Guía Completa de Sensores de Voltaje: Precisión, Fiabilidad y Soluciones Ecológicas

¿Qué es un Sensor de Voltaje?

Fig 1: Sensores de presión de vapor y voltaje eléctrico en la sala de control central de una planta de calefacción

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

Los sensores de voltaje tienen el voltaje como señal de entrada, mientras que la señal de salida varía según su diseño: señales de voltaje analógico, interruptores, señales de corriente o señales audibles.

Son útiles para equipos de mantenimiento al detectar presencia y niveles de voltajes DC y AC en circuitos. Proporcionan monitorización continua para detectar cambios de voltaje que indiquen fallos.

La adopción de tecnología de sensores de voltaje ha mejorado los métodos convencionales de medición.

Tipos de Sensores de Voltaje

Fig 2: Sensor de voltaje blanco en panel de instrumentación

Sensores AC

Útiles en instalaciones eléctricas y control automático en sistemas eléctricos de potencia y telecomunicaciones. Se agrupan en sensores/transductores de tres fases y monofásicos.

Aplicaciones típicas: detección de carga, detección de pérdida de potencia, control de demanda de potencia, conmutación de seguridad y control de sobrecargas de motor.

Sensores DC

Detectan y monitorizan voltajes DC en sistemas eléctricos. Útiles en instrumentación, sistemas de automatización, detección de fallos, control de temperatura, aislamiento y control de potencia. Otras aplicaciones: monitorización remota DC y control de energía en sistemas de control.

Sensores Especializados

Sirven propósitos específicos o aplicaciones de nicho en sistemas eléctricos. Asisten en sistemas de control específicos y pueden formar parte de un bucle de realimentación en sistemas electromecánicos. Ejemplos: sensores capacitivos especializados, sensores de calidad de aire, sensores automotrices, sensores de presión especializados.

Sensores de Tipo Resistivo

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

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

El voltaje de salida se calcula con la ecuación:

Donde:

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

Recuerda ajustar la ganancia alta, ya que amplificas un cambio de voltaje resultante del cambio de resistencia del sensor.

Sensor de Tipo Capacitivo

Fig 4: Condensadores en una placa de circuito impreso

A diferencia del sensor resistivo, el sensor capacitivo usa dos condensadores para acoplamiento capacitivo. Para entenderlo, veamos el funcionamiento de un condensador: material no conductor (dieléctrico) entre dos placas conductoras. Al pasar voltaje AC, circula corriente AC a través del dieléctrico por atracción/repulsión alterna de electrones, completando el circuito sin conexión física entre placas.

Analizamos la división de voltaje entre dos condensadores en serie.

Fig 5: Diagrama de circuito de sensor de voltaje capacitivo

Según la Ley de Ohm, el mayor voltaje se desarrolla en el condensador con mayor impedancia en serie. La reactancia capacitiva Xc = 1/(2πfC), donde f es frecuencia (Hz). El condensador menor tiene mayor impedancia capacitiva.

En sensor capacitivo, el condensador menor está en la punta de detección. Al detectar voltaje, colocas la punta (punto de alta impedancia) en circuito capacitivo serie activo. Se desarrolla gran voltaje en el circuito de detección, activando zumbador o luz.

Características y Especificaciones del Módulo Sensor de Voltaje

Principio de Funcionamiento del Sensor de Voltaje

Un módulo sensor de voltaje monitoriza voltajes con rango de entrada 0-25 V. Utiliza un circuito divisor de voltaje resistivo para reducir el voltaje de entrada por factor 5. Produce señal analógica o salida de voltaje correspondiente al factor de reducción. Su circuito es diminuto y detecta fallos de subvoltaje y sobrevoltaje.

El circuito divisor consta de dos resistencias en serie. Al aplicar voltaje de entrada, se produce división entre ambas resistencias.

Fig 6: Diagrama de circuito de divisor de voltaje resistivo

La ecuación para obtener señal de salida de la segunda resistencia:

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

Ventajas de los Sensores de Voltaje

Pequeños, ligeros, alta precisión, ecológicos, sensibles a parámetros medidos, insensibles al entorno, no perturban los parámetros.

Aplicaciones de Sensores de Voltaje

Sensores de Voltaje AC

Control de demanda de potencia, detección de fallos, control de sobrecarga de motor, aplicaciones de conmutación de seguridad, detección de carga.

Sensores de Voltaje DC

Adquisición de datos, sistemas de control de edificios (BCS), control de temperatura, control de energía, sistemas de gestión energética (EMCS), detección de fallos, control de demanda de potencia.

Conclusión

En conclusión, los sensores de voltaje son componentes cruciales en circuitos eléctricos. Son críticos en circuitos de alta potencia y en pequeños PCBs de electrónica doméstica.

Contáctenos si desea saber más sobre sensores de voltaje, accesorios o necesita pedir componentes.