發布日期：2022-10-09 點擊率：108
壓電材料作為感知電力設備放電、振動等信號的關鍵材料，在電力設備振動監測、放電檢測、探傷、溫度測量、電壓傳感等領域得到廣泛應用。
壓電材料在壓電傳感器件中的應用多種多樣，其核心在于機械能和電能的相互轉換：壓電材料受機械振動（壓電振動傳感器）、聲波傳導（壓電聲傳感器）等機械外力作用時晶格形變，引起極化狀態的變化，輸出傳感電信號，或通過對壓電材料受電場作用產生的形變進行測量來反映電場大小（壓電電壓傳感器）。
壓電電壓傳感器工作原理如圖1所示，其主要基于逆壓電效應，將施加于壓電材料上的電信號轉換為位移或者形變信號，再進一步通過其他方式進行檢測，進而實現對電壓信號的量測。
圖1 壓電電壓傳感器檢測示意圖
壓電電壓傳感器可分為基于應力檢測的壓電電壓傳感器、基于光檢測的壓電電壓傳感器和基于電容值檢測的壓電電壓傳感器。
1 基于應力檢測的壓電電壓傳感器
壓電電壓傳感器研究早期，K.Kawamura等使用壓力傳感器對壓電材料的電致應變進行檢測，如圖2所示。檢測電壓峰值可達26kV，測量誤差小于2%，頻率測量范圍0~2.5kHz。但此類傳感器檢測范圍和精度易受附加壓力傳感器限制，且需額外電源供電，增加了電壓傳感器的復雜性，難以滿足新型傳感器小型化、無源、抗干擾能力強等要求，實際應用困難。
圖2 基于應力檢測的壓電電壓傳感器
2 基于光檢測的電壓傳感器
相比于基于應力檢測，通過利用無源光學器件測量壓電材料形變更為便捷。K.M.Bohnert等將石英壓電晶體與雙模光纖聯用，通過檢測光纖中的相干光相位變化對壓電材料形變進行測量，頻率測量范圍50Hz~11kHz，測量電壓高達520kV，但其設備體積較為龐大；另有研究人員聯用PZT等高壓電性能陶瓷多晶與光柵器件，將難以準確測量的壓電材料形變轉換為光柵中心波長變化進行檢測，有效提高了測試精度。
G. Fusiek等使用多個厚度為4mm的PZT壓電陶瓷片構成疊層結構，以放大壓電陶瓷在同等電壓下的位移大小。傳感器最大量程5kV，頻率測量范圍50Hz~20kHz。研究者采用外加鋁制結構對壓電陶瓷到光纖光柵的位移進行傳遞，減小了對單個壓電陶瓷片厚度的要求，但位移的多次傳遞可能引入額外的測量誤差。
3 基于電容值檢測的電壓傳感器
此外，Xue Fen等將兩層極化方向相反、兩端固定的PVDF壓電薄膜疊加成電容的上電極，外加固定的電容下電極組成壓電式電壓傳感器。當外加電場變化時，PVDF薄膜發生彎折電容極板結構變化，導致電容值發生變化，通過實時測量電容值來反推外加電場的信息。
盡管壓電聚合物薄膜（PVDF）在厚度方向的伸縮振動諧振頻率遠高于普通壓電陶瓷，可獲得接近10MHz寬頻帶響應和22kV/cm的測量量程，但由于其壓電系數遠遠小于普通的壓電陶瓷，形變通常在nm級，即使使用光學器件也很難對其檢測，因此使用PVDF進行電壓/電場傳感研究的難點在于將微納級形變轉換為其他可測、易測的物理量。
本文編自2021年第7期《電工技術學報》，論文標題為“壓電材料與器件在電氣工程領域的應用”，作者為姚睿豐、王妍 等。
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Wuntronic 傳感器
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電壓傳感器
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。
電壓傳感器是指能感受被測電壓并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，常需要對高速變化的交、直流電壓信號做跟蹤采集，對于比較復雜的電壓波形做頻譜分析。
[1]
中文名
電壓傳感器
外文名
voltage sensor
作 用
測量電壓
類 型
電壓互感器、霍爾電壓傳感等
應 用
半導體保護等
學 科
檢測學
目錄
1
簡介
2
原理
3
分類
4
要求
5
選用原則
電壓傳感器簡介
編輯
語音
電壓傳感器是能感受被測電壓并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采集，對于比較復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，就需要采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采集，從而得到標準化、電氣隔離的電壓信號。
電壓傳感器
隨著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，必要時采取過電壓、欠電壓等自動保護措施。
電壓傳感器原理
編輯
語音
對于交流電壓測量，可用電壓互感器作為傳感元件，即使用一臺電壓互感器將被測電壓降至到可利用的低電壓，然后通過相關電路變換成與被測電壓成線性關系的直流電壓送入到數據采集系統和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，并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于被測電機額定功率的1/1000以下）)，以盡可能地減少該回路電流產生的損耗給測量值造成的影響，對于低壓電機，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，直接送入到數據采集系統和A/D轉換器。
[2]
電壓傳感器分類
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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，必要時采取過電壓、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范圍大致可以分為：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。隨著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、穩定和經濟運行有著重要的影響。電壓互感器安裝在電力系統中一次與二次電氣回路之間，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，可廣泛應用于電力、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峰值，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、磁調制式電壓傳感器、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、計算機采集系統組成。光纖電壓傳感器采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。光纖電壓傳感器由于其傳感機理，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，并能減小體積、質量，有著傳統電磁式互感器無法比擬的優點。
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電壓傳感器要求
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利用電壓傳感器對電壓進行測量，一般要求所采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，對于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、氣溫、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溫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。
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電壓傳感器選用原則
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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被測電壓的量值范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范圍；②應有足夠寬的頻率范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。
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模擬量傳感器如何選型？1.首先，只要現場PLC模塊接收的信號是什么信號（電流或者是電壓）。2.PLC與控制設備的安裝位置及距離。3.被測定的現場環境（野外，有毒氣體，可燃易爆，液體等）4.精度問題，抗干擾能力。一、一般來說我們PLC的模擬量模塊分為：模...
2021-05-120
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參考資料
1.
黃玉平，李建明，朱成林編著．航天機電伺服系統：中國電力出版社，2013.11
2.
才家剛編著．電機試驗技術及設備手冊：機械工業出版社，2004年05月
3.
趙凱岐，吳紅星，倪風雷編革．傳感器技術及工程應用：中國電力出版社，2012.01
伴隨著城市人口和建設規模的擴大，各種用電設備的增多，用電量越來越大，城市的供電設備經常超負荷運轉，用電環境變得越來越惡劣，對電源的“考驗”越來越嚴重。據統計，每天，用電設備都要遭受120次左右各種的電源問題的侵擾，電子設備故障的60%來自電源。因此，電源問題的重要性日益凸顯出來。原先作為配角，資金投入較少的電源越來越受到廠商和研究人員的重視，電源技術遂發展成為一門嶄新的技術。
而今，小小的電源設備已經融合了越來越多的新技術。例如開關電源、硬開關、然開關、參數穩壓、線性反饋穩壓、磁鐵技術、數控調壓、PWM、SPWM、電磁兼容等等。實際需求直接推動電源技術不斷發展和進步，為了自動檢測和顯示電流，并在過流、過壓等危害情況發生時具有自動保護功能和更高級的智能控制，具有傳感檢測、傳感采樣、傳感保護的電源技術漸成趨勢，檢測電流或電壓的傳感器便應運而生并在我國開始受到廣大電源設計者的青睞。本文介紹了電壓傳感器的分類詳細。
電壓傳感器有哪些----電壓傳感器（直流電壓輸入類型）的分類
A1單路直流電壓高精度變送器
A1雙路直流電壓高精度變送器
A41單路直流電壓變送器
A43單路直流電壓變送器
D31單路直流電壓變送器
電壓傳感器有哪些----電壓傳感器（交流電壓輸入類型）的分類
A1單相交流電壓變送器
單相交流電壓變送器
電壓傳感器有哪些----電壓傳感器規格
J：電壓互感器；D：單相；Z：澆注絕緣；10：額定一次電壓10KV。Q：全工況；10/√3/0.1/√3：額定變比，額定一次電壓與額定二次電壓之比；0.1/3：輔助繞組二次電壓；0.5：準確度等級；330VA：二次負荷的視在功率。
三相交流電壓變送器
三相交流電壓變送器
A41單相交流電壓變送器
A42三相交流電壓變送器
A43單相交流電壓變送器
D32單相交流電壓變送器
電壓傳感器有哪些----直流電壓傳感器
產品型號：JLD1U / 1V~500V
工作原理 ：線性光電隔離或調制解調原理
產品用途 ：用于測量直流電壓
產品優勢 ：最佳的性能/價格比，響應快，精度高，穩定性好，體積小，重量輕，安裝簡便，
測量電壓直接輸入
產品應用 ：廣泛用于測量直流電壓的場所
■ 性能參數
●安裝方式 ：PCB安裝
●原邊額定電流 ： 1V；5V;20V;50V;100V；200V；220V；300V；380V；500V；用戶指定
●原邊測量范圍 ： 2V；6V；25V；60；120；240V；250V；360V；450V；600V
●額定輸出 ： 5V;10V;DC0~20mA;DC4~20mA;用戶指定
●輔助電源 ： DC12V ，DC24V ，DC±5V，DC±12V ，用戶指定
●負載能力 ： 電壓輸出：5mA；電流輸出：6V
●線性度 ：0.1%
●準確度 ：0.2%;0.5%
●過載能力 ：2倍標稱輸入，可持續
●隔離耐壓 ：1Kv;3kV/50Hz，1Min
●失調電壓 ：≤10mV
●溫度漂移 ：≤100PPM/℃
●頻帶寬度 ： DC
●消耗電流 ： 〈25mA+輸出電流
●響應時間 ： 光電隔離《15uS;調制型《150mS
●工作溫度 ： -10℃~+70℃
●儲存溫度 ： -25℃~+85℃
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