CORRECCION DE LA EVALUACION

 

SENSORES

Sensores inductivos

Los sensores inductivos son una clase especial de sensores que sirven para detectar materiales metálicos ferrosos. Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia o ausencia de objetos metálicos en un determinado contexto: detección de paso, de atasco, de codificación y de conteo.

Este tipo de sensores solo detectan metal, el rango de sensado puede ser afectado por el tipo del metal del tornillo. 

Diagrama con sus partes.

·    Consiste en un dispositivo conformado por:

·    Una bobina y un núcleo de ferrita.

·    Un oscilador.

·    Un circuito detector (etapa de conmutación)

·    Una salida de estado sólido.

Conexión.

Los Sensores Inductivos pueden traer 2 ó 3 Hilos de conexión.  

 Si es de 2, la conexión es para corriente alterna, generalmente.

Si es de 3 hilos es para corriente directa en sus dos presentaciones NPN ó PNP.

Conexión sensor inductivo 3 hilos

 

Funcionamiento.

Cuando un metal conductor o placa metálica se mueven dentro de un campo magnético, sobre la placa o el metal se generan unas corrientes eléctricas conocidas como corrientes de Eddy o corrientes de Foucault.

Este es el principio que usan la mayor parte de los sensores inductivos empleados en la industria. En ellos la bobina sensora está provista de un núcleo descubierto hacia el lado de detección, al aplicar tensión al sensor la bobina produce un campo magnético alterno de alta frecuencia, dirigido hacia el lado activo o sensible.

Al acercarse un metal al lado activo, se presenta en éste una inducción parásita y unas corrientes parásitas, las cuales influyen en el circuito oscilador, reduciendo la amplitud de oscilación y reduciendo el consumo de corriente del sensor. Estas señales son tratadas por el circuito rectificador y comparador, emitiendo la correspondiente señal de salida.

Recomendaciones al montaje.

En esta parte de montaje de los sensores inductivos se analizan una serie de características, relacionadas con el entorno de trabajo, que se deben tener en cuenta, tanto en el diseño como en el montaje, como son: las interferencias mutuas, los metales circundantes, los ruidos electromagnéticos de sensores, que pueden hacer que su funcionamiento no sea el deseado.

·         Interferencias mutuas:

Las interferencias mutuas se producen cuando dos o más sensores de proximidad se montan demasiado cerca, tanto enfrentados como paralelos. El efecto se puede traducir en una variación de la distancia de detección o en la introducción de transitorios indeseados. Para evitar este efecto debemos montar los sensores de proximidad respetando unas distancias mínimas entre ellos, a continuación se indican unas distancias aproximadas donde d es el diámetro del sensor si es cilíndrico o el lado si es rectangular.

Las distancias vienen determinadas por los fabricantes en los catálogos para cada sensor. Si las limitaciones de espacio impiden separar los sensores la distancia necesaria, se pueden alternar detectores con diferentes frecuencias de oscilación.

·         Metales circundantes:

En las instalaciones de los sensores inductivos en superficies metálicas, es necesario guardar unas determinadas distancias con los metales próximos, para no alterar las características del sensor, estas distancias nos las indica el fabricante, para sensores cilíndricos suelen ser:

Sensores enrasados

Sensores no enrasados

·           Ruidos electromagnéticos:

Los sensores de proximidad están protegidos de ruido normal, el que se produce entre los terminales o líneas de alimentación o salida, pero no están protegidos del ruido común, el que puede existir entre una de las líneas de alimentación o la salida y tierra, para reducir este ruido podemos:

• Mantener el cableado del sensor separado.
• Apantallar los cables del sensor.
• Instalar un supresor de ruidos en la fuente de ruidos.

Además los sensores inductivos, se ven afectados por los campos magnéticos creados por los cables conductores de corrientes elevadas situados en sus proximidades.

Usando las siguientes fórmulas, según Rockwell, se puede determinar la distancia L requerida para evitar que este campo magnético les afecte.

Donde:

• I es la corriente que circula por el hilo conductor (en kA).
• H es la intensidad del campo magnético (en kA /m):
• B es el flujo magnético (mT).
• La distancia L obtenida está en metros.

En la siguiente gráfica se muestran las distancias aproximadas de seguridad, en función de la corriente que circula por los conductores próximos.

Aplicaciones.

Las principales aplicaciones de los sensores inductivos son la detección de piezas metálicas. Debido a su funcionamiento, en el que detectan los objetos sin contacto físico, permiten el contaje, analizar su posición y forma de objetos metálicos, se pueden emplear en la industria alimentaria, ya que no interfiere en los productos.

Este tipo de sensores son ampliamente usados en industrias, como las relacionadas con el automóvil, debido a que la mayoría de las piezas empleadas son metálicas.

Los sensores inductivos debido a su elevada conmutación del punto de trabajo se pueden emplear para determinar el sentido de giro y número de vueltas de un engranaje o eje.

Sensores capacitivos

Un sensor capacitivo es adecuado para el caso de querer detectar un objeto no metálico. Para objetos metálicos es más adecuado escoger un sensor inductivo.

Para distancias superiores a los 40 mm es totalmente inadecuado el uso de este tipo de sensores, siendo preferible una detección con sensores ópticos o de barrera.

 

Diagrama con sus partes.

Conexión

 Los sensores capacitivos los encontramos en diámetros de 6mm, hasta 30mm de diámetro, las salidas de señal son del tipo NPN ó PNP, para las versiones de 3 ó 5 hilos,  y para 220Vac ó 110Vac para las versiones de 2 hilos.   Con la Opción de salidas de Normalmente Abierto (NA) ó Normalmente Cerrado (NC).

En resumen, para detectar objetos metálicos, ocupamos los Sensores Inductivos, y para todos los demás materiales ocupamos los Sensores Capacitivos, aunque los capacitivos también detectan metal.

Conexión sensor capacitivo de 2 hilos

Funcionamiento

Desde el punto de vista puramente teórico, se dice que el sensor está formado por un oscilador cuya capacidad la forman un electrodo interno (parte del propio sensor) y otro externo (constituido por una pieza conectada a masa). El electrodo externo puede estar realizado de dos modo diferentes; en algunas aplicaciones dicho electrodo es el propio objeto a sensar, previamente conectado a masa; entonces la capacidad en cuestión variará en función de la distancia que hay entre el sensor y el objeto. En cambio, en otras aplicaciones se coloca una masa fija y, entonces, el cuerpo a detectar utilizado como dieléctrico se introduce entre la masa. y la placa activa, modificando así las características del condensador equivalente.

Aplicaciones típicas

·    Detección de prácticamente cualquier material

·    Control y verificación de nivel, depósitos, tanques, cubetas

·    Medida de distancia

·    Control del bucle de entrada-salida de máquinas

·    Control de tensado-destensado, dilatación

 

Sensores fotoeléctricos.

Funcionamiento.

Este tipo de sensores se componen de 2 piezas, el emisor de luz y el receptor.  Cuando un Objeto corta el haz de luz,  el receptor detecta el cambio  y conmuta  el estado de la salida del sensor, es decir, si es Normalmente Abierto (NA), se Cierra y viceversa.  Detecta todo tipo de objetos.

Un sensor fotoeléctrico es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la intensidad de la luz. Estos sensores requieren de un componente emisor que genera la luz, y un componente receptor que “ve” la luz generada por el emisor. Todos los diferentes modos de sensado se basan en este principio de funcionamiento. Están diseñados especialmente para la detección, clasificación y posicionado de objetos; la detección de formas, colores y diferencias de superficie, incluso bajo condiciones ambientales extremas.

 Fuentes de luz

Hoy en día la mayoría de los sensores fotoeléctricos utilizan LEDs como fuentes de luz. Un LED es un semiconductor, eléctricamente similar a un diodo, pero con la característica de que emite luz cuando una corriente circula por él en forma directa.

Los LEDs pueden ser construidos para que emitan en verde, azul, amarillo, rojo, infrarrojo, etc. Los colores más comúnmente usados en aplicaciones de sensado son rojos e infrarrojos, pero en aplicaciones donde se necesite detectar contraste, la elección del color de emisión es fundamental, siendo el color más utilizado el verde. Los fototransistores son los componentes más ampliamente usados como receptores de luz, debido a que ofrecen la mejor relación entre la sensibilidad a la luz y la velocidad de respuesta, comparado con los componentes fotorresistivos, además responden bien ante luz visible e infrarroja. Las fotocélulas son usadas cuando no es necesaria una gran sensibilidad, y se utiliza una fuente de luz visible. Por otra parte los fotodiodos donde se requiere una extrema velocidad de respuesta.

Fuentes de luz habituales

Color	Rango	Características
INFRARROJO	890…950 nm	No visible, son relativamente inmunes a la luz ambiente artificial. Generalmente se utilizan para detección en distancias largas y ambientes con presencia de polvo.
ROJO	660…700 nm	Al ser visible es más sencilla la alineación. Puede ser afectado por luz ambiente intensa, y es de uso general en aplicaciones industriales.
VERDE	560…565 nm	Al ser visible es más sencilla la alineación. Puede ser afectado por luz ambiente intensa, generalmente se utiliza esta fuente de luz para detección de marcas.

 

Modulación de la fuente de la luz

Con la excepción de los infrarrojos, los LEDs producen menos luz que las fuentes incandescentes y fluorescentes que comúnmente iluminan el ambiente. La modulación de la fuente de luz provee el poder de sensado necesario para detectar confiablemente con esos bajos niveles de luz. Muchos de los sensores fotoeléctricos utilizan LEDs emisores de luz modulada y receptores fototransistores.

Los LEDs, pueden estar “encendidos” y “apagados” (o modulados) con una frecuencia que normalmente ronda un kilohercio. Esta modulación del LEDs emisor hace que el amplificador del fototransistor receptor pueda ser “conmutado” a la frecuencia de la modulación, y que amplifique solamente la luz que se encuentre modulada como la que envía el emisor.

La operación de los sensores que no poseen luz modulada está limitada a zonas donde el receptor no reciba luz ambiente y sólo reciba la luz del emisor. Un receptor modulado ignora la presencia de luz ambiente y responde únicamente a la fuente de luz modulada.

Los LEDs infrarrojos son los más efectivos y son, además, los que tiene el espectro que mejor trabajan con los fototransistores; es por tal motivo que son usados en muchas aplicaciones. Sin embargo, los sensores fotoeléctricos son también utilizados, para detectar contraste (detección de marcas) o color, y para esto se requiere que la luz sea visible.

Exceso de ganancia

La curva de exceso de ganancia se especifica en cada tipo de sensor fotoeléctrico, y la misma está en función de la distancia de sensado. Esta curva es usada al momento de seleccionar el sensor, para predecir la confiabilidad de la detección en un ambiente conocido.

Condición de operación	Mínima ganancia requerida
Aire limpio, sin suciedad en lentes o reflector	1,5X
Ambiente levemente sucio, con humedad, o filmes sobre los reflectores o las lentes. Lentes limpiados regularmente.	5X
Ambiente medianamente sucio, contaminación en lentes o reflectores, limpiados ocasionalmente.	10X
Ambiente muy sucio, alta contaminación en lentes o reflectores, limpiados esporádicamente.	50X

Tipos de sensores fotoeléctricos.

Existen 3 clases de sensores fotoeléctricos, veamos la siguiente imagen:

1. Barrera de luz

TEMPORIZADORES

Los temporizadores son aparatos del tipo combinacional , es decir que no poseen memoria y su naturaleza es variada (mecánicos, comando por motor, electrónicos, neumáticos, etc.) 
Estos temporizadores siempre tienen contactos de acción retardada y en algunos modelos también incluyen contactos auxiliares de acción instantánea.


Un temporizador es un aparato mediante el cual podemos regular la conexión o desconexion de un circuito eléctrico pasado un tiempo desde que se le diop dicha orden.
El temporizador es un tipo de rele auxiliar, con la diferencia sobre estos, que sus contactos no cambian de posición instantáneamente.

Los temporizadores pueden trabajar a la conexión o a la desconexión.

- Temporizador a la conexión.

Es un relee cuyo contacto de salida conecta después de un cierto retardo a partir del instante de conexión de los bornes de su bobina. A1 y A2, a la red. El tiempo de retardo es ajustable mediante un potenciómetro o regulador frontal del aparato si es electrónico. También se le puede regular mediante un potenciómetro remoto que permita el mando a distancia; este potenciómetro se conecta a los bornes con las letras Z1 y Z2 y no puede aplicarse a los relees de los contactos.

- Temporizador a la desconexión.

Es un relee cuyo contacto de salida conecta instantáneamente al aplicar la tensión de alimentación en los bornes A1 y A2 de la bobina. Al quedar sin alimentación, el relee permanece conectador durante el tiempo ajustado por el potenciómetro frontal o remoto, desconectándose al final de dicho tiempo.

Clasificación de acuerdo a su Funcionamiento.

- Temporizadores térmicos.

Los temporizadores térmicos actúan por calentamiento de una lamina bimetalica. El tiempo viene determinado por el curvado de la lámina.

Constan de un transformador cuyo primario se conecta a la red, pero el secundario, que tiene pocas espiras y esta conectado en serie con la lamina bimetalica, siempre tiene que estar en cortocircuito para producir el calentamiento de dicha lamina, por lo que cuando realiza la temporizacion se tiene que desconectar el primario y deje de funcionar

- Temporizadores neumáticos.

El funcionamiento del temporizador neumático esta basado en la acción de un fuelle que se comprime al ser accionado por el electroimán del relee.

Al tender el fuelle a ocupar su posición de reposo la hace lentamente, ya que el aire ha de entrar por un pequeño orificio, que al variar de tamaño cambia el tiempo de recuperación del fuelle y por lo tanto la temporización.

- Temporizadores de motor sincrono.

Son los temporizadores que actúan por medio de un mecanismo de relojería accionado por un pequeño motor, con embrague electromagnético. Al cabo de cierto tiempo de funcionamiento entra en acción el embrague y se produce la apertura o cierre del circuito.

- Temporizadores electrónicos.

El principio básico de este tipo de temporización, es la carga o descarga de un condensador mediante una resistencia. Por lo general se emplean condensadores electrolíticos, siempre que su resistencia de aislamiento sea mayor que la resistencia de descarga: en caso contrario el condensador se descargaría a través de su insuficiente resistencia de aislamiento.

- Temporizadores para arrancadores estrella triángulo.

Es un temporizador por pasos destinado a gobernar la maniobra de arranque estrella triángulo. Al aplicarle la tensión de alimentación, el contacto de estrella cierra durante un tiempo regulable, al cabo del cual se abre, transcurre una pausa y se conecta el contacto de triángulo. El tiempo de pausa normal está entre 100 y 150 MS.

Ahora hemos cogido las diferentes clases de temporizadores y les hemos aplicado a los relees con lo que tenemos las siguientes temporizaciones:

- Mecánica o neumática

- Magnética (relees de manguito).

- Térmicas (relees de bilamina).

- Eléctrica (relees de condensador).


Clasificación de acuerdo a su Construccion.

- Temporización neumática.

Un relee con temporizacion neumática consta esencialmente de tres partes principales:

8.1.- Un temporizador neumático que comprende un filtro por donde penetra el aire comprimido, un vástago de latón en forma de cono,

Solidario con un tornillo de regulación para el paso de aire un fuelle de goma y un resorte antagonista situado en el interior de este fuelle. El tornillo de regulación asegura la regulación progresiva de la temporización; las gamas de temporización cubren desde 0.1 segundos a 1 hora.

8.2.- Una bobina electromagnética para corriente continua o alterna, según los casos.

8.3.- Un juego de contactos de ruptura brusca y solidaria al temporizador neumático por medio de un juego de levas y palancas.

El relee de retardo a la desconexión tiene el siguiente funcionamiento: cuando se des excita la bobina, el contacto solidario con ella tarda cierto tiempo en soltarse, debido a la acción del temporizador neumático. Al soltarse este contacto, actúa sobre un micro ruptor, que desconecta el circuito de mando.

La temporización puede ser a la excitación o a la des excitación de la bobina o combinando ambos efectos.

- Temporización magnética.

En este caso, se trata de relees cuya bobina esta alimentada exclusivamente por corriente continua.

La temporización magnética se consigue ensartando en el núcleo magnético del relee, un tubo de cobre. Este tubo puede tener el espesor de algunos milímetros y rodear al núcleo en toda su longitud, constituyendo una camisa o bien puede ser de un diámetro igual a la base del carrete de la bobina y una longitud limitada, y en este caso se llama manguito; el manguito puede ser fijado delante, es decir, en la parte de la armadura o detrás, es decir, en la parte opuesta de la armadura. En ambos casos, como se verá enseguida los efectos de retardo serán distintos

Con camisa de cobre ( retardo a la desconexión)

Con manguito de cobre, lado armadura (retardo a la conexión y a la desconexión).

Con manguito de cobre, lado culata ( retardo a la desconexión)

1.-Culata, 2.- Núcleo de hierro, 3.- Camisa o manguito de cobre, 4.- Bobinado, 5.- Armadura.

La camisa o el manguito de cobre actúan como una espira en cortocircuito; la corriente inducida en esta espira cortocircuitada se opone a las variaciones del flujo que la han engendrado, lo que origina el efecto de retardo.

Como dicho efecto aumenta con la intensidad de la corriente inducida, será conveniente una camisa maciza de metal buen conductor como el cobre, directamente enfilada sobre el núcleo; de esta forma, se obtiene un buen retardo a la desconexión, mediante los relees de camisa, pero aumentando el efecto de atracción.

En los relees de manguito, cuando éste está en la parte anterior (Fig. B), significa que el arrollamiento esta situado más atrás, aumentado el flujo dispersor y reduciendo por consiguiente, la eficacia de la bobina en la atracción; como consecuencia, se obtiene retardo tanto a la conexión como a la desconexión del relee.

Si el manguito está situado en la parte posterior del relee (Fig. C), se obtiene solamente un retardo a la desconexión del relee, dada la posición del arollamiento respecto a la armadura.

- Temporización térmica

Los relees térmicos o dispositivos que utilizan procedimientos térmicos para la temporización, pueden incluirse en los siguientes grupos:

relees de biláminas

relees de barras dilatables.

10.1.- relees de biláminas

Recordemos que una bilamina esta constituida por dos laminas metálicas, acopladas en paralelo y atravesadas por la corriente eléctrica, que las calienta por el efecto Joule.

1.- Bobinado de mando, 2.- bilaminas, 3.- bornes de salida.

Como los coeficientes de dilatación de las dos láminas son distintos cuando se calientas una atrae a la otra y cuando se enfrían vuelve a la posición inicial.

- Relees de barras dilatables

Constituyen una mejora de los anteriores, los contactos se mueven cuando la diferencia de temperatura entre dos barras dilatables idénticas alcanza el valor deseado, estando una de las barras calentada eléctricamente por la corriente de mando.

1.- bobinado de mando, 2.- barra dilatable, 3.- bornes de salida.

De esta forma las variaciones de temperatura ambiente actúan de la misma manera sobre la posición de las dos barras dilatables, sin tener efecto alguno sobre la posición de los contactos. Por consiguiente, solo la barra calentada eléctricamente manda los contactos. De esta forma, se obtiene temporizaciones comprendidas entre 2 segundos y 4 minutos, con una precisión de un 10 %.

- Temporización electrónica

La temporizacion electrónica está muy extendida. Se utiliza con relees electromagnéticos cuya bobina está prevista para ser alimentada con corriente continua. Para obtener una buena temporizacion, la tensión continua debe estabilizarse por ejemplo con ayuda de un diodo Zener.

El principio básico de este tipo de temporizacion es la carga o descarga de un condensador " C " mediante una resistencia " R”. Por lo general se emplean condensadores electrolíticos de buena calidad, siempre que su resistencia de aislamiento sea bastante mayor que la resistencia de descarga R: en caso contrario, el condensador C se descargaría a través de su insuficiente resistencia de aislamiento.

Esquema de la temporizacion electrónica por carga de un condensador.

Esquema de la temporizacion electrónica por descarga de un condensador.

Situemos el inversor en la posición 1: el condensador C se cargará a la tensión E de la fuente de alimentación. Situemos el inversor en la posición 2: entonces el condensador se descargará progresivamente sobre la resistencia R.