q → 전하 (쿨롱)
C → 용량 (파라)
XC → 캐패시터 반응 (옴)
f → 주파수 (헤르츠)

위의 두 관계로부터, 가장 작은 캐패시터에 가장 높은 전압이 축적된다는 것을 명확히 말할 수 있습니다. 캐패시터 전압 센서는 이 간단한 원리에 기반하여 작동합니다. 센서를 들고 살아있는 도체 근처에 그 팁을 놓는다고 가정해 보겠습니다.

여기서 우리는 고임피던스 감지 요소를 직렬 캐패시터 결합 회로에 삽입하고 있습니다.

현재, 센서의 팁은 생활 전압에 연결된 가장 작은 캐패시터입니다. 따라서 전체 전압이 감지 회로에 발생하며, 이는 전압을 감지하고, 조명 또는 부저 표시기가 켜집니다. 이것이 집에서 사용하는 접촉 없는 전압 센서의 원리입니다.

저항형 전압 센서

감지 요소의 저항을 전압으로 변환하는 두 가지 방법이 있습니다. 첫 번째 방법은 가장 간단한 방법으로, 센서와 참조 저항으로 구성된 저항 분배 회로에 전압을 제공하는 것입니다. 아래에 표시되어 있습니다.

참조 저항 또는 센서에 발생하는 전압은 버퍼링되어 증폭기에 제공됩니다. 센서의 출력 전압은 다음과 같이 표현할 수 있습니다

이 회로의 단점은 증폭기가 센서 전체에 걸린 모든 전압을 증폭한다는 것입니다. 그러나 센서의 저항 변화로 인한 전압 변화만 증폭하는 것이 더 좋습니다. 이를 위해 저항 교차 회로를 구현하는 두 번째 방법이 있습니다. 아래에 표시되어 있습니다.

여기서 출력 전압은

R1 = R 일 때, 출력 전압은 대략

A → 계측 증폭기의 게인
δ → 센서의 저항 변화, 이는 어떤 물리적 행동과 유사함

이 방정식에서 게인은 센서의 저항 변화로 인한 전압 변화만 증폭하기 때문에 높게 설정해야 합니다.