Датчик напруги: принцип роботи, типи та електрична схема

Що Таке Датчик Напруги

Датчик напруги — це датчик, який використовується для розрахунку та моніторингу кількості напруги в об'єкті. Датчики напруги можуть визначати рівень напруги постійного або змінного струму. Вхідним сигналом цього датчика є напруга, а вихідним — переключники, аналоговий сигнал напруги, струмовий сигнал або звуковий сигнал.

Датчики — це пристрої, які можуть виявляти або ідентифікувати та реагувати на певні типи електричних або оптичних сигналів. Реалізація датчика напруги та методів вимірювання струму стала відмінним вибором для традиційних методів вимірювання струму та напруги.

У цій статті ми детально обговоримо датчик напруги. Датчик напруги може визначати, моніторити та вимірювати постачання напруги. Він може вимірювати рівень постійного або змінного струму. Вхідним сигналом для датчика напруги є сама напруга, а вихідним може бути аналоговий сигнал напруги, переключники, звукові сигнали, аналогові рівні струму, частота або навіть модульовані за частотою виходи.

Тобто, деякі датчики напруги можуть надавати синусоїдальні або імпульсні послідовності як вихід, а інші можуть генерувати модульовані за амплітудою, шириною імпульсу або частотою виходи.

У датчиках напруги вимірювання базується на подільнику напруги. Існує два основних типи датчиків напруги: емкісний тип датчика напруги та резистивний тип датчика напруги.

Емкісний Датчик Напруги

Ми знаємо, що конденсатор складається з двох провідників (або двох пластин); між цими пластинами знаходиться некондуктивний матеріал.

Цей некондуктивний матеріал називається диелектриком. Коли до цих пластин підводиться змінна напруга, через привабливання або відштовхування електронів через напругу на протилежній пластині, починає проходити струм.

Поле між пластинами створить повний коло змінного струму без будь-якого апаратного з'єднання. Саме так працює конденсатор.

Далі ми можемо обговорити розподіл напруги між двома конденсаторами, які підключені паралельно. Зазвичай, у паралельних колах, висока напруга розвивається на компоненті з високим імпедансом. У випадку конденсаторів, ємність та імпеданс (емкісний реактивний опір) завжди обернено пропорційні.

Зв'язок між напругою та ємністю є

Q → Заряд (Кулон)
C → Емність (Фарад)
XC → Емкісний реактивний опір (Ом)
f → Частота (Герц)

З цих двох зв'язків, ми можемо чітко сказати, що найвища напруга буде накопичуватися на найменшому конденсаторі. Датчики напруги на основі конденсаторів працюють на основі цього простого принципу. Припустимо, що ми тримаємо датчик і розташовуємо його верхівку поруч з живим провідником.

Тут ми вставляємо елемент високого імпедансу в серійне емкісне з'єднання.

Наразі, верхівка датчика є найменшим конденсатором, з'єднаним з живою напругою. Тому, вся напруга розвинеться на сенсорному контурі, який може виявити напругу, і світловий або звуковий індикатор увімкнеться. Це і є принципом роботи безконтактних датчиків напруги, які ви використовуєте вдома.

Резистивний Датчик Напруги

Існують два способи перетворення опору сенсорного елемента на напругу. Перший — найпростіший, полягає в наданні напруги до резистивного ділюча контуру, складеного з датчика та опорного резистора, який показаний нижче.

Напруга, що розвинулась на опорному резисторі або датчику, буферизується, а потім подається на підсилювач. Вихідна напруга датчика може бути виражена як

Недолік цього контуру полягає в тому, що присутній підсилювач буде підсилювати всю напругу, що розвинулася на датчику. Однак, краще підсилювати лише зміну напруги, спричинену зміною опору датчика, що досягається другим методом, який реалізує опорний міст, як показано нижче.

Тут, вихідна напруга