Sensor de Tensão: Princípio de Funcionamento Tipos e Diagrama de Circuito

O que é um Sensor de Tensão

Um sensor de tensão é um sensor usado para calcular e monitorar a quantidade de tensão em um objeto. Os sensores de tensão podem determinar o nível de tensão CA ou CC. A entrada deste sensor é a tensão, enquanto a saída pode ser interruptores, sinal de tensão analógico, sinal de corrente ou sinal audível.

Sensores são dispositivos que podem detectar ou identificar e reagir a certos tipos de sinais elétricos ou ópticos. A implementação de técnicas de sensor de tensão e sensor de corrente tornou-se uma excelente escolha para os métodos convencionais de medição de corrente e tensão.

Neste artigo, podemos discutir um sensor de tensão em detalhes. Um sensor de tensão pode determinar, monitorar e medir o fornecimento de tensão. Ele pode medir o nível de tensão CA e/ou CC. A entrada para o sensor de tensão é a própria tensão, e a saída pode ser sinais de tensão analógica, interruptores, sinais audíveis, níveis de corrente analógica, frequência ou até mesmo saídas com modulação de frequência.

Isso significa que alguns sensores de tensão podem fornecer ondas senoidais ou trens de pulsos como saída, e outros podem produzir modulação de amplitude, modulação de largura de pulso ou modulação de frequência.

Nos sensores de tensão, a medição é baseada em um divisor de tensão. Dois tipos principais de sensores de tensão estão disponíveis: sensor de tensão capacitivo e sensor de tensão resistivo.

Sensor de Tensão Capacitivo

Sabemos que um capacitor consiste em dois condutores (ou duas placas); entre essas placas, um material não condutor é mantido.

Esse material não condutor é chamado de dielétrico. Quando uma tensão CA é fornecida através dessas placas, a corrente começará a passar devido à atração ou repulsão dos elétrons pela tensão da placa oposta.

O campo entre as placas criará um circuito CA completo sem qualquer conexão de hardware. É assim que um capacitor funciona.

A seguir, podemos discutir a divisão de tensão em dois capacitores em série. Geralmente, em circuitos em série, uma tensão alta se desenvolverá no componente com alta impedância. No caso de capacitores, a capacitância e a impedância (reatância capacitiva) são sempre inversamente proporcionais.

A relação entre tensão e capacitância é

Q → Carga (Coulomb)
C → Capacitância (Farad)
XC → Reatância capacitiva (Ω)
f → Frequência (Hertz)

A partir das duas relações acima, podemos afirmar claramente que a tensão mais alta se acumulará no menor capacitor. Os sensores de tensão capacitivos funcionam com base neste simples princípio. Consideremos que estamos segurando o sensor e colocando sua ponta perto de um condutor vivo.

Aqui, estamos inserindo o elemento de detecção de alta impedância em um circuito de acoplamento capacitivo em série.

Atualmente, a ponta do sensor é o menor capacitor acoplado à tensão viva. Portanto, toda a tensão se desenvolverá no circuito de detecção, que pode detectar a tensão, e o indicador luminoso ou buzzer será acionado—é isso que está por trás dos sensores de tensão sem contato que você usa em casa.

Sensor de Tensão Resistivo

Existem duas maneiras de converter a resistência do elemento de detecção em tensão. A primeira é o método mais simples, que consiste em fornecer uma tensão ao circuito divisor de resistência composto pelo sensor e uma resistência de referência, conforme representado abaixo.

A tensão desenvolvida na resistência de referência ou no sensor é amplificada e, em seguida, fornecida ao amplificador. A tensão de saída do sensor pode ser expressa como

A desvantagem deste circuito é que o amplificador presente amplificará toda a tensão desenvolvida no sensor. No entanto, é melhor amplificar apenas a mudança de tensão devido à mudança na resistência do sensor, o que é alcançado pelo segundo método, implementando a ponte de resistência, conforme mostrado abaixo.

Aqui, a tensão de saída é

Quando R1 = R, então a tensão de saída torna-se aproximadamente

A → Ganho do amplificador de instrumentação
δ → Mudança na resistência do sensor, que é análoga a alguma ação física

Nesta equação, o ganho deve ser definido alto, pois apenas a mudança de tensão devido à mudança na resistência do sensor está sendo amplificada.