cursosensores

Diapositiva 1¿Qué es un sensor?
Un sensor es un dispositivo para detectar y cambiar la condición de una señal.
¿Qué es este “cambio de condición”?
La mayoría de las veces es simplemente la presencia o ausencia de un objeto o material (discreto).
Puede ser también una variable mensurable como distancia, tamaño o color (analógico).
Esta información, (que se traduce en la salida que el sensor provee) es un básico para el monitoreo y el control de procesos de producción.
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Tecnología sin contacto
Los sensores de contacto son dispositivos electromecánicos que detectan el cambio a través del contacto físico con el objeto a detectar. Los sensores de contacto:
No requieren conexión eléctrica auxiliar.
Toleran más corriente y ruido eléctrico.
Generalmente son más simples para entender y para diagnosticar.
Encoders, límites de carrera e interruptores de seguridad son sensores de contacto.
Tecnología sin contacto
Los Sensores sin contacto son dispositivos electrónicos de estado sólido que crean un campo de energía o un haz y reaccionan ante cambios en ese campo
Algunas características:
No requieren contacto físico
No hay partes móviles para trabar, proteger o romper (menor mantenimiento)
Generalmente operan con mayor velocidad
Existe más amplitud y flexibilidad en las aplicaciones
Los sensores fotoeléctricos, inductivos, capacitivos y ultrasónicos utilizan tecnología sin contacto
Detección discreta Vs.
Detección analógica
El sensado discreto responde a la pregunta, “¿Está el objeto allí?”. El sensor produce una señal de ON/OFF (digital) de salida basada en la presencia o ausencia del objeto.
El sensado analógico responde a la pregunta, “¿Dondé está? o ¿Cuánto hay?” proveyendo una respuesta contínua. La salida es proporcional a lo que provoca el objeto en el sensor, ya sea, en relación a su posición en el area de sensado o la fuerza de la señal de respuesta que vuelve al sensor.
Cuando especificamos sensores es importante entender los términos comunes asociados a esta tecnología. Cabe destacar que los términos exactos difieren entre fabricantes, pero el concepto general es entendido en toda la industria
Distancia de sensado
Distancia de sensado
Cuando se introduce un sensor en una aplicación es necesario tener en cuenta la distancia nominal y la efectiva de sensado.
Distancia nominal de sensado
diseñado. Este rango es logrado
utilizando criterios estándar bajo
Distancia efectiva de sensado
La distancia efectiva de sensado es la que el sensor presenta “al salir de la caja” instalado en una aplicación. Esta distancia, de acuerdo a la aplicación, se ubica en algún lugar entre la distancia nominal y la peor distancia de detección. ¿De que depende?
Histéresis
Histéresis o carrera diferencial es la diferencia entre la distancia de operación (en ON) y la de no operación (en OFF) cuando el objeto se aleja de la cara del sensor. Se expresa como porcentaje de la distancia de sensado. Sin suficiente histéresis un sensor de proximidad continuamente switcharía de ON a OFF o se ‘colgaría’ cuando hay excesiva vibración en el objeto.
Esta característica puede hacerse ajustable con circuitos adicionales en el sensor.
Repetibilidad
Es la habilidad de un sensor de detectar al mismo objeto a la misma distancia todo el tiempo. Se expresa como un porcentaje de la distancia nominal, considerando una temperatura ambiente y una tensión de alimentación constantes.
Frecuencia de switch
La frecuencia de switcheo es el número de cambios de estado por segundo alcanzable bajo condiciones estándar. En términos más simples es la velocidad relativa del sensor.
Tiempo de respuesta
El tiempo de respuesta de un sensor es el tiempo que transcurre entre la detección de un objeto y el cambio de estado del dispositivo de salida (de ON a OFF o de OFF a ON). También es el tiempo que le toma cambiar de estado al dispositivo de salida cuando el sensor deja de detectar el objeto.
El tiempo de respuesta requerido para una aplicación particular es una función del tamaño y la velocidad a la que pasa el objeto a detectar frente al sensor.
Limitaciones
Un fabricante de controles industriales, distribuidor o comercializador tiene control limitado o no lo tiene sobre las siguientes variables, que son vitales para una correcta instalación:
Condiciones Ambientales
Instalación
Mantenimiento
Los sensores deben ser instalados acordes a las normas eléctricas vigentes.
Selección de Sensores
Fabricación, ensamble, empaque, pintado, logística de materiales.
Cada uno puede ser separado en eventos más pequeños como contar, indexar, eyectar, pulverizar, llenar, etc. Un sensor puede sumar valor al detectar las condiciones cambiantes asociadas a un evento o una acción.
Selección de Sensores
Definir la aplicación
Si Ud. Identifica una aplicación que puede beneficiarse implementando un sensor para detectar el cambio de una condición. Debe determinar:
Alimentación disponible
Los sensores industriales están diseñados, generalmente, para operar en alguno de estos rangos de voltaje:
10-30 VCD
12-130 VCA
90-250 VCA/CD
20-250 VCA/CD
Los sensores de corriente alterna (AC o CA) pueden recibir su alimentación directamente de la línea o de una fuente filtrada.
La mayoría de los sensores de corriente continua (CD o DC) requieren una fuente aislada galvánicamente de la línea de alterna.
Salidas y Alimentación
Corto Circuito / Sobrecarga
Los circuitos de baja resistencia y los corto circuitos provocarán que una corriente excesiva alcance al equipo.
Los sensores de continua pueden, además verse dañados por:
Inversión de Polaridad
Los cables positivos y negativos no se conectan a sus terminales respectivos.
Un sensor de corriente continua moderno incluye, “de fábrica” protección contra sobrecarga, corto circuito e inversión de polaridad. No obstante su conexión a una tensión excesiva o a una línea con importantes picos de tensión, lograrán dañarlo.
Flujo de Corriente
Tipos de Salida
La configuración de salida se separa en dos categorías, electromecánica y de estado sólido.
121.bin
123.bin
Electromecánicas
Un relay electromecánico (o de contacto seco) actúa cuando es energizada una bobina de alambre que atrae magnéticamente una armadura que físicamente abre o cierra un circuito. Cuando el circuito está abierto no hay corriente en los contactos, cuando el circuito se cierra la corriente es conducida hacia la carga.
Un relay con contactos abiertos en su estado de reposo es conocido como Normalmente Abierto (N.A.), mientras que un relay con los contactos cerrados en el mismo estado es conocido como Normalmente Cerrado (N.C.)
Estado Sólido
Las salidas de estado sólido deben considerarse para aplicaciones en las que se requiera una conmutación frecuente.
Un relay de estado sólido es puramente electrónico, no tiene partes móviles.
Para una salida con transistor NPN, la carga se debe conectar entra la salida del sensor y el positivo (+) de la fuente da alimentación. Esto también se conoce como salida tipo "sumidero de corriente", es decir, absorbe corriente.
Una salida con transistor PNP se considera como salida tipo "fuente de corriente", es decir entrega corriente. La carga se debe conectar entre la salida del sensor y el negativo (-) de la fuente de alimentación.
Los transistores tienen una muy baja corriente de fuga (medida en µA) y una relativamente alta corriente de conmutación (típicamente 100 mA, hasta 400 mA) lo que facilita la conexión a la mayoría de las señales en CC. El tiempo de respuesta con salidas a transistor pueden variar desde 2 ms hasta respuestas tan rápidas como 30µs. Las salidas con transistor NPN y PNP sólo pueden manejar cargas en CC
El FET (transistor de efecto de campo) es un dispositivo de estado sólido con corriente de fuga virtualmente nula con capacidad de conmutación rápida tanto en CC como en CA. La capacidad de conmutación es relativamente baja, del orden de 30 mA. Los FET son generalmente más costosos que las salidas convencionales de transistor.
Las salidas FET pueden ser conectadas en paralelo como los relays electromecánicos.
Un MOSFET de potencia (Transistor de efecto de campo Metal-Oxido-Semiconductor) tiene muy baja corriente de fuga y y tiempos de conmutación rápidos como los FET, con una capacidad de conmutación de corriente mayor; las salidas con MOSFET de potencia pueden manejar cargas de hasta 500 mA
Las salidas multifunción tienen 4 cables, lo que permite:
Realizar las cuatro combinaciones de salida posibles (PNP, NPN, N.A., N.C.) sin cambiar el modelo de sensor
TRIAC
Un triac es un dispositivo de salida de estado sólido diseñado únicamente para operar en corriente alterna. Es el equivalente en alterna a un transistor en continua. Los TRIACs tienen corrientes de fuga mucho mayores que los FETs y los MOSFETs de potencia. La corriente de fuga puede superar 1mA, por lo que los TRIACs no son adecuados como dispositivos de entrada para PLCs y otros equipos con entradas de estado sólido. El TRIAC, una vez disparado, pernanece en estado de conducción mientras circule corriente por la carga, lo que impide que estos dispositivos sean protegidos electrónicamente contra corto circuitos. Para desactivar la salida a TRIAC es necesario que la tensión senoidal de 50/60 Hz cruce por cero. Para la mayoría de las aplicaciones, los MOSFET de potencia proporcionan mejores características de salida.
Conmutación rápida
Alta corriente de fuga
Conmutación lenta de salida
Alta corriente de salida
Vida útil limitada.
Salida aislada de la fuente.
Fácil conexión en serie y/o paralelo de las salidas de los sensores.
Relay electromecánico (AC/DC)
Tipo de salida
Salidas y Cables
Funciones especiales incorporadas
El retardo a la conexión demorará la operación de la salida después de haber detectado el objeto.
El retardo a la desconexión demorará la operación de la salida luego que el sensor dejó de detectar el objeto.
La salida monoestable proporciona un único pulso de salida, de longitud constante, independientemente de la velocidad a la que el "blanco" se mueva frente al sensor. La longitud del pulso es ajustable.
La operación monoestable brinda soluciones para diferentes tipos de aplicaciones:
En operaciones a alta velocidad, cada vez que un blanco pasa frente al sensor genera un pulso que es lo suficientemente largo como para permitir que otra lógica mas lenta responda adecuadamente
En operaciones de baja velocidad, genera un pulso corto cada vez que un blanco pasa frente al sensor, para disparar, por ejemplo un solenoide u otro dispositivo que responda a impulsos.
Genera una señal cuando comienza a pasar el blanco frente al sensor, independientemente de la longitud del mismo.
Sensado de Proximidad Inductivo
Los sensores de proximidad inductivos son dispositivos de estado sólido diseñado para detectar objetos de metal.
La naturaleza sin contacto de la tecnología junto con la ausencia de piezas móviles significa que con la instalación apropiada, los sensores de proximidad inductivos no están sujetos a daño o a desgaste mecánico. Además tienen una excelente performance en ambientes sucios, donde no son afectados por contaminantes como polvo, grasa, aceite, u hollín en la cara sensible del sensor. Esto hace a la tecnología inductiva ideal para el uso en aplicaciones industriales.
Un sensor de proximidad inductivo funciona en base del principio del oscilador de la corriente de Foucault (ECKO). Los sensores de proximidad inductivos se diseñan para generar un campo electromagnético. Cuando un objeto de metal interfiere este campo, las corrientes superficiales, conocidas como corrientes de Foucault, se inducen en el objeto del metal. En estas corrientes de Foucault drenan energía del campo electromagnético dando por resultado una pérdida de energía el circuito del oscilador y, por lo tanto, una reducción en la amplitud de oscilación. El circuito de disparo detecta este cambio y genera una señal de apagar o encender la salida. Cuando el objeto sale del área del campo electromagnético, el oscilador regeneró y el sensor vuelve a su estado normal. Típicamente, los sensores de proximidad inductivos se utilizan para la detección de posición de objetos de metal en trabajos automáticos, detección de las piezas de metal y la presencia de envases de metal para la industria de alimentación o bebida.
Un sensor de proximidad inductivo consiste en cuatro componentes básicos:
Bobina
Oscilador
Circuito de disparo
Circuito de salida
Bobina La bobina genera un campo electromagnético con la energía eléctrica generada por el oscilador.
Oscilador El oscilador provee la energía a la bobina.
El circuito de Disparo Detecta cambios en la amplitud de la oscilación.
La salida de estado sólido Cuando se detecta un cambio significativo en el campo electromagnético la salida de estado sólido provee una señal eléctrica para una interfase o un PLC. Esta señal indica la presencia o ausencia de un objeto de metal en el campo sensible.
La distancia de operación de un sensor inductivo está en función al diámetro de la bobina y si es enrasado o no enrasado. Hoy en día existen inductivos con rangos de sensado extendido.
Cada sensor inductivo tiene una construcción enrasada y una no enrasada.
Los sensores blindados se pueden montar al ras en metal.
Los sensores no blindados no pueden montarse al ras en metal.
El diámetro de la bobina también determina el espacio necesario entre dos sensores. Los sensores no enrasados deben mantener más distancia entre si que los enrasados ya que el campo electromagnético alcanza los laterales y la superposición de dos campos electromagnéticos dará falsas lecturas.
d = diametro de la cara sensible del sensor
Sn = Distancia nominal de sensado
La distancia nominal de sensado es una cantidad convencional utilizada para designar la distancia a la que un blanco standard acercándose a la cara del sensor causa un cambio en la señal de salida.
Un objeto standard es definido como un cuadrado de acero dulce de 1 mm. de espesor. Como tamaño se calcula el diámetro de la cara de sensor (d) como distancia de lado o tres veces la distancia de operación, cualquiera de las dos que sea mayor.
No se ve afectado por ambientes sucios o con polvos.
No depende de movimiento de partes (mantenimiento).
No lo afectan los colores.
Menos dependiente del tipo de superficie a sensar que otras tecnologías.
No tiene zonas ciegas.
Las precauciones de los sensores inductivos incluyen:
Sólo responde al sensado de objetos metálicos.
El rango de operación es más corto que el de otras tecnologías.
Puede ser afectado por campos electromagnéticos fuertes.
Sensado de Proximidad Capacitivo
La detección capacitiva es una tecnología sin contacto conveniente para detectar metales, no metales, sólidos, y líquidos, aunque es más adecuada para los objetos no metálicos, debido a sus características y a que los sensores de proximidad inductivos son más baratos para esa aplicación. En la mayoría de los usos con objetos metálicos, se prefiere la detección inductiva porque es una tecnología confiable y más accesible.
Los sensores de proximidad capacitivos son similares en tamaño, forma, y concepto a los sensores de proximidad inductivos. Sin embargo los sensores inductivos utilizan campos magnéticos inducidos para detectar objetos mientras que los sensores de proximidad capacitivos reaccionan a las alteraciones en un campo electroestático. La punta de prueba detrás de la cara del sensor es una placa de condensador. Cuando se aplica energía al sensor, se genera un campo electroestático que reacciona a los cambios en la capacitancia causada por la presencia de un objeto. Cuando el objeto está fuera del campo electrostático, el oscilador está inactivo. Cuando la capacitancia alcanza un umbral especificado, el oscilador se activa, accionando el circuito de salida para cambiar estados entre On y Off.
Un sensor de proximidad inductivo consiste en cuatro componentes básicos:
Placa capacitiva
conmutación de salida
Potenciómetro ajustable
Placa capacitiva
La placa capacitiva emite un campo electroestático que genera un acoplamiento capacitivo entre la cara sensible del sensor y el objeto que entra en el campo.
Circuito detector
El circuito detecta cambios en la amplitud de la oscilación.
Salida de estado sólido
Cuando se detecta un cambio suficiente en el campo electroestático la salida genera una señal. Esta señal indica la presencia de un objeto en el campo. Potenciómetro ajustable
Girando el potenciómetro como las agujas del reloj se incrementa la sensibilidad y hacia el lado opuesto decrece.
Los materiales con valores más altos de la constante dieléctrica son más fáciles de detectar que aquellos con valores más bajos. Por ejemplo, el agua y el aire son extremos dieléctricos. Un sensor de proximidad capacitivo sería muy sensible al agua, con una constante dieléctrica de 80, que lo hace ideal para los usos tales como detección de nivel de líquidos. El mismo sensor, sin embargo, no sería sensible al aire, con una constante dieléctrica de 1. Otros objetos se encuentran dentro de la gama de sensibilidad, como madera mojada, con una constante dieléctrica entre 10 y 30, y la madera seca, entre 2 y 6.
Material
k
Material
k
Acetona
19.5
Plexiglás
Los materiales con altas constantes dieléctricas se pueden detectar a través de las paredes de los envases hechos con los materiales con constantes dieléctricas más bajas. Un ejemplo es la detección del alcohol o de la harina a través de una pared de cristal. El alcohol sería detectado a través del cristal mientras que la harina no .
Larga vida, de estado sólido.
Gran variedad de tipos de montajes.
Desventajas
Las precauciones de los sensores capacitivos incluyen:
Gran variación de la distancia de operación de acuerdo al material a sensar.
Muy sensible al ambiente, se ve afectado por humedad.
Poco selectivo del objeto a detectar, es esencial controlar los elementos cercanos al sensor.
Sensado de nivel de líquido
Detectar a través de un cristal el nivel de líquido, por ejemplo de manteca en procesamiento de alimentos o tinta para impresoras.
Inserción en tubos sellados para industrias químicas.
Líneas de llenado
Chequeo de llenado total, por ejemplo cereal en cajas.
Detección de partes plásticas
Materiales plásticos dentro de una tolva.
Detección de pallets para logística y movimiento de materiales
Detección de productos con formas irregulares
Objetos orientados aleatoriamente en una cinta transportadora
Objetos con texturas variadas.
Los sensores ultrasónicos emiten un pulso ultrasónico que se refleja en el objeto que ingresa en el campo emisión. El sonido reflejado o “eco” es detectado por el sensor. La detección del sonido genera una señal de salida que puede ser usada por un actuador, un regulador, o una computadora. La señal de salida puede ser análoga o digital.
La detección ultrasónica se basa en el principio de que el sonido tiene una velocidad relativamente constante. El tiempo necesario para que la onda llega al objeto y regrese al sensor es directamente proporcional a la distancia a la que se encuentra el objeto. En consecuencia los sensores ultrasónicos son muy utilizados para la medición de distancias como por ejemplo el control de nivel. Los sensores ultrasónicos son capaces de detectar la mayoría de los objetos; metales, no metales, opacos o claros, líquidos o sólidos, granulados; que tengan reflectividad acústica. Otra ventaja es que son menos afectados por la humedad que los sensores fotoeléctricos. Una contra de la tecnología de ultrasonido son los materiales que absorben el sonido, como paños, caucho, harinas, espumas. Esta característica los convierte en blancos pobres para la tecnología.
Sensado de Proximidad Ultrasónico
Transductor / Receptor
Transductor / Receptor
El transductor ultrasónico emite ondas desde la cara del sensor. El mismo transductor recibe el eco de esas ondas reflejadas en…

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