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