Sensores para la técnica de procesos y manipulación Sensores de ...

Sensores para la técnicade procesos y manipulación

Sensores de proximidad

Conjunto de funciones FP1110Libro de texto

F. Ebel • S. Nestel

Festo Didactic KG, D-7300 Esslingen 1, 1993

Nº de artículo: 094 342Descripción: NAEH-SCH.LEHRB.Designación: D.LB-FP1110-EEdición: 06/93Gráficos: B. BöhlandLayout: 05.08.92, M. Schwarz / S. SperrfechterAutores: F. Ebel, S. NestelTraducción: I. Sahun

© Copyright by Festo Didactic KG. D-7300 Esslingen 1, 1993.

Reservados todos los derechos, incluso los de traducción. No debe reproducir-se ninguna parte de la obra con ningún método (impresión, fotocopia, microfilmu otro sistema); tampoco debe ser procesada o divulgada utilizando sistemaselectrónicos sin la autorización de Festo Didactic KG.

ISBN 3-8127-3047-2

Notas sobre la distribución de este libro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Tabla de contenido

Sección A: CursoCapítulo 1: Notas generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.1 La importancia de la tecnología de los sensores . . . . . . . . . . . . . . . . 121.2 Términos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.3 Típicas señales de salida de los sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.4 Sensores de proximidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.5 Campos de aplicación de los sensores de proximidad . . . . . . . . . . . . 20

Capítulo 2: Interruptores de posición electromecánicos. . . . . . . . . . . . . . 292.1 Interruptores de posición electromecánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.1.1 Descripción del funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.1.2 Características técnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.1.3 Notas sobre la instalación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.1.4 Ejemplos de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.2 Interruptores de posición mecánico-neumáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.2.1 Descripción del funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.2.2 Características técnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.2.3 Observaciones sobre su aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.2.4 Ejemplos de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.3 Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Capítulo 3: Sensores de proximidad magnéticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.1 Sensores de proximidad Reed. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.1.1 Descripción del funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.1.2 Características técnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.1.3 Observaciones sobre la disposición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.1.4 Ejemplos de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513.2 Sensores de proximidad magnéticos sin contacto . . . . . . . . . . . . . . . 533.2.1 Descripción del funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533.2.2 Características técnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.2.3 Observaciones sobre la aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573.2.4 Ejemplos de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573.3 Sensores de proximidad magnético-neumáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . 583.3.1 Descripción del funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583.3.2 Características técnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.3.3 Observaciones sobre la aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.3.4 Ejemplo de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593.4 Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Sistema para enseñar Automatización Festo Didactic

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Capítulo 4: Sensores de proximidad inductivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.1 Descripción del funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644.2 Características técnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684.3 Observaciones sobre la aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 704.4 Ejemplos de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724.5 Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

Capítulo 5: Sensores de proximidad capacitivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 795.1 Descripción del funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 805.2 Características técnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 835.3 Observaciones sobre la aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 845.4 Ejemplos de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 855.5 Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

Capítulo 6: Sensores de proximidad ópticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 916.1 Características generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 926.2 Sensores de barrera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1016.2.1 Descripción del funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1016.2.2 Características técnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1026.2.3 Observaciones sobre la aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1046.2.4 Ejemplos de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1046.3 Sensores de retrorreflexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1066.3.1 Descripción del funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1066.3.2 Características técnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1076.3.3 Observaciones sobre la aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1096.3.4 Ejemplos de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1106.4 Sensores de reflexión directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1116.4.1 Descripción del funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1116.4.2 Características técnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1126.4.3 Observaciones sobre la aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1146.4.4 Ejemplos de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1196.5 Sensores ópticos de proximidad con cables de fibra óptica . . . . . . 1216.5.1 Descripción del funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1216.5.2 Características técnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1226.5.3 Observaciones sobre la aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1246.5.4 Ejemplos de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1286.6 Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

Capítulo 7: Sensores de proximidad ultrasónicos . . . . . . . . . . . . . . . . 1377.1 Descripción del funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1387.2 Características técnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1417.3 Observaciones sobre la aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1427.4 Ejemplos de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1477.5 Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148


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Capítulo 8: Sensores de proximidad neumáticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1498.1 Características generales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1508.2 Sensores de obturación de fuga (toberas de contrapresión) . . . . . . 1528.3 Sensores de reflexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1538.4 Barreras de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1548.5 Observaciones sobre la aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1558.6 Ejemplos de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1568.7 Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

Capítulo 9: Criterios de selección de sensores de proximidad . . . . . . . 1639.1 Material del objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1659.2 Condiciones para la detección de objetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1669.3 Condiciones de instalación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1669.4 Consideraciones ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1679.5 Aplicaciones de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1679.6 Opciones/características . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

Capítulo 10: Técnicas de conexión y circuitería. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16910.1 Tipos de conexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17010.1.1 Tecnología de 2 hilos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17010.1.2 Tecnología de tres hilos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17210.1.3 Tecnología de cuatro y cinco hilos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17310.2 Salidas conectando a positivo o negativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17510.2.1 Salida PNP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17510.2.2 Salida NPN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17710.3 Tecnología de circuitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17910.3.1 Conexión en paralelo de sensores de proximidad

utilizando la tecnología de dos hilos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18010.3.2 Conexión en paralelo de sensores de proximidad

utilizando la tecnología de tres hilos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18110.3.3 Conexión en serie de sensores de proximidad

utilizando la tecnología de dos hilos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18210.3.4 Conexión en serie de sensores de proximidad

utilizando la tecnología de tres hilos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18310.4 Tecnología de conexión bajo la influencia

de un elevado electromagnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18410.5 Conexión de controles, relés y elementos de visualización . . . . . . . 18510.6 Fuente de alimentación requerida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186


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Sección B: Fundamentos y su posterior análisisCapítulo 1: Fundamentos físicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1891.1 Fundamentos de los sensores de proximidad

inductivos y capacitivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1901.2 Fundamentos de los sensores de proximidad magnéticos. . . . . . . . 2031.3 Fundamentos de los sensores ultrasónicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2111.4 Fundamentos de los sensores de proximidad ópticos . . . . . . . . . . . 2231.5 Curvas características de sensores de proximidad neumáticos. . . . 236

Capítulo 2: Simbología para sensores de proximidad. . . . . . . . . . . . . . 241

Capítulo 3: Términos técnicos relacionados con lossensores de proximidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

3.1 Términos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2463.2 Términos para los valores de las características dimensionales . . 2493.3 Términos para los valores de las características eléctricas . . . . . . 2543.4 Términos para las características de tiempos y funcionamiento . . . 2553.5 Características de actuación de los

interruptores de posición electromecánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2573.6 Términos relativos a las condiciones ambientales . . . . . . . . . . . . . . 259

Capítulo 4: Estándares y clases de protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2614.1 Estándares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2624.2 Clases de protección. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2644.3 Codificación por colores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2664.4 Formas de los sensores de proximidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

Capítulo 5: Ejecuciones especiales y variantes de lossensores de proximidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

5.1 Variantes de los sensores de proximidad inductivos . . . . . . . . . . . . 2745.2 Variantes de los sensores de proximidad ópticos . . . . . . . . . . . . . . 290

Sección C: Soluciones a los ejerciciosSoluciones a los ejercicios del Capítulo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304Soluciones a los ejercicios del Capítulo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307Soluciones a los ejercicios del Capítulo 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311Soluciones a los ejercicios del Capítulo 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314Soluciones a los ejercicios del Capítulo 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317Soluciones a los ejercicios del Capítulo 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324Soluciones a los ejercicios del Capítulo 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326

Índice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329


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Este libro de texto forma parte del Conjunto de Funciones “Sensores de Proxi-midad” (FP1110) y pertenece al Sistema para la Enseñanza de la Técnica deAutomatización de Festo Didactic. En este libro, el instructor se familiariza conel tema de sensores de proximidad. El conjunto de funciones sirve tanto paralos programas de formación profesional, como para el aprendizaje autodidacta.El conjunto de funciones consta de un juego de materiales y de la documenta-ción del aprendizaje.

Notas sobre la distribuciónde este libro

El libro se divide en la Sección A “Curso”, Sección B “Fundamentos” y SecciónC “soluciones”.

La Sección A presenta el campo de los sensores de proximidad con indicacio-nes sobre su aplicación, modos de funcionamiento y características. Se ense-ñan las bases fundamentales de los sensores de proximidad y, con la ayudade ejercicios, se guía al instructor hacia la resolución independiente de proble-mas con diferentes aplicaciones de los sensores de proximidad. En la SecciónC se dan las soluciones a los ejercicios.

La Sección B trata de los fundamentos físicos y técnicos de determinadostipos de sensores de proximidad y contiene una lista de los términos técnicos,así como generalidades sobre los estándares aplicables. Además, se descri-ben con detalle algunos ejemplos de variantes especiales de los sensores deproximidad. Esta sección puede trabajarse de la misma forma que la SecciónA y también puede utilizarse como referencia. Esta es la razón por la que laSección A contiene referencias a capítulos tratados en la Sección B.

El índice al final del libro, hace posible buscar información con la ayuda depalabras clave.

Para cuando se desarrollan ejercicios prácticos con el equipo del Conjunto deFunciones FP1110, se dispone como suplemento de un libro adicional de ejer-cicios y de una colección de fichas técnicas de los componentes.

Notas sobre la distribución de este libro Festo Didactic

Descripción Designación Nº de artículo

Libro de ejercicios D.LE-FP1110-E 192 168

Colección de fichastécnicas

D.LM-FP1110-E en preparación

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Sección A

Curso

ASistema para enseñar Automatización Festo Didactic

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A Sistema para enseñar Automatización Festo Didactic

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Capítulo 1

Notas generales

A1

Notas generales Festo Didactic

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La siempre creciente automatización de los complejos sistemas de producción,necesita la utilización de componentes que sean capaces de adquirir y trans-mitir información relacionada con el proceso de producción.

1.1 La importanciade la tecnologíade los sensores

Los sensores cumplen con estos requerimientos, y por ello se han convertidoen los últimos años en componentes cada vez más importantes en la tecnolo-gía de medición y en la de control en bucle cerrado y abierto. Los sensoresproporcionan la información al control en forma de variables individuales delproceso.

Las variables de estado del proceso son, por ejemplo, variables físicas comotemperatura, presión, fuerza, longitud, ángulo de giro, nivel, caudal, etc.

Hay sensores para la mayoría de estas variables físicas, que reaccionan concada una de ellas y transfieren las correspondientes señales.

Un sensor tiene las siguientes características:1.2 Términos relacionadoscon los sensores

• Un sensor es un convertidor técnico, que convierte una variable física (porejemplo, temperatura, distancia, presión) en otra variable diferente, más fá-cil de evaluar (generalmente una señal eléctrica)

• Expresiones adicionales a los sensores son: Codificadores (encoders),efectores, convertidores, detectores, transductores, iniciadores

• Un sensor no necesariamente tiene que generar una señal eléctrica.Ejemplo: Los finales de carrera neumáticos, producen una señal de salidaneumática (en términos de cambio de presión)

• Los sensores son dispositivos que pueden funcionar tanto por medio decontacto físico, por ejemplo, finales de carrera, sensores de fuerza, comosin contacto físico, por ejemplo, barreras fotoeléctricas, barreras de aire,detectores de infrarrojos, sensores de reflexión ultrasónicos, sensores mag-néticos, etc.

• Incluso un simple final de carrera puede considerarse como un sensor

• Dentro de un proceso controlado, los sensores representan los “percepto-res” que supervisan un proceso, indicando los errores, recogiendo los esta-dos y transmitiendo esta información a los demás componentes del proce-so.

Para hacer una comparación humana:Ojo → cerebro (facultad visual) → miembros

Un sensor es útil sólo con respecto al proceso o a su evaluación.Por ejemplo Ojo + facultad visual → reconocimiento de siluetas, colores,visión en 3D, secuencias de movimientos.

A1.1, 1.2


12

Además de la expresión “sensor”, también se utilizan los siguientes términos:

Por componente de un sensor entendemos una parte de un sensor o de unsistema sensor que registra una variable medida, pero que no permite unautilización independiente, dado que se precisa un procesamiento de la señal yun pre-montaje (caja, conexiones).

Componente de un sensor

Un sistema sensor consiste en varios componentes de medida y evaluación, amenudo con una parte significativa de funciones de procesamiento de señales.Los componentes son a menudo modulares y pueden ser intercambiados den-tro de la misma familia de productos. Además de los sensores, también sedispone de procesadores de señales, microordenadores e interfaces de datoscompatibles para el acondicionamiento de las señales.

Sistema sensor

Ejemplo: Sistemas de procesamiento de imágenes consensores de imagen CCD,sistemas de medición por láser,sistemas de identificación.

En el caso de estas capacidades de procesamiento de las señales, se hablade sensores “inteligentes” o de sensores activos (smart sensors).

Sistema sensor con varios tipos de sensores similares o diferentes. Sistema multi-sensor

Ejemplo:

• Un sensor de temperatura y humedad o de presión y temperatura, cadauno formando parte del mismo dispositivo

• Una combinación de varios sensores de proximidad para distinguir la formay el material de una pieza

• Una combinación de varios sensores químicos para gases, con la cual, y através de la respuesta solapada de los rangos y por medio de una evalua-ción inteligente, proporcionan una mayor información como conjunto de laque emitirían como sensores individuales

• Utilización de varios órganos sensitivos del hombre (olfato, gusto, vista, tac-to de la lengua) durante la ingestión de alimentos.

A1.2


13

Cuando se utilizan sensores, es importante conocer los diferentes tipos deseñales de salida.

1.3 Típicas señales de salidade los sensores

Tipo A:

Sensores con señal de salida por interrupción (señal de salida binaria).

Ejemplos: Sensores de proximidadPresostatosSensores de nivelSensores bimetálicos

Por norma, estos sensores pueden conectarse directamente a los controleslógicos programables (PLC)

Tipo B:

Sensores con salida por trenes de pulsos

Ejemplos: Sensores incrementales de longitud y rotativos

Generalmente se dispone de interfaces compatibles para PLC. Requerimientosdel PLC: que dispongan de contadores de hardware y software con posibilidadde una mayor longitud de palabra.

Tipo C:

Componentes de sensores con salida analógica y sin amplificador integrado niconversión electrónica, que proporcionan una señal de salida analógica muydébil, no apta para una evaluación inmediata (por ejemplo, en la gama de losmilivoltios) o de una señal que solamente puede ser evaluada utilizando circui-tería adicional.

Ejemplos: Componentes de sensores piezorresistivos o piezoeléctricosCélulas termoeléctricas o Pt-100Magnetorresistores y componentes de sensores de efecto HallSondas de medida de conductividad y pHPotenciómetros lineales

A menudo hay aplicaciones donde, en el caso de producciones elevadas, elusuario elige sus propias soluciones electrónicas.

A1.3


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Tipo D:

Sensores con salidas analógicas, amplificador y conversión electrónica integrados,que proporcionan señales de salida que pueden evaluarse inmediatamente.

Ejemplos típicos de señales de salida:

0 ... 10 V-5 V ... + 5 V

1 ... 5 V0 ... 20 mA

-10 ... + 10 mA4 ... 20 mA

Tipo E:

Sensores y sistemas de sensores con señal de salida estandarizada, porejemplo, RS 232-C, RS 422-A, RS 485 o con interface a buses de datos talescomo bus de campo (profibus, bus-sensor-actuador).

A1.3


15

Los sensores binarios son sensores que convierten una magnitud física enuna señal binaria, principalmente en una señal eléctrica con los estados “ON”o “OFF” (conectado o desconectado).

Sensores binarios yanalógicos

• Final de carreraEjemplos de sensores binarios

• Sensor de proximidad

• Presostato

• Sensor de nivel

• Termostato.

Los sensores analógicos son sensores que convierten una magnitud físicaen una señal analógica, principalmente una señal eléctrica de tensión o deintensidad.

• Sensores de longitud, distancia o desplazamientoEjemplos de sensores analógicos

• Sensores para movimiento lineal y rotativo

• Sensores para superficies, formas y geometría

• Sensores de fuerza

• Sensores de peso

• Sensores de presión

• Sensores de par

• Sensores de flujo (para gases y fluidos)

• Sensores de caudal (para materiales sólidos)

• Sensores de nivel de llenado

• Sensores de temperatura y otros valores térmicos

• Sensores para valores ópticos

• Sensores para valores acústicos

• Sensores para valores electromagnéticos

• Sensores para radiaciones físicas

• Sensores para substancias químicas

• Sensores para características físicas.

A1.3


16

En este libro de texto, se trata principalmente de los sensores con “posicionesdiscretas”, es decir, sensores que detectan si un objeto se halla o no en unadeterminada posición. Estos sensores se conocen como sensores de proximi-dad. Los sensores de este tipo proporcionan una información de “Si” o “No”dependiendo de si el objeto ha alcanzado o no la posición definida. Estossensores que indican solamente dos estados, se conocen también como sen-sores binarios o menos comunmente como iniciadores.

1.4 Sensores de proximidad

En muchos sistemas de producción, se utilizan interruptores mecánicos de po-sición para identificar la ejecución de movimientos. Otros términos también uti-lizados son microrruptores, finales de carrera, válvulas limitadoras. Puesto quelos movimientos se detectan por medio de contactos, deben cumplirse ciertosrequisitos constructivos. Además estos componentes están sometidos a des-gaste. En contra, los sensores de proximidad funcionan electrónicamente y sincontacto.

Las ventajas de los sensores de proximidad sin contacto son: Ventajas de los sensores deproximidad

• Detección precisa y automática de posiciones geométricas

• Detección sin contacto de objetos y procesos; utilizando sensores electróni-cos de proximidad, no es preciso el contacto entre el sensor y la pieza

• Características de conmutación rápidas; dado que la señal de salida segenera electrónicamente, los sensores están libres de rebotes y no creanerrores en las señales emitidas

• Resistencia al desgaste; los sensores electrónicos no contienen partes mó-viles que puedan desgastarse

• Número ilimitado de ciclos de conmutación

• Versiones disponibles incluso para utilización en ambientes peligrosos (porejemplo, en ambientes con riesgo de explosión).

A1.4


17

Actualmente, los sensores de proximidad se utilizan en muchas áreas de laindustria por las razones mencionadas anteriormente. Se utilizan para el con-trol de secuencias en instalaciones técnicas y como tales para supervisión ysalvaguarda de procesos. En este contexto, los sensores se utilizan para ladetección anticipada, segura y rápida de fallos en los procesos de producción.La prevención de daños a las personas y máquinas es otro factor importante aconsiderar. También puede alcanzarse una reducción en los tiempos de parode las máquinas por medio de los sensores, ya que el fallo es rápidamentedetectado y localizado.

La Fig. 1.1 muestra los diferentes tipos de sensores de posición sin contactoen grupos separados, de acuerdo a sus principios físicos y tipo, donde básica-mente cada sensor puede ser del tipo binario o analógico. En esta ocasión,trataremos solamente con los tipos binarios.

A1.4


18

Resumen de los sensoresde proximidad

(*CFO = Cable de fibra óptica)

A1.4

Sensoresde posiciónmagnéticos

con contacto

analógicos: ...

binarios: sensores deproximidadmagnéticos

sin contacto

salida neumática

Sensoresde posicióninductivos

analógicos: ...

binarios: sensores deproximidad inductivos

Sensoresde posicióncapacitivos

analógicos: ...

binarios: sensores deproximidad capacitivos

Sensoresde posición

ópticos

analógicos: ...

binarios:sensores deproximidadópticos

Barrerasde luz

Barreras con/sinCFO*

Reflex con/sin CFO*

Sensoresreflexióndirecta.

Con CFO*

sin CFO*

Sensoresde posiciónultrasónicos

analógicos: ...

binarios: sensores deproximidad ultrasónicos

Barreras ultrasónicas

Sensores ultrasónicos

Sensoresde posiciónneumáticos

sensores de proximidadneumáticos

Sensores obturación fuga

Barreras de aire

Sensores reflex

Fig. 1.1: Clasificación de los sensores para detección de posición


19

En los países Europeos, los sensores de proximidad funcionan generalmentecon una tensión nominal de 24 V DC (corriente continua), por lo cual los sen-sores están generalmente diseñados para trabajar en un margen entre 10 y 30V o entre 10 y 55 V.

Tensiones de funcionamiento

En el Sudeste Asiático, Norte y Sudamérica, así como en Australia y Sudáfri-ca, se estima que el 30% de los sensores de proximidad ópticos e inductivosfuncionan con AC (corriente alterna).

Los sensores de proximidad inductivos, capacitivos y ópticos a menudo estándisponibles no solamente para corriente continua sino también para alterna,cuyas tensiones usuales son 24 V, 110 V, 120 V o 220 V. Los sensores deproximidad inductivos, capacitivos y ópticos también están disponibles en ten-siones universales, los cuales pueden conectarse tanto a corriente continuacomo alterna, por ejemplo, en el rango de los 12 V a 240 V DC ó 24 V a 240 VAC. Otros fabricantes, por ejemplo, ofrecen ejecuciones para 20 V a 250 V DCAC (por ejemplo 45 - 65 Hz). Un término utilizado en estos casos es el deejecución en tensiones universales (UC).

Los campos de aplicación típicos para los sensores de proximidad son lasáreas de:

1.5 Campos de aplicaciónde los sensores deproximidad

• Industria del automóvil

• Ingeniería mecánica

• Industria del embalaje

• Industria de la madera

• Industria de la impresión y papeleras

• Industria de la alimentación

• Industria cerámica y de construcción.

Las posibilidades de aplicación de los sensores de proximidad en la técnica deautomatización son tan diversas y amplias que es imposible abarcar una des-cripción completa. Sin embargo en este libro se ofrece una selección de ejem-plos típicos de posibles aplicaciones.

A1.4, 1.5


20

En aplicaciones para detectar si hay un objeto en una determinada posición;por ejemplo para el funcionamiento de cilindros neumáticos, accionadoreseléctricos, pinzas, barreras de protección, sistemas de arrollado y puertas.

Ejemplos de aplicación desensores de proximidad

En aplicaciones de posicionado de piezas, por ejemplo, en centros de mecani-zado, correderas de transferencia de piezas, cilindros neumáticos.

A1.5

Fig. 1.2: Detección sin contacto

Fig. 1.3: Detección de la posición


21

Aplicaciones de conteo de piezas y secuencias de movimiento, por ejemplo,cintas transportadoras, dispositivos de clasificación.

Aplicaciones para medición de la velocidad de rotación, por ejemplo, de engra-najes, o para detectar velocidad cero.

A1.5

Fig. 1.4: Conteo de elementos

Fig. 1.5: Detección de movimientos giratorios


22

Aplicación para detección de material, por ejemplo, para suministrar o clasificarmaterial (reciclado).

Aplicación para definir el sentido de un movimiento lineal o rotativo, por ejem-plo, definiendo el sentido de las piezas clasificadas.

Hay sensores inductivos capaces de detectar el movimiento de un objeto enun sentido y no en el opuesto (función de “retorno en vacío”, ver página 281).

A1.5

Fig. 1.6: Discriminación de materiales

Fig. 1.7: Detección del sentido de movimiento

B 5


23

Aplicaciones de supervisión de herramientas

Aplicación para supervisión de niveles de llenado por medio de sensores deproximidad ópticos, capacitivos o ultrasónicos.

A1.5

Fig. 1.8: Verificación de rotura de broca

Fig. 1.9: Detección del nivel de lenado


24

Aplicación para la medición aproximada de distancias (distancia x)

A1.5

Fig. 1.10: Medición de distancias


25

Aplicación para medición de la velocidad (velocidad v)

Fig. 1.11: Medición de la velocidad de desplazamiento de un objeto

A1.5


26

Aplicación para la protección de máquinas contra contacto peligroso

Nota: Las barreras fotoeléctricas utilizadas en la prevención de accidentes, amenudo deben satisfacer ciertas condiciones que se detallan en regulacionesespecíficas, según requerimientos concretos de cada país.

Fig 1.12: Prevención de accidentes, por ejemplo, por medio de sensores

A1.5

B 5


27

Aplicaciones para la detección de la forma de un objeto por medio de variosdetectores de proximidad dispuestos siguiendo el contorno.

Fig. 1.13: Detección de la forma de un objeto

A1.5


28

Sensores para la técnica de procesos y manipulación Sensores de ...

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