Spanningsensor: Werkingsprincipe, Types & Schakeling

Wat is een Spanningsensor

Een spanningsensor is een sensor die wordt gebruikt om de hoeveelheid spanning in een object te meten en te bewaken. Spanningssensoren kunnen het wisselspanningsniveau of gelijkspanningsniveau bepalen. De ingang van deze sensor is de spanning, terwijl de uitgang schakelaars, een analoge spansignaal, een stroomsignaal of een hoorbaar signaal kan zijn.

Sensoren zijn apparaten die bepaalde soorten elektrische of optische signalen kunnen detecteren of identificeren en daarop reageren. De implementatie van spanningssensoren en stroomsensortechnieken is een uitstekende keuze geworden voor conventionele stroom- en spanningsmetingstechnieken.

In dit artikel zullen we een spanningssensor in detail bespreken. Een spanningssensor kan de toegestane spanning bepalen, bewaken en meten. Het kan het wisselspanningsniveau en/of het gelijkspanningsniveau meten. De ingang van de spanningssensor is de spanning zelf, en de uitgang kan analoge spansignalen, schakelaars, hoorbare signalen, analoge stroomniveaus, frequenties of zelfs frequentiegemoduleerde uitgangen zijn.

Dat wil zeggen, sommige spanningssensoren kunnen sinus- of pulstreinen als uitgang geven, en anderen kunnen amplitude-modulatie, pulsbreedtemodulatie of frequentiemodulatie-uitgangen produceren.

Bij spanningssensoren is de meting gebaseerd op een spantingdeler. Er zijn twee hoofdtypen spanningssensoren beschikbaar: capacitieve type spanningssensor en resistieve type spanningssensor.

Capacitieve Spanningsensor

We weten dat een condensator bestaat uit twee geleiders (of twee platen); tussen deze platen bevindt zich een niet-geleider.

Dat niet-geleidende materiaal wordt dielectric genoemd. Wanneer er een wisselspanning over deze platen wordt aangebracht, zal stroom beginnen te stromen door de aantrekkings- of afstotingskracht van elektronen via de spanning van de tegenovergestelde plaat.

Het veld tussen de platen zal een volledig wisselspanningscircuit creëren zonder enige hardwareverbinding. Zo werkt een condensator.

Vervolgens kunnen we de spanningverdeling in twee seriegeschakelde condensatoren bespreken. Gewoonlijk ontwikkelt zich in serieschakelingen een hoge spanning over het component met de hoogste impedantie. In het geval van condensatoren zijn capaciteit en impedantie (capacitieve reactantie) altijd omgekeerd evenredig.

De relatie tussen spanning en capaciteit is

Q → Lading (Coulomb)
C → Capaciteit (Farad)
XC → Capacitieve reactantie (Ω)
f → Frequentie (Hertz)

Uit de bovenstaande twee relaties kunnen we duidelijk stellen dat de hoogste spanning zich zal opbouwen over de kleinste condensator. De capacitive spanningssensoren werken op basis van dit eenvoudige principe. Stel dat we de sensor vasthouden en de tip ervan bij een levende geleider plaatsen.

Hier voegen we het meetelement met hoge impedantie in een seriecapacitieve koppelingsschakeling in.

Momenteel is de tip van de sensor de kleinste gekoppelde condensator aan de levende spanning. Dus zal de hele spanning zich opbouwen over het meetcircuit, wat de spanning kan detecteren, en het licht- of zoemerindicator wordt ingeschakeld—dit is de werking achter de contactloze spanningssensoren die u thuis gebruikt.

Resistieve Spanningsensor

Er zijn twee manieren om de weerstand van het meetelement om te zetten naar spanning. De eerste is de eenvoudigste methode, waarbij een spanning wordt toegevoerd aan het weerstandsdeelschakeling die bestaat uit een sensor en een referentieweerstand, zoals hieronder wordt weergegeven.

De spanning die zich ontwikkelt over de referentieweerstand of de sensor wordt versterkt en dan gegeven aan de versterker. De uitgangsspanning van de sensor kan worden uitgedrukt als

Het nadeel van dit circuit is dat de versterker de gehele spanning die zich ontwikkelt over de sensor zal versterken. Het is echter beter om alleen de spanningverandering te versterken die veroorzaakt wordt door de verandering in de weerstand van de sensor, wat wordt bereikt door de tweede methode die gebruik maakt van de weerstandsbrug, zoals hieronder wordt getoond.

Hier is de uitgangsspanning

Wanneer R1 = R, dan wordt de uitgangsspanning ongeveer

A → Versterking van de instrumentatieversterker
δ → Verandering in de weerstand van de sensor, die analoog is aan een fysieke actie

In deze vergelijking moet de versterking hoog ingesteld worden omdat alleen de spanningverandering ten gevolge van de verandering in de weerstand van de sensor wordt versterkt.