Sensores de proximidad usados para la automatización industrial

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Para las empresas de hoy en día es importante contar con un sistema de gestión de maquinarias con el que puedan obtener mejores controles, ciclos más cortos, alta seguridad y menores tiempos muertos. La solución a estos problemas es comúnmente la automatización industrial, que permite fijar y modificar instrucciones sin que la mano humana intervenga en el proceso. Para lograrla, es importante la recepción de información del desarrollo de diversas variables a través de sensores. Hay muchos tipos, sin embargo, los sensores de proximidad son los más utilizados en sistemas automatizados.

Los sensores de proximidad detectan sin contacto la presencia de objetos. Esto depende de varios factores, como los objetos por detectar y la distancia a la que deben colocarse. Según el principio físico en el que basan su funcionamiento pueden ser optoeléctricos, capacitivos, inductivos y ultrasónicos, además de contar con salida todo/nada normalmente abierta (NO) o normalmente cerrada (NC) e implementarse con relés y transistores. Los más utilizados para la automatización industrial son:

Sensores inductivos

Detecta sin contacto físico la presencia de objetos conductores y su funcionamiento está basado en la influencia del campo magnético que produce su bobina sobre algunos metales y semiconductores. Los sensores inductivos se componen de bobina, circuito oscilador LC, rectificador, comparador y una etapa de salida.

Su funcionamiento es el siguiente: al hacer pasar una corriente por una bobina se produce un flujo magnético que depende de la inductancia de la bobina, que a su vez depende de variables como la sección, longitud y cantidad de espiras y de la permeabilidad del núcleo, que mide la capacidad de conducción del campo magnético de material y es igual al producto de permeabilidad relativa y permeabilidad en el vacío. Si se aproxima un material ferromagnético con una permeabilidad relativa superior a 1, se inducen corrientes de Foucault que producen un campo magnético que se opone al de la bobina. Esto presenta un efecto de disminuir la inductancia con el cambio leve de la frecuencia de oscilación y la reducción de la amplitud de las oscilaciones.

El circuito oscilador se diseña para tener máxima amplitud de oscilación sin que haya objetos presentes. Ante la presencia se genera una reducción de amplitud de oscilación por transferencia de energía causada por la corriente de Foucault. Si se detecta una disminución de amplitud por debajo de un nivel operativo se activa la salida.

Los fabricantes especifican la distancia máxima a la que el sensor detecta objetos. Comúnmente es una distancia pequeña de uno a 50 milímetros, pero muy útil en la automatización industrial para su instalación con máquinas, robots o líneas de producción. La distancia en la que se detectan los objetos depende de la permeabilidad del material y a mayor permeabilidad mayor distancia. El sensor inductivo presenta inconvenientes si el material es paramagnético y es probable que no haya detecciones si es diamagnético.

Sensores capacitivos

La capacidad de sensores de proximidad capacitivos depende de la distancia entre electrodos, su zona y la permisividad eléctrica, es decir la capacidad del material de polarizarse ante un campo eléctrico y que es igual al producto de la permisividad del vacío y ñ la relativa del material dieléctrico que divide las placas del condensador.

La capacidad del condensador aumenta cuando se acerca un objeto e ingresa al campo electrostático de los electrodos. Su variación es detectada por medio de un circuito oscilador. Al aumentar la capacidad incrementa la amplificación del oscilador y hace que entre en oscilación. Al superar cierto nivel la amplitud de oscilación se modifica el estado del sensor. Cuando el objeto se aleja disminuye la amplitud del oscilador hasta llegar al estado sin oscilación. El sensor capacitivo se compone de un circuito rectificador, comparador y etapa de salida.

Los sensores capacitivos pueden detectar metales y no metales, como vidrio, tela o papel. Aquellos materiales con mayor constante dieléctrica son más fáciles de detectar. Un ejemplo es el agua con constante dieléctrica de 80, lo que hace que su detección sea sencilla, a diferencia del aire cuyo valor es 1 por lo que no es detectable. Pueden detectar materias con altas constantes dieléctricas a través de paredes de empaques y recipientes con constante dieléctrica menor. Se utilizan en teléfonos móviles y pantallas táctiles, aunque tienen una distancia de detección corta de uno a 30 milímetros y varía según el material por detectar.

Sensores fotoeléctricos

Pueden detectar la cercanía de objetos por medio de fenómenos relacionados con la luz. Cuentan con un emisor que produce un haz infrarrojo o en el espectro visible y un receptor, que puede o no recibir el haz emitido o recibirlo modificado según el objeto. Son clasificados según el método de detección y la disposición del emisor y el receptor en fotocélulas de barrera de luz o de reflexión. Comúnmente el emisor envía una señal de luz modulada, de esta forma puede aplicarse mayor potencia instantánea a la fuente de luz y la amplificación de la señal alterna se vuelve sencilla, lo que permite que el sensor tenga más alcance.

Generalmente la fuente de luz consiste en una luz visible LED o diodos de infrarrojos. Pueden activarse cuando hay luz o cuando no la reciben. El circuito del receptor activa o desactiva la salida según si un umbral específico es superado por la señal. Dadas condiciones y distancias operativas ideales, el margen con el que es superado el umbral es considerado como exceso de ganancia. Si el ambiente no es ideal como cuando hay suciedad, la detección de la señal es complicada, por lo que el exceso de ganancia proporciona una idea de la capacidad del detector de superar pérdidas de señal. Algunas aplicaciones en control de alturas en líneas de producción o conteo de botellas.

Sensores ultrasónicos

Su funcionamiento está basado en las señales sonoras de frecuencia superior al valor que pueden escuchar los humanos (de 20 a 250 kHz). Están conformados por un emisor y receptor de ultrasonidos y usan el aire como medio de transmisión.

Un ejemplo de estos sensores son los de eco, que detectan objetos y miden las distancias. Pueden detectar sólido, líquidos y materiales de diferentes formas y colores con bajas características de reflexión de los ultrasonidos. Su carácter paraxial y dependencia del entorno son sus limitaciones, pero son útiles para medir niveles en recipientes, identificar alturas o fisuras en materiales.

Si desean alguno de estos sensores para automatización industrial contacten a los expertos de SEPIA a través de las líneas (55) 5682 2347, (55) 5536 7787 o visítennos en Maricopa #10-302, Colonia Nápoles, CDMX.

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