Fundamentos de los sensores

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Manual Técnico de los Sensores de Proximidad SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Y CAPACITIVOS 09/05/2012 Universidad Nacional de Educación ”Enrique Guzmán y Valle ASIGNATURA: SENSORES Y MEDIDOCRES INDUSTRIALES I PROF. JOHN ROJAS ROMERO

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL SENSORES Y MEDIDORES INDUSTRIALES I

UNE - FATEC - LA CANTUTA PROF. JOHN ROJAS ROMERO

Manual Técnico de los Sensores de Proximidad

I. SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS

1. FUNCIONAMIENTO.

Los sensores de proximidad

inductivos hacen uso de las propiedades

magnéticas de diversos materiales y de las

variaciones de diferentes parámetros

asociados a los circuitos magnéticos

(longitudes o secciones de núcleos,

entrehierros, etc.), para alterar la

inductancia de bobinas normalmente fijas,

consiguiendo variar la geometría del circuito

magnético, permitiéndole detectar la

presencia de objetos metálicos.

2. CONSTITUCION FISICA.

Estos son los bloques que habitualmente constituyen un sensor inductivo, aunque en

algunos modelos el amplificador puede estar implementado en otro dispositivo con carcasa

independiente, para reducir el tamaño del sensor.



3. MODO DE OPERACIÓN.

Cuando un objeto o placa metálica se mueve dentro de un campo magnético, sobre la

placa magnética se generan unas corrientes eléctricas conocidas como corrientes de Eddy o

corrientes de Focault. 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 sensible.

Al acercarse un metal al lado activo, se

presentan unas corrientes parasitas, 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.

4. APLICACIÓN DE LOS SENSORES INDUCTIVOS.

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 los objetos metálicos, se pueden emplear

en la industria alimentaria, ya que no interfiere en los productos.



5. SIMBOLOGIA DE LOS SENSORES INDUCTIVOS.

6. COLOR Y NUMERACION DE LOS HILOS DE LOS SENSORES INDUCTIVOS.

La norma EN 50 044 determina los colores de los hilos del sensor, distingue entre

sensores de proximidad polarizados y no polarizados, podemos diferenciar los siguientes casos:

Sensores de proximidad no polarizados tanto para CC o CA, con dos hilos de conexión, estos

pueden ser de cualquier color excepto verde/amarillo. Sensores de proximidad polarizados para

CC, con dos hilos de conexión, el terminal positivo debe marrón y el terminal negativo, azul.

Sensores de proximidad de tres hilos, el terminal positivo debe ser marrón, el terminal negativo

azul y la salida debe ser negro.



En la siguiente tabla se indican las abreviaciones de los colores usados.

COLOR ABREVIACIÓN COLOR ABREVIACIÓN

black (negro) BK blue (azul) BU

brown (marrón) BN grey (gris) GY

red (rojo) RD white (blanco) WH

yellow (amarillo) YE gold (dorado) GD

green (verde) GN green/yellow (verde/amarilo)

GNYE

En lo referente a la numeración de los terminales:

Sensores de proximidad no polarizados, los terminales 1 y 2 tienen la función de

contacto normalmente cerrado y los terminales 3 y 4 la de contacto normalmente abierto.

Sensores de proximidad polarizados para corriente continua con dos terminales, el

terminal positivo debe identificarse con el 1. El número 2 para el contacto normalmente cerrado

y el 4 para el contacto normalmente abierto.



II. SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS

1. FUNCIONAMIENTO

Los sensores de proximidad capacitivos se diseñan para trabajar generando un campo electrostático y detectando cambios en dicho campo a causa de un objeto que se aproxima a la superficie de detección. Los elementos de trabajo del sensor son, a saber, una sonda capacitiva de detección, un oscilador, un rectificador de señal, un circuito de filtrado y el correspondiente circuito

de salida.

En ausencia de objetos el oscilador se encuentra inactivo. Cuando se aproxima un objeto, el oscilador

aumenta la capacitancia del condensador que hace de detector. Al superar la capacitancia un umbral predeterminado se activa el oscilador, el cual dispara el

circuito de salida para que cambie entre “on”(encendido) y “off”(apagado).

La capacitancia de la sonda de detección viene condicionada por el tamaño del objeto a

detectar, por la constante dieléctrica y por la distancia de este al sensor. A mayor tamaño y

mayor constante dieléctrica de un objeto, mayor el incremento de la capacitancia. A menor

distancia entre el objeto y sensor, mayor el incremento de capacitancia de la sonda por parte

del objeto.

2. MODO DE OPERACIÓN.

Los sensores capacitivos son a menudo más utilizados exitosamente en las aplicaciones

que no pueden ser resueltas por otras técnicas de sensado. Estos responden a un cambio de

dieléctrico en el medio que rodea la zona activa y, por medio de la regulación incorporada,

permite sensar prácticamente cualquier sustancia. Además pueden detectar materiales a través

de paredes de vidrio, plástico, o laminas de cartón.

Para el sensado de materiales de alta constante dieléctrica (agua, metales, aceite,

combustible, azúcar, papel), no es necesario el contacto físico de los materiales con el sensor.

Para los materiales plásticos y de baja densidad es necesario realizar un ajuste cuidadoso, ya

que al ser materiales de baja constante dieléctrica, son de difícil detección.



3. CONSTITUCION FISICA.

El sensor fotoeléctrico consta fundamentalmente de un electrodo situado en el extremo

del detector, conectado al citado circuito oscilador. Este electrodo constituye normalmente la

palca de un condensador, el cual, a su vez, forma parte de un bucle de retroalimentación

positiva dentro de dicho circuito oscilador; la otra placa de este condensador variable la

constituye, o bien el propio objeto a detectar, el cual debe estar conectado previamente a

masa, o bien una placa de masa independiente, ante la que se interpone el objeto.

Generalmente, el oscilador no

oscila cuando la retroalimentación

positiva es insuficiente. Debido a la

presencia del objeto frente al electrodo,

el circuito oscilador recibe un

incremento de esta realimentación y

empieza a oscilar, provocando la

aparición de una señal de salida. Este

tipo de sensor puede detectar materiales

líquidos conductores con gran

sensibilidad.



Sin embargo, la sensibilidad de detección de los aislantes es menor que la de las

sustancia conductoras. Cuanto mayor es la constante dieléctrica y menor es el espesor, mayor

es el sensado obtenido. La sensibilidad depende de las sustancias conductoras conectadas a los

aislantes o colocadas en los mismos.

Si un objeto o un medio irrumpen

en la zona activa de conmutación, la

capacitancia del circuito resonante se

altera. Al aumentar la capacidad, la

corriente en el circuito oscilador también

aumenta. El rectificador simplemente

convierte la señal alterna en continua.

Cuando esta señal alcance un

determinado valor, actuara el circuito

disparador que controla si a señal

proveniente del rectificador corresponde

al nivel de referencia necesario para

conmutar el dispositivo de salida.

4. APLICACIÓN DE LOS SENSORES CAPACITIVOS

Gracias a su capacidad de reaccionar con una gama amplia de materiales, el sensor de

proximidad capacitivo es el más universal en aplicaciones que el inductivo, pero este tipo de

sensores es más sensible a perturbaciones, por ejemplo, su sensibilidad con respecto a la

humedad es muy elevada, debido a la elevada constante dieléctrica del agua (81).

Sin embargo, están muy indicados para la detección de objetos a través de una pared no

metalica (la constante dieléctrica del material a detectar debe ser por lo menos 4 veces el de la

pared y el grosor de la pared debe de ser inferior a 4mm). Aunque por razones de coste, en la

detección de objetos metálicos se prefieren generalmente los sensores de proximidad

inductivos a los capacitivos.



Otra aplicación es la detección de personal: cuando el operador de una maquina se

acerca demasiado, se para la maquina, en previsión de posible accidente.





5. SIMBOLOGIA DE LOS SENSORES INDUCTIVOS.

6. COLOR Y NUMERACIÓN DE LOS HILOS

La norma EN 50 044 determina los colores de los hilos del sensor, distingue entre

sensores de proximidad polarizados y no polarizados, podemos diferenciar los siguientes

casos:

Sensores de proximidad no polarizados tanto para CC o CA, con dos hilos de conexión,

estos pueden ser de cualquier color excepto verde/amarillo.

Sensores de proximidad polarizados para CC, con dos hilos de conexión, el terminal

positivo debe marrón y el terminal negativo, azul.

Sensores de proximidad de tres hilos, el terminal positivo debe ser marrón, el

terminal negativo azul y la salida debe ser negro.



En la siguiente tabla se indican las abreviaciones de los colores usadas.

COLOR ABREVIACIÓN COLOR ABREVIACIÓN

black (negro) BK blue (azul) BU

brown (marrón) BN grey (gris) GY

red (rojo) RD white (blanco) WH

yellow (amarillo) YE gold (dorado) GD

green (verde) GN green/yellow (verde/amarilo)

GNYE

En lo referente a la numeración de los terminales:

Sensores de proximidad no polarizados, los terminales 1 y 2 tienen la función de

contacto normalmente cerrado y los terminales 3 y 4 la de contacto normalmente abierto.

Sensores de proximidad polarizados para corriente continua con dos terminales, el

terminal positivo debe identificarse con el 1. El número 2 para el contacto normalmente

cerrado y el 4 para el contacto normalmente abierto.

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