Sensores de Proximidad

Prctica en Blanco

Prctica # 5. Medicin de posicin

I.T.E.S.M. Campus Monterrey

Prctica # 5

Medicin de Posicin

Objetivos

Estudiar el principio de operacin de los sensores de proximidad ms comunes para la medicin de posicin Analizar las aplicaciones tpicas para los sensores de proximidad Analizar las ventajas y desventajas de cada unos de los sensores de proximidad Realizar mediciones y pruebas con la estacin de sensores de proximidad del laboratorioMarco Terico.

Sensores de proximidad para medir posicin.

Sensor inductivo de proximidad.

Estos sensores consisten en un ncleo de fierro y carbn arreglados de forma que generan una alta frecuencia electromagntica en la cabeza del sensor. Un objeto metlico que entra al campo electromagntico causa que se generen corrientes de Eddy, las cuales a su vez provocan prdidas de energa. A medida que la energa disminuye, la amplitud de la oscilacin se debilita por lo que los circuitos de deteccin del sensor operan y accionan la salida cuando la amplitud llega al nivel de umbral. Cuando el objeto se aleja, la amplitud de oscilacin se incrementa, y el sensor recobra su oscilacin normal. Este tipo de operacin se muestra en la Figura 5.1 y en la Figura 5.2.

Figura 5.1. Operacin de un sensor inductivo de proximidad.

Figura 5.2. Diagrama del circuito interno de un sensor inductivo de proximidad.

Existen dos tipos de sensores de proximidad inductivos:

Los sensores con aislamiento (shielded).

Los sensores sin aislamiento (unshielded).

En la Figura 5.3 se muestran estos dos tipos de sensores.

Sensores con aislamiento

Los sensores con aislamiento estn cubiertos por una capa aislante alrededor del ncleo de fierro. Esto limita el campo electromagntico a slo el frente de la cabeza del sensor, eliminando la influencia que pudiera tener cualquier metal cercano. Esto permite que el sensor pueda ser montado en una base metlica.

Sensores sin aislamiento

Estos sensores ofrecen grandes distancias de sensado porque no tienen una placa protectora aislante que reduzca el rea de flujo magntico. Es por esto, que para prevenir seales causadas por un metal cercano, el sensor debe de estar montado a una distancia del metal mayor que la del objeto a sensar. Esto permitir que el sensor no sea afectado por el metal del montaje.

Figura 5.3. Sensores con aislamiento y sin aislamiento

Sensores capacitivos de proximidad

Los sensores de proximidad capacitivos consisten en un electrodo sensador, localizado en la cabeza del sensor, y de un circuito oscilatorio. El estado de oscilacin cambia cuando el valor de capacitancia, entre el electrodo y el objeto sensado cambia. En la Figura 5.4 se muestra un sensor de proximidad capacitivo.

Figura 5.4. Sensor de proximidad capacitivo

El cambio en la capacitancia est relacionado con la constante dielctrica del objeto o sensor, y la distancia entre el objeto y el electrodo de sensado, como se muestra en la Figura 5.5. Los sensores capacitivos pueden detectar lquidos, polvos o materiales slidos si la constante dielctrica de los mismos es igual o mayor a un valor establecido por el fabricante, para el caso de los sensores capacitivos OMRON el valor de la constante dielctrica establecido es 1.2.

Figura 5.5. Capacitancia variable

Cabe mencionar que los sensores capacitivos no son afectados por el color o condiciones de superficie del objeto a sensar. Pero si pueden ser afectados si la constante dielctrica del ambiente es mayor a la del objeto. En la Figura 5.6 se observa la vista frontal y los bloques funcionales de un sensor capacitivo.

Figura 5.6. Vista frontal de un sensor capacitivo.

Sensor magntico de proximidad

Uno de los sensores de proximidad magnticos ms simples es la combinacin de un interruptor tipo Reed y un magneto permanente. Un interruptor tipo Reed consta de un par de contactos hermticamente sellados, los cuales son activados cuando estn alineados con un flujo magntico. La aplicacin tpica de este tipo de sensores es en los sistemas de seguridad, donde los sensores son montados en el borde de la puerta para indicar si sta se encuentra abierta o cerrada. En la Figura 5.7 se muestra un sensor de proximidad magntico industrial de la marca OMRON.

Figura 5.7. Sensor de proximidad magntico industrial de la marca OMRON.

Este tipo de interruptores son relativamente rpidos, es decir su tiempo de conmutacin es menor a 1 ms. Adems, tiene un cierto grado de histresis, lo cual los hace inmunes a pequeas fluctuaciones en el campo magntico. Tpicamente son activados cuando el magneto permanente se aproxima al interruptor, esto sucede cuando la distancia entre el interruptor y el magneto permanente es aproximadamente 5 mm. Y son desactivados cuando el magneto se encuentra a una distancia entre 10 y 15 mm del interruptor.

Sensor de proximidad de lmite

Es el sensor de proximidad ms sencillo y robusto, sus aplicaciones son variadas pero principalmente se usan para ambientes hostiles y de uso continuo. Su principio de operacin consiste en una conexin mecnica que abre o cierra un interruptor elctrico; es decir, abre o cierra un contacto en referencia a un punto en comn.

Sin embargo este sensor de proximidad tiene algunas caractersticas importantes al momento de ser activado. En la Figura 5.8, se muestran cada una de estas variables, as como los valores para una sensor de lmite en particular.

A continuacin se realizar una breve explicacin para cada una de las caractersticas de un sensor de lmite:

OF.Es la fuerza aplicada al actuador.

PT. Es llamado el pre-viaje; es decir, es el punto en el cual el contacto se activa.

RF. Es la fuerza de liberacin, es decir, es la reduccin requerida en la fuerza para que el contacto regrese a su posicin normal.

MD.Es el diferencial de movimiento; es decir, es la distancia que existe entre el contacto activado y desactivado, esto ocurre en la posicin de desactivacin (RP).

TTP. Es la posicin del viaje total, esto es cuando el actuador no puede avanzar ms debido a un tope mecnico interno.

Figura 5.8. Caractersticas importantes de un sensor de lmite.

Desarrollo de la prctica

En esta prctica conocer cuatro tipos de sensores de proximidad, es decir, sensores que permiten detectar la presencia de un objeto en la proximidad del sensor. Uno de ellos, el interruptor de lmite, requiere contacto fsico con el objeto a sensar, mientras que los dems pueden realizar la deteccin del objeto sin contacto pero a distancias pequeas. Cada uno tiene diferentes caractersticas de operacin, dependiendo del principio de funcionamiento. El objetivo de la prctica es que en forma experimental se determinen las caractersticas de operacin de cada sensor.

1. Experimente con el sensor de lmite y complete la Tabla 5.1 apoyndose en el manual de especificaciones tcnicas de OMRON.

CaractersticasSensor de Lmite

Principio de Operacin

Instalacin y Caractersticas electrnicasAlimentacin Elctrica

Tipo de Salida

Capacidad de Corriente

Qu objetos detecta?Propiedades del Objeto

Tamao Mnimo del objeto

A qu distancia los detecta?Al Acercarse

Al Alejarse

Se ve afectada por las propiedades del objeto? Qu propiedades?

Dibuje una aproximacin del rea de deteccin

Puede sensar a travs de paredes?Si o No?

Si su respuesta es s:

Qu propiedades debe tener la pared?

Qu puede perturbar la operacin?

Mencione y explique brevemente 3 aplicaciones

Tabla 5.1. Tabla para el experimento con el sensor de lmite.

2. Experimente con el sensor de proximidad inductivo y complete la Tabla 5.2 apoyndose en el manual de especificaciones tcnicas de OMRON.

CaractersticasSensor de Proximidad Inductivo



Tipo de Salida





Al Alejarse








Tabla 5.2. Tabla para el experimento con el sensor de proximidad inductivo.

3. Experimente con el sensor de proximidad magntico y complete la Tabla 5.3 apoyndose en el manual de especificaciones tcnicas de OMRON.

CaractersticasSensor de Proximidad Magntico



Tipo de Salida





Al Alejarse








Tabla 5.3. Tabla para el experimento con el sensor de proximidad magntico.

4. Experimente con el sensor de proximidad capacitivo y complete la Tabla 5.4 apoyndose en el manual de especificaciones tcnicas de OMRON.

CaractersticasSensor de Proximidad Capacitivo



Tipo de Salida





Al Alejarse








Tabla 5.4. Tabla para el experimento con el sensor de proximidad capacitivo.

Reportar

1. Reporte las tablas de resultados elaboradas y/o los resultados obtenidos en el desarrollo de la prctica, as como las preguntas correspondientes a cada una. Justifique sus respuestas.

2. Los circuitos implantados en el laboratorio as como una BREVE explicacin de stos.

3. Las conexiones de los sensores, en diagrama escalera o en un diagrama elctrico.

4. Elementos adicionales solicitados por el instructor de laboratorio (en caso de existir).

5. Cada integrante debe elaborar una conclusin de la prctica y su desarrollo.

Bibliografa

[1] Fraden, Jacob. Handbook of Modern Sensors, Segunda Edicin, Ed. Springer Verlag 1996.

[2] Creus Antonio. Instrumentacin Industrial. Sexta edicin, Editorial Alfaomega, 1998.

[3] Beckwith Thomas & Marangoni Roy. Mechanical Measurements, Cuarta Edicin, Ed. Addison Wesley 1990.

NOTAS

Sensor

Objeto a Sensar

Encendido

Apagado

Apagado

Circuito de salida

Salida del circuito detector de ondas

Salida del circuito oscilador

Sensor

Oscilador

Objeto a sensar

3

2

1

Sensor de proximidad capacitivo

B-

A+

C

B

A

Vista Frontal

A y B = Electrodos del sensor

C = Electrodos de compensacin.

B

A

B

C

C

Oscilador

Detector

Salida

Capacitor

B -

A+

Salida

Detector

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Laboratorio de Instrumentacin y Mediciones

Departamento de Mecatrnica y Automatizacin

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