p.t.b. en electromecÁnica - … · circuitos electrÓnicos ... - instrumento para detectar objetos...
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P.T.B. EN SOMA GRUPO 307
MÓDULO: OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
DIGITALES
TEMA: SENSORES
P.S.P.: ING. J. QUIROGA
Au
to
matiza
ció
n d
e F
áb
ric
as
México
Definición
Sensor
- Instrumento para detectar objetos a distancia,
no requiere de contacto físico con el objeto
( material ) a detectar.
- Convierte las variables físicas del proceso, en
señales eléctricas para los sistemas de control.
Tiempo de vida útil
- Vida promedio de un sensor es 105 años.
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México
Criterios de aplicación
Sensor inductivo
- objetos metálicos
- alcance hasta 100 mm
- hasta fs >= 5 KHz
- hasta 250 oC
- hasta IP68
- muy resistente a
perturbaciones
- DIN 19234 (NAMUR)
- para zona Ex
Sensor magnético
- objetos magnéticos
- alcance hasta 60 mm
- hasta fs >= 1 KHz
- hasta 70 oC
- hasta IP67
- muy resistente a
perturbaciones
- DIN 19234 (NAMUR)Sensor capacitivo
- objetos metálicos y
no metálicos, sólidos
y líquidos
- alcance hasta 50 mm
- hasta fs >= 100 Hz
- hasta 70 oC
- hasta IP68
- menos seguro ante
perturbaciones
- DIN 19234 (NAMUR)
- para zona Ex
Sensor ultrasónico
- objetos que reflejan
el sonido
- alcance hasta 15 m
- hasta fs >= 8 Hz
- hasta 70 oC
- hasta IP67
- menos seguro ante
perturbaciones
- neutro en colores
- insensible ante la
suciedad
Sensor óptico
- objetos opacos o
que reflejen la luz
- alcance hasta 100 m
- hasta fs >= 1.5 KHz
- hasta 300 oC ( con F.O.)
- hasta IP67
- menos seguros ante
perturbaciones
- detección de objetos
pequeños (F.O.)
- DIN 19234 (NAMUR)
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ultrasónico
óptico
capacitivo
Campo inductivo/magnético
Convertidor
de señal
amplificador
Criterios de aplicación
salida
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México
Construcción
Los sensores se fabrican actualmente bajo estándares.
Estándares eléctricos
alimentación y señal de salida
Estándares mecánicos
construcción ( forma física )
Los formatos más comúnmente usados son:
- Cilíndricos
- Cuadrados
- Rectangulares
- Tipo ranura
- Tipo Anular o anillo
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México
SENSORActuador,PLC, DCS, etc.
Salidas
Tecnología de las salidas
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México
Sensores Inductivos
Principio de Operación
El sensor inductivo se compone básicamente de tres partes :
- Circuito Oscilador
- Etapa de conmutación
- Etapa de salida
Cuando se alimenta el sensor, el oscilador comienza a oscilar y consume una
corriente constante y conocida, a una amplitud determinada.
El campo electromagnético producido por la bobina del sensor, se concentra
por un anillo de ferrita. Esta será la superficie activa del sensor ó cara
sensora.
Si en la proximidad de la superficie activa, se encuentra un objeto metálico
ferroso, se inducen corrientes parásitas en éste. La perdida de energía lleva a
una disminución de corriente en el circuito oscilador y por lo tanto la amplitud
de este decrece.
Esta variación en el oscilador es evaluada y como producto de la variación, es
generada una señal de conmutación.
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Amplitud
del oscilador
objeto
sensor
Principio Físico
Campo
Magnético Campo
Magnético
Atenuado
Objeto metálico
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Sensores Capacitivos
Principio de funcionamiento
Este tipo de sensor actúa con el principio de
funcionamiento de un capacitor.
Cualquier objeto en la naturaleza cuenta con una constante
dieléctrica determinada.
Este tipo de sensores se desarrollo para detectar objetos metálicos
y no metálicos, sólidos y líquidos.
La cara sensora del propio switch, actúa como una placa del capacitor,
el objeto (sólido o líquido) es la segunda placa del capacitor.
Como medio de transmisión se utiliza el aire.
Los sensores capacitivos, no son capaces de detectar el aire.
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Sensores Capacitivos
Principio de Operación
Unidad de
evaluaciónSalidaOscilador
de HFAmplificación
ObjetoElectrodo
de prueba
Blindaje
Potenciómetro
de ajuste
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Principio de funcionamiento
Sensores Magnéticos
Los sensores de campo magnético, son sensores de proximidad que
responden a un campo magnético permanente.
Las distancias de operación son mayores que las de los
sensores inductivos.
La curva de respuesta depende de la orientación de los imánes
permanentes.
Al aproximarse un imán, el campo magnético externo se fortalece,
consecuentemente la permeabilidad reversible del núcleo del cual
depende la inductancia de una bobina disminuye y por lo tanto
la inductancia de esta se reduce, de esta manera, la corriente aumenta
a una tensión constante.
Esta variación de corriente, es la que se utiliza para realizar la
operación de sensado.
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Respuesta del sensor
Sensores Magnéticos
N S
N
S
SN
El consumo de corriente de un sensor magnético,
aumenta al aproximarse un imán permanente.
imán
permanente
N S
distanciaSn
distancia
abierto cerrado
I
V
i
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Sensores Fotoeléctricos
Principio de Operación
Los sensores Fotoeléctricos o FOTOCELDAS utilizan la generación
de Luz para realizar la operación de sensado.
La luz que se utiliza es del tipo INFRARROJO generalmente, el
principio de operación de este tipo de sensores, lo determina el
propio sensor, esto es, la forma en que se genera el haz de luz y el
método en que se recibe este, es el tipo de fotocelda.
Para este efecto, las fotoceldas se clasifican por su tipo en :
Barrera DifusaReflex
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Sensores Fotoeléctricos
Fotoceldas para Fibras Opticas
El rango de aplicación de los sensores fotoeléctricos se extiende
considerablemente a través del uso de Fibras ópticas ó Guías de
Onda de Luz.
Las fibras son atornilladas en el sensor ó sujetas por éste.
Los sensores con fibras ópticas pueden ser usados como
Detección Directa ó Barrera.
La longitud de las fibras debe ser seleccionada en forma individual
por el tipo de aplicación.
Las fibras ópticas pueden ser seleccionadas por el tipo de material
de construcción de la propia fibra, esto es, pueden ser fibras
ópticas de Vidrio ó de Plástico.
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MéxicoAu
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México
Sensores Fotoeléctricos
Fibras Opticas, deteción directa
F.O. de vidrio
Con recubrimiento de Acero Inoxidable
Soporta hasta 300 oC en el ambiente
Menos atenuación
Menos flexible
F.O. de plástico
Con recubrimiento de plástico
Temperatura ambiente hasta 70 oC
Más atenuación
Más flexible
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México
Sensores Fotoeléctricos
Distorsiones
Otro sensor
óptico
Lente sucio
Daño en la
carcasa
Variaciones
de voltaje
Objeto
interferencia por
fuentes de luz
natural
Interferencia por
fuentes de luz
fluorescente
Ajuste incorrecto
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México
Sensores Ultrasónicos
Principio de Operación
Los sensores ultrasónicos de P+F, funcionan por medio de la generación
de sonido por medio de elemento piezoeléctricos, este material es una
cerámica.
Existen 3 métodos prácticos para generar ultrasonido, los cuales son:
a) Oscilador electrostático
b) Oscilador tipo membrana
c) Oscilador tipo torcido ó piezoeléctrico
Para la generación del ultrasonido, P+F utiliza la técnica de Oscilación
por medio de un piezoeléctrico.
Los materiales piezoeléctricos tiene una propiedad electromecánica, para
lo cual, se utiliza la característica eléctrica de este tipo de materiales,
esto es:
Cuando un material piezoeléctrico esta sujeto e una tensión
eléctrica “vibra”.
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Sensores Ultrasónicos
Principio de Operación
La vibración producida por el piezo es la que se utiliza para generar el
sonido, esto es, a la cerámica piezo se le acerca un material metálico, en
este caso Aluminio, al golpear la cerámica el aluminio, se produce el
ultrasonido.
Metal ( Alu )
Cerámica
Piezoeléctrica
Oscilador tipo torcido ó piezoeléctrico
oscilación
Tensión
eléctrica
“DC”
Ultrasonido
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Sensores Ultrasónicos
Principio de Operación
Los sensores ultrasónicos de P+F funcionan con un emisor y un receptor
de sonido. Para el desacoplamiento del sonido al medio más fino
acústicamente ( el aire ), se utiliza una capa patentada de material
especial.
Estos repetidores ultrasónicos son impermeables al agua, al estar llenos
de espuma.
Cuando el sonido es generado por el emisor y posteriormente es
reflejado este por el medio, el eco es convertido a una señal eléctrica.
El tiempo que transcurre desde que el eco es generado hasta que es
recibido en conjunto con la propia velocidad del sonido, son utilizados
para el cálculo ya sea de detección ó medición (distancia ).
La duración de la emisión t y el tiempo de extinción de la oscilación del
repetidor, provoca una zona ciega, en la cual el sensor no reconoce
ningún objeto.
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