Snímač napětí je zařízení, které měří napětí. Napěťové senzory mohou měřit napětí různými způsoby, od měření vysokého napětí až po detekci nízkých úrovní proudu. Tato zařízení jsou nezbytná pro mnoho aplikací, včetně průmyslových řídicích systémů a energetických systémů.
Jak funguje napěťový senzor?
Snímač napětí je zařízení, které měří napětí elektrického obvodu. Napěťové senzory se používají v mnoha aplikacích, včetně monitorování a řízení zařízení a strojů. Různé typy napěťových senzorů pracují různými způsoby; zde je příklad:
- Elektromagnetické. Tento typ využívá k detekci změn napětí elektromagnetické pole. Vystavení senzoru elektrickému proudu vytváří magnetické pole. Indukuje proudy v blízkých vodičích, jako jsou dráty nebo obvodové desky, dostatečně citlivé na to, aby detekovaly tyto změny. Tento typ snímače se často používá s mikrokontroléry, protože mohou snadno měřit změny v elektromagnetických polích kolem nich pomocí vestavěných analogově-digitálních převodníků (ADC).
Jaké jsou různé typy napěťových senzorů?
Existují dva typy napěťových senzorů: ty, které měří napětí, a ty, které měří proud (neboli proud). První typ je napěťově citlivý rezistor (VSR), zatímco druhý je operační zesilovač (op-amp).
VSR se používají v elektronických obvodech, kde potřebujete snímat malé změny napětí, jako jsou senzory pro měření životnosti baterie nebo výkonu solárního panelu. Operační zesilovače lze použít pro úkoly, jako je řízení motorů nebo ovládání LED, a často se také nacházejí uvnitř mikrokontrolérů, jako jsou desky Arduino.
Jaké jsou výhody použití snímače napětí?
Senzory napětí se používají k monitorování a ovládání mnoha věcí. Mohou být použity v průmyslových zařízeních a spotřebních výrobcích. Mezi jejich výhody patří:
- 24/7 monitorování zařízení
- Upozornění, pokud jsou údaje o napětí kritické (příliš vysoké nebo příliš nízké)
- Jejich stupeň přesnosti pro monitorování napětí je vysoký
- Obecně jsou šetrné k životnímu prostředí
- Pomůže vám ušetřit náklady na elektrické obvody a zařízení, protože monitoruje a zabraňuje přehřátí nebo nedostatečnému napájení
- Pomůže vám předejít neočekávaným prostojům vašeho zařízení
Kdo používá snímače napětí?
Napěťové senzory se používají v různých průmyslových odvětvích, včetně automobilového průmyslu, výroby, údržby a lékařství.
V průmyslu údržby se napěťové senzory používají ke sledování napětí aktiv a zařízení. Pokud je senzor například bezdrátový, může být umístěn kdekoli na majetku. Data mohou být předána zpět do CMMS (například), kde může manažer údržby provádět úpravy na základě svého plánu preventivní údržby. Níže jsou uvedeny některé příklady napěťových senzorů v údržbě:
- Detekce výpadku napájení: proces detekce výpadku napájení, aby se systém mohl bezpečně přepnout na alternativní zdroj napájení.
- Load sensing: způsob měření zatížení motoru a podle toho upravující jeho rychlost.
- Bezpečnostní přepínání: se týká zařízení, které vypne napájení v případě přetížení nebo poruchy, aby se zabránilo poškození zařízení.
- Kontrola přetížení motoru: technika prevence poškození motoru v důsledku přetížení pomocí tepelných senzorů, tlakových senzorů, proudových senzorů nebo jiných metod k detekci stavu motoru a zabránění poškození.
- Regulace teploty: se týká řízení teploty regulací proudění vzduchu nebo přidáním izolace kolem součástí strojů.
- Detekce závad: se týká identifikace závad součástí strojního zařízení pomocí senzorů, alarmů nebo jiných zařízení k provádění údržby dříve, než dojde k vážnému poškození.
- Co je snímač napětí?
- Jak funguje napěťový senzor?
- Jaké jsou různé typy napěťových senzorů?
- Jaké jsou výhody použití snímače napětí?
- Kdo používá snímače napětí?
- Senzory napětí lze použít k monitorování a řízení mnoha věcí
- Zpět ke slovníčku
V tomto obvodu si ukážeme, jak sestavit obvod snímače napětí.
Obvod snímače napětí je obvod, který dokáže snímat napěťový vstup do něj. Pokud napětí dosáhne určité prahové hodnoty, rozsvítí se indikátor, například LED.
Nejedná se o obvod voltmetru, kde víme nebo měříme velikost vstupního napětí do něj. To je úplně jiná věc.
Jedná se o obvod snímače napětí, kde pokud se dostaneme na určitou úroveň napětí, tak se výstup zapne.
A můžeme sestavit obvod snímače napětí, jednoduše s čipem komparátoru napětí nebo operačním zesilovačem, který může fungovat jako komparátor napětí.
Čip komparátoru napětí je čip, který obsahuje 1 nebo více operačních zesilovačů. Pomocí jednoho operačního zesilovače můžeme určit prahovou úroveň napětí.
Operační zesilovač má 2 vstupy a 1 výstup. Tyto 2 vstupy jsou neinvertující vstup a invertující vstup. Do ninvertujícího vstupu umístíme referenční napětí nebo prahové napětí. Pokud napětí na neinvertující svorce dosáhne nebo překročí tuto úroveň, výstup se zapne.
Jakmile tedy přivedeme určitou úroveň napětí na invertující svorku, pokud napětí na neinvertující svorce překročí, rozsvítí se výstup, například LED.
Takto můžeme vědět, že napětí je nad prahovým bodem.
A takto můžeme sestavit obvod snímače napětí s čipem operačního zesilovače fungujícím jako napěťový komparátor.
Komponenty
Opravdu můžete použít jakýkoli čip komparátoru napětí, který máte.
V tomto obvodu použijeme obecný operační zesilovač LM741, který bude fungovat a fungovat jako napěťový komparátor.
LM741 je 8pinový čip.
Pokud byste chtěli porozumět všem pinovým připojením operačního zesilovače LM741, viz Připojení operačního zesilovače LM741 – Pinout. Tento článek vysvětluje všech 8 kolíků LM741 a co každý z nich dělá.
Pinout LM741 je zobrazen níže.
Jak tento čip funguje jako komparátor napětí a jak fungují všechny komparátory napětí, přivádíme 2 napěťové signály do každého ze vstupů operačního zesilovače. Operační zesilovač má 2 vstupy, vstup + nebo neinvertující vstup a vstup — neboli invertující vstup.
Pokud je napětí na neinvertující svorce nižší než na neinvertující svorce, výstup bude LOW nebo na hodnotě napětí V-.
Pokud je napětí na neinvertující svorce větší, pak bude výstup zapnutý nebo na hodnotě napětí VCC.
Obvod snímače napětí
Obvod snímače napětí, který vytvoříme, je zobrazen níže.
Pokud chcete vidět tento obvod zobrazený na samotném integrovaném obvodu, podívejte se na následující: Obvod snímače napětí zobrazený na integrovaném obvodu LM741.
Schéma prkénka výše uvedeného obvodu je uvedeno níže.
Čip LM741 je tedy 8pinový. Zapojíme pouze 5 z 8 pinů.
Pin 1 je NC (Not Connect) a piny 1 a 5 jsou offsetové nuly, které pro tento obvod nepřipojujeme.
Nyní pro napájení obvodu připojíme V+, pin 7, k 5V a V-, pin 4, k zemi. To zajišťuje napájení čipu LM741.
Dále máme 2 vstupy operačního zesilovače Lm741.
Naše referenční napětí připojíme na invertující svorku, což je kolík 2. Toto je napětí, které bude tvořit prahové napětí pro obvod.
Na neinvertující svorku připojíme napěťový signál, který chceme testovat. Pokud je napětí na neinvertující svorce nižší než prahové napětí na neinvertující svorce, výstup se nezapne, protože nebylo dosaženo prahové hodnoty. Jakmile však napětí na neinvertující svorce překročí napětí na invertující svorce, výstup na kolíku 5 se zapne.
A konečně k výstupnímu kolíku LM741, což je kolík 5, připojíme náš výstup, kterým je v tomto případě LED, spolu s odporem omezujícím proud 470Ω, aby LED nevyfoukla.
Tím jsou všechna zapojení pro náš okruh hotová.
Jak obvod funguje
Takže máme naše referenční napětí 5V připojené k invertující svorce. Těchto 5V tvoří naši prahovou úroveň napětí. Pokud je napětí na neinvertující svorce nižší než 5V, výstup bude vypnutý nebo NÍZKÝ. Pokud je napětí na neinvertující svorce větší než 5V, výstup bude zapnutý nebo VYSOKÝ.
Na neinvertující svorku připojíme signál testovacího napětí, který chceme testovat.
Jak obvod funguje, je velmi základní. Pokud je napětí na neinvertující svorce nižší, LED nesvítí. Pokud je větší, LED se rozsvítí.
Takto vytvoříme obvod snímače napětí na základě libovolné hodnoty napětí.
Napětí můžeme samozřejmě měnit kdekoli od -15V do +15V.
Pokud chcete mít možnost neustále měnit napětí, můžete umístit potenciometr buď na invertující svorku nebo neinvertující svorku nebo obě a připojit jej k vyššímu napětí, abyste získali větší proměnný rozsah.
Ale takto může fungovat základní napěťový senzor.
