Sen Sores

INDICE

PÁGINA

Introducción

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Sensor Inductivo

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Sensor capacitivo

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Fotocélulas y sensores fotoeléctricos

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INTRODUCCION En los diversos sistemas de control es de vital importancia que los dispositivos que actúan como elementos integradores (sensores), ofrezcan un nivel de seguridad que permita garantizar el desarrollo completo de dicho proceso. En industrias tales como las alimenticias, refresqueras, manufactureras, comerciales, extractivas, de igual forma en lugares como museos, bancos, entre otros. En este sentido, resulta favorable la inclusión de algunos sensores, en los manipuladores robot, que hacen parte del Sistema de Manufactura Flexible en el Centro de Automatización de Procesos CAP. Un sensor es un dispositivo capaz de detectar formas de energía o diferentes tipos de materiales y hacerlos transducibles, con el objetivo de mandar una señal al sistemas de control y permitir que continúe un proceso, o bien detectar una anomalía, etc. Dentro de la selección de un sensor, se deben considerar diferentes factores, tales como: la forma de la carcasa, distancia operativa, datos eléctricos y conexiones.

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SENSOR INDUCTIVO Los sensores inductivos son una clase de sensores usados para detectar materiales metálicos. Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia de objetos metálicos en un determinado contexto (control de presencia o de ausencia, detección de paso, de atasco, de posicionamiento, de codificación y de conteo). PRINCIPIO DE OPERACIÓN Los sensores de proximidad inductiva están diseñados para funcionar mediante la generación de un campo electromagnético y la detección de pérdidas de corrientes parásitas generadas cuando los objetos metálicos férricos y no férricos que se van a detectar cuando ingresan al campo. El sensor consta de una bobina en un núcleo de ferrita, un oscilador, un detector de nivel de disparador de señal y un circuito de salida. Cuando un objeto metálico se introduce en el campo, se inducen corrientes parásitas en el objeto. El resultado es una pérdida de energía y una menor amplitud de oscilación. El circuito detector reconoce entonces un cambio específico de amplitud y genera una señal que “activará” o “desactivará” la salida del dispositivo de semiconductores.

Bobina

Oscilador

Circuito de Circuito de Disparador Salida

Figura 1. Sensor inductivo

ESTADOS DE UN SENSOR INDUCTIVO 1. Si el objeto a detectar se encuentra ausente. • •

La amplitud de oscilación está al máximo, sobre el nivel de operación. La salida se mantiene inactiva (OFF)

2. Si el objeto a detectar se empieza a acercar a la zona de detección. • • •

Se producen corrientes de Foucault (o de Transferencia de energía) El circuito de detección detecta una disminución de la amplitud, la cual cae por debajo del nivel de operación. La salida es activada (ON)

3. Si el objeto a detectar se retira de la zona de detección. • • •

Eliminación de corrientes de Foucault. El circuito de detección detecta el incremento de la amplitud de oscilación. Como la salida alcanza el nivel de operación, la misma se desactiva (OFF).

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Objeto Sensor Salida del circuito oscilador

Salida del detector

On Off

Off

Circuito de salida Figura 2. Estados de un sensor inductivo

Frecuencia de conmutación Es la velocidad máxima a la que un sensor generará pulsos individuales discretos cuando el objeto entre o abandone el campo de detección. Este valor depende siempre del tamaño del objeto, la distancia respecto a la cara de detección, la velocidad del objeto y el tipo de interruptor. Esto indica el número máximo posible de operaciones de conmutación por segundo. El método de medida para determinar la frecuencia de conmutación con objetos normales está especificado por la norma IEC 60947. Ver figura 3

Dirección de movimiento

Interruptor de proximidad Objetos de Fe 350 o A570 Grado 35

Figura 3. Metodo para detectar la frecuencia de conmutación

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Histéresis La diferencia entre los puntos de operación y de liberación se conoce como histéresis o recorrido diferencial. Al seleccionar las ubicaciones del objeto y el sensor, se debe tener en cuenta la cantidad de recorrido del objeto que se requiere para la liberación tras la operación. La histéresis es necesaria para ayudar a prevenir la vibración de contacto encendido y apagado rápido) cuando el sensor se ve sometido a impactos y vibraciones o cuando el objeto se mantiene quieto a la distancia de detección nominal. Las amplitudes de vibración deben ser más pequeñas que la banda de histéresis para evitar la vibración de contacto.

Factores de corrección de objeto para sensores de proximidad inductiva Para determinar la distancia de detección para materiales distintos del acero dulce normal, se utiliza un factor de corrección. La composición del objeto tiene un gran efecto en la distancia de detección de los sensores de proximidad inductiva. Si se usa un objeto construido a partir de uno de los materiales listados, multiplique la distancia de detección nominal por el factor de corrección listado a fin de determinar la distancia de detección nominal para dicho objeto. Note que los sensores selectivos férricos no detectarán latón, aluminio o cobre, en tanto que los sensores selectivos no férricos no detectarán acero ni aceros inoxidables de tipo férrico. El tamaño y forma del objeto también puede afectar la distancia de detección. Se debe usar lo siguiente como pauta general a corregir de acuerdo al tamaño y forma de un objeto:

• • • • •

Se prefieren los objetos planos. Los objetos redondeados pueden reducir la distancia de detección Los materiales no férricos normalmente reducen la distancia de detección de todos los modelos de detección de todos los metales Los objetos más pequeños que la cara de detección típicamente reducen la distancia de detección Los objetos más grandes que la cara de detección pueden aumentar la distancia de detección Las láminas metálicas pueden aumentar la distancia de detección

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SENSOR CAPACITIVO Los sensores capacitivos pueden detectar materiales conductores y no conductores, en Forma líquida o sólida. Existen distintas aplicaciones, incluso control de niveles en depósitos, también para detectar el contenido de contenedores, o en máquinas empaquetadoras. Otras aplicaciones incluyen el posicionado y contaje de materiales en sistemas de transporte y almacenaje, por ejemplo cintas transportadoras y mecanismos de guía. Ver figura 4

Figura 4. Sensor capacitivo

Materiales típicos que pueden ser detectados: Sólidos Madera, cerámica, vidrio, apilamientos de papel, plástico, piedra, goma, hielo, materiales no férricos, y materias vegetales. Líquidos Agua, aceite, adhesivo y pinturas. Granulados Granulados plásticos, semillas, alimentos, y sal. Polvos Tintas, polvo de jabón, arena, cemento, fertilizantes, azúcar, harina y café.

Especificaciones técnicas 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 potenciómetro. La señal de salida del oscilador alimenta otro amplificador, el cual a su vez, pasa la señal a la etapa de salida. Cuando un objeto conductor se acerca a la cara activa del detector, el objeto actúa como un condensador. El cambio de la capacitancia es significativo durante una larga distancia. Si se aproxima un objeto no conductor, (>1) solamente se produce un cambio pequeño en la constante dieléctrica, y el incremento en su capacitancia es muy pequeño comparado con los materiales conductores. Hay que tomar nota de los factores de corrección, al comparar las distintas distancias de detección. Factores de corrección Acero u otros metales conectados a tierra Superficie del agua Acero 150 x 150 x 1 mm no conectados a tierra

1.00 1.00 0.85

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Mármol 150 x 150 x 12,5 mm Vidrio 150 x 150 x 7,5 mm Pila de papel (500 hojas) Conglomerado de maderas 150 x 150 x 16 mm

0.65 0.65 0.55 0.45

Los factores dados, son valores aproximados, y los alcances de sensibilidad vienen influenciados por condiciones individuales del objeto, y del ambiente en el que se encuentra situado el sensor. En todas las aplicaciones, resulta importante tener en cuenta la influencia de la humedad envolvente al detector y al objeto. Un elevado grado de humedad en madera o en papel, por ejemplo, incrementa la distancia de detección. Se encuentran disponibles detectores capacitivos para: Montajes enrasados o apantallados. Montajes no enrasados o no apantallados Hay que procurar una zona libre alrededor de la zona sensitiva de los detectores no enrasables, a fin de evitar la influencia del material que puede afectar el sensor. Gracias al control de sensibilidad, se pueden montar detectores no enrasables en áreas donde la “zona libre” queda restringida. Estos sensores son menos sensibles a la suciedad o humedad en la atmósfera, comparados con los sensores enrasables. Los sensores enrasables tienen un electrodo de pantalla incorporado, el cual va conectado a tierra. Cuando ambos electrodos están muy cercanos, son particularmente eficientes en la detección de diferentes dieléctricos. Sin embargo, con esto resultan más propensos a detectar suciedad o humedad atmosférica. Cuando los sensores capacitivos estan montados juntos, o en oposición el uno con el otro, también pueden influenciarse mutuamente. Los modelos enrasables son mucho menos sensitivos en tales aplicaciones, comparados con los no enrasables. Cuando la distancia sensitiva requerida entre sensores es >2 <8 veces el diámetro del detector, es necesario hacer un ensayo de aplicación. No resulta necesario efectuar ensayos en aplicaciones donde las distancias sensitivas entre sensores sean >8 veces el diámetro del detector.

Aplicaciones Los detectores capacitivos son particularmente adecuados para determinar niveles a través de las paredes no metálicas de un depósito. Ventajas: La pared del depósito no deberá ser perforada, y el material a detectar no entra en contacto con e sensor. Para ésta aplicación, resulta imperativo que el factor dieléctrico del material a detectar, sea superior al del depósito. Con el ajuste del potenciómetro, se puede reducir la sensibilidad del sensor, hasta que llegue a detectar el objeto, pero no las paredes del depósito. En la Figura 4 se muestra una aplicación 5del sensor capacitivo.

Figura 5. Aplicación del sensor capacitivo

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FOTOCÉLULAS Y SENSORES FOTOELÉCTRICOS Destinados a la presencia de objetos, fluidos, personas, etc. Por “retroreflexión polarizada”: Son los que necesitan un o dispositivo reflectante para funcionar y en el mismo dispositivo se aloja el emisor y receptor, que con una lente polarizada envían la luz en una orientación en concreto. Estos sensores se aventajan de otros debido a que pueden detectar objetos brillantes. Encóders En los encóders incrementales y los encóders absolutos, la lectura se realiza de manera fotoeléctrica, por medio de un disco reticulado de forma radial y un emisor de rayos infrarrojos que atraviesa el disco iluminando al receptor situado en la cara opuesta, de esta forma detectan las variaciones de luz recibidas convirtiéndolas en impulsos eléctricos para el posterior análisis del movimiento. La principal diferencia reside en la forma de codificación, en el encóder incremental la posición queda determinada por la cuenta de impulsos desde la marca cero, o la puesta en marcha, mientras los encóders absolutos la lectura queda determinada a partir de la lectura de un código único para cada posición, de forma que no pierden la referencia a la posición que adoptan en ningún momento, ya sea en una puesta en marcha como en movimientos tanto lineales como angulares, su constante actualización permite alejarse de los errores de posicionamiento que puedan surgir ya sea derivados de otros, o simplemente evita la búsqueda necesaria del punto cero en el caso de los encóders incrementales. Encóder incremental: Suele proporcional dos formas de onda cuadradas y desfasadas 90º entre sí, que serían el “Canal A” y el “Canal B”, con un único canal sería capaz de determinar la velocidad de rotación, con dos el sentido, y con un tercero, “Canal Z”, es capaz de identificar la posición de inicio de giro del eje. Ver Figura 6 Figura 6. Encoder incremental Encóder absoluto: san la codificación Gray, que se diferencia del binario en que en cada transición sólo varia un bit o un estado, esto evita que se den transiciones de varios bits a la vez y así se produzcan errores. Ver Figura 7

Figura 7. Encoder Absoluto

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