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Guía #1: Introducción a los sensores de proximidad Desde la industria automotriz, hasta la de alimentos y bebidas, la automatización de procesos se ha vuelto más avanzada y, por lo tanto, más compleja. Nuevas herramientas de monitoreo, control, producción y administración han salido al mercado para automatizar la línea de producción. Sin embargo, no todas las herramientas funcionan para todas las plantas ni para todo el personal, todo depende de las necesidades del proceso, la empresa y el puesto que usted desempeñe en la producción. Para darle una mejor idea de que es lo que puede necesitar, considere los 5 niveles de la automatización industrial.

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Nivel 1 – Equipos de campo: Formado por equipo en el frente de batalla, el que está en contacto directo y tiene repercusión directa con el proceso. Estos pueden ser todo tipo de sensores, actuadores, robots, motores, hidráulica, etc.

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Nivel 2 – Control de proceso: En este nivel se lleva a cabo la regulación, la operación y el control del proceso a través de programación para procesar las señales que se generan en el campo. Los elementos que encontramos en este punto cuentan con inteligencia local, dígase PLCs, computadoras o HMIs, que se comunican directamente con los equipos de campo.

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Nivel 3 – Operación y supervisión: Corresponde a los sistemas de supervisión, control y adquisición de datos. Enlaza, principalmente, celdas de producción y computadoras con equipo de observación como puede serlo un sistema SCADA. Es por esto que en este nivel es importante contar con equipo que integre los diferentes protocolos de comunicación de los equipos en el nivel 2, es decir, los lenguajes que distintos PLCs hablan como PROFINET, ETHERNET IP, DEVICE NET, etc.

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Nivel 4 – Planificación: Nivel encargado en el seguimiento del producto, gestión del stock y, a grandes rasgos, la ejecución de la producción.

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Nivel 5 – Gestión: Aquí es donde se administran los recursos empresariales y se utilizan los famosos E.R.P. (Enterprise Resource Plannig) desarrollador por ORACLE, S.A.P. y EPICOR.

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Clasificación de los sensores

De acuerdo con su aplicación, un sensor puede estar formado por materiales metálicos, no metálicos, orgánicos o inorgánicos, y por fluidos, gases, plasmas o semiconductores. Al usar características especiales de esos materiales, los sensores convierten la cantidad o propiedad medida en una salida analógica o digital. Por ejemplo, el funcionamiento de un termómetro ordinario de mercurio, se basa en la diferencia entre la dilatación térmica del mercurio y la del vidrio.

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Un tipo de clasificación muy básico es diferenciar a los sensores entre PASIVOS o ACTIVOS; los sensores activos generan la señal de salida sin la necesidad de una fuente de alimentación externa, mientras que los pasivos si requieren de esta alimentación para poder efectuar su función. Sensores pasivos: Son aquellos que generan señales representativas de las magnitudes a medir por intermedio de una fuente auxiliar. Ejemplo: sensores de parámetros variables (de resistencia variable, de capacidad variable, de inductancia variable). Sensores activos o generadores de señal: Son aquellos que generan señales representativas de las magnitudes a medir en forma autónoma, sin requerir de fuente alguna de alimentación. Ejemplo: sensores piezoeléctricos, fotovoltaícos, termoeléctricos, electroquímicos, magnetoeléctricos. Según el tipo de señal que proveen a la salida: Todo o nada: son los sensores que solo poseen dos estados, y que, estos estados, únicamente están separados por un valor umbral de la variable monitoreada. Digitales: estos sensores proporcionan una señal codificada en pulsos o sistemas como BCD, binario, etcétera. Analógicos: estos sensores proporcionan un valor de voltaje o corriente, donde la señal más común utilizada en aplicaciones industriales es un circuito de corriente de 2 hilos y 4-20 mA. Según el tipo de magnitud física a detectar: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

Medición de temperatura. Pirómetro óptico Pirómetro de radiación. Termistor. Termopar. Medición de esfuerzos y deformaciones. Medición de movimiento. Grandes distancias: Radar, láser, Ultrasonido, etc. Distancias pequeñas: Métodos ópticos. Métodos inductivos (LDT y VDT). Métodos resistivos y capacitivos. Posición linear o angular: Codificadores increméntales. Codificadores absolutos. Transductores capacitivos. Sensores de Presencia o Proximidad. Inductivos.

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19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48.

Capacitivos. Fotoeléctricos. De efecto Hall. Radiación. Infrarrojos. Sistemas de visión artificial. Cámaras CCD. Sensores de humedad y punto de rocío. Humedad en aire – gases. Humedad en sólidos. Punto de rocío. Sensores de caudal. De sólidos, líquidos o gases. Presión diferencial. Medidores magnéticos. Medidores por fuerzas de Coriolis. Medidores de área variable. Medidores de desplazamiento positivo. Sensores de nivel. De líquidos y sólidos. Sensores de presión. Sensores de Fuerza y par. Calibrador de tensión. De array táctil. Sensores de intensidad lumínica. Sensores de aceleración. Sensores de velocidad lineal o angular. Sensores táctiles. Matriz piezoeléctrica, óptica o capacitiva. Matriz de contactos.

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Clasificación de los sensores de proximidad

Sensores inductivo Se induce o genera un campo magnético en la bobina cuando se energiza eléctricamente, al acercar el objeto de metal (Fe) se generan las corrientes de Foucault (corrientes de Eddy) La corriente de Foucault genera un campo magnético diferente a la dirección del campo inducido en la bobina y esta oscilación se da únicamente cuando un objeto metálico está presente.

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Por la corriente de Foucault se genera en el campo magnético un flujo de contraste (eco magnético), el impacto de este flujo provoca la reducción de la oscilación del campo magnético. Este cambio de oscilación se convierte en una corriente eléctrica por el circuito de integración y el circuito de salida de CC funcionarán. Metales ferrosos Los materiales férricos son aquellos que en su composición tienen principalmente hierro, como el acero ( mezcla de hierro con un poco de carbono ) o el hierro puro. En la imagen podemos observar bobinas de acero empleadas para la chapa de los automóviles. Sólo con este uso, ya nos podemos imaginar la demanda tan elevada que hay de este material. Si además tenemos en cuenta que el motor del coche está fabricado básicamente por hierro, sumamos y sumamos.

La gran ventaja de este material es su precio relativamente bajo y la capacidad de unirse con otros elementos para mejorar sustancialmente sus propiedades. Veremos el caso del acero.

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Metales no férricos Cobre: Debido a su gran conductividad térmica y eléctrica, su uso queda casi exclusivamente para estos cometidos ( cables, tubos de calderas .. ) ya que no es un material barato. Se suelda con facilidad , es muy dúctil y maleable y cuando se oxida, forma una capa verdosa que le protege . Aluminio: También es un excelente conductor de la electricidad y del calor. Es muy blando con baja densidad. Como en el caso del cobre ( aunque mejor aún), al oxidarse forma una fina capa de óxido de aluminio que le hace enormemente resistente a la oxidación. Se usa mucho en la industria de la alimentación debido a su nula toxicidad, así como en marcos de ventanas y aplicaciones del estilo, ya que son resistentes a la humedad, radiaciones solares, etc. Estaño: Muy blando e inoxidable. Se emplea fundamentalmente en la soldadura de cobre ( cables eléctricos y tubos de calefacción ) debido a a su bajo punto de fusión. Partes de un sensor inductivo

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Consideraciones generales 

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La superficie del objeto a detectar no debe ser menor que el diámetro del sensor de proximidad (preferentemente 2 veces más grande que el tamaño o diámetro del sensor). Si fuera menor que el 50% del diámetro del sensor, la distancia de detección disminuye sustancialmente. Debido a las limitaciones de los campos magnéticos, los sensores inductivos tienen una distancia de detección pequeña comparados con otros tipos de sensores. Esta distancia puede variar, en función del tipo de sensor inductivo, desde fracciones de milímetros hasta 40 mm en promedio. Para compensar el limitado rango de detección, existe una extensa variedad de formatos de sensores inductivos: cilíndricos, chatos, rectangulares, etc. Los sensores inductivos cilíndricos son los más usuales en las aplicaciones presentes en la industria. Posibilidad de montar los sensores tanto enrasados como no enrasados. Gracias a no poseer partes móviles los sensores de proximidad no sufren en exceso el desgaste. Gracias a las especiales consideraciones en el diseño, y al grado de protección IP67, muchos sensores inductivos pueden trabajar en ambientes adversos, con fluidos corrosivos, aceites, etc., sin perder operatividad.

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La distancia de sensado La distancia de sensado (Sn) especificada en la hoja de datos de un sensor inductivo está basada en un objeto de estándar con medidas de 1" x 1" de hierro dulce. Este valor variará sensiblemente si se quiere detectar otros tipos de metales, incluso con materiales ferrosos como el acero inoxidable (SS). Para otros no ferroros, como el aluminio, pueden ser detectados, pero a menores distancias. En el siguiente gráfico se puede ver como varía la distancia de detección en función del material a detectar y el tamaño del mismo.

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Sensores capacitivos

Cuando se acerca un objeto seda el fenómeno de polarización en la superficie del sensor. Al acercarse el objeto aumenta la capacitancia de la placa del sensor y cuando se aleja se reduce

La función del detector capacitivo consiste en señalar un cambio de estado, basado en la variación del estímulo de un campo eléctrico. Los sensores capacitivos detectan objetos metálicos, o no metálicos, midiendo el cambio en la capacitancia, la cual depende de la constante dieléctrica del material a detectar, su masa, tamaño, y distancia hasta la superficie sensible del detector. Los detectores capacitivos están construidos en base a un oscilador RC. Debido a la influencia del objeto a detectar, y del cambio de capacitancia, la amplificación se incrementa haciendo entrar en oscilación el oscilador. El punto exacto de ésta función puede regularse mediante un potenciómetro, el cual controla la realimentación del oscilador. La distancia de actuación en determinados materiales, pueden por ello, regularse mediante el potenciometro

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Tabla de factor de corrección de distancia