Sensores Hidra y Neu Unidad V

SENSORES INDUSTRIALES.

Definición de conceptos.Clasificación de sensores:

Inductivos.Capacitivos.Proximidad.Posición.Presión y vacío.Ópticos.Infrarrojos.

Principios de funcionamiento.Criterios de selección de sensores.Aplicaciones.

SENSORES Y TRANSDUCTORES¿Qué es un Transductor?• Un transductor es un dispositivo que transforma un tipo de variable física (por ejemplo fuerza, presión, temperatura, velocidad, etc.) en otro.

• Un sensor es un transductor que se utiliza para medir una variable física de interés.

• Algunos de los sensores y transductores utilizados con más frecuencia son los calibradores de tensión(utilizados para medir la fuerza y la presión), los termopares (temperaturas), los velocímetros (velocidad).

• Cualquier sensor o transductor necesita que este calibrado para ser útil como dispositivos de medida.

• La calibración es el procedimiento mediante el cual se establece la relación entre la variable medida y la señal de salida convertida.

• Los transductores y los sensores pueden clasificarse en dos tipos básicos, dependiendo de la forma de la señal convertida. Los dos tipos son:

• Transductores analógicos• Transductores digitales

• Los transductores analógicos proporcionan una señal analógica continua, por ejemplo voltaje o corriente eléctrica. Esta señal puede ser tomada como el valor de la variable física que se mide.

• Los transductores digitales producen una señal de salida digital, en la forma de un conjunto de bits de estado en paralelo o formando una serie de pulsaciones que pueden ser contadas.

• En una u otra forma, las señales digitales representan el valor de la variable medida.

• Los transductores digitales suelen ofrecer la ventaja de ser más compatibles con las computadoras digitales que los sensores analógicos en la automatización y en el control de procesos.

• Características deseables de los transductores

• Exactitud• La exactitud de la medición debe ser tan alta como fuese

posible. Se entiende por exactitud que le valor verdadero de la variable se pueda detectar sin errores sistemáticos positivos o negativos en la medición. Sobre varias mediciones de la variable, el promedio de error entre el valor real y el valor detectado tendera a ser cero.

• Precisión• La precisión de la medición debe ser tan alta como fuese

posible. La precisión significa que existe o no una pequeña variación aleatoria en la medición de la variable. La dispersión en los valores de una serie de mediciones será mínima.


• Rango de funcionamiento• El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento y

debe ser exacto y preciso en todo el rango.

• Velocidad de respuesta• El transductor debe ser capaz de responder a los cambios de

la variable detectada en un tiempo mínimo. Lo ideal sería una respuesta instantánea.


• Calibración

• El sensor debe ser fácil de calibrar. El tiempo y los procedimientos necesarios para llevar a cabo el proceso de calibración deben ser mínimos. Además, el sensor no debe necesitar una recalibración frecuente.

• El término desviación se aplica con frecuencia para indicar la pérdida gradual de exactitud del sensor que se produce con el tiempo y el uso, lo cual hace necesaria su recalibración.

• Fiabilidad• El sensor debe tener una alta fiabilidad. No debe estar sujeto

a fallos frecuentes durante el funcionamiento.

Clasificación de los sensores según el tipo de magnitud

• Posición lineal o angular.• Desplazamiento o deformación.• Velocidad lineal o angular.• Aceleración.• Fuerza y par.• Presión.• Caudal.• Temperatura.• Presencia o proximidad.• Táctiles.• Intensidad lumínica.• Sistemas de visión artificial.

Clasificación de los sensores según el principio de funcionamiento

• Contacto• Interruptores de posición• Táctiles

• Proximidad• Inductivos• Capacitivos

• Ultrasónicos• Fotoeléctricos• Piezoeléctricos• Polímeros

Interruptores de posición

• Los sensores de contacto nos indican simplemente si ha habido contacto o no con algún objeto, sin considerar la magnitud de la fuerza de contacto. Suelen ser dispositivos sencillos cuyo uso es muy variado.

• Estos sensores suelen ser interruptores de límite o microinterruptores, que son sencillos dispositivos eléctricos que cuando se contacta con ellos cambian de estado.

• Final de carrera: se usan para saber si una parte móvil de una máquina ha llegado a un punto

• Táctiles: Se pueden situar en las pinzas de los brazos de robot para determinar cuando se ha cogido un objeto.

Interruptores de posición

Ejemplo de sensor tactil

Sensores de array táctil

Es un tipo especial de sensores de fuerza ya que en realidad está constituido por una matriz de pequeños sensores de fuerza

Sensores de array táctil• Permiten además reconocer formas en los objetos• Sensores de fuerza que componen la matriz suele ser una almohadilla elastomérica • Cuando se comprime cambia su resistencia eléctrica de manera proporcional a la fuerza aplicada

Sensor inductivo

Los sensores inductivos de proximidad se han diseñado para trabajar generando un campo magnético y detectando las perdidas de corriente de este campo generadas al introducirse en el los objetos de detección férricos y no férricos.

• El sensor consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un sensor de nivel de disparo de la señal y un circuito de salida.

• Al aproximarse un objeto metálico o no metálico se inducen corrientes de histéresis en el objeto.

• Histéresis: diferencia entre la distancia de activación y desactivación.

El circuito sensor reconoce entonces un cambio especifico de amplitud y genera una señal que conmuta la salida de estado solido o la posicion de encendido y apagado.

Sensores de proximidad

• Son dispositivos que detectan señales para actuar en un determinado proceso u operación, teniendo las siguientes características:

– Son dispositivos que actúan por inducción al acercarles un objeto.

– No requieren contacto directo con el material a detectar.

– Son los más comunes y utilizados en la industria

– Se encuentran encapsulados en plástico para proveer una mayor facilidad de montaje y protección ante posibles golpees

Aplicaciones de los sensores de proximidad:

• Control de cintas transportadoras, • Control de alta velocidad • Detección de movimiento • Conteo de piezas, • Sensado de aberturas en sistemas de

seguridad y alarma • Sistemas de control como finales de

carrera. (PLC´s) • Sensor óptico.

Detectores de proximidad inductivos

27

SENSORES INDUCTIVOS

28

ESTRUCTURA GENERICA

29

ESTRUCTURA DE SENSOR INDUCTIVO

30

SENSOR INDUCTIVO DE PROXIMIDAD

31

OPERACIÓN PRINCIPAL

32

EMPAQUETADURAS COMUNES

33

SENSORES BLINDADOS

34

SENSORES NO BLINDADOS

35

REED SWITCH

36

ESTRUCTURA DE REED SWITCH

37

REED SWITCH

38

TIPOS DE SALIDA

40

SENSORES INDUCTIVOS A DOS HILOS

41

SENSOR INDUCTIVO A DOS HILOS

42

SENSOR INDUCTIVO A TRES HILOS

43

SENSORES INDUCTIVOS A TRES HILOS

44

SENSOR INDUCTIVO A TRES HILOS

45

SENSOR INDUCTIVO A CUATRO HILOS

46

SENSOR INDUCTIVO A CUATRO HILOS

47

NOMENCLATURA

48

NOMENCLATURA

49

SENSORES RANURADOS Y ANULARES

50

SENSORES INDUCTIVOS

SENSORES CAPACITIVOS

La funcion de detector capacitivo consiste en señalar un cambio de estado, basado en la variacion del estimulo de un campo electrico.

Los sensores capactivos detectan objetos metalicos o no metalicos midiendo el cambio en la cpacitancia, la cual depende de la constante dielectica del material a detectar, su masa, tamaño, y distancia hasta la superficie sensible del detector

• Los detectores capacitivos están construidos en base a un oscilador RC. Debido a la influencia del objeto a detectar, y del cambio de capacitancia, la amplificación se incrementa haciendo entrar un oscilador RC.

• Debido a la influencia del objeto a detectar, y del cambio de capacitancia, la amplificación se incrementa haciendo entrar en oscilación el oscilador.

El punto exacto de esta función puede regularse mediante un potenciómetro, el cual controla la realimentación del oscilador.

La señal de salida del oscilador va a un amplificador.

Cuando un objeto conductor se acerca a la cara activa del detector, este actúa como condensador provocando un cambio de capacitancia significativo

Si un objeto no conductor se acerca se produce un cambio muy pequeño en la constante dieléctrica provocando un cambio de capacitancia poco significativo.

• Condensador plano

d

SC r0

S

d

r

– 0: cte. dieléctrica del vacío 8,85 pF/m

– r: cte. dieléctrica relativa. Depende de la temperatura y de la frecuencia

– S: superficie– d: distancia entre las placas

Cte. dieléctrica relativa del agua en función de la

temperatura

Sensores Capacitivos

1

2

0

ln

2

rr

hC r

r1

r2

h

1

2

22110

ln2

rr

hhC

h1

h2

r1

r2

1

2


• Condensador cilíndrico

• Principio de funcionamiento

S

d d’

Variación de la distancia Variación de la

superficie

S’

Variación del dieléctrico

dd

Placa móvil

Placas fijas

x

xd

SC r

01

xd

SC r

02

C1

C2

– Condensador diferencial

x0

a

x C2

d

xxaC r

001

d

xxaC r

002


Medida de nivel• Líquido no conductor

• Líquido conductor

h

x

1

2

21

1

2

20

1

2

210

lnln

2

ln2

rr

x

rr

h

rr

xhxC

x 1

2

10

ln

2

rr

xC


Proximidad

– Distancias de unos pocos mm. máx

– Materiales metálicos y no metálicos (p.e. Arena, agua, aceite, etc.)


- Presión absoluta- Presión diferencial

Diafragma

Substrato

Láminas del condensador

p

zS

prz

4

2

p

2r

– Pueden soportar sobrepresiones mucho mayores que la correspondiente al fondo de escala

S: tensión radial


RHCC 10

– C0: algunos cientos de pF typ.– : entre 0,5 y unos pocos pF por %RH– Tiempos de respuesta de decenas de s. A

min.

• HS1100/1001 de Humirel

Sensores CapacitivosHumedad

Placas fijas

M

Muelle

Placa móvil

Aceleración

MEMS “Micro-ElectroMechanical Systems”Ej. ADXL250 de Analog (42 elementos)

x

makx M

Muelle

k

Aceleración

f

a

fn

Respuesta en frecuencia

AplicacionesSensores Capacitivos

Detectores de presencia

Placa

Tierra

C1 C1

Tierra

Ca

Cb

Medida de capacidad

Medida de capacidad

Placa

Detectores táctiles

Substrato de cristal

Silicio Condensador


Detectores de proximidad capacitivos

SENSORES OPTICOS

Sensor infrarrojo

• El receptor de rayos infrarrojos suele ser un fototransistor o fotodiodo. El circuito de salida utiliza una señal del receptor para amplificarla y adaptarla a una salida que el sistema pueda entender.

• La señal enviada por el emisor puede ser codificada para distinguirla de otra y así identificar varios sensores a la vez,, esto es muy utilizado en robótica.

• Sensor infrarrojo de barrera• Las barreras tipo emisor – receptor se componen

de dos partes: un componente que emite el haz de luz y otro que la recibe.

• Se establece una area de deteccion donde el objeto a detectar es reconocido cuando se interrumpe el haz de luz.

• La deteccion no se ve afectada por el color, textura, brillo.

• Sensor auto réflex• La luz infrarroja viaja en línea recta, en el

momento que un objeto se interpone el haz de luz rebota contra este y cambia la dirección permitiendo que la luz sea enviada al receptor y el elemento sea censado.

• El objeto de color negro no es censado ya que absorbe la luz

• Sensor réflex• Tienen el componente emisor y receptor en el

mismo cuerpo, el haz de luz se establece mediante un reflector.

• El objeto se detecta cuando el haz formado entre el emisor, reflector y receptor es interrumpido.

• El color no afecta la detección.

Estructura de BloquesTipos de Sensado

Tecnologías :• Emisor / Receptor (Through Beam)• Retroreflectivo• Retroreflectivo Polarizado• Difuso• Difuso Fijación de Enfoque• Difuso Supresión de Fondo• Difuso Supresión de Frente

Elección de Luz Emisora:

• Roja (Estándar)• Infrarroja• Verde• Blanca• Láser• Ultravioleta

Estructura de BloquesEncapsulados

• Encapsulados de Propósito General– Tubular Estándar– Bloque Estándar– Híbrido Estándar– Fotoeléctrico Proxinox

(Acero Inoxidable)

• Aplicación Específica– Fibras Ópticas– Ranuras– Ventanas

Estructura de BloquesEléctrico

Características Eléctricas:Versiones:

• Voltaje de Operación:– AC/DC ( Corriente Alterna / Corriente Directa )– DC ( Corriente Directa )

• Tipo de Salida:– Discreta (on-off ) Estado Sólido– Analógica ( Voltaje o Corriente ) ULTRA LINEAL

Definición de SensorDefinición de Sensor

Tecnología de Sensado

• Modos básicos• Diferentes tecnologías

Modos de Sensado: Tres Tecnologías

Emisor/Receptor

(Thru-Beam)

Retroreflectivo

Difuso

Modos de SensadoEmisor / Receptor

Dark-ON ó Light-ON

Retroreflectivo

Dark-ON ó Light-ON

Difuso

Light-ON ó Dark-ON

Emisor Receptor Sistema de dos piezasEstableciendo el haz de luz

Emisor Receptor

Emitter’s Beam PatternEffective BeamAlineación de recepción

Emisor Receptor

Sistema de dos piezasInterrumpiendo el haz de luz

Emisor Receptor

Objeto detectado

Emisor Receptor

ÝVentajas– Mejor contraste– Amplio rango(50Mts.)– Capaz de sensar a través

de objetos translúcidos.– Detección de partes

pequeñas con apertura– Detección

independiente de un objeto a color

– Excelente Repetibilidad

ßDesventajas– Deben ser instalados dos

dispositivos– No detecta objetos

transparentes– Dificultad para detectar

materiales translúcidos

Retroreflectivo

Sistema de ReflexiónEstableciendo el haz de luz

Emisor

Reflector

Emitter’s Beam PatternObjeto a detectar

RetroreflectivoSistema de Reflexión

Detectando un objeto

Reflector

Emisor

Haz de luz efectivo

Retroreflectivo

ÝVentajas:– Amplio rango(12Mts.)– Detecta objetos de bajo

contraste– Instalación eléctrica de

un solo dispositivo– Detección

independiente de un objeto a color

– Fácil alineación

ßDesventajas:– Requiere reflector– Puede fallar la detección

de un objeto brilloso a menos que se use un filtro polarizado

RetroreflectivoPolarizado

Protección contra altaspérdidas en objetosreflectivos.Se polariza el emisorpara que la luz salgaacostada, el reflector lainvierte y el receptor sepolariza para recibirla.Sólo así.

RetroreflectivoPolarizado

ÝVentajas– No pierde de vista el objeto– Supera en todo al reflectivo

estándar

ßDesventajas– Sólo un pequeño

incremento en el costo– Reducción en el rango de

detección– Requiere un reflector

especial

Sensor Difuso

• Estándar• Fijación de Enfoque• Supresión de Fondo• Supresión de Frente

¿Qué es la Reflexión Difusa?Observando un acercamiento de la superficie

Reflexión Difusa:La luz se dispersa entodas direcciones

Plástico

Buen Objeto

¿Qué es una mala reflexión difusa?

Observando un acercamiento de la superficieReflexión Especular:La luz se refleja en un ángulo opuesto

Cromo

ObjetoDeficiente

Tecnología de SensadoTecnología de Sensado

Sensado Difuso Estándar• La luz impacta sobre el objeto

Emisor

Receptor

Objetoa sensar

Done

• La luz difusa en todas direcciones es detectada por el receptor

Difuso (Estándar)

ÝVentajas– Unidad simple– Fácil de instalar– No requiere

reflector– Amplio rango de

sensado comparado con otros modos difusos

ßDesventajas– Rango de sensado

corto comparado con el Emisor/Receptor

– Problemas para sensar objetos pequeños

– Reduce el rango con objetos pequeños de color obscuro

Difuso: Fijación de Enfoque• El enfoque del haz de luz es emitido

Emisor

Receptor

Objeto a sensar

Done

• La concentración del haz de luz golpea el objeto y es detectado por el receptor

Fijaciónde

Punto

Difuso: Fijación de EnfoqueÝVentajas

– Detecta partes muy pequeñas

– Sensibilidad ajustable– Puede detectar

marcas de gran contraste a color

– Unidad simple

ßDesventajas– Sensado en

pequeñas distancias en cualquier modo difuso

– Zona muerta en la parte frontal del sensor

– Muy suceptible a variaciones en objetos de color

Tecnologías

• Luz láser• Supresión de fondo• Supresión de frente• Detección de todos los colores• Detección de luminiscencia

Luz láser

Luz láser concentrada puede checar partes muy pequeñas

El concepto

• Alta exactitud en distancias largas - Detección de objetos pequeños

Laser Technology

Como trabaja

La lus láser produce rayos de luz coherentes

Luz blanca normal

Luz láser

Ondas de luz al azar

Ondas de luz ordenadas

Beneficios• Detección de objetos pequeños• La luz lasér no se dispersa• Alta velocidad de detección• Alta visibilidad incluso en ambientes dificiles• Operacion segura láser Clase I & II

Encapsulados

Supreción de fondo

Concepto

Rango ajustable con punto de corte exactoF

on

do

Objetot

Rango ajustable

Sensor con supreción de

fondo

Como Trabaja• El sensor de supreción de fondo usa

triangulación• Dos metodos de ajuste

Ajuste Mecanico• Movimiento mecanico del lente del receptor• Ofrece rango largo y buen precio

Ajuste Electrico• Posición de sensado electronicamente• Excelente exactitud y no hay partes moviles

Como trabaja

Ajuste mecanicoEl receptor completo y el lente rotan hasta encontrar

el punto de corte

Emitter

Pivot Assembly

Receiver

Backg

rou

nd

Target

AdjustmentScrew

¿Cómo funciona?• Ajuste electrónico

Fotoreceptor simple de encendido y apagado se sustituye por una Posición Sensitive Device (PSD)

PSDOhmMeter

¿Cómo funciona?Ajuste electrónico

Conjuntos de potenciómetros punto de conmutación

Laser Emitter

PSD

Focal Lens

Control

Potentiometer

Beneficios Ignora fondos reflectantes Sensando distancia constante, independientemente del color Ajuste verdadero en distancias de detección Detecta objetos con Muy baja reflectividad

BOS-SR2

Housings

Technology: BGSTechnology: BGS

Primer plano / Supresión de fondo FGS

Concepto

ventana Ajustable de detección?

Los problemas potenciales: Al ver el labio de la botella Al ver el hombro de la botella No hay problema para? Supresión de primer plano / fondo

Background Suppression

Max

Min

Comprobación de nivel de aplicación

Technology: FGSTechnology: FGS

Como trabajaAjuste electrónico

Conjuntos de potenciómetros o pulsador de conmutación puntos

Emitter

PSD

Focal Lens

Control

Potentiometer

ventana preajuste

ventana de detección

Beneficios Ignora los primeros planos de reflexión y Fondos Sensando la distancia constante, independientemente del

color verdadera ventana de detección ajustable Detecta objetos con muy Baja reflectividad

HousingsS50

detección de luminiscencia

Concepto• Orientación marcas invisibles

Las marcas pueden ser utilizados para: Clasificación / clasificación Orientación / verificación el control de lote

Concepto• Sensa los objetos difíciles.

Los objetos con UV previamente aplicadas sellos de seguridad pegamento Cualquier objeto con, Tintas o colorantes UV aplicada

App0 1

DETECCION DE COLOR

Concepto

La elección del color exacto de una mezcla de colores

Enviar señal cuando el lápiz labial es el tono

correcto

Technology: True ColorTechnology: True Color

¿Cómo funciona?

• La luz blanca alcanza un objetivo• Color de destino se refleja de nuevo a 3 receptores• Microprocesador evalúa los niveles de color y establece

si se encuentra una coincidencia

Emitter

Receivers

TargetObject

Beneficios Detecta marcas en productos Detecta objetos que de otro modo? Imposible para sensores típicos Puede detectar productos independientemente del color Metodo de detecccion muy fiable , Ideal para aplicaciones críticas.

Housing26KTEC

SENSORES DE PRESION

Detectores para control de presión

Selección según los materiales del sensorMATERIAL DE LA CARCASA

•Acero inoxidable •Latón, niquelado o cubierta con Teflón.•Crastin, es un tereftalato de polibutileno (PBT), el cual está reforzado con fibra de vidrio. Es particularmente resistente a los cambios de forma, resistente a la abrasión, al calor y al frío, y resiste los hidrocarburos (p. Ej., tricolo-etileno), ácidos (p. Ej. 28% ácidos sulfúricos), agua de mar, agua caliente 70°C etc.

•Para temperaturas hasta 150 °C, se usa Ryton, un sulfuro de polifenileno cristalino (PS), que mantiene la estabilidad hasta 200 °C. Los componentes electrónicos están inmersos en una resina epoxy bajo la resina moldeada al vacío.

Selección según los materiales del sensorMATERIALES DEL CABLE

•PVC (cloruro de polivinilo). Calidad estándar de la industria eléctrica condicionalmente resistente a todos los aceites y grasas, disolventes y no se debilita, con elevada resistencia ala abrasión.

•PUR (poliuretano). Resistente a todos los aceites y grasas, disolventes, y con una elevada resistencia a la abrasión.

•SILICONA. Ideal para temperaturas elevadas o bajas (-50 °C hasta + 180 ‘”c) moderadamente resistente a la corrosión, y a todos los aceites, grasas y disolventes.

Sensores Hidra y Neu Unidad V

Documents

Transcript of Sensores Hidra y Neu Unidad V