Sensor de Voltaje: Principio de Funcionamiento Tipos y Diagrama de Circuito

¿Qué es un sensor de voltaje?

Un sensor de voltaje es un sensor utilizado para calcular y monitorear la cantidad de voltaje en un objeto. Los sensores de voltaje pueden determinar el nivel de voltaje AC o DC. La entrada de este sensor es el voltaje, mientras que la salida puede ser interruptores, una señal de voltaje analógica, una señal de corriente o una señal audible.

Los sensores son dispositivos que pueden detectar o identificar y reaccionar a ciertos tipos de señales eléctricas u ópticas. La implementación de un sensor de voltaje y técnicas de sensor de corriente se han convertido en una excelente opción para los métodos convencionales de medición de corriente y voltaje.

En este artículo, podemos discutir un sensor de voltaje en detalle. Un sensor de voltaje puede determinar, monitorear y medir el suministro de voltaje. Puede medir el nivel de voltaje AC y/o DC. La entrada al sensor de voltaje es el propio voltaje, y la salida puede ser señales de voltaje analógico, interruptores, señales audibles, niveles de corriente analógica, frecuencia o incluso salidas de modulación de frecuencia.

Es decir, algunos sensores de voltaje pueden proporcionar series de pulsos sinusoidales o de pulso como salida, y otros pueden producir salidas de modulación de amplitud, modulación de ancho de pulso o modulación de frecuencia.

En los sensores de voltaje, la medición se basa en un divisor de tensión. Hay dos tipos principales de sensores de voltaje disponibles: sensor de voltaje capacitivo y sensor de voltaje resistivo.

Sensor de Voltaje Capacitivo

Sabemos que un condensador consta de dos conductores (o dos placas); entre estas placas, se mantiene un material no conductor.

Ese material no conductor se denomina dieléctrico. Cuando se proporciona un voltaje AC a través de estas placas, comenzará a pasar corriente debido a la atracción o repulsión de los electrones a través del voltaje de la placa opuesta.

El campo entre las placas creará un circuito AC completo sin ninguna conexión de hardware. Así es como funciona un condensador.

A continuación, podemos discutir la división de voltaje en dos condensadores en serie. Generalmente, en circuitos en serie, se desarrollará un alto voltaje a través del componente con alta impedancia. En el caso de los condensadores, la capacitancia y la impedancia (reactancia capacitiva) son siempre inversamente proporcionales.

La relación entre voltaje y capacitancia es

Q → Carga (Coulomb)
C → Capacitancia (Farad)
XC → Reactancia capacitiva (Ω)
f → Frecuencia (Hertz)

A partir de las dos relaciones anteriores, podemos afirmar claramente que el voltaje más alto se acumulará a través del condensador más pequeño. Los sensores de voltaje capacitivos funcionan basados en este principio simple. Supongamos que estamos sosteniendo el sensor y luego colocando su punta cerca de un conductor vivo.

Aquí, estamos insertando el elemento de detección de alta impedancia en un circuito de acoplamiento capacitivo en serie.

Actualmente, la punta del sensor es el condensador más pequeño acoplado al voltaje vivo. Por lo tanto, todo el voltaje se desarrollará a través del circuito de detección, que puede detectar el voltaje, y el indicador de luz o zumbador se encenderá—esto es lo que hay detrás de los sensores de voltaje sin contacto que usas en casa.

Sensor de Voltaje Resistivo

Existen dos formas de convertir la resistencia del elemento de detección a voltaje. El primero es el método más simple, que consiste en proporcionar un voltaje al circuito divisor de resistencias compuesto por un sensor y una resistencia de referencia, que se muestra a continuación.

El voltaje desarrollado a través de la resistencia de referencia o del sensor se amplifica y luego se envía al amplificador. El voltaje de salida del sensor se puede expresar como

La desventaja de este circuito es que el amplificador presente amplificará todo el voltaje desarrollado a través del sensor. Sin embargo, es mejor amplificar solo el cambio de voltaje debido al cambio en la resistencia del sensor, lo cual se logra mediante el segundo método que implementa el puente de resistencia, como se muestra a continuación.

Aquí, el voltaje de salida es

Cuando R1 = R, entonces el voltaje de salida se vuelve aproximadamente

A → Ganancia del amplificador de instrumentación
δ → Cambio en la resistencia del sensor, que es análogo a alguna acción física

En esta ecuación, la ganancia debe establecerse alta porque solo se está amplificando el cambio de voltaje debido al cambio en la resistencia del sensor.