Sensores

Introducción

Las condiciones propias de la industria han variado de tal manera, que la vigilancia y el control directos de los procesos se encuentran cada vez menos a cargo de seres humanos, debido a que, con este fin, se emplean unidades de control automático de procesos. Para ello se han desarrollado componentes que asumen las funciones de los sentidos humanos y que transmiten los datos registrados a las unidades centrales de control. Entre estos se encuentran las sondas de medición, interruptores de proximidad, emisores, palpadores, sondas térmicas, además de muchos otros componentes. En el lenguaje técnico, todos estos elementos se aglutinan dentro del término general de sensor.

Contenidos de aprendizaje

• Estructura técnica y funcionamiento de los sensores industriales típicos

• Conexión de los sensores

• Tipos comunes de señales de salida (binaria, analógica)

• Tipos e influencia de los errores de medición

• Respuesta de los sensores a los diferentes materiales

• Evaluación de las señales de salida de los sensores

Requisitos para un aprendizaje exitoso de este curso

• Fundamentos de electrotecnia

SO4203-9D Tablero de sensores UniTrain-I

SO4203-2A Interfaz UniTrain-I

SO4203-2D Fuente de alimentación ampliada UniTrain-I

SO5146-1L Juego de cables UniTrain-I

LM2319 ó LM2321 Opcional: Multímetro MetraHit

Algunas animaciones presuponen la instalación previa de Flash-Player. Si éste no es el caso, puede descargar en cualquier momento una versión actual de Macromedia.

Pase el puntero del ratón sobre la imagen y obtendrá mayor información acerca de los componentes individuales de la tarjeta.

Datos técnicos:

Equipo:

• Sensor inductivo (Sn 8mm, Ue 12-48V)

• Sensor capacitivo (Sn 5mm, Ue 12-24V)

• Explorador de punto luminoso de reflexión (Sn 40mm, Ue 12-24V)

• Sensor de campo magnético (Sn 90mm, Ue 10-55V)

• Conductor de fibra óptica (Ue 12-24V)

Sensores opcionales:

• Sensor inductivo analógico (Sn 70mm, Ue 12-48V)

• Sensor analógico de ultrasonido (Sn 50-300mm, Ue 20-30V)

Todos los sensores operan con tensión continua.

Medidas de seguridad:

• Interruptores de fin de carrera en ambos extremos del carro

Dimensiones:

• 56cm x 27cm x 13cm

¡No se debe aplicar ninguna tensión externa!

¡Existe peligro de sufrir magulladuras si se "manipula" el carro!

Los sensores empleados son sensores industriales que, como sucede normalmente, después de su integración sólo se ajustan una vez. ¡Si es necesario realizar otro tipo de ajustes de los sensores antes de ejecutar los ensayos (por ejemplo, ajuste de la distancia de conmutación) esto se debe realizar con mucho cuidado!

Conexión del tablero de sensores

1. Conecte la interfaz Unitrain-I (SO4203-2A) con el tablero de sensores por medio de la regleta de conexión de 96 polos.

2. Conecte la fuente básica de alimentación (SO4203-2A) a la interfaz y la fuente de alimentación ampliada (SO4203-2D) al tablero de sensores, como se observa en la siguiente animación.

3. Conecte la interfaz al PC por medio del cable USB.

Realización del ensayo

Se deben seguir los siguientes pasos durante la ejecución de los experimentos

1. Por medio del instrumento de Posicionamiento (Slider Control Unit) del menú de Instrumentos se pueden conectar los sensores de manera individual e independientemente de los demás sensores. Activando las teclas "Step" y "Run" se puede provocar el desplazamiento del carro, con el material de pruebas, en pasos o en movimiento continuo.

2. Durante la experimentación, active el sensor que desee emplear pulsando la tecla correspondiente del instrumento de Posicionamiento. Si el sensor se encuentra activo, esto se indicará por medio del LED verde del botón de mando que se encuentra junto al sensor. Para evitar perturbaciones mutuas, siempre se debe encontrar activo un solo sensor.

3. Existen dos posibilidades de mover el carro con el materia de pruebas:

o Por pasos (tecla "Step"): hacia la izquierda y la derecha. Después de cada pulsación de la tecla, el carro se desplaza a una distancia de 0,1mm

o Movimiento permanente (tecla "Run"): hacia la izquierda y la derecha. Si se preselecciona una dirección, el carro se mueve en la dirección escogida hasta que se pulse la tecla "Stop" o bien hasta que el interruptor de final de carrera detenga al servomotor.

4. Coloque el material de prueba sobre el carro, centrado en relación con el sensor seleccionado, y fíjelo por medio del tornillo de husillo, de manera que el material no se pueda desplazar.

5. Acerque ahora el carro con el material de prueba hacia el sensor (impulsado por medio del software) hasta que el interruptor de final de carrera se active. Reposicione el display que indica la posición del carro (tecla Reset). Este punto servirá como punto de partida del ensayo. En el caso de que sea necesario, puede volver ajustar el material de prueba para que éste se encuentre exactamente centrado en relación con la cabeza del sensor.

6. Las distancias de conmutación de los sensores, medidas en los experimentos, se pueden leer en el display del instrumento.

Sensores

La palabra sensor proviene del latín y significa percibir, sentir, observar.

El término antena sensora, empleado muchas veces en este contexto, ha sido tomada del reino animal. Numerosos animales pequeños poseen este tipo de miembros con los que vigilan y palpan su entorno.

Los sensores son elementos que trabajan con señales para detectar magnitudes físicas, como desplazamiento o movimiento, posicionamiento, posiciones finales, ángulos, niveles de llenado, temperatura, fuerza, velocidad de giro, presión y que, la mayoría de las veces, transforman estas magnitudes físicas en una señal eléctrica. Las señales de salida analógicas y digitales sirven en las tecnologías de regulación y de control automático para registrar el estado actual de los procesos. Entre los ejemplos de tales dispositivos se encuentran las unidades de controles lógicos programables y los microprocesadores. Por tanto, en todos los procesos de naturaleza automática, los sensores constituyen una condición imprescindible para la obtención de información. En especial, los bucles cerrados de control son inimaginables sin sensores ni elementos de ajuste.

Para su utilización industrial, en comparación con los conmutadores mecánicos, los sensores presentan condiciones ideales: Funcionamiento libre de contacto y de desgaste, elevadas frecuencias de conmutación y precisión en la conmutación al igual que una excelente protección contra vibraciones, polvo y humedad. Se emplean para la regulación, el control automático, la automatización, el posicionamiento y el control de procesos de trabajo.

Los sensores se fabrican en innumerables diseños para adaptarse al correspondiente campo de aplicación. Precisamente el desarrollo veloz de la industria del automóvil ha dado un fuerte impulso a la tecnología de sensores. Así, en un automóvil, se encuentran numerosos componentes que actúan para medir la temperatura del motor, pasando por el sensor del sistema de antibloqueo, hasta llegar a los sensores del airbag.

Se han desarrollado algunos tipos de sensores muy disímiles, como por ejemplo inductivos, capacitivos, fotoelectrónicos, sensores de campo magnético y de ultrasonido. Poseen todo tipo de características diferentes y reaccionan frente a los más distintos tipos de materiales o propiedades de los mismos. Para casi todo tipo de aplicación existe un sensor adecuado, que cumple con las exigencias requeridas. Pero también la salida de la señal medida es muy diferente y se puede seleccionar de acuerdo con la tarea que se debe realizar. Se pueden emitir señales analógicas, por ejemplo, de 4... 20mA, o señales digitales, en las que la salida de conmutación únicamente conduce un "On" o un "Off". Un área de aplicación de un sensor que posea una salida digital es, por ejemplo, un contador en una cinta transportadora, en la que cada vez que un producto pasa por delante del sensor, éste conmuta la salida a "On", con lo que el contador avanza su conteo en un dígito. Por el contrario, los sensores con salida analógica se encuentran en capacidad de realizar una medición continua; de esta manera, se podría determinar la distancia exacta a la que se encuentra el producto en la cinta transportadora.

Tipos de conexión de los sensores

Los sensores forman parte de las técnicas de conexión denominadas de 2, 3 y 4 hilos, cuyas diferencias abordaremos a continuación.

Conexión de 2 hilos

En la conexión de 2 hilos, el sensor (por ejemplo, una termorresistencia PT 100) se conecta a un transductor de medida.

La conexión hace que el valor de la resistencia aumente, puesto que la propia resistencia de los conductores se suma al valor propio de la resistencia PT 100. No se puede despreciar este efecto en el caso de que se empleen conductores de longitud relativamente significativa.

Conexión de 3 hilos

La unidad del sensor

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