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SENSORICA Sensórica Ing. Darwin Alvarez Detección de Proximidad
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SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Detección de Proximidad
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
LA IMPORTANCIA DE
LA TECNOLOGÍA DE
LOS SENSORES
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
LA IMPORTANCIA DE LA TECNOLOGÍA DE
LOS SENSORES
La creciente automatización de los
complejos sistemas de producción,
requiere de componentes capaces de
adquirir y transmitir información
relacionada con el proceso.
Los sensores cumplen estos
requerimientos y de ahí la importancia de
estos en la medición y control de bucle
cerrado y abierto.
Objeto a
Sensar
Sensor
Oscilad
or
Detector
Salida
Las variables de estado de todo proceso
pueden ser variables físicas, como la
temperatura, presión, fuerza, longitud,
ángulo de giro, nivel, caudal, etc. Y existen
sensores para cada una de estas
magnitudes físicas.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES
Los dispositivos que realizan esta
función reciben diversos
nombres: captador, detector,
transductor, transmisor,
sonda, sensor,codificador,
convertidor.
UN SENSOR TIENE LAS
SIGUIENTES
CARACTERISTICAS •ES UN CONVERTIDOR TÉCNICO, CONVIERTE
UNA VARIABLE Física EN OTRA MAS FACIL DE
EVALUAR (generalmente una señal eléctrica)
•NO TODOS LOS SENSORES EMITEN SEÑALES
ELECTRICAS (finales de carrera, termómetros,
etc.)
•SON LOS PERCEPTORES QUE SUPERVISAN UN
PROCESO.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
LA MAYORIA DE LOS
SENSORES TRABAJAN
BASANDOSE EN UNO DE LOS
SIGUIENTES PRINCIPIOS
FISICOS:
IMPEDANCIA
INDUCTANCIA
INDUCCION
RESISTIVIDAD
RESISTENCIA
PIEZOELECTRICIDAD
FOTOVOLTAICO
TERMOELECTRICIDAD
SENSORES
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Ing. Darwin Alvarez
SEÑALES DE SALIDA
TIPO A
Sensores con señal de salida por interrupción (señal de
salida binaria). Por norma estos sensores pueden
conectarse directamente a los PLC.
Ejemplos
•Sensores de Proximidad
•Presostatos
•Sensores de Nivel
•Sensores bimetálicos
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Ing. Darwin Alvarez
SEÑALES DE SALIDA
TIPO B
Sensores con salida por trenes de pulso. Generalmente se
dispone de interfaces compatibles para PLC que
dispongan contadores de hardware y software con
posibilidad de una mayor longitud de palabra.
Ejemplos:
•Sensores Incrementales de longitud y rotativos
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Ing. Darwin Alvarez
SEÑALES DE SALIDA
TIPO C
Son sensores con salida analógica y sin amplificador
integrado ni conversión electrónica, su señal de salida
analógica es muy débil (milivoltios), no apta para una
evaluación inmediata o de una señal que solamente puede
ser evaluada utilizando circuiteria adicional.
Ejemplo
•Componentes de sensores Piezoresistivos o piezoeléctricos
•Células Termoeléctricas o Pt-100
•Mangentoresistores y componentes de sensores de efecto Hall
SENSORICA
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Ing. Darwin Alvarez
SEÑALES DE SALIDA
TIPO D
Sensores con salidas analógicas, amplificador y
conversión electrónica integrados, que proporcionan
señales de salida que pueden evaluarse inmediatamente.
Ejemplos típicos:
0 …10V
-5V …+5V
1 … 5V
0 … 20mA
-10 … +10mA
4 … 20mA
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Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SEÑALES DE SALIDA
TIPO E
Sensores y sistemas de sensores con señal de
salida estandarizada, por ejemplo RS 232-
C, RS 422-A, RS 485 o con interfase a buses
de datos tales como bus de campo (profibus,
bus-sensor-actuador)
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES BINARIOS
Son sensores que convierten una magnitud física en una
señal binaria, principalmente en una señal eléctrica con
los estados ON o OFF (conectado o desconectado)
Ejemplos:
•Final de carrera
•Sensor de Proximidad
•Presostato
•Sensor de Nivel
•Termostato
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES ANALOGICOS
Son sensores que convierten una magnitud física en una
señal analógica, principalmente una señal eléctrica de
tensión o de intensidad de corriente.
Ejemplos:
•Sensores de longitud, distancia o desplazamiento
•Sensores de movimiento lineal y rotativo
•Sensores para superficies, formas y geometría
•Sensores de fuerza, peso, presión, de par, etc.
•Sensores de flujo (para gases y fluidos)
•Sensores de caudal, etc.
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Sensórica
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VENTAJAS DE LOS SENSORES DE
PROXIMIDAD SIN CONTACTO
•Detección precisa y automática de posiciones geométricas
•Detección sin contacto de objetos y procesos; utilizando
sensores electrónicos de proximidad, no es necesario el
contacto entre el sensor y la pieza.
•Características de conmutación rápidas; dado que la
señal de salida se genera electrónicamente, los sensores
están libres de rebotes y no crean errores en las señales
emitidas.
•Resistencia al desgaste; los sensores electrónicos no
contienen partes móviles que puedan desgastarse
•Numero ilimitado de ciclos de conmutación
•Versiones disponibles incluso para utilización en
ambientes peligrosos (ambientes con riesgo de explosión)
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
APLICACIONES DE LOS SENSORES
DE PROXIMIDAD
Detección sin contacto
Detección de la Posición
Conteo de elementos
Detección de
movimientos giratorios
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Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
CAMPOS DE APLICACION
•Industrial del Automóvil
•Ingeniería Mecánica
•Industria del Embalaje
•Industria de la madera
•Industria de la impresión y papeleras
•Industria de la impresión y papeleras
•Industria de la alimentación
•Industria cerámica y de construcción.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor de
posición
magnéticos
Analógicos
Binarios:
sensores de
proximidad
magnéticos
Con contacto
Con salida Neumática
Sin contacto
CLASIFICACION DE LOS SENSORES PARA
DETECCION DE POSICION
Sensor de
posición
inductivos
Analógicos
Binarios:
sensores de
proximidad
inductivos
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor de
posición
capacitivos
Analógicos
Binarios:
sensores de
proximidad
capacitivos
CLASIFICACION DE LOS SENSORES PARA
DETECCION DE POSICION
Sensor de
posición
ópticos
Analógicos
Binarios:
sensores de
proximidad
ópticos
Barrera de
luz
Sensores de
reflexión
directa
Barreras c/s CFO
Reflex c/s CFO
Barreras c/s CFO
Reflex c/s CFO
CFO=Cable de Fibra Óptica
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor de
posición
Ultrasónicos
Analógicos
Binarios:
sensores de
proximidad
ultrasónicos
CLASIFICACION DE LOS SENSORES PARA
DETECCION DE POSICION
Sensor de
posición
neumáticos
Sensores de
proximidad
neumáticos
Barreras Ultrasónicas
Sensores Ultrasónicos
Sensores de obturación fuga
Sensores Reflex
Barreras de Aire
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES DE PROXIMIDAD MAGNÉTICOS REED
Estos sensores reaccionan a los cambios
magnéticos de imanes permanentes y de
electroimanes.
En el caso de un sensor reed, las laminas
de contacto están hechas de material
ferromagnético (Fe-Ni aleado) y están
selladas dentro de un pequeño tubo de
vidrio lleno de gas inerte (Nitrógeno)
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
CARACTERÍSTICAS TECNICAS DE UN SENSOR
DE PROXIMIDAD REED
Tensión de conmutación 12V…27V DC o AC
Precisión de conmutación ±0.1 mm
Potencia máxima de interrupción 40W
Max. Corriente de ruptura 2A
Frecuencia max. de conmutación 500Hz
Tiempo de conmutación ≤ 2ms
Conductancia 0.1Ω
Vida Útil del contacto 5.106 ciclos
Clase de Protección IP 66
Temperatura de funcionamiento -20ºC … 60ºC
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
APLICACIÓN DE LOS SENSORES DE
PROXIMIDAD MAGNÉTICOS REED
La aplicación mas ampliamente conocida y utilizada:
DETECTORES DE POSICION
Con el uso de estos sensores pueden solventarse muchos
otros problemas de detección si al objeto a detectar se le
aplica un imán, por ejemplo:
•Medición de la velocidad de rotación de piezas de
cualquier material.
•Detección selectiva de piezas individuales de series
similares.
•Sistemas de codificación por desplazamiento
incremental
•Dispositivos de conteo, interruptores de puertas, etc.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
APLICACIÓN DE LOS SENSORES DE
PROXIMIDAD MAGNÉTICOS REED
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES DE PROXIMIDAD MAGNÉTICOS
Sensor de Proximidad Magnético-inductivo Son muy similares a los sensores de proximidad inductivos,
solamente reaccionan ante campos magnéticos y no ante
cualquier objeto metálico.
Sensores de proximidad magnetorresistivos Las cintas resistentes (por ejemplo Bismuto) cambian su resistencia eléctrica en
campos magnéticos. La magnetorresistencia, puede utilizarse para varios tipos de
sensores
Sensores de proximidad de efecto Hall Si un semiconductor se expone a un campo magnético, se crea
una tensión perpendicular a la dirección de la corriente, es decir
el efecto Hall.
Sensores de proximidad Wiegand Consisten en un hilo hecho de una aleación ferromagnética de vanadio, cobalto y
hierro. La dirección de la magnetización de este hilo cambia espontáneamente
cuando un campo magnético que se acerque excede cierto valor.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Estos sensores consisten en un núcleo de
fierro y carbón arreglados de forma que
generan una alta frecuencia
electromagnética en la cabeza del sensor.
Objeto a
Sensar
Sensor
Oscilador
Detector
Salida
Existen dos tipos de sensores de
proximidad inductivos:
¨ Los sensores con aislamiento (shielded).
¨ Los sensores sin aislamiento (unshielded).
Sensor Inductivo de Proximidad
SENSORICA
Sensórica
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Objeto a sensar
Sensor
Salida del
circuito
oscilador
Salida del
circuito detector
de ondas
Circuito de salida
Apagado Apagado
Encendido
Sensor Inductivo de Proximidad
Un objeto metálico que entra al
campo electromagnético
causa que se generen
corrientes de Eddy, las cuales
a su vez provocan pérdidas de
energía. A medida que la
energía disminuye, la amplitud
de la oscilación se debilita por
lo que los circuitos de
detección del sensor operan y
accionan la salida cuando la
amplitud llega al nivel de
umbral.
Cuando el objeto se aleja, la
amplitud de oscilación se
incrementa, y el sensor
recobra su oscilación normal
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor Inductivo de Proximidad
Sensores sin aislamiento
Estos sensores ofrecen
grandes distancias de
sensado porque no tienen
una placa protectora aislante
que reduzca el área de flujo
magnético.
Para prevenir señales
causadas por un metal
cercano, el sensor debe de
estar montado a una
distancia del metal mayor que
la del objeto a sensar. Esto
permitirá que el sensor no
sea afectado por el metal del
montaje.
Sensores con aislamiento
Los sensores con aislamiento están
cubiertos por una capa aislante alrededor del
núcleo de fierro. Esto limita el campo
electromagnético a sólo 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 metálica.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor Inductivo de Proximidad
Factores de corrección del objetivo
Para determinar la distancia de detección para otros materiales
diferentes al acero templado se utilizan factores de corrección. La
composición del objeto a detectar influye en gran medida en la
distancia de detección de los sensores de proximidad inductivos.
Si se utiliza un objeto construido a base de alguno de los
materiales que a continuación se listan, multiplique la distancia
nominal de detección por el factor de corrección listado para
determinar la distancia nominal de detección real de dicho objeto.
Tenga en cuenta que los sensores específicos de materiales
férricos no detectarán hojalata (zinc + cobre), aluminio o cobre,
mientras que los sensores específicos de materiales no férricos
no detectarán acero ni aleaciones férricas inoxidables.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor Inductivo de Proximidad
Factores de corrección del objetivo
Los factores de corrección de la
citada lista pueden utilizarse como
guía general.
Los materiales comunes y su factor
de corrección específico aparecen
listados en cada página de
especificación del producto
Rango de Detección = (Rango de sensibilidad nominal) x (Factor de
corrección)
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor Inductivo de Proximidad
El tamaño y aspecto de los objetos a
detectar también puede afectar a la
distancia de detección.
Los objetos planos son más deseables
Las formas redondeadas pueden reducir la
distancia de detección
Los materiales no férricos reducen por lo
general la distancia de detección en el
caso de sensores para cuerpos metálicos
en general
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor Inductivo de Proximidad
Los objetos mayores que la superficie de
detección pueden incrementar la distancia
de detección
Los cuerpos laminares pueden
incrementar la distancia de detección
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor Inductivo de Proximidad
Frecuencia de conmutación
Es la velocidad máxima a la que el
sensor escapaz de entregar pulsos
discretos individuales según el objeto
entra y sale del campo de detección.
Este valor depende siempre del tamaño
del objeto, de la distancia de éste a la
cara de detección, de su velocidad y
del tipo de interruptor. Este valor indica
el máximo número de operaciones de
conmutación por segundo.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor Inductivo de Proximidad
Espaciado entre sensores no
blindados (no montables al
ras) y próximos a superficies
metálicas
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Datos Técnicos de un Sensor Inductivo de Proximidad
Material de objeto Metales
Tensión de Funcionamiento 10v…30v
Distancia de Conmutación 0.8…10mm máx. 250mm
Intensidad máxima 75mA … 400mA
Temperatura de Funcionamiento -25ºC… +70ºC
Vibración 10…50Hz 1mm amplitud
Sensibilidad a la suciedad Insensible
Vida Útil muy larga
Frecuencia de conmutación 10…5000Hz máx. 20kHz
Clase de protección hasta IP 67
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Sensor Inductivo de Proximidad
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Aplicaciones de un Sensor Inductivo de Proximidad
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Aplicaciones de un Sensor Inductivo de Proximidad
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Aplicaciones de un Sensor Inductivo de Proximidad
SENSORICA
Sensórica
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SENSORES Aplicaciones de un Sensor Inductivo de Proximidad
Detección de un árbol de levas
Medición de la velocidad y sentido
de rotación
SENSORICA
Sensórica
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SENSORES Sensor Capacitivo de Proximidad
Sensores capacitivos de proximidad
Consisten en un electrodo sensador, localizado en la
cabeza del sensor, y de un circuito oscilatorio. El
estado de oscilación cambia cuando el valor de
capacitancia, entre el electrodo y el objeto sensado
cambia.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Sensor Capacitivo de Proximidad
El cambio en la capacitancia está relacionado con la constante
dieléctrica del objeto o sensor, y la distancia entre el objeto y el
electrodo de sensado, como se muestra en la Figura.
Los sensores capacitivos pueden detectar líquidos, polvos o
materiales sólidos si la constante dieléctrica 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 dieléctrica
establecido es 1.2.
A+
B -
Capacitor
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Sensor Capacitivo de Proximidad
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 dieléctrica del ambiente es mayor a la del objeto.
En la Figura se observa la vista frontal y los bloques funcionales de
un sensor capacitivo
Salida Detector Oscilador
C
C
B
A
B
A y B = Electrodos del sensor
C = Electrodos de compensación.
Vista Frontal
A B C
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Sensor Capacitivo de Proximidad
La sensibilidad o distancia de detección de la mayoría de los
sensores Capacitivos pueden ajustarse por medio de un
potenciómetro. De esta manera es posible eliminar la
detección de ciertos medios. Por ejemplo, es posible
determinar el nivel de un liquido a través de la pared de
vidrio de su recipiente.
Grueso del Material Distancia de conmutación
1.5mm ------
3.0mm 0,2mm
4,5mm 1,0mm
6,0mm 2,0mm
7,5mm 2,3mm
9,0mm 2,5mm
10,5mm 2,5mm
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Datos Técnicos de un Sensor Capacitivo de Proximidad
Material de objeto Todos los materiales con
constante dielectrica >1
Tensión de Funcionamiento 10V…30V DC o 20..250V CA
Distancia de Conmutación 5…20mm max 60mm
Intensidad máxima 500mA DC
Temperatura de Funcionamiento -25ºC… +70ºC
Sensibilidad a la suciedad Sensible
Vida Útil muy larga
Frecuencia de conmutación hasta 300Hz
Clase de protección hasta IP 67
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Aplicaciones de un Sensor Capacitivo de Proximidad
Detección de Suelas
Negras
Detección del nivel de llenado
en un deposito de acero
Comprobación del contenido de
una caja a través del cartón
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Los sensores ópticos pueden detectar
cualquier objeto que interrumpa un rayo de luz,
o que reflejen la luz. Hay diversas formas, o
métodos de detección, en las cuales la fuente
de luz y el fotorreceptor pueden detectar
objetos.
Las características del objeto a ser detectado
determinan el método de detección que
funcionará mejor.
Es importante saber con anticipación, si los
objetos son opacos, translúcidos o claros, si
son reflexivos o no reflexivos, o bien si los
objetos están en la misma posición o están
posicionados al azar cada vez que pasan por el
sensor.
SENSORES Sensor Óptico de Proximidad
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Sensor óptico de Proximidad
Los sensores Ópticos emiten luz, usualmente mediante un LED (Light
Emitting Diode) y reconocen el rayo de luz a través de un fotodiodo u
otro componente sensible a la luz.
Los LEDs de espectro visible rojo,
azul y amarillo también se utilizan en
aplicaciones especiales donde han
de detectarse colores específicos o
contrastes de color determinados.
Los indicadores LED son
componentes resistentes y
confiables. Son capaces de trabajar
en un amplio margen de temperatura
son muy resistentes a los impactos y
vibraciones.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Variantes de los Sensores Ópticos de Proximidad
Sensores
Ópticos
de Proximidad
Sensores
de Barrera
Sensores de
retrorreflexión
Sensores de
Reflexión
Directa
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor Óptico de barrera.
La configuración de este sensor se muestra en la Figura, éste
tiene la fuente de luz en una locación y el receptor en otra,
donde ambos tienen que ser puestos de frente con una
alineación no exacta pero si considerablemente buena. El
objeto a ser detectado pasa entre el emisor de luz y el
receptor, interrumpiendo el rayo.
Emisor Receptor
SENSORES Sensor Óptico de Barrera
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Características de un Sensor Óptico de Barrera
Ventajas:
•Incremento de la fiabilidad debido a la presencia permanente de luz durante el estado de reposo
•Amplio alcance
•Pueden detectarse pequeños objetos incluso a largas distancias
•Adecuado para ambientes agresivos
•Los objetos pueden ser reflectantes, especulares o traslucidos
•Buena precisión de posicionado
Desventajas:
•Dos elementos separados forman el sensor (emisor y receptor), con lo que se requieren conexiones independientes.
•No pueden utilizarse para objetos completamente transparentes.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Material de objeto Cualquiera. Dificultad con
objetos muy transparentes
Tensión de Funcionamiento 10v…30v DC o 20..250V CA
Alcance máx. 1m hasta 100m
Intensidad máxima máx. 100…500mA DC
Temperatura de Funcionamiento 0ºC…60ºC o -25ºC…80ºC
Sensibilidad a la suciedad Sensible
Vida Útil muy larga (aprox.. 100 000h)
Frecuencia de conmutación de20 a 10000Hz
Clase de protección hasta IP 67
SENSORES Características Técnicas de un Sensor Óptico de Barrera
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Ejemplo de Aplicación
SENSORES Aplicaciones de los Sensores Ópticos de Barrera
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor óptico de reflexión directa (reflexión en un reflector) Estos sensores tienen la fuente de luz y el receptor en la misma locación
pero requieren de un reflector de luz alineado con el sensor. El objeto a
ser detectado interrumpe el rayo entre el sensor y el reflector de luz, y de
esta manera es detectado.
Para efectos de instalación, los sensores retro reflexivos requieren
menos cableado y son más fáciles de alinear. Para accionar la salida
cuando un objeto está presente se debe poner el sensor en el modo
DARK ON, de caso contrario en LIGHT ON.
Emisor y
Receptor
Reflector
SENSORES Sensor Óptico retro reflexivo
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor óptico de reflexión difusa (reflexión en el objeto) Este tipo de sensor reflectivo tiene la fuente de luz y el receptor
en la misma locación, pero no necesita de un reflector de luz.
El objeto es detectado cuando se refleja la luz del emisor en la
superficie del objeto y ésta se regresa hacia el receptor debido
a la reflexión en el objeto.
Emisor y
Receptor Objeto a
Detectar
SENSORES Sensor óptico retro reflexivo
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Características de los Sensores Ópticos Retro Reflexivos
Ventajas:
•Mejor fiabilidad dado que hay luz permanente durante el estado de reposo.
•Instalación y ajustes sencillos
•El objeto a detectar puede ser reflectante, especular o transparente, siempre que absorba un porcentaje suficientemente elevado de luz
•En muchos casos, cubren un rango mayor en comparación con los sensores de reflexión directa
Desventajas:
•Los objetos transparentes, muy claros o brillantes pueden pasar inadvertidos al sensor.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Aplicación de Sensores Ópticos Retro Reflexivos
Control de presencia y conteo por
medio de un sensor de
retrorreflexión
Control de un bucle
compensador por medio de
sensores de retrorreflexión
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Sensores Ópticos de Reflexión Directa
Tanto el emisor como receptor se encuentran
alojados en el mismo cuerpo. La distancia de
detección depende de mucho de la reflectividad del
objeto, unos pocos decímetros
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Características Técnicas Sensores de Reflexión Directa
Material de objeto Cualquiera
Tensión de Funcionamiento 10v…30v DC o 20..250V CA
Alcance máx. 50mm hasta 2m
Intensidad máxima 100…500mA DC
Temperatura de Funcionamiento 0ºC…60ºC o -25ºC…80ºC
Sensibilidad a la suciedad Sensible
Vida Útil larga (aprox.. 10 000h)
Frecuencia de conmutación de10 a 2000Hz
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Características de los Sensores de Reflexión Directa
Ventajas:
•Ya que es la propia reflexión del objeto la que activa al sensor, no se requiere un reflector adicional.
•El objeto puede ser reflectante, especular o transparente y hasta translucido mientras refleje un porcentaje suficientemente elevado del rayo de luz que recibe.
•Mientras que en el sensor de barrera, los objetos solo pueden detectarse lateralmente, los sensores de reflexión directa permiten detectar en posición frontal, es decir, en la dirección del rayo de luz.
•Dependiendo del ajuste del sensor de reflexión directa, los objetos pueden detectarse selectivamente frente a un fondo.
•Desventajas:
•La respuesta no es completamente lineal, por ello los sensores de reflexión directa no son tan adecuados como los sensores de barrera si se necesita una elevada precisión de respuesta lateral.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Sensores Ópticos de Reflexión Directa
Comportamiento de un
sensor de reflexión
directa con un objeto
especular
El objeto es Detectado
El objeto no es detectado
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Sensores Ópticos de Proximidad con Cables de Fibra Óptica
Los sensores de proximidad con
adaptadores para fibra óptica se
utilizan cuando los dispositivos
convencionales ocupan demasiado
espacio. Otra aplicación, donde es
ventajosa la utilización de cables de
fibra óptica, puede ser en áreas con
riesgo a explosión. Con la
utilización de cables de fibra óptica,
puede detectarse con precisión la
posición de pequeños objetos.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Sensores Ópticos de Proximidad con Cables de Fibra Óptica
Sensores de Reflexión
directa con CFO.
Sensor de Barrera con
CFO.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Ventajas de los Sensores Ópticos de Proximidad con CFO
Ventajas de los sensores ópticos de proximidad adaptados con CFO:
•Detección de objetos en áreas de acceso restringido, por ejemplo, a través de agujeros.
•Posibilidad de instalación a distancia del cuerpo del sensor
•Detección precisa de pequeños objetos
Ventajas de los CFO de Polímero:
•Mecánicamente mas resistentes que los de fibra de vidrio.
•La longitud puede reducirse fácilmente cortando los extremos de los cables con un cuchilla.
•Ahorro de costos
Ventajas de los cables ópticos de fibra de vidrio:
•Adecuados para elevadas temperaturas
•Menor atenuación óptica en distancias largas así como en rangos cercanos al infrarrojo. Y mayor durabilidad
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Aplicación de los Sensores Ópticos de Proximidad con CFO
Detección de pequeños objetos por
medio de un sensor de reflexión
directa con CFO Detección de una o dos capas de
tejido por medio de un sensor de
barrera con CFO
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Aplicación de los Sensores Ópticos de Proximidad con CFO
Control de Roscas
Detección de piezas en un
sistema transportador
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Aplicaciones Industriales de Sensores Ópticos de Proximidad
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Aplicaciones Industriales de Sensores Ópticos de Proximidad
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Aplicaciones Industriales de Sensores Ópticos de Proximidad
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Aplicaciones Industriales de Sensores Ópticos de Proximidad
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Sensores Ultrasónicos de Proximidad
Están basados en la emisión y reflexión
de ondas acústicas entre un emisor, un
objeto y un receptor. Normalmente, el
portador de estas ondas sónicas es el aire.
Se mide y se evalúa el tiempo que tarda
en desplazarse el sonido.
SENSORICA
Sensórica
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SENSORES Sensores Ultrasónicos de Proximidad
El transmisor emite ondas sónicas en el rango
inaudible a cualquier frecuencia, generalmente
entre 30 y 300kHz. La velocidad esta limitada por
la máxima frecuencia de repetición de pulsos, la
cual, dependiendo del diseño, puede oscilar entre
1 Hz y 25Hz.
La principal ventaja reside en el hecho que
pueden detectar una amplia gama de
diferentes materiales, la detección es de forma
independiente de la forma, color y material,
mientras que el material puede ser solidó,
fluido o en forma de polvo.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Características de los Sensores Ultrasónicos de Proximidad
Ventajas:
•Rango relativamente amplio (hasta varios metros)
•Detección del objeto independiente del color y del material
•Detección segura de objetos transparentes.
•Posibilidad de desvanecimiento gradual del fondo.
•Posibilidad de aplicaciones al aire libre
Desventajas:
•Si se utilizan sensores ultrasónicos para objetos con superficies inclinadas, el sonido se desvía, por ello es importante que la superficie del objeto a reflejar este dispuesta perpendicularmente al eje de propagación del sonido o bien que se utilicen barreras ultrasónicas.
•Los sensores de proximidad ultrasónicos reaccionan con relativa lentitud.
•Son generalmente mas caros que los sensores de proximidad ópticos.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Características Técnicas de los Sensores Ultrasónicos de Proximidad
Material de objeto Cualquiera excepto materiales
absorbentes del sonido
Tensión de Funcionamiento típica 24 V DC
Alcance 100mm hasta 1m max 10m
Intensidad máxima 100…400mA DC
Temperatura de Funcionamiento 0ºC…70ºC en parte hasta -10ºC
Sensibilidad a la suciedad Moderada
Vida Útil larga
Frecuencia Ultrasónica 30kHz…300kHz
Frecuencia de conmutación 1 a 125Hz
Clase de Protección IP 65 hasta IP 67
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Sensores Ultrasónicos de Proximidad
Posición del Objeto a sensar: de forma similar a lo que sucede con la luz los
ultrasonidos se desvían en las superficies planas e inclinadas. Los objetos con
superficies lisas y regulares no pueden detectarse si las desviaciones son, por
ejemplo, mas de ±3º.. ±5º de la perpendicular al sensor de proximidad.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Aplicaciones de los Sensores Ultrasónicos de Proximidad
Control de un bucle
entre rodillos de
alimentación
Clasificación
según diferentes
alturas
Detección de
grueso en lotes
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Sensores de Proximidad Neumáticos
Con estos sensores se puede detectar la presencia o ausencia
de un objeto por medio de chorros de aire que detectan sin
contacto. Cuando se presenta un objeto, se produce un cambio
en la presión de la señal.
Ventajas:
•Funcionamiento seguro en ambientes con suciedad y en ambientes de elevada temperatura.
•Pueden utilizarse en ambientes con riesgo de explosión.
•Insensibles a influencias magnéticas y ondas sónicas.
•Fiables incluso en ambientes con brillo intenso y para detección de objetos transparentes a la luz, donde los sensores de proximidad ópticos podrían no ser adecuados.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Tipos de Sensores de Proximidad Neumáticos
Sensores de obturación de
fuga
Sensores Reflex
Sensores de barrera
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORES Aplicación de Sensores de Proximidad Neumáticos
Conteo de piezas de
plástico Control de guiado de
cinta
Detección de
posición de agujas
Verificación de
tapas
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
CARACTERÍSTICAS TECNICAS DE UN SENSOR
DE POSICION NEUMÁTICO-MECANICO
Presión de trabajo -0.95…+8.00 Bar
Temperatura -10ºC …+60ºC
Fuerza de Actuación a 6 bar 6 … 10N
Punto de ruptura Depende de la
presión, varia un
máximo de 0,8mm
con presiones entre
0…8 bar.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
DATOS TECNICOS DE UN FINAL
DE CARRERA
(INTERRUPTORES DE
POSICION DE CONTACTO)
Capacidad de ruptura 24V DC, 6A
250V AC, 6A
Precisión del punto de conmutación de 0,01 a 0,1mm
(0,001mm)
Frecuencia de conmutación Aprox. 60…400
operaciones/min
Vida Útil 10 Mill. De ciclos
Clase de Protección IP 00 a IP 67
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
APLICACIONES DE INTERRUPTORES
DE POSICION ELECTROMECANICOS
Vigilancia de una puerta
Interruptor de
luces de freno
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
CAMPOS DE APLICACION
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
CAMPOS DE APLICACION
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
CAMPOS DE APLICACION
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
CAMPOS DE APLICACION
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
CAMPOS DE APLICACION
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
CAMPOS DE APLICACION
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentación Industrial
Instrumentos de Medición de :
• Temperatura
• Flujo
• Nivel
• Presión
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentación Industrial
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Temperatura
Termocuplas
• Cuando dos filamentos de metales diferentes y homogéneos son unidos en ambos extremos; y uno de los extremos es calentado, existe una corriente continua que fluye en el circuito termoelectrico.
• Es decir hay una conversión de energía térmica a energía eléctrica.
• Si el circuito original es abierto
en el centro, el voltaje del lado abierto del circuito (voltaje de Seebeck) es una funcion de la temperatura de la union y la composicion de los dos metales.
Al conjunto de la unión de estos dos metales se le denomina TERMOPAR.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Temperatura
Termocuplas
• Consideraciones Básicas en las uniones de un termopar:
• Resistencia elevada para no requerir mucha masa, lo que implica alta capacidad calorífica y respuesta lenta.
• Coeficiente de temperatura débil en la resistividad.
• Resistencia a la oxidación a altas temperaturas.
• Linealidad de la respuesta.
Todas las termocuplas comerciales cumplen con estas consideraciones.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Temperatura
Termocuplas
Componentes de Termocupla
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Temperatura
Termocuplas
Principales Tipos de Termocuplas
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Temperatura
Termocuplas
Los termopares J son versátiles y de bajo coste. Se pueden emplear en
atmósferas oxidantes. Se aplican a menudo en hornos de combustión
abiertos a la atmósfera.
Los termopares K, en su margen de medida, son mejores que los de tipo
E, J y T. Utiles cuando se trata de medir en atmósferas oxidantes.
Los termopares T resisten la corrosión, de modo que se pueden emplear
en atmósferas de alta humedad y ambientes oxidantes hasta 750ºF
Los termopares E son los de mayor sensibilidad y resisten la corrosión
por debajo de 0ºC y las atmósferas oxidantes.
Los termopares N resisten la oxidación y ofrecen mejor estabilidad a altas
temperaturas.
Los termopares con metales nobles (B, R Y S) tienen muy alta resistencia
a la oxidación y a la corrosión.
Algunas Aplicaciones
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Temperatura
Termocuplas
Las concentraciones de oxígeno en una atmósfera
reductora (con altas concentraciones de compuestos de
hidrógeno como en metano y amoniaco) son menores del
1%.
En nuestra atmósfera actual la concentración de oxigeno
es del 21%
¿Qué es atmósfera reductora y oxidante?
El Hidrógeno, carbón y otros vapores metálicos pueden contaminar a
la termocupla
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Temperatura
Termocuplas
La Tabla muestra la salida en mV correspondiente a distintas
temperaturas de la unión de un termopar tipo J referenciado a 0ºC.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Temperatura
Termocuplas
Tipos de uniones
a) Unión soldada en extremos
b) Unión soldada en paralelo
c) Hilo Trenzado
d) Termopar expuesto: Respuesta
rápida
e) Termopar encapsulado:
Aislamiento eléctrico y ambiental
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Temperatura
RTD (Resistencia Dependiente de Temperatura)
• La resistencia electrica de un material cambia debido a cambios de Temperatura.
• Los materiales que ofrecen mejores caracteristicas como RTD son los denominados metales puros (Platino, Niquel). Estos tienen un coeficiente positivo en la relacion resistencia vs. Temperatura. El Platino es el mas popular en aplicaciones industriales.
• Un RTD tipico consiste de un filamento de Platino enrollado sobre una mica y con una cubierta protectora. Usualmente la mica y la cubierta son de vidrio o ceramicos.
Termopozo
Inserto Pt100
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• Un factor que influye en la exactitud del RTD es la impedancia de la extension de los cables. Para evitar este problema se usa una configuracion tipo Puente Wheatstone. La salida del voltaje es una indicacion indirecta de la resistencia del RTD.
• El defecto de la impedancia de los cables es minimizada con la configuracion puente de 3 hilos.
Rg
R3
Vs/2 Vo
Rg=R3[(Vs-2Vo)/(Vs+2Vo)] - Rl[(4Vo)/(Vs+2Vo)]
Rl: Resistencia de cable
Instrumentos de Medición de Temperatura
RTD (Resistencia Dependiente de Temperatura)
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• El Pt100 es el RTD de platino de mayor aceptacion industrial. Presenta una resistencia de 100 Ohmios a una temperatura de 0ºC. Tambien existen Pt tales como:
• Pt50: 50 Ohmios a 0ºC.
• Pt500: 500 Ohmios a 0ºC.
• Pt1000: 1000 Ohmios a 0ºC.
• La ecuacion para calcular el valor de Resistencia del Pt100 es:
R(OHM) = 100(1 + 0.00385(T))
• El Rango de operación del Pt100 es de -200 a 600ºC.
Instrumentos de Medición de Temperatura
RTD (Resistencia Dependiente de Temperatura)
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• Los Termistores se basan en cambios en la resistencia en un semiconductor ceramico. La resistencia disminuye de manera no lineal ante aumentos de temperatura. Son diseñados según su resistencia a 25ºC (2252 Ohmios).
• Generalmente, el rango de operación es de -40 a 150ºC. Sin embargo, la exactitud en este rango es muy elevada.
Instrumentos de Medición de Temperatura
Termistores (RTD)
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Temperatura
Resumen
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentación Industrial
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Flujo Generales
• En la mayoria de instrumentos de medicion de flujo, el valor de flujo es determinado inferencialmente midiendo la velocidad del liquido. La velocidad depende de la Presión diferencial que permite al liquido fluir dentro de una tuberia.
• La relacion basica para calcular el valor de flujo es:
Q = V x A
Q : Flujo de liquido a traves de la tuberia.
V : Promedio de velocidad del fluido.
A : Area seccional de la tuberia.
• Otros factores que influyen en la medicion son la viscosidad, densidad y la friccion del liquido.
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• La caida de presion a traves del medidor es proporcional al cuadrado del flujo. El flujo se obtiene midiendo la presion diferencial y extrayendo la raiz cuadrada.
• Los medidores de presion diferencial tienen un elemento primario y uno secundario. El elemento primario causa un cambio en la energia cinetica que crea la presion diferencial en la tuberia. Este elemento primaro debe fijarse a la tuberia teniendo en cuenta el tamaño de la tuberia, condiciones de flujo y propiedades del liquido. El elemento secundario mide la presion diferencial y provee la señal de salida.
• Los medidores de presion diferencial son los mas populares en medicion de flujo.
Instrumentos de Medición de Flujo Presion Diferencial
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• PLACA ORIFICIO.
• El elemento primario es una pieza metalica con una perforacion que origina la presion diferencial. La placa es instalada transversalmente en una tuberia.
• La presion a cada lado de la placa es medida con tabs.
• Es un medidor de bajo costo para fluidos limpios y/o con pocos solidos en suspension.
• TUBO VENTURI.
• Es esencialmente una seccion de tuberia con una entrada conica, una restriccion y salida conica. Cuando el liquido pasa a traves de la restriccion, su velocidad se incrementa, generando la presion diferencial.
• Tienen la ventaja de medir grandes volumenes de flujo con bajas caidas de presion.
• Pueden usarse inclusive con liquidos con elevados contenidos de solidos.
Instrumentos de Medición de Flujo Presion Diferencial
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• La operación de este instrumento consiste tomar volumenes fijos de liquido y contar la cantidad de veces que se realiza la operación.
• Es especialmente util para la medicion de liquidos viscosos
Instrumentos de Medición de Flujo Medidosr de Desplazamiento Positivo
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• Estos instrumentos operan linealmente con respecto al volumen del flujo de liquido a traves de la tuberia. No existe una relacion cuadratica como en los medidores de presion diferencial y su exactitud es mayor.
• La mayoria de instrumentos de este tipo se deben insertar directamente en la tuberia.
• MEDIDOR TURBINA
• Consta de un rotor con aletas acoplada a la tuberia. Cuando el liquido fluye imprime movimiento a las aletas a una velocidad proporcional a la del fluido. Un contador de pulsos adaptado a una de las aletas o un tacometro permite determinar el volumen del producto.
• El instrumento es especialmente util para liquidos no viscosos
Instrumentos de Medición de Flujo Medidores de Velocidad
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Flujo Medidores de Velocidad
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• MEDIDOR TIPO VORTEX
• Se basa en el fenomeno natural que sucede cuando el liquido fluye a traves de un obstaculo: se forman vórtices en la zona posterior al obstaculo. La frecuencia de los vórtices es directamente proporcional a la velocidad del liquido que fluye a traves del medidor.
F = St x V
d
F = Frecuencia de ondas
de vórtices.
V = Velocidad del fluido
St= Factor de Strouhal
d = Altura frontal de la
obstrucción
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor tipo Vortex
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• El medidor Vortex se inserta directamente sobre la tuberia. El medidor no tiene partes móviles y no requiere mantenimiento.
• Su uso mas frecuente es para liquidos de baja viscosidad. No se recomienda su uso para productos muy viscosos. Tambien se pueden usar para medicion de gases, liquidos y vapores.
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor tipo Vortex
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Inlet - Outlet Sections
Para una medición exacta se requiere que el fluido no sea afectado por disturbios. Esto se puede asegurar considerando lo siguiente:
· Inlet sections: min. 10 x DN
· Outlet sections: min. 5 x DN
Donde existan reducciones, válvulas, codos, etc. Se requiere considerar mayores longitudes.
Se recomienda no instalar válvulas despues del medidor de flujo.
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor tipo Vortex
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Montaje
El sensor puede ser montado en cualquier posición, aunque para temperaturas elevadas o muy bajas se sugiere las siguientes posiciones:
Altas temperaturas (Ej. Vapor):
· Tuberia horizontal: Según C o D
· Tuberia vertical: Según A
Bajas temperaturas (Ej.
Cryogenicos):
· Tuberia horizontal: Según B o D
· Tuberia vertical: Según A
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor tipo Vortex
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• MEDIDOR ELECTROMAGNETICO
• El principio de operación se basa en la Ley de Induccion Electromagnetica de Faraday: Cuando un conductor electrico se desplaza en un campo magnetico; se induce un voltaje Ue.
• Un producto liquido (independiente de su viscosidad, densidad, presion y temperatura) sirve como conductor electrico. El campo magnetico es creado al energizar las bobinas del medidor. El voltaje inducido es proporcional a la velocidad del liquido.
Ue = BxLxV
B = Campo Magnético
V = Velocidad del fluido
L = Espacio entre electrodos
Ue= Voltaje Inducido
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Electromagnético
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Ue = BxLxV
B = Campo Magnético
V = Velocidad del fluido
L = Espacio entre electrodos
Ue= Voltaje Inducido
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Electromagnético
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• MEDIDOR ELECTROMAGNETICO
• Su aplicación es para cualquier liquido conductivo. Se le usa preferentemente en la industria alimenticia (medicion de leche, aceites comestibles, cerveza, agua, yogurt, etc.) y otros como ácidos, alcalinos, pastas, pulpas, agua residual, etc. Asimismo, dependiendo del material de recubierta interna, el principio de medicion tambien es valido para productos corrosivos.
• Se debe considerar que el medidor siempre debe contener producto para evitar daños en el equipo.
• La mayoría de líquidos con alcalinidad mayor a 5µS/cm, pueden ser medidos
• Una conductividad minima de 20µS/cm se requiere para agua desmineralizada
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Electromagnético
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Montaje en Posición Vertical
Posicion recomendada cuando el fluido asciende, sin importar si contiene sólidos en suspensión o partículas grasas.
Es la posición óptima en sistemas de tuberias vacias con detección ante tal condición.
Montaje en Posición Horizontal
El eje de los electrodos debe ser horizontal, previniendo el aislamiento de electrodos por posible ingreso de "burbujas" de aire.
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Electromagnético
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
El sensor debe ser montado a cierta distancia de restricciones como valvula, derivaciones T, ángulos o codos, etc.
Inlet section: 5 xDN
Outlet section: 2 xDN
Ambas observaciones deben ser consideradas para mantener exactitud.
5 x DN 2 x DN
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Electromagnético
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Tuberias Parcialmente Llenas
Para inclinaciones, se debe adoptar un montaje similar a un sistema de drenado.
Además considerar la seguridad de detección de "Tubería vacía„ y válvula de drenaje
Instalación de Bombas
No montar el sensor en el lado de succión de las bombas. Esto evitará baja presión y previene posibles daños al sensor.
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Electromagnético
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• MEDIDOR CORIOLIS
• Permite la medicion directa de la cantidad de producto (gr./kgr) que fluye a traves de una tuberia. Es particularmente util para liquidos cuya viscosidad varia con la velocidad a determinadas temperaturas y presiones.
El principio de medición se basa
en la generación de Fuerzas de
Coriolis.
Estas fuerzas estan siempre
presentes cuando los
movimientos translacional (linea
recta) y rotacional ocurren
simultaneamente
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Basico de Coriolis
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• MEDIDOR CORIOLIS (Tubo U)
• El sensor consta de un tubo en U que vibra (fuerza oscilatoria) a una determinada frecuencia (aprox. 80 veces/seg.) con desplazamiento constante (menor a 0.1 inch.). Cuando el liquido fluye a traves del tubo aplica una fuerza vertical al mismo y cambia el grado de torsion del tubo. Este cambio es directamente proporcional la masa del producto.
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Basico de Coriolis
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Otro tipo de sensor usa una oscilación en vez de una
constante angular (velocidad w) y dos tubos paralelos de
medición. Con el producto fluyendo a través de los tubos,
éstos son hechos oscilar en antifase.
La fuerza de Coriolis originada causa un cambio de fase
en la oscilación del tubo:
(1) Cuando no hay fluido, ambos tubos oscilan en fase
(2) Cuando hay fluido másico, la oscilación del tubo es
desacelerada en el ingreso y acelerada en la salida (3)
Al aumentar el flujo másico, aumenta la diferencia de
fase A-B.
La oscilación de los tubos de medición se mide usando
sensores electrodinámicos al ingreso y salida.
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Basico de Coriolis
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• El principio de medicion es independiente a cambios en el fluido como densidad, viscosidad, temperatura, etc.
• Su aplicación principal se encuentra en el sector alimenticio para medicion de masa y volumen de productos lacteos (leche evaporada y leche condensada), grasas, aceites, chocolates, mayonesas, etc. Asimismo, en las industrias farmaceuticas y quimicas para medicion de acidos, alcalinos, pinturas, barniz, etc. Su costo es mayor a los demas medidores mencionados.
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Basico de Coriolis
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Medición de Densidad
Los tubos de medición oscilan continuamente a su frecuencia de resonancia. Como la masa y densidad del sistema oscilante cambia (tubos de medición y fluido), la frecuencia de vibración es reajustada. Entonces, la frecuencia de resonancia es función de la densidad del fluido y habilita al procesador para generar una señal de densidad
Medicion de temperatura
La temperatura de los tubos de medición es determinada y usada para compensar los efectos de la temperatura. La señal producida es función del proceso de temperatura
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Basico de Coriolis
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
A DN 1... 4: Para pequeñas cantidades de flujo, tubo simple en SS o Alloy C-22
I DN 8...50: Tubo recto de titanio para medianas cantidades de flujo
M DN 8...80: Dos tubos rectos de medición (Titanio), para presiones hasta 100 bar.
M DN 8...25: Para presiones elevadas de hasta 350 bar.
F DN 8...80: Dos tubos ligeramente curvados en SS o Alloy C-22.
La instalación de los sensores puede ser horizontal o vertical
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Basico de Coriolis
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Principio de Medición
El medidor opera por el principio de diferencia de tiempos en la emision y recepcion de ondas:
Una señal acústica (ultrasonido) es transmitida de un sensor a otro (puede ser en la dirección del flujo o en sentido contrario). El tiempo requerido para que la señal llegue al receptor es medido. La diferencia de tiempo (transcurrido) es directamente proporcional a la velocidad del fluido
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Ultrasónico
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Montaje
El medidor es montado directamente sobre la tuberia existente (No requiere insertar en la tuberia). El sistema es ideal para liquidos puros o con pequeñas cantidades de sólidos en suspension. Ej:
Agua, agua de mar, amoniaco, acetona, alcohol, bencina, ethanol, glicol, kerosene, leche, metanol, etc.
El medidor puede ser montado verticalmente u horizontalmente. Evitar su instalación cerca de válvulas, bombas, codos, etc.
Instrumentos de Medición de Flujo Medidor Ultrasónico
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentación Industrial
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• Deteccion Limite.
• Permite determinar los niveles maximo y/o minimo en un recipiente. Tienen una salida tipo switch para indicar que el producto alcanzó el nivel limite.
• Detección Continua.
• Se genera una señal electrica proporcional al nivel y puede ser usada para propositos de control o indicación.
Instrumentos de Medición de Nivel Operaciones Básicas
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• Dos varillas metalicas sobre una membrana de metal son fabricadas para oscilar piezoeléctricamente en su frecuencia de resonancia. Los cambios en las caracteristicas de vibración (cambio de frecuencia) se presentan cuando las varillas entran en contacto con el material.
Util para deteccion limite en liquidos y solidos.
Generalmente, no requieren mantenimiento ni calibración. Pueden ser instalados en cualquier dirección.
Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Aplicación en Liquidos
El limit switch vibracional es útil en tanques de almacenamiento (inclusive con agitador) y tuberias donde se exige elevados estandares de higiene.
Puede ser usado en sistemas donde otros principios de medición dificilmente funcionan:
Ej. Para pastas, productos adherentes, con turbulencias, con burbujas y con variaciones de temperatura
Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración
Caracteristicas
Los líquidos a medir deben tener las siguientes caracteristicas:
Temperaturas :
–40 °C a +150 °C
Viscosidad: Hasta 10.000 mm² /s (cSt).
Densidad: Mayor a 0.5 g/cm³
Para líquidos corrosivos existen medidores con cubierta de Hastelloy
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Principales Ventajas:
Libre de Mantenimiento: Opera confiablemente inclusive en productos con adherencias.
Económico: Solución económica para todos los tipos de líquidos y bajo diversas condiciones de proceso: independiente de turbulencias, propiedades electricas, contenido de sólidos o gases, espumas o vibración del tanque
Exactitud: Fijación del límite con exactitud de milimetros sin necesidad de calibración.
Seguridad de Operación: Monitoreo electrónico de las sondas para determinar corrosión
Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
1. Generalmente la conexión es
empotrada con la pared del
tanque
2. Con líquidos de baja
viscosidad montar el sensor
de modo que el líquido
pueda fluir fuera del nozzle
(boquilla) y descubrir las
sondas
3. Con líquidos de alta
viscosidad usar un nozzle de
mayor diámetro
4. Sensor en una tubería:
Mínimo 2” para líquidos de
baja viscosidad
Montaje:
Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Aplicación en Sólidos
Limit switch para silos conteniendo polvos o sólidos granulados (incluyendo aquellos con muy bajas densidades)
Aplicaciones Típicas:
Granos, harinas, leche en polvo, cocoa, azucar, comida para animales, detergentes, tizas, cemento, plásticos granulados, etc
Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Aplicación en Sólidos
A FTM 30 Versión compacta para montaje en cualquier orientación
B FTM 31 con tubo de extensión máx. 4 m para montaje superior
C FTM 32 flexible (con soga especial) máx. 20 m para montaje superior
Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Izquierda: Montaje correcto
a) Montaje superior, sondas orientadas verticalmente o con ligera inclinación.
b) Montaje Lateral: Sonda orientada angularmente hacia abajo para facilitar escurrimiento del material
c) Con blindaje: Para proteger contra golpes de monticulos de material (long. aprox. 250 mm, Profundidad aprox. 200 mm)
d) En tolva de descarga. Max. Long. nozzle 60 mm (2.4 in)
Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Derecha: Montaje Incorrecto
e) En zona de llenado de material
f) Orientación incorrecta de sonda: la superficie esta expuesta a elevadas cargas por el material. Error de operación por acumulación de material
g) Nozzle muy largo: Considerar el ángulo de los monticulos o descarga de la tolva al determinar el largo del punto de instalación
Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Disposición con tubos de extensión
Instrumentos de Medición de Nivel Principio de Vibración
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• La sonda y la pared del tanque (o un electrodo) forman un capacitor con una muy definida baja capacitancia cuando la sonda esta en el aire. El valor de la capacidad es determinado por el area de las placas del capacitor (sensor y pared del tanque), la distancia entre ellos y el tipo y caracteristicas del material a ser medido (dielectrico). La capacidad se incrementa a medida que el tanque se llena.
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Capacitivo
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
1. Sonda con tubo sin referencia tierra:
o Para líquidos conductivos
o Para líquidos de alta viscosidad
o Para sólidos granulados
2. Sonda con tubo a tierra
o Para líquidos no conductivos
o Para uso en agitadores
o 3. Sonda con Apantallamiento
o Para nozzle largo
o Para condensación en el cabezal (borde del tanque)
o Para adherencias en las paredes del tanque
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Capacitivo
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
4. Sonda con pantalla completamente aislada:
o Similar a (3) pero para materiales especialmente corrosivos
5. Sonda con compensación de adherencias para detección límite
o Para materiales adherentes de alta conductividad
6. Sonda con ajuste para gases
o Para tanques de gas licuado
o Para prevenir condensación en la sonda en tanques con extremas variaciones de temperatura
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Capacitivo
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Se mide el tiempo transcurrido (de ida y retorno) de un pulso de ultrasonido que se refleja en la superficie y regresa al sensor.
La distancia es determinada por la velocidad del sonido c y el tiempo t usando la formula:
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Ultrasonico
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
El material a ser medido pueden ser líquidos agresivos (acidos o alcalinos), polvos o sólidos granulados
Puede usarse en canales y represas, tanques y silos
Es Insensitivo a adherencias e impurezas
Tiene Protección ante adherencias de hielo en sensor
Tiene Sensor de temperatura integrado
El principio de medición es ideal para sólidos y líquidos. Además es independiente de las caracteristicas del producto (densidad, conductividad, etc.)
•Se debe evitar el contacto del sensor con el producto.
•Temperatura Máxima: 80 ºC.
•Alcance Máximo: 70 mts.
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Ultrasonico
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Requerimientos de la aplicación
Se tiene condiciones óptimas si:
El lado inferior del sensor esta por debajo del techo del silo
La zona de deteccion no incluye soportes o canales de ingreso de material
El sólido tiene una granulometría uniforme
La superficie líquida no está en agitación y no forma vapores
La operación es bajo presión atmósferica normal
El tanque no es llenado durante la medición
Condiciones adversas reducen el rango de medición del sensor
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Ultrasonico
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Cálculo del rango de medición según atenuación de onda
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Ultrasonico
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Factores de atenuación de onda
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Ultrasonico
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Ultrasonico: Estimacion de limites de Deteccion de ERROR
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Ultrasonico
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
• Se emiten ondas de alta frecuencia desde un sensor hacia un receptor situado en el lado opuesto. El material a medir atenua o interrumpe la energia emitida y hace conmutar un switch externo.
• La distancia entre emisor y receptor puede ser de varios metros y su operación no es afectada por suciedad, polvo o vapor.
• Las microondas pueden penetrar tanques con paredes no metálicas.
Instrumentos de Medición de Nivel Principio por Microondas: Tipo Switch
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
La distancia D a la
superficie del producto es
proporcional al tiempo de
viaje del pulso de
microndas t:
D =c •t/2
Donde c es la velocidad de
propagación
Debido a que la distancia E
es conocida, para calcular
L:
L=E –D
Instrumentos de Medición de Nivel Principio por Microondas: Medición Continua
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Aplicación
El medidor es un transmisor de nivel no
invasivo para líquidos, pastas y lodos.
Esta diseñado para medición en tanques
de almacenamiento con productos sin
agitación, así como en pozas o en tuberías
by-pass.
Es particularmente útil para productos con
baja constante dieléctrica. Cambios de
temperatura o vapores no influyen en la
medición.
Su estrecha campana de radiación permite
una segura instalación en tanques o
recipientes metálicos y no metálicos, sin
riesgos para el personal.
Instrumentos de Medición de Nivel Principio por Microondas: Medición Continua
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
No instalar al centro
porque origina doble
eco
Posición correcta No instalar sobre
zona de llenado
Instrumentos de Medición de Nivel Principio por Microondas: Medición Continua
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Alejado de zona
de llenado Nozzle largo:
Perjudica la
calidad de la señal
Usar extensión de
antena o nozzle
corto
Instrumentos de Medición de Nivel Principio por Microondas: Medición Continua
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
•Se tiene una fuente de radiación de isotopos de Co60 (Cobalto) o Cs137 (Cesio) y se encarga de emitir un haz de radiación Gamma. Este es almacenado en un contenedor con un obturador para impedir el paso del haz si no es usado.
•En el lado opuesto del tanque se instala un detector que convierte los rayos gamma en impulsos eléctricos. El número de impulsos decrece de acuerdo a la atenuación de la radiación a traves del material medido.
La atenuación depende de la densidad y coeficiente de absorción (considerados constantes); asi como de la consistencia del material
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Radiométrico
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Aplicación
En medición de nivel (límite y continuo) y medición de densidad se usan como fuente los isotopos radiactivos gama. El material radiactivo esta en una capsula doblemente sellada
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Radiométrico
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Es usado con tanques o recipientes con sólidos o líquidos inflamables, abrasivos, corrosivos ó tóxicos.
Tambien para tanques de acidos, calderos, silos de cemento, ciclones, hornos rotativos, etc
Tambien puede ser aplicado en la industria alimenticia con las debidas precauciones
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Radiométrico
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
1. Detección límite
2. Medición continua
3. Medición de interfaces
4. Medición de densidad
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Radiométrico
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
1. Detección límite mínimo
2. Detección límite máximo
3. Medición continua
4. Medición con dos detectores
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Radiométrico
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Principio de Medición
El peso de una columna de líquido genera una presión hidrostática. A densidad constante, esta presión es una función solamente de la altura h de la columna de líquido
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Hidrostático
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Medición en Tanques Presurizados (Presión Diferencial)
Se requiere de dos sensores y un transmisor:
El sensor 1 mide la presión total (hidrostática y superior en tanque)
El sensor 2 detecta la presión existente en la parte superior del tanque
Notas:
El diafragma de medición del sensor 2 no debe estar expuesto a turbulencias o ingreso de producto porque altera la lectura
La relación de presión hidrostática a presión en parte superior debe ser máx. 1:6.
2
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Hidrostático
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Compacto:
Montaje en
pared de
tanque Varilla:
Montaje Superior
Adaptador o
Encapsulado:
Montaje Superior
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Hidrostático
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Hidrostático
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Profibus PA
Es un red estandarizada y abierta para conectar sensores y actuadores a un cable de dos hilos que es el bus de datos.
Se puede instalar hasta 10 sensores con PA en areas Eex y hasta 32 sensores en areas sin Eex
Instrumentos de Medición de Nivel Principio Hidrostático
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentación Industrial
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor Metálico
La presión del proceso deflecta el diafragma con un líquido (de referencia o llenado) transmitiendo la presión a un puente de resistencias. La salida de voltaje del puente es proporcional a la presión medida
Ventajas:
· Para presiones de proceso de hasta 400 bar (6000 psi)
· Excelente estabilidad
· Resistencia garantizada a sobrecargas de hasta 4 veces la presion nominal (max. 600 bar/9000 psi)
Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Absoluta
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor Cerámico
La presión de proceso actúa directamente sobre el difragma cerámico del sensor y lo deflecta a un máximo de 0.025 mm.
Unos electrodos ubicados en el substrato de cerámica y en el diafragma miden un cambio en capacitancia proporcional al cambio de presión
Ventajas:
Garantiza resistencia a sobrecargas de hasta 40 veces la presión nominal
Elevada resistencia química (comparable a Hastelloy o Tantalio)
Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Absoluta
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Montaje
El sensor es montado en la
misma forma que un manómetro.
Su posición depende de la
aplicación:
· Gases: montado superior (over
tapping point)
· Líquidos: montaje inferior o al
mismo nivel de tapping point
· Vapores: Montaje superior con
extensión (pigtail)
Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Absoluta
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Absoluta
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Absoluta
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor Cerámico
La presión del sistema actúa en el
diafragma del sensor causando una
deflexión. Este cambio de distancia entre
electrodos (delgados, de oro) causan un
cambio de capacitancia en ambos lados
Ventajas
Monitoreo continuo de rotura de diafragma o pérdida de fluido (Comparación continua de la temperatura medida con la calculada a partir de valores de capacitancia)
Elevada resistencia a químicos
Para uso en vacio debajo de 1 mbarabs
(0.0145 psiabs)
Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Diferencial
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Sensor Metálico
Los diafragmas separados (8) son
deflectados en ambos lados debido a la
presión de un líquido (de llenado),
transmitiendo tal presión a un puente de
resistencias (tecnología de
semiconductores). La salida de voltaje
es proporcional a la diferencial de
presión medida
Ventaja
Para procesos con presiones de hasta 420 bar (6090 psi)
Excelente estabilidad
Resistencia garantizada a sobrecargas
Diafragma de Hastelloy C como estandard
Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Diferencial
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Presión Diferencial
Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Diferencial
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Gas:
Montar el sensor sobre el punto de
medición para que posibles
condensaciones en la línea de
proceso sean evacuadas
Vapores:
Montar el sensor debajo del punto de
medición.
Montar y llenar las cámaras de
condensado a la misma altura de la
conexión
Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Diferencial para medicion de Flujos
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Líquidos:
Montar el sensor debajo del
punto de medición tal que la
tubería de presión siempre
esta con líquido
Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Diferencial para medicion de Flujos
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Diafragma de sello capilar:
Montar el instrumento debajo de la
conexión más baja
Montar el diafragma con tubo capilar
en el tanque
Tanque cerrado:
Montar el instrumento debajo de la
conexión más baja tal que la tubería de
presión esta siempre con líquido
El lado negativo debe ser conectado sobre
el nivel máximo
Instrumentos de Medición de Presion Principio de Presión Diferencial para medicion de Nivel
SENSORICA
Sensórica
Ing. Darwin Alvarez
Gas y Vapor:
Montar el instrumento sobre
el punto de medición para
facilitar la salida de
condensaciones
Líquidos:
Montar el instrumento debajo del punto de
medición tal que la tubería de presión esta
siempre llena y burbujas de gas puedan
subir y retornar a la tubería principal del
proceso
Instrumentos de Medición de Presion Principio de medicion de Presión Diferencial
