Spänningssensor: Arbetsprincip, typer & kretsdiagram

Vad är en spänningsgivare

En spänningsgivare är en sensor som används för att mäta och övervaka mängden spänning i ett objekt. Spänningsgivare kan fastställa nivån av växelströms- eller likströmsspänning. Inmatningen till denna sensor är spänningen, medan utmatningen är schalter, analog spänningsignal, en strömsignal eller en hörbar signal.

Sensorer är enheter som kan upptäcka eller identifiera och reagera på vissa typer av elektriska eller optiska signaler. Implementeringen av en spänningsgivare och strömgivarteknik har blivit ett utmärkt val för konventionella metoder för mätning av ström och spänning.

I den här artikeln kan vi diskutera en spänningsgivare i detalj. En spänningsgivare kan bestämma, övervaka och mäta försörjningsspänningen. Den kan mäta växelströmsnivå och/eller likströmsspänningsnivå. Inmatningen till spänningsgivaren är spänningen själv, och utmatningen kan vara analoga spänningsignaler, schalter, hörbara signaler, analoga strömnivåer, frekvens eller till och med frekvensmodulerade utmatningar.

Det vill säga, vissa spänningsgivare kan ge sinusformade eller pulsträn som utmatning, och andra kan producera amplitudmodulerade, pulsbreddsmodulerade eller frekvensmodulerade utmatningar.

I spänningsgivare baseras mätningen på en spänningsdelare. Det finns två huvudtyper av spänningsgivare: kapacitiv typ av spänningsgivare och resistiv typ av spänningsgivare.

Kapacitiv spänningsgivare

Vi vet att en kondensator består av två ledande material (eller två plattor); mellan dessa plattor finns en icke-ledande material.

Den icke-ledande materialet kallas dielektrikum. När en växelströmspänning ges över dessa plattor börjar ström passera på grund av antingen attraktion eller avvisning av elektroner genom motsatta plattans spänning.

Fältet mellan plattorna skapar en fullständig växelströmskrets utan någon hårdvaruförbindelse. Så fungerar en kondensator.

Nästa steg är att diskutera spänningsdelningen i två kondensatorer som är i serie. Vanligtvis i seriekretsar utvecklas hög spänning över komponenten med hög impedans. I fallet med kondensatorer är kapacitans och impedans (kapacitivt reaktans) alltid omvänt proportionella.

Förhållandet mellan spänning och kapacitans är

Q → Laddning (Coulomb)
C → Kapacitans (Farad)
XC → Kapacitiv reaktans (Ω)
f → Frekvens (Hertz)

Utifrån ovanstående två relationer kan vi klart konstatera att den högsta spänningen kommer att ackumuleras över den minsta kondensatorn. Kondensatorspänningsgivare fungerar utifrån detta enkla princip. Antag att vi håller sensorn och sedan placerar dess spets nära en levande ledare.

Här infogar vi det höga impedansen inspektionslementet i en seriekapacitiv kopplingskrets.

Nu är sensorns spets den minsta kondensatorn som är kopplad till den levande spänningen. Därför kommer hela spänningen att utvecklas över mätningen, vilket kan upptäcka spänningen, och ljus- eller ljudindikatorn tänds—detta är bakgrunden till de kontaktlösa spänningsgivare du använder hemma.

Resistiv spänningsgivare

Det finns två sätt att konvertera resistansen hos det inspekterade elementet till spänning. Det första är den enklaste metoden, vilket innebär att tillföra en spänning till en resistor-delarkrets som består av en sensor och en referensresistor, vilket visas nedan.

Spänningen som utvecklas över referensresistorn eller sensorn buffras och sedan ges till förstärkaren. Sensorns utmatningsspänning kan uttryckas som

Denna krets nackdel är att förstärkaren som finns kommer att förstärka hela spänningen som utvecklas över sensorn. Men det är bättre att förstärka endast spänningförändringen på grund av förändringen i sensorns resistans, vilket uppnås genom den andra metoden som implementerar resistansbro, som visas nedan.

Här är utmatningsspänningen

När R1 = R, då blir utmatningsspänningen ungefär

A → Förstärkning av instrumentförstärkare
δ → Förändring i resistansen hos sensorn, vilket är analogt med någon fysisk handling