電壓傳感器

電壓傳感器是能感受被測電壓並轉換成可用輸出信號的傳感器。在各種自動檢測、控制系統中，常常需要對高速變化的交、直流電壓信號作跟蹤採集，對於比較複雜的電壓波形作頻譜分析。這類信號可能是高電壓、大電流等強電，也可能是負載能力很差的弱電或幅值很小的信號。在這些情況中，就需要採用合適的電壓傳感器對不能直接測量或不匹配的電壓信號進行採集，從而得到標準化、電氣隔離的電壓信號。

隨着越來越多新技術的發展，電壓傳感器也得到了進一步發展和應用。例如傳動系統的變頻器和整流器、不間斷電源、有源濾波器、無功補償、電池充放電、半導體保護、驅動保護等設備或系統中，大量使用了各種各樣的電壓傳感器。電壓傳感器的作用是自動檢測電壓，從而使我們能夠對設備或系統的電壓進行控制和顯示，必要時採取過電壓、欠電壓等自動保護措施。

對於交流電壓測量，可用電壓互感器作為傳感元件，即使用一台電壓互感器將被測電壓降至到可利用的低電壓，然後通過相關電路變換成與被測電壓成線性關係的直流電壓送入到數據採集系統和A/D轉換器。

當被測電壓為直流電壓時，可用分壓電阻作為傳感元件，並聯在被測元件兩端的電阻值應足夠大（一般應控制在消耗功率小於被測電機額定功率的1/1000以下）)，以儘可能地減少該回路電流產生的損耗給測量值造成的影響，對於低壓電機，應在10KΩ左右。取該被測電壓在電阻上的一部分電壓降作為信號，直接送入到數據採集系統和A/D轉換器。 ^[2] 

電壓傳感器的作用是自動檢測電壓，從而使我們能夠對設備或系統的電壓進行控制和顯示，必要時採取過電壓、欠電壓等自動保護措施。常用的電壓傳感器根據其不同的工作機理和應用範圍大致可以分為：電壓互感器、霍爾電壓傳感器以及光纖電壓傳感器等幾種主要類型。

(1)電壓互感器。

隨着電力系統容量的日益擴大和電網電壓運行等級的不斷提高，電壓互感器已經成為電力系統中電能計量和繼電保護的重要設備之一，其測量精度及可靠性對電力系統的安全、穩定和經濟運行有着重要的影響。

電壓互感器安裝在電力系統中一次與二次電氣迴路之間，其主要功能就是按照一定的比例將輸電線路上的高電壓，降低到可以用儀表直接測量的標準數值，以便電壓測量儀表直接進行測量；電壓互感器除用作測量外，還可與繼電保護和自動裝置配合，對電網各種故障進行電氣保護和自動控制。電壓互感器實現一、二次系統的電氣隔離。

(2)霍爾電壓傳感器。

霍爾電壓傳感器是當今電子測量領域中應用最多的傳感器件之一，可廣泛應用於電力、電子、交流變頻調速、逆變裝置、電子測量和開關電源等諸多領域。霍爾電壓傳感器是一種能夠隔離主電流回路與電子控制電路的電壓檢測元件，具備優越的電性能，同一只檢測元件既可以檢測交流也可以檢測直流，甚至可以檢測瞬態電壓峯值，是有望替代傳統互感器的新一代產品。

霍爾電壓傳感器按照不同的工作原理又可以分為：磁平衡式電壓傳感器、磁調製式電壓傳感器、光電隔離式電壓傳感器、高阻隔離式電壓傳感器。

(3)光纖電壓傳感器。

光纖電壓傳感器是新一代具有極強的生命力和競爭力的電壓檢測裝置。光纖電壓傳感器主要由光源、傳感頭、光電轉換及信息處理電路、計算機採集系統組成。光纖電壓傳感器採用非金屬晶體作為傳感頭，光纖作為傳感介質，使電網與測量電路能有效隔離，從而避免二次短路的危險。光纖電壓傳感器由於其傳感機理，具有不存在磁飽和、準確度高等優點；它利用光纖傳遞信息，抗干擾能力強，還能起到測量回路和高壓回路電氣隔離的作用，因而絕緣結構比傳統互感器簡單，並能減小體積、質量，有着傳統電磁式互感器無法比擬的優點。 ^[1] 

利用電壓傳感器對電壓進行測量，一般要求所採集到的電壓信號與被測電壓量在幅值上成比例，兩者的相角完全相同或相差極小。此外，對於電壓傳感器還有以下的基本要求。

(1)電壓傳感器接入被測電路應基本上不影響被測電壓的幅值和波形。

(2)電壓傳感器所得電壓波形應與被測電壓波形相同，分壓比應與被測電壓頻率和幅值無關。

(3)電壓分壓比與大氣條件（氣壓、氣温、濕度）無關或基本無關。

(4)電壓傳感器所消耗的電能應該不大。在一定的冷卻條件下，分壓器所耗散的電能所形成的温升不應引起分壓比的改變。

(5)電壓傳感器不應受外界電磁場的干擾，另一方面也不應對外界環境產生強烈的電磁干擾。 ^[3] 

電壓測量中，應根據具體情況選擇合適的電壓傳感器，電壓傳感器選用的基本原則是：

①被測電壓的量值範圍是選擇電壓傳感器的重要依據，因此要有足夠寬的電壓測量的範圍；

②應有足夠寬的頻率範圍和足夠高的測量精度；

③有足夠高的輸入阻抗，電壓傳感器的輸入電阻就是被測電路的額外負載，為了減小測量電路的接入對被測電路的影響，要求其具有較高的輸入阻抗；

④應具有較高的抗干擾能力，被測電壓中往往含有一些噪聲干擾等不需要測量的成分。 ^[3]