[嵌入式]电压传感器: 工作原理、类型及电路图

什么是电压传感器？
电压传感器是一种用于计算和监测对象中电压量的传感器。电压传感器可以确定交流电压或直流电压电平。该传感器的输入为电压，而输出为开关、模拟电压信号、电流信号或可听信号。
传感器是能够感知或识别特定类型的电信号或光信号并对其作出反应的装置。电压传感器和电流传感器技术的实现已成为传统电流电压测量方法的理想选择。
电压传感器类型
在本文中，我们可以详细讨论一个电压传感器。电压传感器可以确定、监测和测量电压的供应。它可以测量交流电平和/或直流电压电平。电压传感器的输入是电压本身，输出可以是模拟电压信号、开关、可听信号、模拟电流电平、频率，甚至是调频输出。
也就是说，一些电压传感器可以提供正弦或脉冲列作为输出，其他的可以产生幅度调制、脉冲宽度调制或频率调制输出。
在电压传感器中，测量是基于分压器的。有两种主要类型的电压传感器: 电容式电压传感器和电阻式电压传感器。

电容式电压传感器
我们知道一个电容器由两个导体(或两个板)组成，在这两个板之间保留着一个非导体。
那种非导体材料被称为介电材料。当交流电压通过这些极板时，由于电子通过对面极板电压的吸引或排斥作用，电流将开始通过。
板之间的磁场将创建一个完整的交流电路没有任何硬件连接。这就是电容器的工作原理。

接下来，我们可以讨论两个串联电容器的电压划分。通常，在串联电路中，高阻抗的元件上会产生高电压。对于电容器，电容和阻抗(电容电抗)总是成反比的。
电压和电容之间的关系是

Q →电荷(库仑) C →电容(法拉德) XC →电容电抗(Ω) f →频率(赫兹)
从上述两个关系，我们可以清楚地说，最高的电压将累积在最小的电容器。电容式电压传感器的工作原理很简单。假设我们拿着传感器，然后把它的尖端放在带电导体附近。
在这里，我们将高阻抗的传感元件插入到一个串联的电容耦合电路中。
目前，传感器的尖端是耦合到带电电压的最小电容器。因此，整个电压将通过检测电压的传感电路发展，灯光或蜂鸣器指示灯也会打开ーー这就是你在家里使用的非接触式电压传感器的原理。

电阻式电压传感器
有两种方法可以将敏感元件的电阻转换为电压。第一种是最简单的方法，即向由传感器和参考电阻组成的电阻分压器电路提供电压，如下所示。

通过参考电阻或传感器产生的电压被缓冲，然后给予放大器。传感器的输出电压可以表示为

这种电路的缺点是，放大器目前将放大整个电压开发的传感器。然而，最好只放大由于传感器电阻变化引起的电压变化，这是通过实现电阻桥的第二种方法实现的，如下所示。

这里，输出电压是

当 R1 = R 时，输出电压近似为

A →仪表放大器收益
Δ →传感器电阻的变化，类似于某种物理作用
在这个公式中，增益必须设置得很高，因为只有由于传感器电阻变化而引起的电压变化才会被放大。

电压传感器相对于传统测量技术的优势
电压传感器的优点包括:

• 体积小，重量轻
• 准确度非常高
• 不可饱和
• 宽动态范围
• 环保
  可结合电压和电流测量成为一个单一的物理设备与小型和紧凑的尺寸
  电压传感器的应用
  电压传感器的应用包括:
• 电源故障检测
• 负载传感
• 安全开关
• 温度控制
• 电力需求控制
• 故障检测

白纪龙老师从事电子行业已经有15个年头
到目前为止已开发过的产品超上百款，目前大部分都已经量产上市
从2018年开始花了5年的时间
潜心录制了上千集的实战级电子工程师系列课程
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老白的初心是“愿天下工程师 不走弯路”