Spansjonssensor: Arbeidsprinsipp Typer & Kretsskisse

Hva er en spenningssensor

En spenningssensor er en sensor som brukes til å beregne og overvåke mengden spenning i et objekt. Spenningssensorer kan bestemme AC-spenning eller DC-spenning. Inndata til denne sensoren er spenningen, mens utdata kan være skruer, analoge spenningsignaler, strømsignaler eller hørbare signaler.

Sensorer er enheter som kan oppdage eller identifisere og reagere på bestemte typer elektriske eller optiske signaler. Implementering av spenningssensor og strømsensor teknikker har blitt en fremragende valg for konvensjonelle metoder for måling av strøm og spenning.

I denne artikkelen kan vi diskutere spenningssensorer i detalj. En spenningssensor kan bestemme, overvåke og måle spenningen. Den kan måle både AC-nivå og/eller DC-spenning. Inndata til spenningssensoren er selve spenningen, og utdata kan være analoge spenningsignaler, skruer, hørbare signaler, analoge strømnivåer, frekvens eller endog frekvensmodulerte utdata.

Det vil si at noen spenningssensorer kan gi sine eller puls trener som utdata, og andre kan produsere amplitudemodulert, pulsbredde-modulert eller frekvensmodulert utdata.

I spenningssensorer baseres målingen på en spenningsdeling. To hovedtyper spenningssensorer er tilgjengelige: kapasitiv type spenningssensor og resistiv type spenningssensor.

Kapasitiv spenningsensor

Vi vet at en kondensator består av to leder (eller to plater), mellom disse platene ligger en ikke-ledende materiale.

Dette ikke-ledende materialet kalles dielektrisk. Når en AC-spenning settes på disse platene, vil strøm begynne å passere på grunn av enten elektronenes attraksjon eller repulsjon gjennom den motstående platens spenning.

Feltet mellom platene vil danne en fullstendig AC-krets uten noen hardvarerelasjon. Slik fungerer en kondensator.

Nesten kan vi diskutere spenningsdeling i to kapasitorer som er i serie. Vanligvis i seriekretser vil høy spenning oppstå over komponenten med høy impedans. I tilfelle kapasitorer er kapasitans og impedans (kapasitiv reaktans) alltid invers proporsjonale.

Forholdet mellom spenning og kapasitans er

Q → Lading (Coulomb)
C → Kapasitans (Farad)
XC → Kapasitiv reaktans (Ω)
f → Frekvens (Hertz)

Fra de to relasjonene ovenfor kan vi klart fastslå at den største spenningen vil akkumuleres over den minste kapasitoren. Kapasitive spenningssensorer fungerer basert på dette enkle prinsippet. La oss anta at vi holder sensoren og plasserer dens spiss nær en liveleder.

Her setter vi inn det høyimpedanse elementet i en serie kapasitiv koppelkrets.

For øyeblikket er sensorens spiss den minste kapasitoren koblet til live spenning. Dermed vil hele spenningen oppstå over sensor-kretsen, som kan oppdage spenning, og lys- eller buzzer-indikatoren slås på—det er bakgrunnen for de kontaktfrie spenningsensorer du bruker hjemme.

Resistiv spenningsensor

To måter finnes for å konvertere resistansen til sensor-elementet til spenning. Den første er den enkleste metoden, som er å gi en spenning til en motstandsdelerkrets bestående av en sensor og en referansemotstand, som er vist nedenfor.

Den spenningen som dannes over referansemotstanden eller sensoren, blir buffret og deretter gitt til forsterkeren. Sensorens utgangsspenning kan uttrykkes som

Denne kretsens ulempe er at forsterkeren vil forsterke hele spenningen som dannes over sensoren. Det er imidlertid bedre å forsterke bare spenningendringen som skyldes endring i sensorens resistans, noe som oppnås ved den andre metoden som implementerer motstandsbro, som vist nedenfor.

Her er utgangsspenningen

Når R1 = R, så blir utgangsspenningen omtrent

A → Forsterkningsfaktor for instrumentforsterker
δ → Endring i resistansen til sensor, som er analog til en fysisk handling

I denne ligningen må forsterkningsfaktoren settes høy fordi kun spenningendringen som skyldes endring i sensorens resistans, forsterkes.