از سنسور ولتاژ برای محاسبه و پایش میزان اختلاف پتانسیل استفاده می‌شود
سنسورهای ولتاژ می‌توانند سطوح ولتاژ DC یا AC را تشخیص دهند. ورودی این سنسورها سیگنال ولتاژ و خروجی آن سیگنال آنالوگ، جریان یا امواج صوتی است.
سنسورها المان‌هایی هستند که قادرند برخی سیگنال های الکتریکی یا نوری را تشخیص دهند. استفاده از سنسورهای ولتاژ و جریان انتخاب مناسبی برای تشخیص جریان‌های قراردادی و اندازه‌گیری ولتاژ می‌باشند.
انواع سنسورهای ولتاژ
در این مقاله به سنسورهای ولتاژ خواهیم پرداخت. یک سنسور ولتاژ می تواند ولتاژ تغذیه را تشخیص دهد و آن را پایش و اندازه‌گیری کند. این سنسور در هر دو نوع AC و DC در دسترس می‌باشد. ورودی سنسور ولتاژ، ولتاژ است و خروجی می تواند به صورت سیگنال‌های آنالوگ، امواج صوتی، جریان آنالوگ، فرکانس یا مدولاسیون فرکانس باشد.
برخی سنسورهای ولتاژ می‌توانند پالس‌های قطاری یا موج سینوسی را به عنوان خروجی تولید کنند. در حالیکه برخی دیگر قادر هستند مدولاسیون دامنه، مدولاسیون پهنای پالس یا مدولاسیون فرکانس داشته باشند.
در سنسورهای ولتاژ اندازه‌گیری بر اساس یک جداکننده ولتاژ انجام می‌گیرد. دو نوع اصلی سنسورهای ولتاژ، سنسورهای ولتاژ خازنی و سنسورهای ولتاژ مقاومتی می‌باشند.
سنسورهای ولتاژ خازنی
می دانیم که خازن دارای دو صفحه‌ی هادی است و بین این دو صفحه یک ماده غیر رسانا وجود دارد. این ماده دی الکتریک نام دارد. هنگامی که یک ولتاژ AC به این دو صفحه اعمال می شود، جریان از خازن عبور می‌کند.
میدان مغناطیسی که اطراف دو صفحه به وجود آمده، یک مدار AC بدون هیچ اتصال سخت افزاری را به وجود می‌آورد. حال قصد داریم در مورد تقسیم ولتاژ در دو خازن که با یکدیگر سری هستند صحبت کنیم. معمولا در مدارات سری، اختلاف پتانسیل بالایی در دو سر المان‌های مقاومت بالا به وجود می‌آید. در مورد خازن‌ها، ظرفیت خازنی و امپدانس رابطه‌ی معکوس دارد:
XC=1/2Πfc
رابطه‌ی بین ولتاژ و ظرفیت خازنی نیز به صورت زیر می باشد:
V=Q/C
که در این جا Q بار الکتریکی بر حسب کولن، C ظرفیت خازنی بر حسب فاراد، XC امپدانس خازن بر حسب اهم و فرکانس بر حسب هرتز می‌باشد.
از دو معادله‌ی بالا می‌توان نتیجه گرفت که بیشترین اختلاف پتانسیل در دو سر خازن‌های کوچک تجمع می‌کنند. در این جا سر سنسور که امپدانس بالایی دارد را روی یک مدار کوپل خازنی قرار داده‌ایم. سر سنسور کوچک‌ترین خازنی است که با ولتاژ زنده کوپل شده. بنابراین کل اختلاف پتانسیل روی مدار سنسور می‌افتد که می‌تواند ولتاژ را تشخیص دهد. سپس نور یا بوق آلارم فعال می‌شود و این اصول کار سنسورهای ولتاژ تماسی می‌باشد.
سنسورهای ولتاژ مقاومتی
دو راه برای تبدیل مقاومت المان حسگر به ولتاژ وجود دارد: اولین راه راحت‌ترین متد می‌باشد که طبق آن اختلاف پتانسیلی به مدار تقسیم کننده ولتاژ اعمال می‌شود که دارای یک مقاومت مرجع است و در شکل زیر نشان داده شده:
اختلاف پتانسیل روی دو سر مقاومت مرجع می افتد و سپس سیگنال به یک تقویت کننده ارسال می شود. ولتاژ خروجی سنسور می تواند توسط فرمول زیر به دست بیاید:
نقطه ضعف این مدار این است که تقویت‌کننده کل اختلاف پتانسیلی که روی سنسور افتاده‌است را تقویت می‌کند. به هر حال بهتر است که تنها تغییرات ولتاژ تقویت شوند. برای این منظور می توان از یک پل مقاومتی که در شکل زیر نشان داده شده استفاده کرد:
در این جا ولتاژ خروجی برابر با:
می باشد که R1=RF است و ولتاژ خروجی به صورت زیر محاسبه می شود:
A بهره تقویت کننده و تغییرات در مقاومت سنسور می‌باشد که در این معادله بهره باید بالا باشد. چرا که تنها تغییرات ولتاژ ناشی از تغییرات در مقاومت سنسور، تقویت خواهد شد.
مزایای استفاده از سنسور ولتاژ (بجای تکنیک های اندازه‌گیری مرسوم)
- اندازه‌ی کوچک و وزن کمی دارند
- ایمن هستند
- دقت بالایی دارند
- اشباع نمی شوند
- بازه‌ی دینامیک بالایی دارند
- با محیط زیست سازگار هستند
- همچنین می توانیم سنسورهای اندازه‌گیری های ولتاژ و جریان را در یک دستگاه کوچک مجتمع کنیم
کاربردهای سنسورهای ولتاژ
- تشخیص اشکال در منبع تغذیه با استفاده از این سنسورها امکان پذیر خواهد بود
- بار را احساس می کند
- سوییچینگ ایمن
- کنترل دما
- کنترل توان مصرفی
- تشخیص خطا در سیستم
سنسورهای ولتاژ در بسیاری از کیت‌های Arduino Starter گنجانده شده‌اند چرا که از آنها در بسیاری از پروژه‌های الکترونیکی استفاده می‌شود.
