Factores que deben considerar al adquirir sensores capacitivos

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Los sensores de proximidad son transductores que detectan señales u objetos cercanos a ellos y hay diversos tipos como inductivos, capacitivos, infrarrojos, fotoeléctricos, entre otros. Los sensores capacitivos son los más populares en las industrias, ya que detectan objetos metálicos y no metálicos. Si piensan adquirirlos deben considerar algunos factores para que se adecuen a su aplicación.

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Características y funcionamiento

Los sensores capacitivos son diferentes a los inductivos, ya que reaccionan cuando la capacidad de un capacitor presenta variaciones, por lo que pueden usarse para medir parámetros que modifiquen dicha capacidad. La variación modifica las tensiones y corriente del circuito entre los componentes del capacitor. Si se mide la tensión en sus bornes, por ejemplo, se notará cómo cambia el parámetro que se buscaba medir.

Para comprender el funcionamiento de los sensores capacitivos deben entender el concepto de capacidad. Se trata de una propiedad eléctrica presente entre conductores diversos que los separa un no conductor. El ejemplar más sencillo consiste en dos placas de metal con aire en medio de ellas. La capacidad es definida por tres factores que la afectan directamente: la distancia entre las placas (d), su área (A) y el material que las separa (cuya permeabilidad eléctrica es ε).

factores-que-deben-considerar-al-adquirir-sensores-capacitivosPueden entenderse como circuitos RC conectado a una fuente de voltaje y circuitos detectores que convierten en señal de voltaje los cambios en la capacidad. Su funcionamiento está basado en la relación de alguna variable que altera la capacidad del capacitor con el parámetro por medir, por tal motivo una variación en el último modifica la capacidad que el sensor capacitivo detectará y convertirá en una señal de voltaje.

Los sensores capacitivos requieren un amplificador previo a su salida debido a que poseen fuentes de alimentación con voltajes reducidos. Tal funcionamiento es una ventaja, sin embargo, los incrementos en los costos del dispositivo y riesgos de que el funcionamiento del circuito resulte afectado se presentan con la adición de un amplificador. Para evitar los problemas se utilizan amplificadores con la impedancia de entrada, lo que asegura mejores comportamientos, aunque también es más costoso.

¿Qué factores considerar?

Estos sensores de proximidad se encuentran disponibles en muchas formas y tamaños según el fabricante y aplicación. Comúnmente se encuentran desde10μm hasta 15mm, aunque sus dimensiones se relacionan con el offset (magnitud de la señal de salida ante entradas nulas) y rango de la salida (diferencia entre valor menor y mayor que puede desplegarse a la salida del dispositivo). Si piensan elegir el sensor adecuado es importante que consideren los siguientes factores:

  • Señala la cuanto se modifica la salida ante modificaciones en la capacidad del capacitor. Si fuese de 1 mF/1 V, por ejemplo, la salida tendría entonces una variación de 1 V por 1 mF de variación en la capacidad.
  • Si un sensor usado para medir la distancia a algún objeto tiene un rango de 2 a 3 milímetros, por ejemplo, quiere decir que puede medir la posición de objetos metálicos y no metálicos disponibles a más de dos y menos de tres milímetros de distancia. Puede también especificarse el rango del caso anterior como un milímetro, lo que proporciona las dimensiones del rango, pero no proporciona información sobre su ubicación en términos de distancia absoluto. Para ello se requiere otro factor conocido como offset o standoff.
  • Offset o standoff. Señala donde se ubica en rango activo de los sensores capacitivos. Aquellos con rango de 2 a 3 mm pueden también especificarse de la siguiente manera: rango 1 mm, standoff 2.5 mm, rango: 1 mm, Offset 2 mm. Como puede observarse el standoff señala la distancia donde se ubica el punto medio del rango, mientras que el offset indica la distancia en la que inicia el rango activo del dispositivo. El offset se usa comúnmente para rangos del tipo 0 a 10 VCC y el standoff para rangos bipolares como 10 VCC.
  • Determinará el rango y tipo de la salida del dispositivo. Existen valores estándar como 10 o 0 a 10 VCC, 0 a 20 y 4 a 20 mA.
  • Ancho De banda. Indica la manera en que varía la salida cuando vibra el objetivo a una frecuencia específica. Señala generalmente la frecuencia de vibración en la que cae hasta 3 decibelios la salida, lo que representa el 70% del valor real. En un sensor capacitivo que se usa, por ejemplo, para medir la distancia a un objeto, si se encuentra a un milímetro y vibra en la frecuencia señalada por el ancho banda, la salida será de 0.70 mm.
  • Se aplica únicamente a los modelos con salida lineal, sin embargo, puede proporcionarse en algunos casos para los de salida analógica. Ofrece una idea de cuan recta es la gráfica de la salida según la capacidad. Este factor no debe confundirse con la precisión, que influye bastante en la linealidad, pero existen otros como la sensibilidad que deben considerarse para determinar qué tan preciso es el dispositivo.
  • Precisión. Se refiere a la acumulación del total de fuentes de error que repercuten en las mediciones de los sensores. Es raro hallar un indicador de la precisión debido a que existen muchos factores que repercuten en ella.
  • Resolución. Este factor en los instrumentos se define como la medida válida más pequeña que son capaces de efectuar. En el caso de los sensores debe ser menor a menor variación en la capacidad que se busca percibir. El ruido eléctrico es el principal determinante de la resolución, por tal motivo debe medirse la amplitud del ruido eléctrico con ayuda de un osciloscopio para determinar la resolución del dispositivo. La medida obtenida se toma como la resolución y puede obtenerse como un voltaje RMS o pico a picos. Las dos son válidas, sin embargo, deben considerar al momento de comparar distintos equipos.
  • Errores por efectos térmicos. Las variaciones de temperatura pueden afectar físicamente al sensor, por ejemplo, mediante compresión y expansión, además, sus circuitos electrónicos, por tal motivo deben indicarse los efectos que pueden derivarse de los cambios. Se especifican comúnmente por medio del coeficiente de temperatura, que indica cuanto varía la salida por cada grado que baja o incrementa la temperatura.

Actualmente hay muchas marcas, sin embargo, Sick destaca por su gran variedad de detectores capacitivos, su alta calidad y fiabilidad, además de su uso en muchas aplicaciones industriales. En Sepia encontrarán modelos de esta marca altamente estimada a precios competitivos y otros productos para automatización industrial. Si desean más información contáctennos a través de la información en nuestro sitio web.

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