443169474.DETECTORES ON-OFF 2013

7/25/2019 443169474.DETECTORES ON-OFF 2013

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INSTITUTO TECNICO SALESIANO LORENZO MASSA

DETECTORES ON-OFF ING. SANTIAGO F. BUESO

DETECTORES DE PROXIMIDAD - 1 -

Los sensores constituyen el principal medio de comunicacin entre las variables de losprocesos industriales y los circuitos de control, procesamiento y monitoreo. Tanto los sensorescomo los transductores son dispositivos que transforman una cantidad fsica cualquiera (porejemplo temperatura), en otra cantidad fsica equivalente, como ser un desplazamiento mecnico,una variable elctrica, etc., cuya codificacin puede ser en forma analgica o digital.

Tanto la entrada como la salida de un sensor pueden ser una combinacin cualquiera de lossiguientes seis tipos bsicos de variables existentes en la naturaleza.

Variable Mecnica: Longitud, rea, volumen, fuerza, torque, presin, velocidad,aceleracin, posicin, longitud de onda acstica, intensidad acstica, etc.

Variables Trmicas: Temperatura, calor, entropa, flujo calrico, etc. Variables Elctricas: Tensin, Corriente, carga, resistencia, inductancia, capacitancia,

constante dielctrica, polarizacin, campo elctrico, frecuencia, momento dipolar, etc. Variables Magnticas: Intensidad de campo magntico, densidad de flujo, momento

magntico, permeabilidad, etc. Variables Opticas: Intensidad, polarizacin, fase, reflectancia, transmitancia, ndice de

refraccin, etc. Variables Qumicas o Moleculares: Composicin, concentracin, potencial redox, rata dereaccin, pH, olor, etc.

En la industria, los sensores preferidos son los que ofrecen una seal elctrica de salida,debido a las siguientes ventajas:

Cualquier variacin de un parmetro no elctrico (temperatura, presin, peso, etc.) vienesiempre acompaado por la variacin de un parmetro elctrico (resistencia,capacitancia, inductancia, etc.). Esto permite realizar sensores elctricos prcticamentepara cualquier variable, elctrica o no elctrica.

Se puede implementar sensores no intrusivos, es decir que no extraen energa delsistema bajo medicin (por ejemplo las termocupla, etc.). Tambin se dispone de una

amplia variedad de recursos para acondicionar o modificar las seales a necesidadesparticulares, as como para presentar o registrar la informacin suministrada. Muchosde estos recursos (filtros, circuitos de linealizacin, convertidores A/D, etc.) vienenincluso incorporados de fbrica en los mismos sensores, lo cual facilita su uso.

La transmisin de seales elctricas es ms verstil, limpia y segura que la de otrostipos de seales (mecnicas, hidrulicas, neumticas, etc.). No obstante, estas ltimaspueden ser ms convenientes en algunas situaciones especficas, por ejemplo enatmsferas altamente explosivas.

Tipos de sensores:Tipos de sensores:Tipos de sensores:Tipos de sensores: Mucho de los transductores utilizados en los procesos industriales paraconvertir variables fsicas en seales elctricas o de otro tipo, necesitan de una o ms fuentes

auxiliares de energa para realizar su accin bsica. ( Fig. 1). Estos tipos de transductores sedenominan TransductoresActivos oModuladoresy se emplean principalmente para la medicinde seales dbiles. Ejemplo de estos son las RTD o termoresistencia, los transductores depresin capacitivo, etc.

Tambin se encuentran los Transductores Pasivos o Generadores, los cuales puedenrealizar su accin bsica de transduccin sin la intervencin de una fuente auxiliar de energa. Un

VariableMedida

PrincipiosPrimarios deTransduccin

Fuente Auxiliarde Energa

PrincipiosSecundarios deTransduccin

Otras FuentesAuxiliares de Energa

Seal deEntrada

Seal deSalida

Fig.1


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ejemplo tpico de estos transductores son las termocuplas, las cuales generan un tensin desalida proporcional a la temperatura aplicada.

Adems de la distincin entre activos y pasivos, los sensores pueden ser tambinclasificados de acuerdo al tipo de seal de salida que entregan, el tipo de variable o variablesfsicas detectadas, el mtodo de deteccin, el modo de funcionamiento, la relacin entre la

entrada y la salida (funcin de transferencia) y otros criterios. Esta clasificacin puedeobservarse en la Fig. 2.

Dependiendo del tipo de seal de salida, por ejemplo, un sensor puede ser analgico odigital. Los Sensores analgicosentregan como salida una tensin o una corriente continuamentevariable dentro del campo de medida especificado. Los rangos de tensiones de salida son muyvariados, siendo los ms usuales: +10[V], +5[V], 10[V], 5[V], 1[V].

Los rangos de corriente de salida estn ms estandarizados, siendo en la actualidad el mscomn el de 4 a 20 m[A], donde 4m[A] corresponde a cero en la variable medida y 20m[A] a laplena escala. Tambin existen sensores con rangos de salida de 0 a 20m[A] y de 10 a 50m[A].

Los Sensores digitalesentregan como salida una tensin o una corriente variable en formade salto o pasos discretos de manera codificada, es decir con su valor representado en algnformato de pulsos o palabras.

Un caso particular de sensores digitales son los detectores todo o nadalos cuales tienenuna salida digital codificada de solo dos estados y nicamente indican cuando la variable

detectada rebasa un cierto valor umbral o lmite. Un ejemplo de los sensores todo o nada son losdetectores de proximidad inductivos y capacitivos.Dependiendo de la naturaleza de la magnitud o variable a detectar, existen sensores de

temperatura, presin, caudal, humedad, posicin, velocidad, aceleracin, vibracin, fuerza, torque,flujo, corriente, gases, pH, proximidad, contacto, imagen, etc. Estos sensores se basan en laaplicacin prctica de fenmenos fsicos o qumicos conocidos y en la utilizacin de materialesespeciales donde dicho fenmenos se manifiestan de forma til. Los siguientes son algunos deestos principios y los sensores a los cuales estn asociados:

EFECTOS RESISTIVOS: Variacin de la resistividad o de la conductividad enconductores, semiconductores y aislantes a partir de la magnitud a medir. Ejemplos: sensoresresistivos de posicin (potencimetros), esfuerzos mecnicos (galgas extensiomtricas),temperatura (RTDs, Termistores), campo magntico (magnetoresistencias), luz(fotoresistencias), humedad (humistores), etc.

Segn el Aporte de Energa

Pasivos oGeneradores

Activos oModuladores

Segn el Tipo de Seal

Analgicas DigitalesTodo oNada

Segn el Tipo de Parmetro Variable

Resistivos Capacitivos Inductivos Magnticos pticosOtrosTipos

Segn la Magnitud o Variables Fsica o Qumica a Detectar

VelocidadLineal oAngular

Caudaly

Flujo

Temperaturay

Humedad

Tactoo

Contacto

Imgeneso

Visin ArtificialNivel

OtrasVariablesFsicas oQumicas

PresinFuerza

yPar

Aceleracino

Vibracin

Desplazamientoo

Deformaciones

PosicinLineal oAngular

Fig.2


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EFECTOS CAPACITIVOS: Variacin de la constante dielctrica, la separacin entreplacas o el rea de las placas a partir de la magnitud a medir. Ejemplos:sensores capacitivos dedesplazamiento, proximidad, presin, nivel, humedad, fuerza, inclinacin, etc.

EFECTOS INDUCTIVOS:Variacin de la reluctancia, las corrientes de Foucault o lainductancia mutua a partir de la magnitud a medir. Ejemplos:sensores y detectores inductivos de

desplazamiento (LVDTs, etc.), velocidad, aceleracin, presin, caudal, flujo, nivel, fuerza, etc. EFECTOS MAGNTICOS Y ELECTROMAGNETICOS: Produccin de tensiones o

corrientes inducidas a partir de magnetismo por aplicacin o creacin de esfuerzos mecnicos(efecto Villari), campos magnticos intensos (efecto Wiegand), variaciones de flujo magntico(efecto Faraday), campos magnticos ortogonales (efecto Hall), calor (efecto Ettingshausen),etc. Ejemplos: sensores magnetoelsticos, sensores de efecto Wiegand, sensores de velocidadlineal (LVS), caudalmetros electromagnticos, sensores de efecto Hall, etc.

EFECTOS PIEZOELCTRICOS Y PIEZORESISTIVOS: Produccin de tensiones ocorrientes a partir de esfuerzos mecnicos directamente (efecto piezoelctrico) o porvariaciones de la resistencia (efecto piezoresistivo). Ejemplos: sensores piezoelctricos y

piezoresistivos de fuerza, torque o par, presin, aceleracin, vibracin, temperatura, etc. EFECTOS TERMICOS Y TERMOELECTRICOS:Produccin de tensiones o corrientes apartir de temperatura, directamente o indirectamente por variacin de la resistencia, laaplicacin de radiaciones trmicas, etc. La produccin directa de seales elctricas a partir devariaciones de temperatura se conoce como efecto Seebeck y constituye el principio defuncionamiento de las termocuplas o termopares y de las termopilas. Los mtodos indirectos mscomunes son el efecto termoresistivo (variacin de la resistencia), en el cual se basan lostermistores y las RTDs, y el efecto piroelctrico(deteccin de radiaciones trmicas) en el cualse basan los pirmetros, los radimetros, los analizadores de infrarrojos, y otros dispositivos.Tambin es posible medir temperatura alterando las propiedades de las uniones semiconductoras.En este mtodo se basan los sensores de temperatura monolticos, como el LM35.

EFECTO PTICOS Y ELECTROPTICOS: Permiten la produccin de sealeselctricas a partir de radiaciones luminosas directamente (efecto fotovoltaico) o indirectamentepor variacin de la resistencia y otros parmetros elctricos (efecto fotoelctricos). Ejemplos:detectores fotovoltaicos de luz, llama y humo, detectores fotoelctricos de proximidad,fotodiodos, fototransistores, optoacopladores, sensores basados en fibras pticas, etc.

EFECTOS AUTORESONANTES: Permiten la produccin de oscilaciones elctricas apartir de fenmenos fsicos resonantes como vibraciones mecnicas, ondas acsticas en cuerdas ocavidades, ondas superficiales en lquidos o slidos, etc. Ejemplos:resonadores de cuarzo para lamedicin de temperatura, peso, fuerza y presin; galgas acsticas; sensores basados en cilindrosvibrantes; sensores basados en dispositivos de ondas superficiales (SAW),; caudalmetros devrtices, sensores ultrasnicos para la medicin de velocidad, caudal, nivel, proximidad, etc.

EFECTOS QUIMICOS Y ELECTROQUIMICOS: Producen seales elctricas enrespuesta a cambios de concentracin de sustancias o iones. Ejemplos: pilas voltacas, sensoresde oxigeno y otros gases, sensores qumicos basados en MOSFETs, biosensores, etc.

Otros sensores especiales son los transmisores y los sensores inteligentes. Lostransmisoresson dispositivos que captan la variable a medir y la transmiten hacia un dispositivoreceptor alejado, como ser un controlador de proceso, en forma de seal neumtica, electrnica ohidrulica equivalente. Los sensores y transmisores inteligentes, son sistemas electrnicoscompletos basados generalmente en microprocesadores, los cuales, adems de su funcin bsicade convertir una variable fsica en una seal elctrica equivalente, traen incorporadas funcionesadicionales de procesamiento y comunicacin como autocalibracin, cambio automtico del rango

de medida, autodiagnstico, compensacin ambiental, interfaces seriales, etc. Son ms precisos,estables y confiables que los sensores convencionales, y tienen rangos de medida ms amplios.Adems, no requieren mantenimiento y simplifican el diseo de sistemas de control.


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INTERRUPTOR MAGNTICO (REED SWITCH): Bsicamente consiste en una ampollacerrada de vidrio, dentro del cual existen un gas inerte y dos lminas, que forman los contactos.La funcin del gas inerte es la de disipar rpidamente la energa liberada cuando se produce laapretura-cierre del contacto, de manera que no se produzcan dao en los mismos. Debido a esto,contactos relativamente chicos pueden soportar corrientes intensas. La corriente mxima que

soportan los contactos estn en el orden de los 1000m[A].Los reed switch se accionan en condiciones normales, por la aproximacin de un imn, como

se muestra en la figura siguiente (Figs. 3).

La ventaja principal de este rel es la posibilidad de montaje en un espacio muy reducido,pues es un componente de pequeas dimensiones.

Una aplicacin importante de este componente es en los sistemas de alarmas, en los que laapertura de una puerta o una ventana, hace que el imn abra o cierre los contactos activando laalarma. Los formatos comunes se lo ven tambin en la figura anterior.

Algunos circuitos tpicos de utilizacin son los siguientes:

Tanto las alternativas de los circuitos de manejo del REED SWITCH como sus aplicacionesson variadas. Adems de sus usos en alarmas tambin pueden utilizarse en deteccin de niveles entanques y en tacmetros.

Fi . 3

BC548

RELE1N4148

10K

47K

REED SWITCH

+6V a +12V

1mA

REED SWITCH

5K


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DETECTORES DE PROXIMIDAD: Los detectores de proximidad son sensores quedetectan la presencia u ausencia de un objeto dentro de un rea de influencia, sin entrar encontacto fsico con l, y entregan como respuesta una seal binaria del tipo Todo o Nada,equivalente a un contacto abierto o cerrado.

Los detectores de proximidad electrnicos son ampliamente utilizados en servomecanismo

y sistemas de control debido a que pueden operar a muy altas velocidades, no necesitan estar encontacto fsico con los objetos que detectan, no se desgastan, pueden trabajar en ambientes muyhostiles, tienen una larga vida til, pueden detectar objetos muy frgiles y delicados, ofrecensalida por rel o por interruptores de estado slido (FET, triac, transistor, etc), puedenconmutar directamente cargas AC o DC, son compatibles con PLCs, etc.

Entre las aplicaciones que podemos citar del empleo de los detectores de proximidad,podemos destacar:

Verificar cuando una parte de una mquina ha alcanzado una cierta posicin.Verificar la colocacin apropiada de partes durante un procedimiento de ensamblaje

en lnea.

Contar el nmero de productos que son transferidos a una cinta transportadora.Determinar la presencia, el tamao, el color, el contenido, la alineacin u otracaracterstica particular de un producto que pasa por un punto de inspeccin.

Contar los dientes de un engranaje o medir las revoluciones de un eje paradeterminar la velocidad rotacional de una mquina o una parte de ella.

CLASIFICACIN: Los detectores de proximidad electrnicos se clasifican normalmente deacuerdo al tipo de captador utilizado para realizar una accin bsica de transduccin. Desde estepunto de vista, los detectores pueden ser

1) Detectores de Proximidad Inductivos.2) Detectores de Proximidad Capacitivos.3) Detectores de Proximidad Opticos.

4) Detectores de Proximidad Ultrasnicos.5) Detectores de Proximidad Electromagnticos.Dentro de cada una de estas categoras, existen sus propias clasificaciones, siendo las ms

comunes las relacionadas con el tipo de alimentacin (alterna o continua), el tipo de salida (Todo oNada. Analgica o Namur) y el tipo de conexin (dos hilos, tres hilos, cuatro hilos, cinco hilos).

Tipos de Salidas:Las salidas pueden ser de dos tipos, en funcin de la corriente de carga quevan a controlar.i. Salidas Todo o Nada: Estas pueden ser:Salidas a rel: utilizado en el caso en que se precise conmutar altas corrientes. Adems, este

tipo de salida provee aislamiento galvnico entre el sensor y toda su circuitera y el circuito

de potencia conmutado. Las corrientes que pueden cortar los contacto varan entre 1[A] y5[A]. Las salidas a rel pueden ser Normalmente Abiertas (NA) o Normalmente Cerrada(NC); pueden conmutar cargas tanto en C.A. como en C.C., y poseen un perodo limitado devida que normalmente se mide en millones de operaciones. Los tiempos de respuesta varanentre los 15 y los 25 m[seg.].Son utilizados en el caso en que se necesite conmutar una alta corriente, con ciclo demaniobras reducidas y en el que no se necesite una gran velocidad de conmutacin.Salidas a Transistor NPN y PNP, Triac, FET y MOSFET: Son utilizados cuando se necesita

conmutar pequeas corrientes a gran velocidad, con una gran cantidad de ciclo de maniobras.Las salidas con FET proporciona una rpida conmutacin tanto en C.A. como en C.C., con una

corriente mxima de conmutacin de 30 m[A] aproximadamente. Las salidas con MOSFET depotencia, proporcionan tambin una rpida conmutacin tanto en C.A. como en C.C., pero conuna corriente mxima de conmutacin de 300 m[A] aproximadamente.


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(+)

(-)

C) Sensor Namur

Las salidas con TRIACS, ofrecen una elevada corriente de conmutacin, lo que lo haceadecuado para ser conectados a grandes contactores y solenoides. Solo son aptos para laconmutacin de cargas en C.A. Son inadecuados como dispositivos de entrada paracontroladores programables debido a su gran corriente de fuga (~1m[A]). Los MOSFETs depotencia proporcionan mejores caractersticas de salida en la mayora de las aplicaciones.

Las salidas con TRANSISTORES, son utilizadas para la conmutacin de cargas en C.C.,tienen una corriente de fuga muy baja (medida en [A]), y una corriente de conmutacinrelativamente alta (~100m[A]). Los tiempos de respuesta pueden variar entre los 2m[seg.] ylos 30[Seg.]. La salida a transistor es a colector abierto, pudiendo ser del tipo PNP o NPN.En todos los casos de salida a transistor, debe tenerse presente que si se manejanelementos de carga inductivos tales como rels, pueden aparecer sobretensiones externas alsensor producto de la autoinduccin de dichos elementos, que pueden daar el transistor desalida. Para protegerlos, deben agregarse al circuito elementos tales como diodos conpolaridad inversa que cierren el circuito de la sobretensin.

ii. Salidas Namur: Son un tipo especial de detectores inductivos Todo o Nada, diseado

especialmente para el trabajo en atmsferas explosivas. Dependiendo de la presencia o nodel objeto detectado, entregan una salida alta o baja que se conecta a un amplificadorexterno remoto que maneja un rel.

iii. Salidas Analgicas: Losdetectores con salidas analgicas proporcionan una salida (tensin ocorriente) proporcional a la distancia de separacin entre el cabezal de deteccin y el objetoa detectar o Target. Su principal aplicacin es como sensores de distancia o posicin aunquesu rango de medicin es relativamente limitado.

Tipos de Conexiones: En funcin del circuito de control (tecnologa) que tenga la salida deldetector, estos pueden ser:

i. Detectores a dos hilos: Estos como lo vemos en la siguiente figura, pueden ser para C.A. opara C.C., y se conectan en serie con la carga , actuando como interruptores N.A. o N.C.

Esta disposicin no se aplica a los detectores Namur (ver figura siguiente), los cuales apesar de ser de dos hilos, necesitan de un circuito auxiliar externo.

ii. Detectores a tres hilos: Son los ms comunes y pueden ser debido a salidas a rel o atransistor. En estos, dos de los terminales se conectan a la fuente de alimentacin y el otroa la carga. El terminal restante de la carga debe conectarse al positivo de la fuente si lasalida es NPN (figura D) o al negativo de la misma si la salida es PNP (figura E). Lo mismo seaplica a los sensores analgicos (figura F). Los detectores con salida NPN o PNP sedenominan tambin sensores tipo sumidero (sinking) o tipo fuente (sourcing)respectivamente, debido a que los primeros drenan corriente de la fuente, mientras que lossegundos la entregan a la carga. Puesto que ambos modelos son de colector abierto, para su

conexin a circuitos lgicos requieren de una resistencia externa de pull-upo depull-down,respectivamente.

(+)

(-)

(~)

(~)

A) CC, 2 hilos B) CA, 2 hilos

(+)

(-)

(+)

(-)

D) CC, 3 hilos, NPN E) CC, 3 hilos, PNP F) Salida Analgica


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iii. Detectores de cuatro y cinco hilos: Los circuitos internos de estos detectores sealimentan con corriente continua, pudiendo conmutar tanto cargas en c. alterna y en c.continua. Dos de sus terminales se conectan a la fuente de alimentacin, mientras que losotros dos o tres restantes controlan la carga. Las configuraciones se la observan en lasfiguras G) y H):

Simbologa Segn DIN 1219: La simbologa tiene en cuenta el tipo de detector y el tipo desalida, indicando dichas caractersticas segn las figuras referenciadas con y .

A continuacin analizamos los distintos tipos de detectores.

1)DETECTORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS:Los detectores de proximidad inductivos,se utilizan para detectar la presencia de objetos metlicos (frricos o no frricos).

Constan bsicamente de un sensor llamado cabezal de deteccin, un oscilador LC de alta

frecuencia (1-100MHz), un demodulador, un conformador de pulsos Schmitt Trigger y una etapade salida como vemos en el siguiente diagrama de bloques:

Estos tipos de sensores trabajan generando un campo magntico y detectando las prdidasde corriente de dicho campo generadas al introducirse en l los objetos de deteccin. El cabezalde deteccin es simplemente una bobina, incorporada a un oscilador LC (circuito tanque en el cualla bobina representa la L), que produce un campo magntico variable en sus vecindades. La mismaesta devanada alrededor de un ncleo de ferrita y puede estar o no blindada. En los detectoresinductivos blindados, las lneas de campo estn dirigidas hacia el frente del cabezal, mientras queen los detectores inductivos no blindados, lo estn tanto al frente como a los lados. Esto lovemos en la figura siguiente:

(+)

(-)

(+)

(-)

G) CC, 4 hilos H) CC, 5 hilos, Conmutado

(2)(1)

Sensor(cabezal de deteccin)

Oscilador Demodulador Conformadorde PulsosEtapa dePotencia


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Por esta razn, para detectaraproximaciones axialesde objetos (defrente al cabezal de deteccin),deben usarse detectores inductivosblindados; mientras que para detectaraproximaciones radiales (de lado alcabezal de deteccin), deben usarsedetectores inductivos no blindados.Estos ltimos tiene un mayor alcancede deteccin.

Cuando no hay ningn objeto metlico dentro del campo de actuacin del detector, eltanque formado por un capacitor y el inductor (ubicado en la cabeza de deteccin) estnresonando. Un circuito comparador mide la tensin del capacitor con respecto a una tensin

patrn prefijada. Cuando el circuito tanque est en resonancia, la tensin en el capacitor esmxima.Cuando se ubica un objeto metlico dentro del campo magntico del detector, se inducen

corrientes parsitas llamadas corrientes de Foucault oremolino, las cuales sacan de resonancia al circuito tanque.

Esto provoca una disminucin de la tensin en elcapacitor, disminuyendo la seal del oscilador (menoramplitud) y consecuentemente el nivel de continua deldemodulador.

Como resultado de esto, el circuito sensor reconoceun cambio especifico de amplitud y genera una seal que

conmuta la salida de estado slido a la posicin ON(encendido). Al abandonar el objeto metlico el rea dedeteccin, el sistema retoma a sus condiciones normales.

Los objetos no metlicos no provocan cambio alguno,es por esto que no son detectados.

Dentro de las especificaciones significativas de los detectores inductivos se encuentran: ALCANCE NOMINAL Sn [mm]: Es la distancia nominal de deteccin especificada por elfabricante independientemente del valor de temperatura, la tensin de alimentacin y otros

factores. Es utilizada como valor de referencia. Este dato esta referido para una placa cuadrada

de acero dulce, de 1[mm] de espesor, cuyos lados sean iguales a la cara activa o sensible delsensor (que es el lugar por donde emerge el campo electromagntico de alta frecuencia). ALCANCE REAL Sr [mm]:Es la distancia real de deteccin especificada por el fabricante

para los valores de tensin y temperatura nominales. ALCANCE UTIL Su [mm]:Este es medido dentro de los lmites admisibles de temperaturaambiente, de tensin de alimentacin y otros factores. Su valor esta comprendido entre 90% y

110% de la distancia nominal de deteccin especificada por el fabricante. Normalmente es

ajustable por el usuario mediante un potencimetro incorporado en el sensor. En general se lo

calcula en funcin del alcance nominal, debido principalmente a que el tipo de material metlico a

detectar no es acero dulce. Esto afecta la distancia a la cual se produce la conmutacin del

detector. Se lo calcula como Su=Cf.Snen donde Cfes un factor de correccin que tiene en cuentael tipo de material a detectar. Algunos factores tpicos de correccin son: Cf= 0,9 paraaleaciones de cromo-niquel; Cf= 0,85 para acero inoxidable; Cf= 0,5 para bronce; Cf= 0,45

para aluminio;Cf= 0,4para cobre; etc.

Lneas de Campo

Bobinas

Ncleo deFerrita

Detector Inductivo no Blindado Detector Inductivo Blindado

Blindaje


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ALCANCE DE TRABAJO Sa[mm]: Este esta comprendido entre el 0% y el 81% del alcancenominal. Es el espacio de funcionamiento seguro del detector. Este me permite calcular la

distancia de deteccin (para los distintos tipos de materiales a detectar y en las condiciones

extremas) y seleccionar el detector. En general:

( ) ntdfna SKKKCSS +++= Cf: factor de correccin que tiene en cuenta los distintos tipos de materiales a detectar.Kd: factor de correccin que tiene en cuenta las dimensiones y formas de los materiales a

detectar.

K: factor de correccin que tiene en cuenta los efectos de la temperatura.Kt: factor de correccin que tiene en cuenta las variaciones en la tensin de alimentacin.

En general existen grficas para aplicar las correcciones y determinar la distancia de deteccin.

Los objetos con formas redondeadas, los materiales no frricos, los objetos con menor

tamao que la cara activa del detector, reducen la distancia de deteccin.

HISTERESIS [%]: Es una caracterstica importante de los detectores de proximidadinductivos. Tambin se lo denomina Recorrido o Gap Diferencial. Para que un objeto sea

detectado, este tiene que acercarse a una distancia

inferior a S1(punto de ON o de accionamiento) y paraser ignorado debe alejarse una distancia superior a S2(punto de OFF o de desconexin).

La distancia entre S1 y S2 se denomina GapDiferencial y, en la mayora de los casos, es ajustable

por el usuario, mediante un potencimetro incorporado

al sensor. Mientras el objeto no salga de esta banda,

la salida no cambia de estado. As{i se evita que, debidoa la vibracin o el juego mecnico de una mquina, un

objeto estacionario produzca una sealizacin mltiple u errnea (conmutacin rpida entre

estados). La amplitud de las vibraciones han de ser menor que el recorrido de histresis para

evitar fenmenos de rebotes.

FRECUENCIA DE CONMUTACION [Hz]: Indica el nmero mximo de veces por segundo queel sensor puede cambiar de estado (activado a desactivado) expresado en Hertz.

Este valor depende del tamao del objeto, de la distancia de este a la cara de deteccin, desu velocidad y del tipo de salida del detector.

S2 punto de OFF

S1 punto de ON

Cabezal del Sensor

Lneas decampo magntico

Gapdiferencial


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En el caso de superarse esta frecuencia, la salida permanece activa an cuando el objeto sehaya alejado de la cara activa del detector. La frecuencia mxima de conmutacin depende deltipo de detector, pero en general vara entre 1K[Hz] y 5K[Hz].

Estos son algunos de las caractersticas principales de estos detectores.

Los sensores de proximidad inductivos, como se dijo pueden ser utilizado para detectartanto metales magnticos (hierro, acero templado, acero inoxidable, nquel, etc.), como nomagnticos (latn, cobre, aluminio, etc.), siendo ms sensibles en el primer caso que en elsegundo. Por esta razn, no pueden detectar materiales no metlicos como el plstico, el cristal,etc. De cualquier modo, su operacin no se ve afectada por el color, y las condicionessuperficiales del objeto a ser detectado. La forma de montaje depende de si son o no blindados.

Los sensores blindados, en particular, estn diseados para ser enrasados, es decirmontados al ras sobre soportes metlicos, tienen en general forma cilndrica y su alcance nominalmximo es tpicamente 15 [mm].

Los sensores no blindados, pueden tener forma cilndrica o de bloque rectangular plano, yrequieren que el cabezal sobresalga una cierta distancia del soporte metlico para evitar queeste ltimo sea detectado como un objeto vlido y produzca seales falsas. Su alcance nominalmximo es del orden de los 30 [mm]; mayor que el de los sensores blindados, pero no estnautoprotegido como estos ltimos contra contactos accidentales.

Los detectores de proximidad inductivos son ampliamente utilizados en la industria debidoa que son fciles de instalar y utilizar, no tienen partes mviles, no son afectados por la luz ypueden operar confiablemente en una gran variedad de ambientes, incluso con grandesconcentraciones de polvo, grasa, agua, cidos, etc.

Las caractersticas de montaje son:

Sensores Blindados Sensores No Blindados


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Algunos usos industriales son:


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2)DETECTORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS:Los detectores de proximidad capacitivos,se utilizan para detectar tanto objetos metlicos como no metlicos. Su principio defuncionamiento es similar a la de los sensores inductivos, excepto por la estructura del oscilador.

El detector de proximidad Capacitivo constan del cabezal de deteccin, un oscilador LC dealta frecuencia (1-100MHz), un demodulador, un conformador de pulsos Schmitt Trigger y unaetapa de salida como vemos en el diagrama de bloques anterior. En este caso, el valor de la bobina(inductancia) es fija, y lo que vara es el valor del capacitor del oscilador, el cual es el elementosensor.

El principio de operacin es la propiedad que tiene un capacitor de cambiar su valor cuandocambia el material dielctrico existente entre las placas.

placasentreDistancia

placaslasdeSuperficieC =

El cabezal de deteccin (superficie activa del sensor) esta formada por dos electrodosmetlicos concntricos, que puede imaginarse como un condensador seccionado. Las placas A y Bde este condensador estn conectadas al oscilador de alta frecuencia diseado de manera que nooscila cuando la superficie activa del sensor esta libre (medio: aire).

Cuando un objeto (no metlico) o un fludo se acerca a la superficie activa del sensor, ypenetra en el campo elctrico de los electrodos, se produce un aumento del acoplamientocapacitivo entre los electrodos A y B (el campo elctrico se intensifica debido a que la constantedielctrica del objeto es mayor que la del aire).

Cuando se alcanza una capacidad predeterminada, el oscilador empieza a funcionar, laamplitud de oscilacin activa los dems circuitos del detector, provocando un cambio en lacondicin de salida.

Los detectores capacitivos pueden ser actuados por objetos metlicos como no metlicos oaislante.

ACTUACIN POR OBJETOS NO METLICOS: Si se ubica un elemento aislante entre los

electrodos de un condensador, la capacidad del mismo aumenta en funcin de su constantedielctrica .

La constante dielctrica de todos los elementos, slidos o lquidos, es mayor que la delaire (aire=1),por lo tanto los objetos no metlicos sobre la superficie activa de un sensorcapacitivo actan aumentando la capacidad de acoplamiento. Los materiales con altaconstante dielctrica darn por lo tanto la mayor distancia de deteccin.

En los casos de sensado de materiales higroscpicos (madera, cereales, etc.) debetenerse muy en cuenta que su distancia de accionamiento depender en formasignificativa del contenido de agua (agua=80).

Sensor(cabezal de deteccin) Oscilador Demodulador

Conformadorde Pulsos

Etapa dePotencia

+

-

A

B

+

-

A

B

+

-

A

B

+ -A B

Dielctrico

+ -

A B


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Las constantes dielctricas de los materiales ms usuales en el mbito industrial semuestran en la siguiente tabla:

MATERIAL r MATERIAL rAceite Mineral 2,2 Leche en Polvo 3,5 4Aceite para transformadores 2,2 Madera Seca 2 7

Acetona 19,5 Madera Verde 10 30Agua 80 Mrmol 8 8,5Aire, Vaco 1 Mica 5,7 6,7Alcohol 25,8 Nylon 4 5Amonaco 15 25 Papel 1,6 2,6Anilina 6,9 Papel aceitado 4Arena 3 5 Parafina 1,9 2,5Azcar 3 Petrleo 2 2,2Azufre 3,4 Plexiglas 3,2Baquelita 3,6 Poliamida 5Barniz 2,8 3,3 Poliestireno 3Benceno 2,3 Polietileno 2,3Cartulina 4,5 Polipropileno 2 2,3

Celuloide 3 Polivinilclorid 2,9Cemento en Polvo 4 Porcelana 4,4 7Cenizas 1,5 1,7 Prespan 4Cereales 3 5 Resina Acrlica 2,7 4,5Cloro Lquido 2 Resina epoxi 2,5 6Cristal de Cuarzo 3,7 Resina estireno 2,3 3,4Dixido de Carbono 1,000985 Resina fenlica 4 12Ebonita 2,7 2,9 Resina melamina 4,7 10,2Etanol 24 Resina polister 2,8 8,1Gasolina 2,2 Resina PVC 2,8 3,1Glicerina 47 Sal 6Goma Dura 4 Tefln 2Goma Esponja 2,5 Tetracloruro de carbono 2,2Goma Siliconada 2,8 Tolueno 2,3Harina 1,5 1,7 Vaselina 2,2 2,9Laca 2,5 4,7 Vidrio 3,7 - 10

Los medios con constantes dielctricas alta, tales como los fluidos, pueden serdetectados a travs de materiales con una baja constante dielctrica. Esto se utilizaparticularmente para la deteccin de nivel de lquidos en tanques, ya sean estos decementos o PVC, en el cual el detector no esta en contacto directo con el material asensar. Para la deteccin de materiales con constantes dielctricas bajas, el cabezal dedeteccin deber estar en contacto directo con el material a sensar.

ACTUACIN POR OBJETOS METLICOS: Si se ubica un elemento metlico entre los

electrodos de un condensador, este ltimo debilita el campo elctrico entre las placas,actuando como un tercer electrodo y formando dos condensadores en serie (Ca y Cb),como vemos en la siguiente figura.

Como resultado de estos, la capacidad entre las placa A y B disminuye. Los metales dan la

mxima distancia de actuacin en estos tipos de detectores. No existen factores dereduccin para distintos tipos, como ocurre en el caso de los detectores inductivos.

+ -A B

Objeto Metlico+ -

A B

Ca Cb


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En ambos casos el efecto neto es la variacin de la frecuencia del oscilador. Este cambio esdetectado por la circuitera interna del detector, energizando o no la carga conectada a este.

Los detectores capacitivos tambin pueden ser blindados y no blindados. Los detectorescapacitivos blindados, tienen una banda o malla metlica alrededor de la sonda. Esto ayuda adirigir el campo electrosttico al frente del sensor dando como resultado un campo ms

concentrado.Estos tipos de sensores son ms convenientes paradetectar materiales de baja constante dielctrica(difciles de detectar) debido a la alta concentracinde campos electrostticos. Permiten la posibilidad demontaje del sensor al ras (en paredes contenedoras)sin que se produzcan falsas detecciones o se utilizantambin en el caso en que no deba existir contactofsico con el material a sensar. Por lo tanto, puedendetectar fluidos a travs de tanques no metlicos y

paredes con un espesor delgado (depende de laintensidad del campo electrosttico que cada modelode detector genera).

Para una deteccin segura con sensores blindados montados al ras debemos considerar lassiguientes distancias mostrada en la figura siguiente:

Los detectores capacitivos no blindados, son los que no tienen una banda o malla metlicaalrededor de la sonda, por lo tanto tienen una menor concentracin de campo electrosttico.

Algunos modelos no blindadosestn equipados consondas de compensacin, las cuales proporcionanmayor estabilidad al sensor.El campo electrosttico de un detector no blindado,es de mas baja concentracin que elcorrespondiente a los modelos con blindajes. Estolos hace adecuados para la deteccin de materialesde alta constante dielctrica (fciles de detectar) otambin para discriminar entre materiales de alta ybaja constante dielctrica. Para ciertos materiales,los detectores de proximidad capacitivos no

blindados poseen distancias de deteccin mayoresque los blindados, adems pueden ignorarnebulizaciones, polvo, suciedad, gotas finas de aceite o vapor de agua condensado en el sensor.


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Para una deteccin segura con detectores capacitivos no blindados debemos considerar lassiguientes distancias mostrada en la figura siguiente:

Algunos parmetros de los detectores de proximidad capacitivos tanto blindado como noblindado son: ALCANCE NOMINAL Sn [mm]:Definida de la misma manera que para los sensores inductivosa una temperatura de 25 [C].. ALCANCE DE TRABAJO Sa [mm]:Este esta comprendido entre el 0% y el 81% del alcancenominal. Es el espacio de funcionamiento seguro del detector. Este me permite calcular la

distancia de deteccin (para los distintos tipos de materiales a detectar y en las condicionesextremas) y seleccionar el detector. En general:

( ) ntdfna SKKKCSS +++=

Cf: factor de correccin que tiene en cuenta los distintos tipos de materiales a detectar.K: factor de correccin que tiene en cuenta los efectos de la temperatura.Kt: factor de correccin que tiene en cuenta las variaciones en la tensin de alimentacin.

El factor de correccin Cftiene en cuenta las constante dielctrica de los distintos materiales adetectar. Estos estn tabulados para cada tipo de material. As una tabla tpica de factores decorreccin es la siguiente:

MATERIAL Cf MATERIAL CfAgua 1 Leche en Polvo 0,3 0,4Aceites 0,3 Madera Seca 0,2 0,6Azcar 0,5 Madera hmeda 0,7 0,9aire 0 Mrmol 0,5 0,6Aire, Vaco 1 Mica 0,5 0,6Alcohol 0,85 Nylon 0,3 0,4Arena 0,3 0,4 Papel 0,2 0,3Amonaco 0,75 0,85 Poliester 0,2 0,6Caucho 0,3 0,9 Porcelana 0,4 0,5

Cemento 0,35 PVC 0,6Cereal 0,3 0,4 Sal 0,5Gasolina 0,2 Trigo 0,8Harina 0,2 0,3 Vidrio 0,3 0,7


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Para conocer otros valores de los factores de correccin para los distintos materiales, se puedenutilizar los manuales de datos de los fabricantes, en los cuales se brindan estas informaciones; ose pueden utilizar grficas como la siguiente:

En esta se muestra la dependencia de la distancia de sensado (como porcentaje del alcancenominal) en funcin de las constantes dielctricas del material a detectar.En general, para el agua y para los metales el factor de correccin puede considerarse unitario.

HISTERESIS [%]: Esta definido de manera similar a la de los sensores inductivos, sinembargo, su sensibilidad depende marcadamente del tipo de material a detectar (constante

dielctrica)..

FRECUENCIA DE CONMUTACION [Hz]: Indica el nmero mximo de veces por segundo queel sensor puede cambiar de estado (activado a desactivado) expresado en Hertz. (definida igual

que para los sensores inductivos).

Los detectores capacitivos tienen tpicamente forma plana o cilndrica, y al igual que losinductivos, vienen en dimetros normalizados de 8 [mm] (M8), 12 [mm] (M12), 18 [mm] (M18) y30 [mm] (M30) para las versiones roscadas, y de 4, 5 y 32 [mm], para las no roscadas. Las mismospueden ser blindados o no, en cuyo caso pueden o no ser montadas al ras.

Su principal aplicacin es la deteccin de objetos no metlicos. Su alcance, en general, esmayor que el de los detectores inductivos del mismo tamao, siendo en algunos modelos superior alos 50 [mm]. Adems pueden sensar a travs de paredes. Algunos usos en la industria se ven acontinuacin:


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3)DETECTORES DE PROXIMIDAD FOTOELECTRICOS: Los detectores de proximidadfotoelctricos, son dispositivos electrnicos que pueden abrir o cerrar un circuito elctrico por laaccin de un haz de luz y un elemento fotosensible. Trabajan detectando el cambio en la cantidadde luz que, o bien es reflejada, o bien es interrumpida por el objeto a detectar. Se puede utilizardetectores fotoelctricos para aplicaciones en que es necesario detectar objetos (dianas)

ubicados a una distancia inferior a 5 [mm] hasta 250 [mts].Un sensor fotoelctrico tiene cuatro componentes bsicos:i. Un emisor o fuente de luz.ii. Un sensor o detector de luz.iii. Lentes.iv. Circuitera electrnica y dispositivos de conmutacin de salida.

A continuacin analizamos cada uno de estos.i. UN EMISOR O FUENTE DE LUZ: El emisor utiliza en general, uno o varios diodos LEDs para

producir un haz de luz modulada que viaja hacia el receptor a travs del espacio, una fibra pticau otro medio.

Los LEDs se construyen para emitir longitudes deondas especificas o colores de la luz. Como fuente deluz se utilizan LEDs que emiten radiacin infrarroja,roja visible, verde y azul en la mayora de losdetectores fotoelctricos.Los ms utilizados son los que emiten radiacininfrarroja, ya que son ms eficaces, pues son los quems porcentaje de luz emiten y los que menos calordisipan comparados con otros LEDs de emisin visible.En aplicaciones en donde se requiere un haz de luz

visible (como ayuda en el ajuste o confirmacin de la operacin del sensor) se utiliza LEDs tipo

rojo visible el cual cumple mejor estos requisitos. Los LEDs de espectro visible rojo, azul, yamarillo se utilizan tambin en aplicaciones especiales en donde se precisa detectarse coloresespecficos o contrastes de colores determinados. Estos LEDs se utilizan adems comovisualizadores de indicacin de estados en el detector.

Como sabemos, la cantidad de luz generada por el LED de la fuente de luz es determinadapor la cantidad de corriente que esta conduce. Para incrementar el rango de un detectorfotoelctrico, puede aumentarse la cantidad de corriente. Sin embargo, en los LEDs se generacalor por efecto joule (existe un lmite mximo de calor que se puede generar) que si se excede,podra destruir el dispositivo. Entonces, para aumentar el alcance del detector se modula lacorriente que circula por el LED (ver figura). Esta modulacin tiene la caracterstica que tiene unciclo ligero (menor que el 5%) lo que permite que la cantidad de corriente, y por lo tanto la

cantidad de luz emitida, exceda en gran medida lopermitido bajo una operacin continua. La frecuenciade esta seal modulada es superior a los 5 [kHz],mucho ms rpida que la detectable por el ojo.

La modulacin en LEDs infrarrojos garantiza una gran inmunidad a otras formas de luzambientales, un alto rendimiento luminoso, una alta velocidad de respuesta, la insensibilidad achoques y vibraciones y una vida til prcticamente ilimitada. Adems simplifica el proceso dealineamiento.ii. UN SENSOR O DETECTOR DE LUZ: Es el elemento o dispositivo utilizado para detectar la

fuente de luz. En general se utiliza como elemento fotosensible, un fotodiodo o un fototransistor,

los cuales producen un cambio en la corriente conducida dependiendo de la cantidad de luzdetectada. Es decir que en funcin de la cantidad de luz detectada produce una seal equivalenteque indica la presencia u ausencia de la diana u objeto.


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Los fotosensores son ms sensibles a la emisin lumnica de ciertas longitudes de ondas. Larespuesta espectral de un fotosensor determina su sensibilidad a las diferentes longitudes deondas del espectro lumnica. Para mejorar la eficacia en la deteccin, es frecuente que el LED yel fotosensor hayan de acoplarse espectralmente, como vemos en la figura siguiente:

iii. LENTES: Como sabemos, los LEDs emiten luz y los fotosensores son sensibles a la luz en unamplio campo de visin. Para restringir este campo se utilizan lentes acopladas a los LEDs y a losfotosensores. Al reducir el ngulo de visin se incrementa el rango del LED o del fotosensor.Como resultado, las lentes tambin aumentan la distancia de deteccin de los sensoresfotoelctricos.

iv. CIRCUITOS ELECTRNICOS Y DISPOSITIVOS DE CONMUTACIN DE SALIDA: Una

vez detectado el cambio de luz, el detector fotoelctrico acciona su salida, produciendo uncambio de estado en la carga conectado a este o el elemento de control. Las tipos de salidasdisponibles se resumen en el siguiente cuadro:


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MODOS DE DETECCIN: Los modos de deteccin se refieren a la forma en que seencuentran posicionados fsicamente las fuentes de luz y el receptor. Teniendo en cuenta estadefinicin existen seis tipos de sensores fotoelctricos:

I. Detectores Fotoelctricos De Barrera.II. Detectores Fotoelctricos Retrorreflectivos.

III. Detectores Fotoelctricos Difusos.IV. Detectores Fotoelctricos Convergentes.V. Detectores Fotoelctricos Especulares.VI. Detectores Fotoelctricos De Marcas De Color.

El tipo de sensor a utilizar en una aplicacin determinada depende, entre otros factores,de la distancia de deteccin, la intensidad de la seal ptica, las restricciones de montaje, lascaractersticas del objeto a ser detectado, el ambiente en que desarrollara su accin, etc. Esimportante, por ejemplo, saber si los objetos son opacos, translcidos o claros, si son alta oligeramente reflectivos, y si se sitan siempre en la misma posicin o lo hacen aleatoriamente amedida que pasan por el sensor. A continuacin analizamos a cada uno de los antes mencionados:

I.

DETECTORES FOTOELCTRICOS DE BARRERA: En este modo, el emisor y el receptorestn ubicadas en posiciones opuestas entre s, pero alineados, de modo que la luz del primeroincide directamente sobre el segundo. La deteccin se produce cuando el objeto interrumpe elhaz de luz.

Este mtodo no es adecuado para objetos transparentes, incluso reflectantes (vidrio porejemplo). Es el que provee el ms alto nivel de energa ptica, por lo tanto la mxima distancia dedeteccin. Su uso es apto en ambientes industriales contaminados por polvo, humo, etc.

El cambio de estado del receptor se produce cuando un objeto interrumpe por lo menos el50% del haz emitido por el emisor.

Se utilizan para la deteccin de objetos pequeos, el posicionamiento preciso de piezas y elconteo de objetos. Su principal desventaja es que el emisor y el receptor debe conectarse

independientemente.II. DETECTORES FOTOELCTRICOS RETRORREFLECTIVO O REFLEX: En este modo, el

emisor y el receptor estn montados uno

adyacente al otro en la misma cpsula y la luz

del primero se transmite por reflexin al

segundo gracias a la accin de un elemento

reflector externo. La deteccin se realiza porbloqueo del haz.

El elemento reflector externo estaformado por un gran nmero de prismas o

triedos que tienen la propiedad de reflejartodo rayo incidente en la misma direccin y enforma paralela (ver figura siguiente).


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Para ello debe ubicarse frente al detector, centrado y en un plano perpendicular al eje pticodel mismo

El tamao del reflector depende de la distancia conrespecto al detector, pero debe ser ms pequeo queel objeto a detectar.

La distancia mxima de deteccin depender enparte de la eficacia del reflector. Esta depender delndice de reflexin del material.

Los detectores fotoelctricos retrorreflectivosson ms fcil de instalar que los detectoresfotoelctricos de barrera, pero su uso en ambientesindustriales altamente contaminados no es adecuado.

Un problema que se presenta con estos detectoreses que los objetos altamente reflectivos pueden pasardesapercibidos si los mismos retornan una cantidad de

luz similar a la que entrega el reflector.Para solucionar este inconveniente se utilizan varias tcnicas, incluyendo el empleo defiltros de polarizacin en los lentes del emisor y el receptor, que bloquean el paso de las ondas deluz en el plano de polarizacin vertical u horizontal.

III.DETECTORES FOTOELCTRICOS DIFUSOS O AUTO-REFLEX: En este modo, eltransmisor y el receptor estn hospedados en la misma cpsula. La posicin del objeto se detectacuando el mismo se coloca en lnea con el haz del transmisor y la luz, al incidir en el objeto, sedispersa, retornando una parte de ella al receptor.

De este modo, estos detectoresoperan por luz o reflejo. Este mtodoes el ms conveniente desde el puntode vista de la instalacin, puesto que ladeteccin se realiza de un solo lado, sinnecesidad de un reflector. Loimportante es que el objeto seasuficientemente reflectivo, tenga unagran rea de dispersin, y cualquiersuperficie de fondo del mismo, no seareflectiva o, si lo es, este por lo menosa tres veces la distancia entre el

detector y el objeto. Su alcance es corto y no se recomienda para objetos pequeos ni ambientes

contaminados.El inconveniente principal en este tipo de deteccin es el grado de reflectividad que tienenlas dianas. Por ejemplo, las superficies relativamente brillantes pueden reflejar la mayor partede la luz en la direccin opuesta al receptor, lo cual dificulta mucho la deteccin. La cara activadel detector ha de ser paralela a las superficies reflectivas de las dianas. En cambio, los objetosmuy oscuros o mates, absorben la mayor parte de la luz y reflejan muy poca para ser detectados.Para solucionar estos inconvenientes debemos colocar el detector lo ms cercano posible a ladiana.

Los fabricantes especifican la mxima distancia de deteccin de estos sensores,considerando como diana a una hoja de papel blanca (tamao A4) especialmente formulada paraposeer un 90% de reflectancia, lo que significa que el 90% de la energa lumnica procedente de

la fuente de luz ser reflejada por el papel. Las dianas en el mundo real generalmente sonsignificativamente menos reflectivas, por ejemplo, el cartn tiene una reflectividad relativatpica de 40, la madera: 20, el papel negro: 10, las gomas de neumtico: 4, etc.


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IV. DETECTORES FOTOELCTRICOS CONVERGENTES: En este modo, el transmisor y elreceptor estn inclinados un mismo ngulo con

respecto al eje vertical,y se utilizan lentes especialespara enfocar el haz en un rea muy estrecha, llamadaProfundidad de campo. Los objetos que estn

situados fuera de esta zona no son detectados.Debido a esto, la luz que llega al receptor es mspotente que en el caso anterior, permitiendo que elsensor pueda detectar objetos muy pequeos o poco

reflectivos. Este tipo de sensor puede ser utilizado para contar botellas, latas, etc., sobrebandas transportadoras cuando no hay espacio entre productos adyacentes; detectar diferenciasde alturas en partes mviles, detectar el nivel de llenado de materiales, etc.

V. DETECTORES FOTOELCTRICOS ESPECULARES: En este modo, el transmisor y elreceptor estn colocados a ngulos iguales del objeto y la

deteccin se realiza por reflexin total. Para ello, se requiere

que las superficies del objeto sean como espejos y la distanciaentre el mismo y el sensor permanezca constante. Este tipode sensores se utilizan cuando se requiere diferenciar entreobjetos brillantes y opacos. Un ejemplo comn es la deteccindel alineamiento con respecto a una superficies reflectiva deun material difuso, digamos una tela sobre una mesa de aceroen una mquina cosedora.

VI. DETECTORES FOTOELCTRICOS DE MARCAS DE COLOR: En este modo, en lugar deexplorar el objeto a medida que pasa por el punto de inspeccin, se detecta por convergencia el

contraste entre dos colores. Estos ltimos pueden

estar sobre la misma superficie o pertenecer aobjetos separados. Este tipo de sensores sonampliamente utilizados en operaciones de empaque,donde se recurre a marcas de color para asegurarque la informacin que debe ir impresa sobre unproducto aparezca siempre en el mismo lugar.Normalmente se utiliza como emisor una lamparaincandescente, que produce una luz blanca, o un ledde luz roja o verde. La luz blanca es la ideal debidoa que contiene todos los colores.

Existen tambin Detectores Fotoelctricos De Fibras pticas, los cuales son utilizadosprincipalmente en espacios confinados oambientes muy hostiles (temperaturaambiente muy elevada, vibraciones,golpes, etc.). En este se utiliza unconductor de fibra ptica (de plstico ode vidrio) para transmitir la luz hacia ydesde el punto de deteccin. El haztransmitido y el haz reflejado sontransportados por fibras diferentes.

Las detecciones por fibras pticas pueden realizarse por el

modo Barrera o por el modo Difuso. En ambos casos, tanto elemisor como el receptor estn hospedados en la misma cpsula. Laluz que sale del emisor viaja por la fibra ptica e incide en el


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objeto a detectar (diana), siendo interrumpida o dispersada por este ltimo.Respecto a los conductores de fibra ptica, los de fibra de vidrio son ms duraderos que los defibra de plstico, ya que los primeros soportan temperaturas mucho ms alta. Un cuadrocomparativo de las fibras pticas de vidrio y de plstico se muestra en la siguiente tabla:

Algunos especificaciones y parmetros de los sensores fotoelctricos son: ALCANCE MXIMO NOMINAL Sn [mm]: Distancia mxima de deteccin en condicionesideales de funcionamiento.Para este factor debemos considerar que esta distancia puede ser delemisor al objeto o del emisor al reflector como en el caso de los detectores fotoelctricosretrorreflectivos. ALCANCE DE TRABAJO Sa [mm]:Es la distancia de trabajo real del detector, teniendo en

cuanta los diversos factores del entorno, es decir el medio ambiente que rodea al detector.Normalmente es menor que el alcance nominal. El entorno puede ser limpio o estar contaminadopor polucin, polvo, humo, vapor, lluvia, niebla, humedad, fro, vibraciones, choques, etc. A mayorcontaminacin menor es el alcance de trabajo y viceversa. Este valor se obtiene aplicando unfactor de correccin al alcance nominal, en funcin del entorno, as: 1,00para entornos limpios,0,50para entornos ligeramente contaminados, 0,25 para entornos medianamente contaminados y0,10para entornos muy contaminados. ALCANCE MNIMO NOMINAL Sm [mm]:Los detectores fotoelctricos que tiene el emisor

y el receptor ubicados en el mismo dispositivo tiene una

pequea rea ciega cerca del sensor, en el cual no se puede

realizar la deteccin.

Para obtener una operacin segura y confiable, los reflectores,las cintas reflectivas o las dianas se deben colocar a unadistancia mayor que esta distancia mnima de deteccin.La distancia mnima de deteccin aumenta al aumentar ladistancia entre el emisor de luz y el receptor.

VELOCIDAD DE CONMUTACIN O TIEMPO DE RESPUESTA: Duracin de la seal desalida en funcin de la velocidad de paso y de las dimensiones del objeto. Se expresa en trmino

del tiempo de respuesta del sensor, el cual se es el tiempo que transcurre entre la deteccin deun objeto y el cambio de estado del dispositivo de salida de activado a desactivado y de

desactivado a activado. Tambin es el tiempo necesario para que el dispositivo de salida cambie

de estado, una vez que la diana ha dejado de ser detectada por el sensor.Los tiempos de respuesta dependen del diseo del sensor y del tipo de dispositivo de salida. Lossensores ms lentos normalmente ofrecen rangos de deteccin ms largo. Los ms rpidos


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normalmente poseen distancias de deteccin ms cortas. Estos tiempos de respuesta en generalvaran de 30 [Seg.] a 30 [mSeg.]. HISTERESIS:La histresis de un sensor fotoelctrico es la diferencia entre la distancia enla que se puede detectar un objeto a medida que se mueve hacia el sensor y la distancia que se

tiene que mover en direccin opuesta al sensor para que deje de ser detectado.

En la figura siguiente se muestra unejemplo: Cuando la diana se acerca al sensor,este la detectar a una distancia X. Cuandola diana se aleja del sensor , seguir siendodetectada hasta llegar a una distancia Y.

Una alta histresis en la mayora delos detectores fotoelctricos es til paradetectar objetos grandes y opacos.

Una baja histresis requiere pequeoscambios en el nivel de luz.

Algunas aplicaciones industriales de estos sensores son:

Figura 1 Figura 2 Figura 3

En la fig 1se aplica para la confirmacin de productos transportados en lnea sin considerar lavariaciones de colores y patrones.En la fig 2se aplica para la deteccin de cajas posicionadas en forma inapropiada.En la fig 3se utiliza para la deteccin de cajas de diferente color.


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4)DETECTORES DE PROXIMIDAD ULTRASNICOS: Los detectores de proximidadUltrasnico tienen la propiedad de detectar la presencia de objetos cualquiera sea el material(metales, plsticos, maderas, cartn, etc.), su naturaleza (slidos, lquidos, polvo, etc.), el color yel grado de transparencia.

Estos funcionan emitiendo y recibiendo ondas de sonido de alta frecuencia. La frecuencia

generalmente es de aproximadamente 200 [kHz].El funcionamiento de estos sensores es bastante simple. Su elemento principal es un

transductor electroacstico. Este elemento, en primer lugar, emite unas ondas ultrasnicas; acontinuacin pasa a modo de espera, en el que, durante un cierto tiempo, espera la vuelta de lasondas reflejadas en algn objeto. Si las ondas llegan, quiere decir que hay algn objeto en lasproximidades.

Dependiendo del tiempo de conmutacin del transductor (el tiempo que est esperando) sedetectar un grado de proximidad u otro. Este tipo de sensores permiten la deteccin deproximidad a mayores distancias.

Estos detectores tienen dos modos de operacin :i. MODO OPUESTO: En el cual un sensor emite la onda de sonido y otro, montado en

posicin opuesta al emisor la recibe.

ii. MODO DIFUSO: En el cual el sensor emite la onda de sonido y luego escucha el eco querebota de un objeto.


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Algunas especificaciones y parmetros de los sensores fotoelctricos son: ALCANCE MXIMO NOMINAL Sn:Distancia mxima de deteccin en condiciones ideales defuncionamiento.

CAMPO O MARGEN DE DETECCIN Sd:Es el campo en donde el detector es sensible a losobjetos. ALCANCE MINIMO:Lmite inferior del campo de deteccin especificado. ALCANCE MAXIMO:Lmite superior del campo de deteccin especificado. ALCANCE DE TRABAJO Sa: Corresponde al campo de funcionamiento del detector(activacin de las salidas) y esta incluido en el campo de deteccin. ZONA CIEGA:Es una zona comprendida entre la cara de deteccin y el alcance mnimo en elque ningn objeto puede detectarse de manera confiable. El tamao de la zona ciega depende dela frecuencia del transductor. Se debe evitar el paso de objetos por esta zona durante el

funcionamiento del detector, ya que podra provocar un estado inestable en las salidas. HISTERESIS O RECORRIDO DIFERENCIAL: Es la distancia entre el punto de accincuando la placa de medida se acerca al detector y el punto de desactivacin cuando la placa sealeja del mismo.

ANGULO TOTAL DEL HAZ:Angulo slido alrededor del eje de referencia del detector.PLACA DE REFERENCIA:El objeto estndar para un sensor ultrasnico de modo difuso

est establecido por el estndar de la Comisin Electrotcnica Internacional IEC 60947-5-2. Elobjeto estndar tiene forma cuadrada, un grosor de 1 mm y est hecho de metal con acabadolaminado. El tamao del objeto depende del margen o campo de deteccin.

Campo de Deteccin [mm] Tamao del Objeto [mm]300 10 x 10

300 < d < 800 20 x 20800 100 x 100

Se deben tener en cuenta ciertas caractersticas de los objetos cuando se usan sensoresultrasnicos. stas incluyen la forma, el material, la temperatura, el tamao y la posicin delobjeto.


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Los materiales suaves tales como telas o caucho esponjoso son difciles de detectar por latecnologa ultrasnica difusa porque no reflejan el sonido adecuadamente.

Para los sensores ultrasnicos de modo opuesto, no hay un estndar establecido. FRECUENCIA DE CONMUTACION [Hz]: Indica el nmero mximo de veces por segundo queel sensor puede cambiar de estado su salida (activado a desactivado) expresado en Hertz.

FACTORES DE INFLUENCIA: Los detectores ultrasnicos estn especialmente adaptados a ladeteccin de objetos duros y con una superficie plana perpendicular al eje de deteccin. Noobstante, el funcionamiento del detector ultrasnico puede verse afectado por: Las corrientes de aire que pueden acelerar o desviar la onda acstica emitida por el producto

(expulsin de piezas por chorro de aire). Los gradientes de temperatura importantes en el campo de deteccin: un fuerte calor

generado por un objeto puede crear zonas de temperatura diferentes que modifican eltiempo de propagacin de la onda e impiden una deteccin fiable.

Los aislantes de sonido: materiales que absorben el sonido (algodn, tejidos, caucho...).

El ngulo entre el lado del objeto que se va a detectar y el eje de referencia del detector:cuando el ngulo difiere de 90, la onda ya no se refleja en el eje del detector y el alcance detrabajo disminuye. Este efecto se acenta ms cuanto ms grande es la distancia entre elobjeto y el detector. Superados los 10, la deteccin es imposible.

La forma del objeto que se va a detectar: al igual que en el caso anterior, un objeto muyanguloso podr ser difcil de detectar.

En los casos de deteccin de aislantes de sonido, de objetos angulosos o de presencia de unngulo entre el lado del objeto que se va a detectar y el eje de referencia del detector, serecomienda elegir el detector modo opuesto que permite detectar por corte de haz.

APLICACIONES:

Medidas de distancias, medidas de alturas Deteccin de presencia/Ausencia deobjetos claros, metlicos, etc.


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5)DETECTORES DE PROXIMIDAD ELECTROMAGNETICOS: Son los denominadosinterruptores de posicin, limites de carrera o interruptores de fin de curso. Su caractersticaprincipal es el contacto fsico con el objeto a detectar. Transmiten al sistema de controlinformacin sobre presencia/ausencia, paso, posicionamiento, fin de carrera, de objetos.

Estos son aparatos de instalacin sencilla que ofrecen muchas ventajas:VENTAJAS ELECTRICAS: Separacin Galvnica de los circuitos. Buena conmutacin de corrientes dbiles y gran robustez elctrica. Buena resistencia a los cortocircuitos si estn bien coordinados con los disyuntores

adecuados. Inmunidad total a los parsitos electrnicos. Tensin de empleo elevada. Mas de 10 millones de ciclo de maniobra.

VENTAJAS MECANICAS:

Apertura positiva de los contacto.

Gran resistencia a los entornos industriales. Grado de proteccin elevado (IP 65 y/o mayor). Buena repetitividad y fidelidad de la seal (hasta 0,01 mm en los puntos de activacin),

lo que le confiere una gran precisin en su accionar..

CONSTITUCION DE UN INTERRUPTOR DE POSICION: Un interruptor de posicin estacompuesto por tres partes claramente diferenciadas:

a) CUERPO: El cual contiene en su interior el microinterruptor con los contactos.b) CABEZAL: Es un mecanismo que cuando se mueve segn lo especificado, transmitiendo la

fuerza aplicada desde los dispositivos de ataques, ocasiona la actuacin delmicrointerruptor.

c) DISPOSITIVO DE ATAQUE: Es elemento mecnico que entra en contacto con el objeto,produciendo la accin de deteccin. Estos pueden ser: Pulsador. Pulsador y Roldana. Palanca y Roldana (Fija o Regulable). Varilla rgida. Varilla flexible.


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MOVIMIENTOS DE DETECCIN: Son los movimientos permitidos para el Cabezal. Estos seejemplifican en la siguiente figura:

ESPECIFICACIONES Y PARMETROS DE LOS SENSORES FOTOELCTRICOS:I. Durabilidad mecnica: son la cantidad de ciclo de maniobras que puede soportar el detectoren condiciones nominales de funcionamiento.II. Contacto de ruptura brusca: estos tipos de interruptores tarda muy poco tiempo en

conmutar la corriente elctrica, lo que reduce el arco y previene que se peguen los contactos. Porlo tanto, es preferible un interruptor de ruptura brusca para aplicaciones que requieran altaprecisin y elevada frecuencia de operacin.


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III.Contacto de ruptura lenta: en estos tipos de interruptores el tiempo de conmutacin de lacorriente elctrica aumenta o disminuye en proporcin a la velocidad de operacin de interruptor.Un interruptor de ruptura lenta, comparado con una de ruptura brusca, tiene suficiente fuerzade separacin en el momento en que el contacto cierra y proporciona la suficiente capacidad deaislamiento despus de que los contactos se han separado. Por lo tanto, un interruptor de ruptura

lenta es ideal para conexiones de diferentes cargas.

En general los fabricantes brindan informaciones adicionales sobre cada producto, los cualespueden consultarse en sus catlogos.


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APLICACIONES:

Verificacin de posicin

Contaje y deteccin de partes

Deteccin de objetos

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