Sensores y Detectores

Departamento de Fsica, Ingeniera de Sistemas y Teora de la SealGrupo de Automtica, Robtica y Visin Artificial

Clase 2. Sensores y detectores.

AUTOMATIZACINOptativa Ingenieras Informticas

F. Torres, C. Fernndez

2Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez

Contenido

1. Introduccin2. Sensores de proximidad o detectores


Introduccin

Definicin: z Dispositivo elctrico/mecnico que convierte magnitudes fsicas a valores

medibles de dicha magnitud. Generalmente, los valores medibles son seales elctricas codificadas en analgico o digital.

Forma de codificar la seal:z Analgicos:

0-10 V. 4-20 mA.

z Digitales: Pulsos (Duracin proporcional a la magnitud) Nmero codificado en binario

z Todo-Nada Caso particular de los digitales


Introduccin

Descriptores estticos: z Rango. Valores mnimos y mximos para las variables de entrada y salida.z Exactitud. Desviacin de la lectura de un sensor respecto a una entrada

conocida.z Resolucin. Cantidad de incremento de medida ms pequea detectable.z Error. Diferencia entre el valor medido por el sensor y el valor real.z No linealidades. Saturacin. Zona muerta.z Sensibilidad. Razn de cambio de la salida frente a cambios en la entrada.z Excitacin. Cantidad de corriente requerida para el funcionamiento del

sensor.z Estabilidad. Medida de la posibilidad de un sensor de mostrar una misma

salida en un rango en que la entrada permanece constante


Introduccin

Descriptores dinmicos:


Contenido



Sensores de proximidad o detectores

Sensores que detectan si un objeto se halla o no en una determinada posicin.Tiposz Interruptores mecnicos de posicin para determinar ejecucin de

movimientos. Microrruptores, finales de carrera, vlvulas limitadoras,....

z Sensores de proximidad que funcionan elctricamente y sin contacto Capacitivos, inductivos, pticos,....

Ventajas de los sensores de proximidad sin contactoz Deteccin precisa y automtica de posiciones geomtricasz Deteccin sin contacto de objetos y procesosz Conmutacin rpidaz No desgaste mecnico, nmero ilimitado de ciclos de conmutacin,

ambientes peligrosos


Contenido


Sensores de proximidad con contacto (finales de carrera)


Sensores de proximidad con contacto

Interruptores de posicin electromecnicosz Se establece o se interrumpe un contacto elctrico por medio de una

fuerza externa. Vida til 10 millones de ciclos.z Tiempos de conmutacin entre 1 y 10msz Cuando se utilizan interruptores electromecnicos para operaciones de

conteo, deben tenerse en cuenta los posibles rebotes de los contactos.Muelle de compresin

Caja

Disco de retencin

Contactos abiertos

Contactos cerrados

Muelle arqueado

Muelle de presin de contactos

Lmina de contacto

Perno de gua



Finales de carrera1. Vstago de rodillo 6. Palanca de varilla2. Rodillo y palanca sencillo 7. Varilla elstica3. Rodillo y palanca acodada 8. Vstago reforzado4 y 5. Palanca de rodillo 9. Vstago de rodillo



Finales de carrera



Ejemplos de uso



Ejemplo de conexin


Contenido


Sensores de proximidad con contacto (finales de carrera) Sensores de proximidad sin contacto


Sensores de proximidad sin contacto

Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)z Reaccionan ante los campos magnticos de imanes permanentes y de

electroimanes.



Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivos



Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivosz Se utilizan para detectar la proximidad de piezas metlicas en un rango de

distancias que va desde 1mm a unos 30 mm. Hasta 75mmz Como interruptores final de carrera con ventajas con respecto a los

electromecnicos, tales como: ausencia de contacto con el objeto a detectar, robustez mecnica, resistencia a ambientes agresivos a altas temperaturas.



Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivosSensores capacitivosz Se basan en la propiedad de un condensador segn la cual su capacidad

toma el siguiente valor:

z Miden una variacin en S (rea de las placas del condensador enfrentadas), d (distancia entre las placas), (constante dielctrica del medio entre las placas)

dSC =



Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivosSensores capacitivosz Materiales metlicos o no en el rango de distancias que va desde 1mm a

unos 30 mm.z Su sensibilidad se ve muy afectada por el tipo de material y por el grado de

humedad ambiental y del cuerpo a detectar.z Las aplicaciones tpicas son, la deteccin de materiales no metlicos como

vidrio, cermica, plstico, madera, aceite, agua, cartn, papel, etc.



Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivosSensores capacitivosSensores pticosz Sensores de barrera -> Uso de fibra pticaz Sensores de retrorreflexinz Sensores de reflexin directa -> Uso de fibra ptica



Sensores pticosz Sensores de barrera -> Uso de fibra pticaz Sensores de retrorreflexinz Sensores de reflexin directa -> Uso de fibra ptica



Sensores pticosz Funcionamiento

Contaminacin polvo, virutas, etc. Interferencias en los sensores y mal funcionamiento Ensuciamiento de las lentes de la ptica del sensor De los reflectores. Contaminacin del rayo de luz Reflexin directa. La suciedad en el objeto a detectar.

Funcionamiento fiable Hacerlo funcionar con suficiente margen operativo (ensayos previos, seleccionando

uno con suficiente margen de funcionamiento,...) Utilizando sensores con ayuda al ajuste. Parpadeo de un LED en zonas lmite de

deteccin. Sensores con indicacin automtica de ensuciamiento.



Sensores pticosz De barrera

Se componen de un sensor y de un receptor. El sensor est dispuesto de tal manera que la mayor parte posible del haz de luz enviado por su diodo incide sobre el receptor.

ste evala la cantidad de luz recibida de forma tan clara que la puede distinguir de la luz ambiental o de otras fuentes de luz. Una interrupcin del haz de luz origina una conexin de la salida.



Sensores pticosz De barrera

Ventajas: Incremento de la fiabilidad debido a la presencia permanente de luz durante el

estado de reposo Amplio alcance Pueden detectarse pequeos objetos incluso a largas distancias Adecuado para ambientes agresivos Buena precisin de posicionado.

Inconvenientes: Dos elementos separados(emisor-receptor) conexiones independientes No para objetos completamente transparentes (podra ajustarse) Un fallo en el emisor es evaluado como objeto presente (importante en aplicaciones

para prevencin de accidentes)



Sensores pticosz De retrorreflexin:

En este caso se hace uso de un elemento reflector



Sensores pticosz De retrorreflexin:

Ventajas: Mejor fiabilidad dado que la luz permanentemente durante el estado de reposo Instalacin y ajustes sencillos El objeto a detectar puede ser reflectante, especular o transparente, siempre que

absorba un porcentaje suficiente de luz Mayor rango que los de reflexin directa

Inconvenientes: Objetos transparentes muy claros o brillantes pueden pasar inadvertidos (se puede

ajustar) Observaciones:

Un fallo en el emisor es evaluado como objeto presente Reflectores: deterioro por envejecimiento o suciedad



Sensores pticosz De reflexin directa:

La luz del emisor da en un objeto. sta se refleja de forma difusa y una parte de la luz alcanza la parte receptora del aparato. Si la intensidad de luz es suficiente, se conecta la salida.

La distancia de reflexin depende del tamao y del color del objeto as como del acabado de la superfice.

La distancia de reflexin se puede modificar entre amplios lmites mediante un potencimetro incorporado.

El emisor-captador energtico sepuede utilizar para detectar diferencias de color.



Sensores pticosz De reflexin directa:z Ventajas:

Propio objeto hace de reflector El objeto puede ser reflectante, especular o transparente y hasta traslcido

refleje suficiente. Permiten detectar en posicin frontal (a diferencia de barrera lateral) Dependiendo del ajuste del sensor los objetos pueden detectarse

selectivamente frente a un fondo.z Inconvenientes:

La respuesta del sensor no es lineal. Luego no son tan adecuados como los de barrera para una elevada precisin de respuesta lateral.

z Observaciones: El fondo en ausencia de objeto no se debe detectar Fallo emisor no objeto



Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivosSensores capacitivosSensores pticosSensores ultrasnicos



Sensores ultrasnicosz Emiten sonido en el rango inaudible a cualquier frecuenciaz Recibe el eco



Sensores ultrasnicosz Velocidad esta limitada por la maxima frecuencia de repeticin de pulsos 1

Hz a 25 Hz



Sensores ultrasnicosz Ventajas:

Rango relativamente alto (hasta varios metros) Deteccin del objeto independiente del color y del material Deteccin segura de objetos transparentes (ejem. Botellas de vidrio) Relativamente insensible a la suciedad y el polvo Posibilidad de desvanecimiento gradual del fondo Posibilidad de aplicaciones al aire libre Posibilidad de deteccin sin contacto con puntos de conmutacin de precisin

variable. La zona de deteccin puede dividirse a voluntad. Se dispone de versiones programables.



Sensores ultrasnicosz Inconvenientes

Objetos con superficies inclinadas, el sonido se desva. Reaccionan con relativa lentitud. Frecuencia de conmutacin mxima entre 1 y

125 Hz Ms caros que los pticos, prcticamente el doble

z Efecto del tipo de objeto Los materiales que absorben el sonido tales como telas gruesas, lana,

algodn, gomaespuma, lana de roca. barreras ultrasnicas. Objetos reflectantes, transparentes o intensamente negros que no podran con

pticos. Lminas finas de material transparente de 0.1 mm se pueden detectar.

z Posicin del objeto Dibujos prxima transparencia.



Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivosSensores capacitivosSensores pticosSensores ultrasnicosSensores basados en el efecto Hall



Sensores basados en el efecto Hallz Detector sin contacto para posicin, desplazamiento y proximidad de

objetos ferromagnticos.

z Se mide la proximidad de un objeto que genera un campo magntico a una corriente elctrica constante.

SIBKV H

=



Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivosSensores capacitivosSensores pticosSensores ultrasnicosSensores basados en el efecto HallAplicaciones



Aplicacionesz Detectar si hay un objeto en una determinada posicin



Aplicacionesz Posiciconado de piezas

Centros de mecanizado, cilindros neumticos, ...



Aplicacionesz Conteo de piezas y secuencias de movimiento

Cintas transportadoras, dispositivos de clasificacin



Aplicacionesz Medicin de velocidad de rotacin

Engranajes, ....



Aplicacionesz Discriminacin de materiales

Deteccin de material, para suministrar o clasificar material



Aplicacionesz Supervisin de herramientas

Verificacin de rotura de una broca



Aplicacionesz Supervisin de niveles de llenado

Sensores pticos, capacitivos o ultrasnicos



Aplicacionesz Medicin de velocidad



Aplicacionesz Aplicacin para la proteccin de mquinas contra contactos peligrosos

Prevencin de accidentes



Aplicacionesz Deteccin de la forma de un objeto

Disposicin de varios detectores de proximidad dispuestos siguiendo un contorno



Aplicacionesz Detectores de posicin de cilindros (Sensores Reed)



Aplicacionesz Detectores de posicin de objetos (Sensores inductivos)



Aplicacionesz Detectores de posicin de objetos (Sensores inductivos)

Velocidad y sentido de rotacin



Aplicacionesz Deteccin de suelas de goma negras (Sensores capacitivos)



Aplicacionesz Verificacin del contenido de paquetes (Sensores capacitivos)

Comprobacin del contenido de una caja a travs del cartn



Aplicacionesz Rotura de una broca (Sensores pticos)



Aplicacionesz Verificacin de objetos en envases transparentes (Sensores pticos)

z Control de altura (Sensores pticos)



Aplicacionesz Lavado de coches (Sensores pticos)

z Presencia y conteo de objetos (Sensores pticos)



Aplicacionesz Sensores pticos: Flujo de palets, contando botellas, botes, cajas; detectar

personas, parking



Aplicacionesz Sensores pticos: Verificacin de la posicin de piezas



Aplicacionesz Sensores pticos: Determinar la orientacin de un CI, detectar cajas de

distinta altura,



Aplicacionesz Sensores ultrasnicos: Clasificacin segn alturas



Aplicacionesz Sensores ultrasnicos: Deteccin de grueso en lotes



Aplicacionesz Sensores ultrasnicos: Control en un bucle entre rodillos

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