เซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้า: หลักการการทำงาน ประเภท และแผนผังวงจร

เซนเซอร์แรงดันไฟฟ้าคืออะไร

เซนเซอร์แรงดันไฟฟ้าเป็นเซนเซอร์ที่ใช้ในการคำนวณและตรวจสอบปริมาณแรงดันไฟฟ้าในวัตถุ เซนเซอร์แรงดันไฟฟ้าสามารถระบุระดับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับหรือกระแสตรงได้ ข้อมูลเข้าของเซนเซอร์นี้คือแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่ข้อมูลออกอาจเป็นสวิตช์ สัญญาณแรงดันไฟฟ้าแบบแอนะล็อก สัญญาณกระแสไฟฟ้า หรือสัญญาณเสียง

เซนเซอร์คืออุปกรณ์ที่สามารถรับรู้หรือระบุและตอบสนองต่อสัญญาณไฟฟ้าหรือแสงบางประเภท การใช้งานเทคนิคเซนเซอร์แรงดันไฟฟ้าและเซนเซอร์กระแสไฟฟ้าได้กลายเป็นทางเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับวิธีการวัดกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าแบบเดิม ๆ

ในบทความนี้ เราจะกล่าวถึงเซนเซอร์แรงดันไฟฟ้าอย่างละเอียด เซนเซอร์แรงดันไฟฟ้าสามารถระบุ ตรวจสอบ และวัดแรงดันไฟฟ้าได้ มันสามารถวัดระดับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและ/หรือกระแสตรงได้ ข้อมูลเข้าของเซนเซอร์แรงดันไฟฟ้าคือแรงดันไฟฟ้าเอง และข้อมูลออกอาจเป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้าแบบแอนะล็อก สวิตช์ สัญญาณเสียง ระดับกระแสไฟฟ้าแบบแอนะล็อก ความถี่ หรือแม้กระทั่งสัญญาณความถี่ที่ถูกโมดูเลต

นั่นคือ บางเซนเซอร์แรงดันไฟฟ้าสามารถให้เอาต์พุตเป็นสัญญาณไซน์หรือพัลส์เทรน และบางตัวสามารถสร้างสัญญาณการจูนแอมพลิจูด พัลส์วิดธ์โมดูเลชัน หรือความถี่โมดูเลชัน

ในการวัดโดยเซนเซอร์แรงดันไฟฟ้า การวัดจะขึ้นอยู่กับวงจรแบ่งแรงดัน มีสองประเภทหลักของเซนเซอร์แรงดันไฟฟ้า:เซนเซอร์แรงดันไฟฟ้าแบบคาปาซิทีฟและเซนเซอร์แรงดันไฟฟ้าแบบเรซิสเตนทีฟ

เซนเซอร์แรงดันไฟฟ้าแบบคาปาซิทีฟ

เราทราบว่าคอนเดนเซอร์ประกอบด้วยตัวนำ (หรือแผ่น) สองชิ้น ระหว่างแผ่นเหล่านี้มีวัสดุไม่ติดไฟ

วัสดุที่ไม่ติดไฟนี้เรียกว่าไดเอเล็กทริก เมื่อมีแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับผ่านแผ่นเหล่านี้ กระแสไฟฟ้าจะเริ่มไหลผ่านเนื่องจากแรงดึงดูดหรือผลักดันของอิเล็กตรอนผ่านแรงดันไฟฟ้าที่อยู่ตรงข้าม

สนามระหว่างแผ่นจะสร้างวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่สมบูรณ์โดยไม่มีการเชื่อมต่อฮาร์ดแวร์ใด ๆ นี่คือวิธีการทำงานของคอนเดนเซอร์

ต่อไป เราจะกล่าวถึงการแบ่งแรงดันในคอนเดนเซอร์สองตัวที่อยู่ในอนุกรม โดยทั่วไปในวงจรอนุกรม แรงดันไฟฟ้าสูงจะเกิดขึ้นที่ส่วนที่มีอิมพิแดนซ์สูง ในกรณีของคอนเดนเซอร์ ความจุและอิมพิแดนซ์ (ปฏิกิริยาคาปาซิทีฟ) จะมีความสัมพันธ์ผกผันเสมอ

ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันและความจุคือ

Q → ประจุ (คูลอมบ์)
C → ความจุ (ฟาราด)
XC → ปฏิกิริยาคาปาซิทีฟ (โอห์ม)
f → ความถี่ (เฮิรตซ์)

จากความสัมพันธ์ทั้งสองข้อ เราสามารถระบุได้ว่าแรงดันสูงสุดจะสะสมที่คอนเดนเซอร์ที่มีขนาดเล็กที่สุด เซนเซอร์แรงดันไฟฟ้าแบบคาปาซิทีฟทำงานตามหลักการง่ายๆ นี้ ลองพิจารณาถ้าเราถือเซนเซอร์แล้ววางปลายใกล้กับสายไฟที่มีแรงดัน

ที่นี่ เราใส่ส่วนตรวจจับที่มีอิมพิแดนซ์สูงเข้าไปในวงจรคู่ขนานแบบคาปาซิทีฟ

ปัจจุบัน ปลายของเซนเซอร์คือคอนเดนเซอร์ที่มีขนาดเล็กที่สุดที่เชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้า ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดจะเกิดขึ้นที่วงจรตรวจจับ ซึ่งสามารถตรวจจับแรงดันไฟฟ้าและตัวบ่งชี้แสงหรือเสียงจะเปิด—นี่คือหลักการเบื้องหลังเซนเซอร์แรงดันไฟฟ้าแบบไม่สัมผัสที่คุณใช้ที่บ้าน

เซนเซอร์แรงดันไฟฟ้าแบบเรซิสเตนทีฟ

มีสองวิธีในการแปลงความต้านทานของส่วนตรวจจับเป็นแรงดัน วิธีแรกคือวิธีที่ง่ายที่สุด คือการให้แรงดันไฟฟ้ากับวงจรแบ่งแรงดันที่ประกอบด้วยเซนเซอร์และตัวต้านทานอ้างอิง ซึ่งแสดงด้านล่าง

แรงดันที่เกิดขึ้นที่ตัวต้านทานอ้างอิงหรือเซนเซอร์จะถูกบัฟเฟอร์และนำไปยังแอมปลิฟายเออร์ แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตของเซนเซอร์สามารถแสดงเป็น

ข้อเสียของวงจรนี้คือแอมปลิฟายเออร์ที่มีอยู่จะขยายแรงดันทั้งหมดที่เกิดขึ้นที่เซนเซอร์ แต่ควรขยายเฉพาะแรงดันที่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานของเซนเซอร์ ซึ่งทำได้โดยวิธีที่สองโดยใช้สะพานความต้านทาน ดังแสดงด้านล่าง

ที่นี่ แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตคือ