Sensores Industriales: Introducción, Clasificación y Aplicaciones PDF

28/01/2025 PEDRO HUERTA NIVEL Y CAUDAL, VELOCIDAD ETC… ) SENSORES ACTUADORES ( TEMPERATURA, POSICIÓN, PROCESO SISTEMA DE CONT...

28/01/2025 PEDRO HUERTA NIVEL Y CAUDAL, VELOCIDAD ETC… ) SENSORES ACTUADORES ( TEMPERATURA, POSICIÓN, PROCESO SISTEMA DE CONTROL ( PLC ) 1  28/01/2025 OPERARIO / GERENCIA HMI - SCADA PLC REDES INDSTRIALES SENSORES ACTUADORES UN SENSOR ES UN DISPOSITIVO PARA DETECTAR Y SEÑALAR UNA CONDICIÓN DE CAMBIO. DETECCIÓN Con frecuencia una condición de cambio, se trata de DISCRETA la presencia o ausencia de un objeto o material DETECCIÓN Puede ser una cantidad capaz de medirse, como un ANALÓGICA cambio de temperatura, distancia, tamaño etc… SE DENOMINA SENSOR A TODO ELEMENTO CAPAZ DE TRASFORMAR SEÑALES FÍSICAS COMO TEMPERATURAS, POSICIÓN, LONGITUD ETC. EN SEÑALES ELÉCTRICAS. 2  28/01/2025 DETECCIÓN DISCRETA DETECCIÓN CONTÍNUA COMPONENTES BÁSICOS DE UN SENSOR VARIABLE SEÑAL ELÉCTRICA SEÑAL NORMALIZADA FÍSICA ELÉCTRICA CIRCUITO ELECTRÓNICO ELEMENTO DE SENSOR ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL SISTEMA SENSOR 3  28/01/2025 Por ejemplo: En un sensor de peso las unidades pueden ser mV/ Kg Un sensor ideal es aquel que suministra una señal exactamente proporcional a la magnitud medida, con total independencia de la amplitud, forma de variación y condiciones ambientales. La representación gráfica de la función de transferencia es una línea recta que pasa por el origen y cuya pendiente es la sensibilidad (s) del transductor. En la práctica los sensores distan mucho de ser ideales CLASIFICACIÓN SEGÚN LA INFORMACIÓN DISCRETO ( Ejem. Todo / Nada) CONTÍNUO SEGÚN EL TIPO DE SEÑAL DIGITAL ANALÓGICO SEGÚN PRINCIPIO FÍSICO RESISTIVO INDUCTIVO CAPACITIVO …… SEGÚN LA MAGNITUD A MEDIR PRESENCIA POSICIÓN VELOCIDAD PRESIÓN NIVEL FUERZA ……. 4  28/01/2025 CALIBRACIÓN AJUSTE DE SALIDAS ANTE VALORES CONOCIDO. 5  28/01/2025 TENSION DE ALIMENTACIÓN Normalmente 24v. Pero puede estar en un rango de 10……. 90v INTENSIDAD MÁXIMA DE SALIDA La I max. Que puede suministrar el sensor al activar su salida. 150 mA ó 250 mA según tamaños. MINI Ø 12mm….22 mm Ø >22 mm TIPO DE SALIDA Pueden ser principalmente de dos tipos , en función de la corriente de carga que van a controlar. Salida a relé ( salida tipo NA o Nc ) Para corrientes de cierta importancia ( bobinas contactores ) Salida a transistor con colector abierto Existe una variante de estos para el trabajo con alterna con salida a Triac 6  28/01/2025 TIPO DE CONEXIÓN En función del circuito de control que se pretenda realizar , los detectores pueden ser de distintos tipos: A tres hilos  de CC  de CA A dos hilos  de CC  de CA A 3 HILOS DE CC. Son los más comunes y pueden ser salida a relé o a transistor. Los de salida a relé pueden ser a su vez de tipo P o N dependiendo de la polaridad que entrega el contacto del relé. SALIDA A RELÉ MARRONN MARRONN NEGRON NEGRON AZULN AZULN 7  28/01/2025 SALIDA A TRANSISTOR DETECCIÓN SIN CONTACTO DE MATERIALES CONDUCTORES O AISLANTES 8  28/01/2025 Los sensores capacitivos constan de un condensador que genera un campo eléctrico. Este condensador forma parte de un circuito resonador. Cuando un objeto se acerca a este campo, la capacidad cambia (cambia el dieléctrico). La frecuencia de resonancia cambia. Este cambio es el que detecta el circuito interno del sensor. La frecuencia de oscilación se ve afectada por la proximidad de materiales ( sólidos o líquidos ) a la cabeza del sensor. La variación de frecuencia es detectada por el circuito electrónico del sensor y un amplificador suministra una señal de salida analógica ( 4…20 mA ) o Todo o Nada ( PNP/NPN, Tiristor ) 9  28/01/2025 VENTAJAS DESVENTAJAS No necesitan contacto con el objeto Distancia de detección corta (≈1 pulgada 2,54cm.) Detectan metales, no metales y líquidos Sensibles a factores ambientales ( humedad etc.. ) Pueden “ ver a través “ de ciertos materiales Buena adaptación a entornos industriales 10  28/01/2025 Los sensores capacitivos detectan a distancias cortas cualquier tipo de material. Estas distancias son variables dependiendo del tamaño del sensor y del tipo de material que tienen que detectar. BANDEROLA ESTANDAR Todos los fabricantes especifican en sus tablas de características, las distancias de detección referidas a la misma pieza metálica, que se toma como patrón. En los sensores capacitivos es la misma que en los inductivos. MATERIAL FACTOR FE 360 1 CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS DE LA BANDEROLA ESTANDAR St37 1 Cu 1 MATERIAL HIERRO FE 360 Al 1 ESPESOR 1 mm Agua 1 DIMENSIONES Cuadrado de lado igual al diámetro de la superficie de la cara activa del sensor. Trigo 0,8 Madera 0,7 ASÍ PUES PARA CADA TAMAÑO DE SENSOR HAY UNA Vidrio 0,6 BANDEROLA DEL TAMAÑO ADECUADO. Aceite 0,4 SENSOR M 8X1 BANDEROLA 8x8x1 mm PVC 0,4 SENSOR M12x1 BANDEROLA 12x12x1 mm PE 0,37 SENSOR M18x1 BANDEROLA 18x18x1 mm Cerámica 0,30 SENSOR PRISMÁTICO 40x40mm BANDEROLA 40x40x1mm DISTANCIA REAL = DISTANCIA NOMINAL * FACTOR REDUCCIÓN 11  28/01/2025 DETECTORES DE PROXIMIDAD. Detectan metales ferromagnéticos sin contacto físico. Su funcionamiento se basa en la detección de variaciones del campo magnético. Distancia de detección 40 ó 50 mm. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS DE LA BANDEROLA MATERIAL FACTOR ESTANDAR FE 360 1 MATERIAL HIERRO FE 360 St37 1 CrNi 0,85 ESPESOR 1 mm V2A 0,75 DIMENSIONES Cuadrado de lado igual al diámetro de la superficie de la cara activa del sensor. V4A 0,7 Ms 0,45 Al 0,4 DISTANCIA REAL = DISTANCIA NOMINAL * FACTOR REDUCCIÓN Cu 0,3 Au 0,24 12 28/01/2025 13 28/01/2025 14  28/01/2025 los sensores a prueba de explosión o NAMUR no producen chispa durante su accionamiento, se utilizan en procesos donde existe un alto riesgo de que el aire del medio ambiente se prenda y pueda provocar un incendio o explosión. estos procesos son altamente peligrosos debido al material conque se trabaja como son disolventes, pinturas, telas, algodón, gas, etc. Para su identificación esta familia de productos tienen una "N" al final de la referencia, a veces combinado con un número. La limitación de energía se implementa en el propio equipo. El oscilador electromagnético está separado del amplificador DETECCIÓN DE PRESENCIA, AUSENCIA, PASO Y POSICIONAMIENTO. Transforman un movimiento mecánico en una señal eléctrica. 15  28/01/2025 LA LUZ: ( DEL LATIN LUX, LUCIS ) Es una forma de energía que nos permite ver los objetos que nos rodean y apreciar algunas de sus características, como su forma o color a través del sentido de la vista. Algunos cuerpos tienen la propiedad de emitir luz, y se denominan fuentes luminosas, pueden ser naturales o artificiales La propagación de la luz tiene las siguientes características: Se propaga en todas direcciones Se propaga en línea recta A una velocidad de 300.000 Km/sg 16  28/01/2025 Cuando la luz choca con un cuerpo, una parte de los rayos que la forma “rebota” o lo que es lo mismo se “refleja”. La luz al chocar con un cuerpo, parte de los rayos son absorbidos por el, la energía lumínica de los rayos absorbidos es transformada en energía térmica y la temperatura del cuerpo aumenta. Cuerpo difusor Cuerpo Brillante 2 1 1= 2 17 28/01/2025 18  28/01/2025 Son radiaciones luminosas que forman parte del espectro visible. LONG. ONDA CORTA A cada l le corresponde a un LONG. ONDA LARGA color 400 nm 650 nm Violeta Rojo RAYOS X UV VISIBLE INFRARROJOS IF  Es la mezcla de longitudes de onda Reflejadas por el mismo. ROJO, VERDE, AZUL BLANCO NEGRO ROJO AMARILLO 19  28/01/2025 Cuerpo blanco: Cuerpo negro: Fl emitido @ Fl reflejado Fl reflejado = 0 Fl emitido Fl emitido Fl reflejado FOTOCELULA DE BARRERA FOTOCELULA REFLEXIVA CON ESPEJO FOTOCELULA AUTORREFLEXIVA 20  28/01/2025 BASADOS EN LA DETECCIÓN DE SEÑALES DE LUZ A TRAVÉS DE UN DISCO / REGLA MOVIL. EL DISCO TIENE ZONAS TRANSPARENTES Y ZONAS OPACAS. EXISTEN DOS TIPOS: ABSOLUTOS: MIDEN POSICIÓN ABSOLUTA INCREMENTALES: MIDEN INCREMENTOS DE POSICIÓN 21  28/01/2025 CONTIENE DOS ANILLOS CONCENTRICOS DE LÍNEAS EQUIDISTANTES DESFASADOS ENTRE SÍ. CUANDO EL SENSOR GIRA SE PRODUCEN DOS SEÑALES DESFASADAS +/- 90º. EL SENTIDO DE GIRO SE CONOCE EN FUNCIÓN DEL SIGNO DEL DESFASE. PARA UNA SINCRONIZACIÓN INICIAL SE DISPONE DE UNA TERCERA SEÑAL DE REFERENCIA, QUE DA UN PULSO POR VUELTA. LA RESOLUCIÓN DEPENDE DEL Nº DE LÍNEAS POR VUELTA LA POSICIÓN SE ENCUENTRA ÁNGULO CODIFICADA EN EL DISCO / SECTOR REGLA EN CÓDIGO GRAY. A B C 1 0 0 0 0º a 45º LA RESOLUCIÓN DEPENDE DEL Nº DE PISTAS. 2 0 0 1 45º a 90º 3 0 1 1 90º a 135º UN AUMENTO DE PISTAS 4 0 1 0 135º a 180º IMPLICA UN AUMENTO DEL TAMAÑO DEL DISCO. 5 1 1 0 180º a 225º 6 1 1 1 225º a 270º 7 1 0 1 270º a 315º 8 1 0 0 315º a 360º 22  28/01/2025 SUELEN ESTAR BASADOS EN LA DEFORMACIÓN DE UN ELEMENTO ELÁSTICO CUYO MOVIMIENTO ES DETECTADO POR UN TRANSDUCTOR QUE CONVIERTE PEQUEÑOS DESPLAZAMIENTOS EN SEÑALES ELÉCTRICAS ANALÓGICAS. PUEDEN EFECTUAR MEDIDAS: PRESIÓN ABSOLUTAS ( respecto a una referencia ) PRESIÓN RELATIVA O DIFERENCIAL ( diferencia de presión entre dos puntos ) MIDEN LA DEFORMACIÓN PRODUCIDA POR UNA FUERZA. CONSTRUIDAS POR UN HILO DE COBRE. LA DEFORMACIÓN DEL HILO DE COBRE PRODUCE UNA VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA EN FUNCIÓN DE SU FORMA (ONGITUD, ANCHO, ALTO) 23  28/01/2025 MEDIANTE UN PUENTE DE WHEASTONE SE PUEDE CONVERTIR LOS CAMBIOS DE RESISTENCIA EN VARIACIONES DE TENSIÓN. PARA LA COMPENSACIÓN DE LA VARIACIÓN DE RESISTENCIA POR TEMPERATURA SE PUEDEN UTILIZAR DOS GALGAS PERPENDICULARES ENTRE SI. EXISTEN DISTINTAS CONFIGURACIONES DE GALGAS PARA LA MEDIDA DE DISTINTAS CONFIGURACIONES DE FUERZAS. 24  28/01/2025 Conmutan a cierta temperatura. TERMOSTATOS Basados en interruptores bimetales o mediante sondas ntc ó ptc y un comparador de en la salida TERMORRESISTENCIAS Con salida analógica y basados en el cambio de RTD resistencia en función de la temperatura. TERMOPARES Dos hilos metálicos de diferentes materiales unidos por un extremo. TERMISTORES Materiales semiconductores cuya resistencia varia con la NTC - PTC temperatura Se utilizan para medir temperaturas superiores a 600 grados Celsius sin hacer contacto con el material. PIRÓMETROS El principio básico es que cualquier objeto con una temperatura superior a 0 grados kelvin emite una radiación que es detectada por el pirómetro. Un termostato es un dispositivo utilizado para mantener cte. la temperatura de un proceso ( local, motor etc… ) Un elemento sensor detecta cambios de temperatura, este actúa sobre un interruptor que activa o desactiva el elemento calefactor o enfriador. DE PARAFINA ELECTRÓNICO 25  28/01/2025 BASADOS EN EL EFECTO SEEBECK FORMADO POR DOS HILOS DE DISTINTOS METALES UNIDOS POR UN EXTREMO. MIDEN DIFERENCIAS DE TEMPERATURA ENTRE LOS EXTREMOS DE LOS HILOS Y LA UNIÓN. V= K(t1-t2) SEGÚN LOS METALES (ALEACIONES) UTILIZADOS VARIAN LAS CARACTERÍSTICAS DEL TERMOPAR (RANGO DE MEDIDA, LINEALIDAD ETC…) Los sensores Pt100 son un tipo específico de detector de temperatura RTD (detector de temperatura por resistencia). La caracterísca mas importante de los elementos Pt100 es que están fabricados con platino con una resistencia eléctrica de 100 ohmios a una temperatura de 0 °C y es con diferencia el tipo más común de sensor RTD. R=R0⋅(1+α⋅ΔT) donde: R0 Resistencia a 0ºC α Coef. de temperatura (0,00385) Δ T= T-T0 26  28/01/2025 Un termistor es un sensor de temperatura por resistencia. Su funcionamiento se basa en la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1 ºC. Su rango de medición abarca desde -55 °C hasta 150 °C. La salida es lineal y cada grado Celsius equivale a 10 mV. LM 35 SENSOR AD590:  CIRCUITO INTEGRADO, GENERADOR DE CORRIENTE DEPENDIENTE DE LA TEMPERATURA.  TENSION DE REFERENCIA PARA AJUSTAR EN 0ºC.  EL SENSOR VA MONTADO EN UN SUMADOR INVERSOR DE TAL FORMA QUE LA VARIACION DE CORRIENTE SE CONVIERTE EN TENSION 0V - -5V  CONSTANTE DEL SENSOR:  RANGO DE TEMPERATURA -50ºC - +50ºC 27  28/01/2025 Todos los objetos a temperatura por encima del cero absoluto (-273.15°C) emiten radiación electromagnética en función de la temperatura. La cantidad de radiación electromagnética depende de la temperatura del cuerpo, a mayor temperatura mas intensa es la radiación El diseño más básico de un termómetro IR consiste en una lente para enfocar los rayos infrarrojos (IR) de energía a un pirómetro, que convierte la energía en una señal eléctrica que se puede mostrar en unidades de temperatura después de ser compensada por la variación de la temperatura ambiente. APLICACIONES Objetos en movimiento (rodamientos etc…) Objetos rodeados de un campo magnético. Medición temperaturas elevadas. Se requiere gran velocidad de respuesta Los sensores magnéticos, tienen su mayor campo de aplicación en el mundo de la neumática y se usan como sensores magnéticos para cilindros especiales, que se emplean para detectar la posición de los pistones en los cilindros neumáticos. Se montan directamente sobre la carcasa del cilindro y permiten detectar de modo fiable, a través de la pared de la carcasa (hecha de aluminio, latón o acero inoxidable), un anillo magnético situado en el pistón y accionar una señal de conmutación. imán Campos magneticos 28  28/01/2025 Detector de laminas en TIPO REED posición normalmente (2 hilos) abierto, con cable para instalar o con conector según el siguiente esquema: Detector de laminas de SÓLIDO(3 hilos) contacto conmutado que TIPO ESTADO puede usarse tanto en posición cerrada como abierta, con cable para instalar o con conector según el siguiente esquema: Los sensores de ultrasonidos son detectores de proximidad sin contacto mecánico que detectan objetos hasta 8m. El sensor emite pulsos ultrasónicos, estos se reflejan en un objeto, el sensor recibe el eco producido y lo convierte en señales eléctricas, las cuales son elaboradas en el bloque de valoración. Estos sensores trabajan únicamente en el aire y pueden detectar objetos con diferentes formas colores y materiales. 29  28/01/2025 Son detectores de proximidad que detectan objetos en un intervalo desde varios centímetros a metros. El sensor emite un sonido y mide el tiempo que tarda en regresar la señal. Puede detectar desde sólidos, objetos polvorientos, líquidos, etc.. La frecuencia de sonido que esta por encima del límite audible ( 20Hz- 20KHz )se denomina ultrasonido. La piezoelectricidad (del griego piezein, "estrujar o apretar") Es un fenómeno que ocurre en determinados cristales que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, en su masa adquiere una polarización eléctrica y aparece una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. APLICACIONES Medida de presión Medida de fuerza. Medida de aceleración 30  28/01/2025 SENSOR ANEMOMETRO DE ROTACION:  DA UNOS IMPULSOS EN FUNCION DE LA VELOCIDADDEL VIENTO 20 IMPULSOS POR VUELTA 1 VUELTA = 1 m/s  FRECUENCIA DE TRABAJO: 1m/Sg 20pulsos 20Hz. 50m/Sg 1000pulsos 1KHz.  SEÑAL DEL SENSOR 0V +5V 2.5k N E S O N 0k 5k S N 10k 0k 2.5k 5k 7.5k 10k 7.5k O CARACTERISTICAS: SENSOR POTENCIOMETRICO DE 0K - 10K TENSION DE ALIMENTACION + 2 V SEÑAL DEL SENSOR 0 V/- 2V 31  28/01/2025 MOTOROLA MPX2200AP :  DIFERENCIA DE POTENCIAL EN FUNCION DE LA PRESION 20uV /mB.  TENSION DE ALIMENTACION 12V  DEBIDO A QUE LAS TENSIONES DEL SENSOR SON MUY PEQUEÑAS LLEVA UN AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACION : Presión=700mb Vout=20V*700*10=-140mV Presión=1200mb Vout=20V*1200*10=-240mV  SENSOR QUE NOS  RANGO 0-100% HR PROPORCIONA UNA TENSION EN FUNCION DE LA HUMEDAD.  TENSION ALIMENTACION 5V 32