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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.
• Características deseables de los transductores
• 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.
• Características deseables de los transductores
• 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.
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.
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
Sensores Capacitivos
• 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
Sensores Capacitivos
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
Sensores Capacitivos
Proximidad
– Distancias de unos pocos mm. máx
– Materiales metálicos y no metálicos (p.e. Arena, agua, aceite, etc.)
Sensores Capacitivos
- 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
Sensores Capacitivos
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
Sensores Capacitivos
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
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
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
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
¿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
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
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
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
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
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
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.