Sensores de voltaje:una guía detallada

El avance tecnológico continuo en la transferencia de señales, ya sea eléctrica u óptica, requiere mejores dispositivos de detección de señales. Por lo tanto, los sensores de voltaje entran en esta categoría.

Son dispositivos pequeños, livianos, de alta precisión y ecológicos que son útiles para monitorear circuitos eléctricos. Por lo tanto, los sensores de voltaje adecuados deben ser sensibles a los parámetros bajo medición, insensibles al entorno y no alterar los parámetros.

En el artículo de hoy, aprenderemos sobre sensores de voltaje, su funcionamiento, tipos y aplicaciones.

¿Qué es un sensor de voltaje?

Fig. 1:Sensores de tensión eléctrica y presión de vapor en el punto de control central de una planta de calefacción

Un sensor de voltaje es un dispositivo de detección inalámbrico para detectar, medir y comunicar el voltaje en los dispositivos. Además, puede detectar el nivel de una señal óptica en los circuitos (un sensor de voltaje óptico) y responder en consecuencia.

Los sensores de voltaje tienen voltaje como señal de entrada, mientras que la señal de salida varía según su diseño. Por lo tanto, las salidas pueden ser señales analógicas de voltaje, interruptores, señales de corriente o señales audibles.

Además, es útil para los equipos de mantenimiento detectar la presencia y los niveles de voltajes de CC y CA en los circuitos. Además, brindan un monitoreo continuo de los cursos para detectar cualquier cambio de voltaje que pueda indicar la presencia de una falla.

La adopción de la tecnología de sensores de voltaje es responsable de mejorar los métodos de medición de voltaje convencionales.

Tipos de sensores de voltaje

Fig. 2:Sensor de voltaje blanco en un panel de instrumentos

Sensores de CA

Los sensores de voltaje de CA son útiles en instalaciones eléctricas y control automático en sistemas eléctricos de potencia y telecomunicaciones. A grandes rasgos podemos agruparlos en sensores o transductores de tensión trifásicos y monofásicos.

Además, sus aplicaciones típicas incluyen detección de carga, detección de pérdida de energía y control de demanda de energía. Además, puede utilizar sensores de CA para la conmutación de seguridad y el control de casos de sobrecargas del motor.

Sensores de CC

Desde el nombre, los sensores de voltaje de CC detectan y monitorean los voltajes de CC en los sistemas eléctricos.

Son útiles en instrumentación, sistemas de automatización, detección de fallas, control de temperatura y aislamiento y control de energía.

Además, otras aplicaciones incluyen monitoreo remoto de CC y control de energía en sistemas de control.

Sensores especializados

Los sensores de voltaje especializados son sensores de voltaje que sirven para propósitos específicos o aplicaciones de nicho en sistemas eléctricos. Ayudan en sistemas de control de aplicaciones específicas y pueden ser parte de un circuito de control de retroalimentación en sistemas electromecánicos.

Los ejemplos incluyen sensores capacitivos especializados, sensores especiales de calidad del aire, sensores automotrices y sensores de presión especializados.

Sensores de tipo resistivo

Los sensores de tipo resistivo comprenden un puente y circuitos divisores de tensión.

Un circuito de puente es más efectivo que un divisor de voltaje de resistencia en serie, ya que solo amplifica el cambio de resistencia del sensor.

Fig. 3:Diagrama de circuito de un sensor de voltaje resistivo de puente de resistencia

Calculamos el voltaje de salida usando la siguiente ecuación.

donde,

• A es el ganancia de amplificador de instrumentación
• δ es el cambio en la resistencia del sensor

Recuerde establecer una ganancia alta ya que está amplificando un cambio de voltaje resultante de un cambio en la resistencia del sensor.

Sensor de tipo condensador

Fig. 4:Condensadores en una placa de circuito impreso

A diferencia de su homólogo del sensor resistivo, un sensor de tipo condensador utiliza dos condensadores para el acoplamiento capacitivo. Por lo tanto, para comprender el acoplamiento capacitivo, veamos el funcionamiento de un capacitor.

Un capacitor tiene un material no conductor (dieléctrico) entre dos placas conductoras. Si pasamos un voltaje de CA a través del capacitor, fluirá una CA a través del dieléctrico.

La corriente fluye debido a la repulsión o atracción alterna de electrones por las placas opuestas. Por lo tanto, el flujo de portadores de carga a través del dieléctrico completa el circuito sin una conexión de hardware entre las placas.

Veremos la división de voltaje entre los dos capacitores en serie.

Fig. 5:Diagrama de circuito de un sensor de voltaje capacitivo

Recuerde de la Ley de Ohm que el voltaje más significativo se desarrolla a través del capacitor con la mayor impedancia en los capacitores en serie.

• Xc → Reactancia capacitiva (Ω)
• f → Frecuencia (Hercios)

Y cuanto más pequeño es el condensador, mayor es la impedancia capacitiva.

Para un sensor de tipo condensador, el condensador más pequeño está en la punta de detección. Por lo tanto, coloca la punta (un punto de alta impedancia) en un circuito capacitivo en serie vivo cuando detecta un voltaje.

Se desarrolla un gran voltaje en el circuito de detección y se enciende un zumbador o una luz.

Características y especificaciones del módulo sensor de voltaje

Principio de funcionamiento del sensor de voltaje

Un módulo sensor de voltaje es un dispositivo de monitoreo de voltaje con un rango de voltaje de entrada de 0 a 25 voltios. Además, utiliza un circuito divisor de voltaje resistivo para minimizar el voltaje de entrada en un factor de 5.

Luego produce una señal analógica o salida de voltaje correspondiente al factor de reducción de la señal de entrada. En la mayoría de los casos, su circuito es diminuto y puede detectar fallas de bajo voltaje y sobrevoltaje en los sistemas eléctricos.

El circuito de voltaje consta de un circuito divisor de voltaje de dos resistencias en serie. Por lo tanto, al aplicar un voltaje de entrada, se produce una división de voltaje entre las dos resistencias.

Fig. 6:Diagrama de circuito de un divisor de voltaje resistivo

La siguiente ecuación toma un voltaje de señal de salida de la segunda resistencia.

El voltaje de salida es directamente proporcional al voltaje de entrada y la relación de las resistencias en serie.

Ventajas de los sensores de voltaje

Aplicaciones de sensores de voltaje

A continuación se muestran las aplicaciones importantes de los sensores de voltaje

Sensores de voltaje de CA

Control de la demanda de energía, Detección de fallas, Control de sobrecarga del motor, En aplicaciones de conmutación de seguridad, Detección de carga

Sensores de voltaje de CC

Adquisición de datos, Sistemas de control de edificios (BCS), Control de temperatura, Energía, Sistemas de control de gestión (EMCS), Detección de fallas, Control de demanda de energía

Conclusión

En conclusión, los sensores de voltaje son componentes cruciales de los circuitos eléctricos. Son fundamentales en los circuitos de alta potencia y en los pequeños PCB que se encuentran en nuestros productos electrónicos domésticos.

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