電壓傳感器的概念及類型

什么是電壓傳感器?

電壓傳感器是一種用于計(jì)算和監(jiān)測(cè)對(duì)象中電壓量的傳感器。電壓傳感器可以確定交流電壓或直流電壓電平。該傳感器的輸入為電壓，而輸出為開(kāi)關(guān)、模擬電壓信號(hào)、電流信號(hào)或可聽(tīng)信號(hào)。

傳感器是能夠感知或識(shí)別特定類型的電信號(hào)或光信號(hào)并對(duì)其作出反應(yīng)的裝置。電壓傳感器和電流傳感器技術(shù)的實(shí)現(xiàn)已成為傳統(tǒng)電流電壓測(cè)量方法的理想選擇。

電壓傳感器類型

在本文中，我們可以詳細(xì)討論一個(gè)電壓傳感器。電壓傳感器可以確定、監(jiān)測(cè)和測(cè)量電壓的供應(yīng)。它可以測(cè)量交流電平和/或直流電壓電平。電壓傳感器的輸入是電壓本身，輸出可以是模擬電壓信號(hào)、開(kāi)關(guān)、可聽(tīng)信號(hào)、模擬電流電平、頻率，甚至是調(diào)頻輸出。

也就是說(shuō)，一些電壓傳感器可以提供正弦或脈沖列作為輸出，其他的可以產(chǎn)生幅度調(diào)制、脈沖寬度調(diào)制或頻率調(diào)制輸出。

在電壓傳感器中，測(cè)量是基于分壓器的。有兩種主要類型的電壓傳感器: 電容式電壓傳感器和電阻式電壓傳感器。

電容式電壓傳感器

我們知道一個(gè)電容器由兩個(gè)導(dǎo)體(或兩個(gè)板)組成，在這兩個(gè)板之間保留著一個(gè)非導(dǎo)體。

那種非導(dǎo)體材料被稱為介電材料。當(dāng)交流電壓通過(guò)這些極板時(shí)，由于電子通過(guò)對(duì)面極板電壓的吸引或排斥作用，電流將開(kāi)始通過(guò)。

板之間的磁場(chǎng)將創(chuàng)建一個(gè)完整的交流電路沒(méi)有任何硬件連接。這就是電容器的工作原理。

接下來(lái)，我們可以討論兩個(gè)串聯(lián)電容器的電壓劃分。通常，在串聯(lián)電路中，高阻抗的元件上會(huì)產(chǎn)生高電壓。對(duì)于電容器，電容和阻抗(電容電抗)總是成反比的。

電壓和電容之間的關(guān)系是

Q →電荷(庫(kù)侖) C →電容(法拉德) XC →電容電抗(Ω) f →頻率(赫茲)

從上述兩個(gè)關(guān)系，我們可以清楚地說(shuō)，最高的電壓將累積在最小的電容器。電容式電壓傳感器的工作原理很簡(jiǎn)單。假設(shè)我們拿著傳感器，然后把它的尖端放在帶電導(dǎo)體附近。

在這里，我們將高阻抗的傳感元件插入到一個(gè)串聯(lián)的電容耦合電路中。

目前，傳感器的尖端是耦合到帶電電壓的最小電容器。因此，整個(gè)電壓將通過(guò)檢測(cè)電壓的傳感電路發(fā)展，燈光或蜂鳴器指示燈也會(huì)打開(kāi)ーー這就是你在家里使用的非接觸式電壓傳感器的原理。

電阻式電壓傳感器

有兩種方法可以將敏感元件的電阻轉(zhuǎn)換為電壓。第一種是最簡(jiǎn)單的方法，即向由傳感器和參考電阻組成的電阻分壓器電路提供電壓，如下所示。

通過(guò)參考電阻或傳感器產(chǎn)生的電壓被緩沖，然后給予放大器。傳感器的輸出電壓可以表示為

這種電路的缺點(diǎn)是，放大器目前將放大整個(gè)電壓開(kāi)發(fā)的傳感器。然而，最好只放大由于傳感器電阻變化引起的電壓變化，這是通過(guò)實(shí)現(xiàn)電阻橋的第二種方法實(shí)現(xiàn)的，如下所示。

這里，輸出電壓是

當(dāng) R1 = R 時(shí)，輸出電壓近似為

A →儀表放大器收益

Δ →傳感器電阻的變化，類似于某種物理作用

在這個(gè)公式中，增益必須設(shè)置得很高，因?yàn)橹挥杏捎趥鞲衅麟娮枳兓鸬碾妷鹤兓艜?huì)被放大。

電壓傳感器相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

電壓傳感器的優(yōu)點(diǎn)包括:

體積小，重量輕

準(zhǔn)確度非常高

不可飽和

寬動(dòng)態(tài)范圍

環(huán)保

可結(jié)合電壓和電流測(cè)量成為一個(gè)單一的物理設(shè)備與小型和緊湊的尺寸

電壓傳感器的應(yīng)用

電壓傳感器的應(yīng)用包括:

電源故障檢測(cè)

負(fù)載傳感

安全開(kāi)關(guān)

溫度控制

電力需求控制

故障檢測(cè)