Sensores De posicion1

Medida de posición Entran dentro de este grupo todos aquellos dispositivos que entregan una señal de tipo todo/nada indicando con ello la presencia o ausencia de un objeto. Se utilizan frecuentemente en el control secuencial como elementos que proporcionan información de entrada al controlador.

A.- Interruptores de posición.

Más conocidos como finales de carrera, sí que establecen contacto mecánico con el objeto que detecta. Consisten en un cabezal que es accionado por un objeto, haciendo conmutar los contactos eléctricos del final de carrera, detectando así su presencia. Los elementos que forman este detector son: • Dispositivo de ataque. Actúa sobre el grupo de contactos y puede ser de diversos tipos: de rodillo, varilla, rodillo alargable, varilla elástica, etc.

• Cabezal de mando. Aloja el soporte mecánico del dispositivo de ataque.

• Cuerpo. Aloja los contactos del interruptor.

En la figura 1 se muestran ejemplos de finales de carrera empleados comúnmente.

Figura 1. Detector de posición electromecánico o final de carrera.

La principal característica de estos detectores es el contacto físico que establecen con el objeto a detectar, lo que produce un cierto desgaste, y limita la velocidad y frecuencia de operación. Su resistencia a impactos y vibraciones, por tanto, debe ser mayor que para aquellos detectores sin contacto. Dentro de este grupo se podría también considerar los interruptores o pulsadores de accionamiento manual. La parte eléctrica del interruptor de posición, está formada habitualmente por 2 contactos eléctricos que cambian su estado cuando se acciona el dispositivo de ataque del interruptor, como puedes ver en la figura 2, es decir, el normalmente abierto (NA) pasa a estar cerrado y analogamente el normalmente cerrado (NC) pasa a estar abierto.

Los interruptores de posición son muy utilizados para elementos de seguridad y como detección del final de un movimiento en máquinas, de ello el nombre de finales de carrera, se caracterizan por la resistencia a las condiciones adversas de temperatura, humedad y la corriente que pueden soportar ya que generalmente se diseñan para 230V, 3A. B.- Detectores inductivos.

Los detectores inductivos proporcionan una señal eléctrica que determina si hay un objeto metálico delante de la cabeza del sensor, son muy utilizados en la industria para la detección y conteo de objetos metálicos.

Figura 3. Detectores indutivos.

Como su función es detectar los objetos metálicos que están en la proximidad de la cabeza del sensor, se les llama comúnmente detectores de proximidad inductivos. El funcionamiento se basa en la creación de un campo electromagnético por parte del sensor que es alterado cuando un cuerpo metálico entra dentro del mismo, produciendo la activación de la salida. La zona de influencia de este campo magnético es variable según los modelos, aunque no sobrepasa los 5 cm.

Figura 4.Zona de influencia del detector inductivo

Figura 5.Disposición de los contactos y símbolos de los detectores de proximidad.

En la figura 5, podemos ver uno de los datos más importantes de los detectores tanto inductivos como capacitivos es la configuración de la salida, que puede ser normalmente abierta (NA o NO), normalmente cerrada (NC) o ambas, el símbolo superior es el que identifica a los detectores de proximidad tanto inductivos como capacitivos.

Los tipos de salidas mas habituales son las salidas a 3 hilos (+Vcc, salida, 0V) y se clasifican en salidas PNP y salidas NPN, siempre y cuando la alimentación sea de 24V de tensión continua. En la figura 6 puedes ver la forma de conexión de las salidas, cuando se detecta un objeto metálico el contacto (en este caso NA) se cierra y la corriente fluye por la carga, situando la salida a +Vcc (caso PNP) o a 0V (caso NPN).

Figura 6. Tipos de salidas de los detectores inductivos.

Como ejemplo, en el caso de un detector de proximidad PNP a 3 hilos, la tensión de salida varía según la figura 7, esta variación se aprovecha para activar acciones, realizar conteos, etc...

Figura 7. Respuesta del detector inductivo en la detección.

Figura 8. Circuito representativo para el caso de salidas a 2 hilos

Otro punto importante de este tipo de detectores es la frecuencia de detección, es decir, la cantidad de objetos por segundo que son capaces de discriminar, este parámetro depende del sensor aunque como mínimo es de 50 Hz en configuración de 3 hilos.

La lista completa de posibles conexiones se muestra a continuación:

Las principales características de estos detectores son: • Conmutación sin realizar esfuerzo mecánico.

• No existe desgaste.

• Resistencia a ambientes agresivos y altas temperaturas.

• Larga duración.

• Gran precisión en el punto de conmutación.

• Frecuencia de conmutación elevada.

• Bajo precio.

• Baja distancia de detección. (de milímetros).

Detectores capacitivos Los detectores capacitivos tienen una estructura interna similar con la diferencia de que en lugar de una bobina, el elemento sensor es un electrodo o placa que constituye la armadura de un condensador. Estos detectores permiten detectar sin contacto la presencia de objetos conductores y no conductores. Este transductor tiene una estructura similar al anterior, que se muestra en la figura 9. El elemento sensible está formado por dos electrodos situados concéntricamente que forman un condensador abierto, en el que el dieléctrico es el aire y la otra placa sería la tierra.

Este condensador va acoplado a un oscilador de alta frecuencia y a un módulo que mide la oscilación, la compara con un valor umbral y, si éste es traspasado, conmuta la salida.

Figura 9.

Cuando un objeto, metálico o no, se aproxima, cambia la capacidad del condensador y el oscilador genera una señal que rectificada hace que cambie la salida al estado contrario. Su cuerpo suele ser de plástico. Las características más destacables de ambos tipos de detectores son: 1. Distancia de detección: Es la máxima distancia a la que se puede encontrar el objeto detectable. Suele ser del orden de algunos milímetros.

2. Frecuencia de respuesta: Indica el máximo número de veces que puede actuar el detector en un segundo.

Células fotoeléctricas Se trata de un tipo de sensores de proximidad ópticos. Son dispositivos capaces de detectar la presencia o ausencia de un objeto utilizando únicamente luz y sin necesidad de contacto físico con el objeto. Están formadas básicamente por un emisor de un haz de luz, visible o de infrarrojos, y un receptor fotosensible.

Además, al igual que todos los transductores, posee una etapa de tratamiento de la señal (amplificación, etc.) y otra de salida. El emisor emite constantemente la luz, mientras que el receptor, que es sensible a las variaciones de la luz recibida, emite una salida que es función de estas variaciones de luz.

Existen varios sistemas de células fotoeléctricas para detectar el paso de objetos. Los principales son: sistema de detección de barrera, sistema reflex y sistema autorreflex. En la figura 10 se presentan ejemplos de aplicación de todos ellos.

a)

b)

c)

Detectores fotoeléctricos: a) Sistema de barrera b) Sistema reflex c) Sistema autorreflex.

Sistema de barrera.

Está compuesto por un emisor y un receptor físicamente separados y enfrentados (figura 11). El emisor emite un haz de luz que recibe el receptor siempre que ningún objeto se interponga entre ellos. En el momento en que esto ocurre, el receptor detecta la ausencia de luz y cambia el estado de su salida, indicando así la presencia del objeto.

Figura 11. Esquema de un sistema de detección fotoeléctrica de barrera.

Sus características principales son: • Amplia distancia de detección.

• Gran selectividad respecto al tamaño del objeto.

• Alta resistencia a ambientes difíciles.

• Detecta objetos opacos.

• Requiere doble cableado: emisor y receptor.

Sistema Reflex.

Con este sistema el emisor y el receptor se encuentran unidos bajo el mismo encapsulado (figura 12). El emisor emite un haz de luz que es reflejado en un espejo y vuelve al receptor. En el momento en que un objeto se sitúe entre la cápsula del emisor-receptor y el espejo, el haz de luz se interrumpirá y el detector variará su salida al no recibir luz, indicando así la presencia de un objeto.

Figura 12. Esquema de un sistema de detección reflex.

Las principales características de este sistema de detección son: • Menor distancia de detección que el sistema de barrera.

• Fácil instalación.

• La posición y el tamaño del espejo influyen en la zona de detección.

• El reflector debe ser más pequeño que el objeto a detectar.

• Para detectar objetos brillantes usa luz polarizada.

Sistema Autorreflex.

En este sistema también se encuentran juntos, en el mismo encapsulado, emisor y detector. En este caso no existe espejo que refleje la luz. Es el propio objeto a detectar el que actúa de elemento reflectante (figura 13). En estado normal el receptor no recibe luz. Sólo lo hará en el instante en el que el objeto pasa por delante del emisor y refleja la luz que emite éste. De este modo, cambiará su salida, indicando la presencia de un objeto.

Figura 13. Esquema de un sistema de detección autorreflex.

Como características principales se pueden citar: • Ideales para las aplicaciones que sólo tienen un lado accesible.

• La cantidad de luz reflejada depende del objeto de su material, forma y color. La distancia de detección varía con los objetos negros, que reflejan poca luz.

• La distancia de detección es menor que en los sistemas anteriores.

La Figura 14 muestra, a modo de ejemplo, el aspecto de las fotocélulas E3F-P1, de OMROM.

Transductores de posición analógicos Cuando hablamos de transductores de posición analógicos, nos estamos refiriendo a aquellos transductores que proporcionan una señal de salida normalizada y proporcional a la distancia que se encuentra el objeto del transductor. El dispositivo más habitual para medir distancias (o posición respeto al transductor) es el transductor ultrasónico que proporcione una salida analógica, ya sea de 0 a 10V o de 4 a 20 mA, para todo el campo de medida del transductor.

Figura 15. Transductor de distancia ultrasónico.

Las características más importantes de este dispositivo son: • Distancia de detección. Es el campo de medida del dispositivo, indica los márgenes de detección de elementos. En este caso es de 0’2 a 2 metros (puede llegar a 30m).

• Salida: Señal de salida que variará conforme varíe la posición del objeto frente al transductor. En este caso de 4 a 20 mA. • Alimentación: Es la tensión de alimentación que debemos proporcionar al transductor para que funcione correctamente, de 10 a 30V. Una aplicación muy común para este tipo de dispositivos es la medición de niveles de líquido en tanques. Para este tipo de detectores existe la versión todo/nada que consiste en la misma estructura pero con los tipos de salida vistos en los detectores inductivos.

Otras nomenclaturas de las conexiones de salida Habitualmente las salidas tipo contacto pueden tener una codificación especial, veamos como se codifican, según los contactos que tengan y el número de salidas: