Modelos de sensores de proximidad
En esta nueva entrada os vamos a exponer los diferentes tipos de sensores de proximidad que podemos encontrarnos en el mercado. Existen de varios tipos, tamaños y formatos. A continuación te mostramos los más comunes.
Sensores de proximidad magnéticos
Este tipo de sensores reaccionan ante los campos magnéticos de imanes permanentes o electroimanes.
También se les conoce con el nombre de relés tipo REED.
Sensores tipo REED
Tienen las láminas de contacto Fe-Ni dentro de un pequeño tubo de vidrio sellado, con un gas en su interior de naturaleza inerte (Nitrógeno).
Si se acerca un campo magnético al sensor las láminas se unen por magnetismo y se produce el contacto eléctrico.
Los diodos y la resistencia forman un circuito de protección para carga inductiva.
Esquema interno de un sensor tipo REED
Suelen utilizarse en cilindros para detectar la posición de fin de carrera a través del vástago del cilindro.
Así según lo explicado los sensores magnéticos constan de un sistema de contactos cuyo accionamiento vendrá ocasionado por la aparición de un campo magnético. Los contactos se cerrarán bajo la influencia de un campo magnético provocado por un dispositivo imantado alojado en el objeto a detectar.
En los cilindros el imán permanente va integrado en el émbolo. Cuando el campo magnético se acerca al sensor, este transmite una señal a los controles, electroválvulas o a los elementos de conmutación.
Sensores de proximidad inductivos
Este tipo de sensores está diseñado para funcionar mediante la generación de un campo electromagnético y la detección de las pérdidas de corrientes parásitas generadas cuando los objetos metálicos férricos y no férricos que se van a detectar ingresan en dicho campo electromagnético.
Sensores de proximidad inductivos
Un material no férrico es cualquier metal que no contenga hierro.
El sensor de proximidad inductivo consta de una bobina en un núcleo de ferrita, un oscilador, un detector de nivel de disparador de señal y un circuito de salida.
Partes de un sensor inductivo
Cuando se introduce un objeto metálico en el campo, se inducen unas corrientes parásitas en dicho objeto. Como resultado de esto se produce una pérdida de energía y una menor amplitud de oscilación. El circuito detector reconoce entonces un cambio específico de amplitud y como resultado de ello genera una señal que "activa" o "desactiva" la salida del dispositivo de semiconductores.
Si un objeto metálico se acerca a un sensor inductivo (arriba), absorbe la energía generada por el oscilador. Cuando el objeto está en un rango cercano, la reducción de energía detiene el oscilador (centro) y cambia el estado de la salida (abajo).
La cara activa de un sensor de proximidad inductivo es la superficie en la que emerge el campo electromagnético.
El objeto que mejor detecta este tipo de sensor es un cuadrado de acero dulce de 1 mm de espesor con medidas laterales iguales al diámetro de la cara activa o 3 veces la distancia nominal de conmutación, lo que sea mayor.
Objeto normal para sensores de proximidad inductivos
Para determinar la distancia de detección para materiales distintos al acero dulce normal, se emplea un factor de corrección. En este caso, la distancia de detección nominal para dicho objeto será la distancia de detección nominal para el acero dulce multiplicada por el factor de corrección.
En los sensores inductivos, la composición del objeto tiene un gran efecto en la distancia de detección de los mismos.
En la siguiente tabla se muestran los factores de corrección a utilizar para los materiales más comunes.
El tamaño y forma del objeto también afectan a la distancia de detección. Debe utilizarse lo siguiente como pauta general a corregir de acuerdo al tamaño y forma de un objeto:
- Se prefieren los objetos planos.
- Los objetos redondeados pueden reducir la distancia de detección.
- Los materiales no férricos generalmente reducen la distancia de detección.
- Los objetos más grandes que la cara de detección pueden aumentar la distancia de detección.
- Las láminas metálicas pueden aumentar la distancia de detección.
Sensor de proximidad inductivo tipo cable
Generalmente se distinguen dos tipos de sensores inductivos: PNP con salida positiva y NPN con salida negativa.
En el PNP según vimos anteriormente, la carga se conecta entre el terminal BK y masa. En el NPN la carga se conecta entre el terminal BK y el positivo.
Cuando el sensor de la figura detecte un objeto, se aplicará una tensión de 12 voltios sobre la carga. Los diodos sirven para proporcionar una protección.
Esquema interno sensor NPN (abajo) y PNP (arriba)
Como principales ventajas de este tipo de sensores tenemos:
- No se desgastan.
- No entran en contacto directo con el objeto a detectar.
- Tienen un tiempo de reacción muy reducido.
- Tiempo de vida largo e independiente del número de detecciones.
- Son insensibles al polvo y a la humedad.
- Incluyen indicadores LED de estado y tienen una estructura modular (pueden conectarse varios en serie o en paralelo)
Entre los principales inconvenientes podemos citar:
- Sólo detectan la presencia de objetos metálicos.
- Pueden verse afectados por campos electromagnéticos intensos.
Este es el caso, por ejemplo, de los soldadores, en los que las corrientes de elevada energía que se desarrollan en los electrodos producen ondas electromagnéticas cuyo campo puede inducir un cambio en el del sensor, similar al creado por un objeto a detectar.
Sensor de proximidad inductivo tipo conector
Las aplicaciones de estos sensores son diversas. A continuación, tenemos una pequeña muestra de las mismas:
- Detección del émbolo de un cilindro.
- Detección del sentido de giro.
- Detección de la velocidad.
- Detección de objetos.
- Etc.
Sensores de proximidad inductivos en máquinas herramienta
Sensores de proximidad inductivos para detectar la situación de la tuerca en un transformador
Sensores de proximidad capacitivos
Los sensores capacitivos de proximidad están diseñados para funcionar mediante la generación de un campo electrostático y detectar cambios en este campo ocasionados por la aproximación de un objeto a la cara de detección.
Este tipo de sensores está especialmente indicado par la detección de materiales aislantes como papel, plástico, madera, etc.
Sensor de proximidad capacitivo de tipo cable
El mecanismo interno del sensor, tal y como se aprecia en la siguiente figura, consta de una sonda capacitiva, un oscilador, un rectificador de señales, un circuito filtrador y un circuito de salida
Partes de un sensor capacitivo
Su principio de operación es el siguiente:
En ausencia de un objeto, el oscilador está inactivo. Cuando un objeto se aproxima, eleva la capacitad del sistema de la sonda. Cuando la capacidad alcanza un umbral especificado, el oscilador se activa, lo que activa a su vez el circuito de salida para cambiar entre "encendido" y "apagado".
La capacidad del sistema de la sonda está determinada por el tamaño del objeto, la constante dieléctrica y la distancia con respecto a la sonda. Cuanto mayor sea el tamaño y la constante dieléctrica de un objeto, mayor será el aumento de la capacidad de este. Cuanto menor sea la distancia entre el objeto y la sonda, mayor será el aumento de la capacidad del objeto.
En el estudio de la electricidad, se denomina capacidad, a la propiedad de un conductor de adquirir carga eléctrica cuando es sometido a un potencial eléctrico con respecto a otro en estado neutro. La capacidad queda definida numéricamente por la carga que adquiere por cada unidad de potencial.
En el Sistema Internacional ( S.I. ) la capacidad se mide en faradios, F, siendo un faradio la capacidad de un conductor que al estar sometido a una diferencia de potencial de un voltio, adquiere una carga eléctrica de un culombio.
Un dieléctrico es un material no conductor ( vacío, aire, papel, etc. ). Para cada material dieléctrico existe un factor K llamado, constante dieléctrica.
La constante dieléctrica es una propiedad macroscópica . Define la polaridad de una sustancia y guarda estrecha relación con el momento bipolar total de cada una de las moléculas que conforman esa sustancia. En su valor influyen muchos factores, como el peso molecular, la forma de la molécula, la dirección de sus enlaces ( geometría de la molécula ) o el tipo de interacciones que presente.
Al igual que en los sensores inductivos, el objeto que mejor detecta este tipo de sensor es un cuadrado de 1 mm de espesor con medidas laterales iguales al diámetro de la cara activa o 3 veces la distancia nominal de conmutación, lo que sea mayor.
Para un tamaño de objeto dado, los factores de. corrección de los sensores capacitivos están determinados por la constante diélectrica del material del objeto. Los materiales con valores mas altos de constante dieléctrica son más fáciles de detectar que aquellos con valores más bajos.
Entre las ventajas de este. tipo de sensores tenemos:
- Detectan objetos metálicos y no metálicos, así como líquidos y sólidos.
- Pueden "ver a través" de ciertos materiales.
- Tienen una larga vida útil.
Por el contrario entre los inconvenientes encontramos:
- Distancia de detección corta y varía en función del material detectado.
- El alcance de estos detectores varía notablemente en función de las características del ambiente, de la humedad y temperatura del aire y de la cantidad de polvo en suspensión.
- No son selectivos con respecto al objeto detectado por lo que es esencial saber qué es lo que se aproxima al sensor.
Otro sensor capacitivo
Entre las aplicaciones de estos tipos de sensores se encuentran:
- Detección de objetos a través de paredes no metálicas de grosor no superior a 4 mm, siempre que el material a detectar tenga una constante dieléctrica superior a 4 veces la de la pared.
· Nivel de llenado de contenedores de almacenamiento.
· Detección de materiales no metálicos.
· Detección de objetos de color mate o negro.
· Detección del nivel de líquidos.
· Detección del nivel .de material a granel.
· Etc.
La utilización de este tipo de sensores no está muy extendida limitándose a los casos en que no sea posible aplicar otra tecnología, como por ejemplo, con líquidos y materiales granulosos o pulverulentos.
Otros tipos de sensores de proximidad
Existen otros tipos de sensores de proximidad que os explicaré en sucesivos artículos como son los:
- Sensores ópticos o fotoeléctricos.
- Sensores de ultrasonidos.
- Sensores de captación lineal y rotativa. Los encoders.
- Encoders incrementales para la detección de movimiento angular.
- Encoders absolutos para la detección de movimiento angular.
Escrito por Archie Tecnology
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Hola. Interesante artículo. Quisiera saber cual de estos sensores se corresponde con los detectores de metales, tesoros de largo alcance (mayor o igual a 1 km en aire y mayor o igual a 25 mts en suelo). Saludos. Armando
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