Sensor

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.

Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.

Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, robótica, industria aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc.

Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc

Características de un sensor

Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.

Precisión: es el error de medida máximo esperado.

Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset. (down)

Linealidad o correlación lineal.

Sensibilidad de un sensor: suponiendo que es de entrada a salida y la variación de la magnitud de entrada.

Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede detectarse a la salida.

Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.

Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.

Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.

Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa (e.g. un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y un visualizador) de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano.

Por lo general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su lectura directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo un puente de Wheatstone, amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la señal a los niveles apropiados para el resto de los circuitos.

Resolución y precisión.

La resolución de un sensor es el menor cambio en la magnitud de entrada que se aprecia en la magnitud de salida. Sin embargo, la precisión es el máximo error esperado en la medida.

La resolución puede ser de menor valor que la precisión. Por ejemplo, si al medir una distancia la resolución es de 0,01 mm, pero la precisión es de 1 mm, entonces pueden apreciarse variaciones en la distancia medida de 0,01 mm, pero no puede asegurarse que haya un error de medición menor a 1 mm. En la mayoría de los casos este exceso de resolución conlleva a un exceso innecesario en el coste del sistema. No obstante, en estos sistemas, si el error en la medida sigue una distribución normal o similar, lo cual es frecuente en errores accidentales, es decir, no sistemáticos, la repetitividad podría ser de un valor inferior a la precisión.

Sin embargo, la precisión no puede ser de un valor inferior a la resolución, pues no puede asegurarse que el error en la medida sea menor a la mínima variación en la magnitud de entrada que puede observarse en la magnitud de salida.

Magnitud Transductor Característica

Posición lineal y angularPotenciómetro AnalógicaEncoder DigitalSensor Hall Digital

Desplazamiento y deformación

Transformador diferencial de variación lineal

Analógica

Galga extensiométrica AnalógicaMagnetoestrictivos A/DMagnetorresistivos AnalógicaLVDT Analógica

Velocidad lineal y angular

Dinamo tacométrica AnalógicaEncoder DigitalDetector inductivo DigitalServo-inclinómetros A/DRVDT AnalógicaGiróscopo

AceleraciónAcelerómetro AnalógicoServo-accelerómetros

Fuerza y par (deformación)Galga extensiométrica AnalógicoTriaxiales A/D

PresiónMembranas AnalógicaPiezoeléctricos AnalógicaManómetros Digitales Digital

CaudalTurbina AnalógicaMagnético Analógica

Temperatura

Termopar AnalógicaRTD AnalógicaTermistor NTC AnalógicaTermistor PTC Analógica[Bimetal - Termostato I/0

Sensores de presenciaInductivos I/0Capacitivos I/0Ópticos I/0 y Analógica

Sensores táctilesMatriz de contactos I/0Piel artificial Analógica

Visión artificialCámaras de video

Procesamiento digital

Cámaras CCD o CMOSProcesamiento digital

Sensor de proximidad

Sensor final de carreraSensor capacitivo AnalógicaSensor inductivo AnalógicaSensor fotoeléctrico Analógica

Sensor acústico (presión sonora)

micrófono Analógica

Sensores de acidez ISFET

Sensor de luz

fotodiodo AnalógicaFotorresistencia AnalógicaFototransistor AnalógicaCélula fotoeléctrica Analógica

Sensores captura de movimiento

Sensores inerciales

Algunas magnitudes pueden calcularse mediante la medición y cálculo de otras, por ejemplo, la velocidad de un móvil puede calcularse a partir de la integración numérica de su aceleración. La masa de un objeto puede conocerse mediante la fuerza gravitatoria que se ejerce sobre él en comparación con la fuerza gravitatoria ejercida sobre un objeto de masa conocida (patrón).

FUENTES.

http://robots-argentina.com.ar/Sensores_general.htm

http://www.sensing.es/index.htm

Aplicaciones de los sensores.

(Fabricante microsonic).

La solución adecuada para cada aplicación

Los distintos modos de operación y tipos de equipos permiten el uso de los sensores microsonic en múltiples aplicaciones de técnicas de automatización.

DIN EN 60947-5-2 (norma de detectores de proximidad)DIN EN 61000-4-2 (resistencia a la descarga electrostática)DIN EN 61000-4-3 (resistencia a la influencia de la alta frecuencia)DIN EN 61000-4-4 (transitorios rápidos)EN 55011 (emisión de perturbaciones)IEC 60068-2-6 (resistencia a la fatiga por vibración)EN 60529 (tipo de protección)

Todos los sensores cumplen las exigencias de las normas alemanas (DIN) y europeas (EN)

Posicionamiento del robot

Para posicionar brazos de robot resultan muy apropiados, debido a sus reducidas dimensiones, los sensores ultrasónicos pico+ en casquillo roscado M18 o los sensores zws en carcasa rectangular.

 

Control de caja entera

Los sensores ultrasónicos mic+ y los sensores ultrasónicos pico+ resultan apropiados para aplicaciones tales como el control de caja llena y vacía o el escaneado de botellas vacías de PET sobre una cinta transportadora. La sincronización integrada en ambas familias de sensores simplifica el montaje de una línea de sensores.

 

Reconocimiento de personas

Si se debe detectar personas, se recomienda elegir un sensor ultrasónico cuyo alcance supere claramente la distancia de medición requerida. Cuanto mayor sea el alcance del sensor, más baja es su frecuencia ultrasónica. Y cuanto menor sea la frecuencia ultrasónica, mayor es la eficacia en la detección de telas de confección absorbentes como, por ejemplo, lana.

Posicionamiento

En el escaneado de cristales u otras superficies lisas y planas es importante tener en cuenta que el sensor ultrasónico mide perpendicularmente a la superficie.

 

Medición de altura y anchura

Usando varios sensores ultrasónicos mic+ o sensores ultrasónicos pico+ pueden efectuarse mediciones tridimensionales de cajas de tamaños que van de pequeño a grande. A tal fin se dispone de sensores con diferentes alcances.

 

Medición de nivel de llenado

Pueden detectarse niveles de llenado de unos pocos milímetros hasta 8 metros. Existen sensores ultrasónicos con una o dos salidas de conmutación para la regulación mín./máx. o bien con salida analógica de 0 – 10 V y 4 – 20 mA. Se dispone también de versiones resistentes a agentes químicos de los sensores ultrasónicos crm+ o hps+.

Regulación de lazo

Un sensor ultrasónico con salida analógica mide en el lazo desde arriba, regulando la alimentación de material en función de la profundidad del lazo. En lazos inestables lateralmente el sonido puede ser reflejado muy rápidamente en las mediciones desde arriba. Por eso se recomienda medir contra el lazo desde abajo, como se muestra en la figura.

Control de portadores de cargas

Siempre que la forma o posición del objeto a escanear absorba el sonido, o lo refleje por su modelado o posición dentro del portador de carga, se debe aplicar

una solución con barrera de dos vías o de reflexión. En estos casos se coloca un reflector auxiliar detrás del objeto a escanear propiamente dicho. El sensor ultrasónico con salida de conmutación y modo de ventana emite una señal no bien el objeto tapa al reflector.

Control de calidad

en una máquina embaladora. Hay una amplia variedad de sensores ultrasónicos para la detección de objetos en procesos veloces: los sensores ultrasónicos zws en carcasa rectangular, los sensores sks en modelo miniatura, los sensores ultrasónicos pico+ en casquillo roscado M18 con cabeza acodada opcional e interfaz IO-Link.

Medición de nivel de llenado en sobrepresión de 6 bar

son posibles con los sensores hps+. Los sensores son, además, resistentes a agentes químicos y pueden conseguirse en versión con dos salidas de conmutación pnp o bien con salida analógica y de conmutación.

Control de rotura de hilo

en el enrollamiento y desenrollamiento de un cable metálico. Según el tamaño del tambor se puede emplear un mic+130/D/TC con 1.300 mm de alcance o un mic+35/D/TC con 350 mm de alcance. Para registrar la posición del cable en el arrollamiento se dispone de sensores ultrasónicos con salida analógica.

Detección de la altura de una pila

Los sensores ultrasónicos son ideales para la medición de la altura tanto de planchas de madera, como cristales, planchas de papel o de plástico en color con precisión milímétrica.

Control del nivel de llenado en recipientes pequeños

Pueden detectarse niveles de llenado de unos pocos milímetros hasta 8 metros. Existen sensores ultrasónicos con una o dos salidas de conmutación para la regulación mín./máx. o bien con salida analógica de 0 – 10 V y 4 – 20 mA. Con el sensor ultrasónico zws + SoundPipe puede medirse también en pequeños recipientes de diámetros inferiores a los 5 mm.

Detección de diámetro

El diámetro de un rollo o bobina se mide con ayuda de un sensor ultrasónico con salida analógica, que regula a su vez el accionamiento del rollo o el freno. Es una aplicación típica para un mic+35/IU/TC con diámetros de rollo pequeños y mic+130/IU/TC con diámetros de rollo de hasta 2,5 m.

Control de rotura de lámina

puede realizarse con todos los sensores ultrasónicos con salida de conmutación. Si la lámina presenta ondulaciones fuertes se puede utilizar el sensor como barrera de dos vías o barrera de reflexión. Este modo de operación trabaja con seguridad incluso cuando las ondulaciones de la lámina reflejan el sonido. Todos los conmutadores de aproximación ultrasónicos con Teach-in de microsonic permiten usar el modo de funcionamiento barrera ultrasónica.

Control de presencia

Según el tamaño de la caja o del contenedor se pueden usar sensores ultrasónicos con una salida de conmutación, por ejemplo, de la familia mic+. Para medir en cajas pequeñas puede elegirse entre el mic+25/D/TC, el mic+35/D/TC o el mic+130/D/TC. Con contenedores más grandes se recomienda el uso de un mic+340/D/TC o un mic+600/D/TC. Si el control de la caja o el contenedor debe realizarse con varios sensores se recomienda sincronizar éstos entre sí.

Control de dos hojas

detecta la superposición de dos o más hojas o pliegos. La familia de productos dbk+4 es especialmente apropiada para el uso en máquinas procesadoras de papel como imprentas de pliegos, impresoras, copiadoras o máquinas de alzar. Para materiales más gruesos, planchas de plástico o cartón ondulado grueso se dispone del control de dos hojas dbk+5.

Desviación del sonido

El sonido puede desviarse a través de una superficie de reflexión reverberante y lisa. Para este fin se tienen a disposición como complemento superficies de desviación de 90°. Éstas pueden aprovecharse ventajosamente cuando se dispone de poco espacio para el montaje.

Uso en extrusora de láminas

Los sensores ultrasónicos mic+ con salida analógica 0 – 10 V y 4 – 20 mA son especialmente apropiados para la regulación de diámetros en una extrusora de láminas.

Barrera ultrasónica

Un sensor ultrasónico en modo ventana permite montar fácilmente una barrera de dos vías o de reflexión. Para ello se coloca un reflector fijo detrás de los objetos a escanear. Cuando un objeto tapa el reflector se genera una señal de conmutación.

 

Identificación de obstáculos

Los sensores ultrasónicos de la familia mic+ permiten la seguridad sin contacto de los vehículos de transporte sin conductor en el sentido de la marcha. Cuando se usan varios sensores, éstos pueden sincronizarse entre sí para evitar influencias recíprocas. Con ayuda de un margen de aviso previo y un margen de parada, ante un obstáculo se puede detener el vehículo suavemente en su carril sin llegar a activar el dispositivo táctil de protección.

Regulación de bordes de banda

Los sensores ultrasónicos de bordes de bandas bks están construidos como sensores de horquilla y trabajan como barrera de una vía. Se emplean como regulación de bandas y emiten una señal analógica de 0–10 V o 4–20 mA proporcional a la posición del borde de la banda.

Detección de contorno

Con ayuda de varios sensores ultrasónicos sincronizados entre sí puede detectarse el contorno de objetos sobre una cinta transportadora. Los sensores ultrasónicos mic+ y los sensores ultrasónicos pico+ tienen una sincronización integrada que los hace especialmente apropiados para construir una línea de sensores.

Detección de contorno en objetos planos

Los objetos muy planos sobre una cinta transportadora pueden frecuentemente ser detectados mediante una medición segura "indirecta": Un sensor ultrasónico con salida de conmutación mide en sentido contrario al de transporte y de forma oblicua contra el canto del objeto. El canto del objeto conforma con la cinta transportadora un reflector triple y vuelve a reflejar el sonido hacia el sensor.

Detección de etiquetas

El esf-1 sensore de etiquetas escanea de forma segura materiales reflectantes y de alta transparencia, como también etiquetas metalizadas y etiquetas de cualquier color. Dependiendo de la potencia sonora necesaria, se ajusta automáticamente el tiempo del ciclo de medición. 

Detección de empalmes

El sensor de empalme esp-4 detecta de forma segura empalmes y etiquetas. Está disponible tanto en carcasa M18 como en M12 con transductor de recepción externo.

Fuente.

http://www.microsonic.de/es/Interesting-facts/Applications.htm?O=-1&P=2