Sensores de Proximidad
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Industrial y de Sistemas
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
Facultad de Ingeniería Industrial y de Sistemas
AUTOMATIZACION Y CONTROL DE PROCESOS
SENSORES DE PROXIMIDAD
Profesor: ING. ANTONIO ZÚÑIGA MERCADO
Alumno: BENAVIDES FERNANDEZ YDELSO
2008-II
MARCO TEORICO
1. SENSORES INDUCTIVOS
● Principios de operación de los sensores de proximidad inductivosLos sensores inductivos de proximidad han sido diseñados para trabajar generando un
campo magnético y detectando las pérdidas de corriente de dicho campo generadas al
introducirse en él los objetos de detección férricos y no férricos. El sensor consiste en
una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un sensor del nivel de disparo de la
señal y un circuito de salida. Al introducir un objeto metálico en el campo, se inducen
corrientes de histéresis en el objeto. Debido a ello hay una pérdida de energía y una
menor amplitud de oscilación. El circuito sensor reconoce entonces un cambio
específico de amplitud y genera una señal que conmuta la salida de estado sólido a la
posición “ON” (Encendido) y “OFF” (Apagado).
Una diana metálica que se está aproximando a un sensor de proximidad inductivo (arriba)
absorbe la energía generada por el oscilador
Cuando el objeto se halla próximo, la fuga de energía detiene el oscilador cambiando de
estado la salida.
● Objeto estándar para sensores de proximidad inductivos
La cara activa de un sensor de proximidad inductivo es la superficie por la que emerge
el campo electromagnético de alta frecuencia. Una diana estándar es un cuadrado de
acero, de 1 mm de grosor, con longitud lateral igual al diámetro de la cara activa ó 3X la
distancia de conmutación nominal, el que sea mayor de los dos.
● Factores de corrección del objetivo para sensores inductivos de proximidadPara determinar la distancia de detección para otros materiales diferentes al acero
templado se utilizan factores de corrección. La composición del objeto a detectar influye
en gran medida en la distancia de detección de los sensores de proximidad inductivos.
Si se utiliza un objeto construido a base de alguno de los materiales que a continuación
se listan, multiplique la distancia nominal de detección por el factor de corrección
listado para determinar la distancia nominal de detección real de dicho objeto. Tenga
en cuenta que los sensores específicos de materiales férricos no detectarán hojalata
(zinc + cobre), aluminio o cobre, mientras que los sensores específicos de materiales
no férricos no detectarán acero ni aleaciones férricas inoxidables.
Los factores de corrección de la citada lista pueden utilizarse como guía general. Los
materiales comunes y su factor de corrección específico aparecen listados en cada
página de especificación del producto
(Rango de sensibilidad nominal) x (Factor de corrección) = Rango de detección.
Materiales Factores de corrección
Acero dulce 1
Níquel Cromo 0.70 - 0.90
Latón 0.35 - 0.50
Aluminio 0.35 - 0.50
Cobre 0.25 - 0.40
El tamaño y aspecto de los objetos a detectar también puede afectar a la distancia de
detección. Los puntos que a continuación se exponen deben utilizarse como
orientación general a la hora de hacer correcciones por tamaño o forma de un objeto:
● Los objetos planos son más deseables● Las formas redondeadas pueden reducir la distancia de detección● Los materiales no férricos reducen por lo general la distancia de detección en el
caso de sensores● para cuerpos metálicos en general● Los objetos de menor tamaño que la superficie de detección reducen usualmente
la distancia de detección
● Los objetos mayores que la superficie de detección pueden incrementar la distancia de detección
● Los cuerpos laminares pueden incrementar la distancia de detección.
● Aplicaciones
2. SENSORES CAPACITIVOS
Los sensores de proximidad capacitivos han sido diseñados para trabajar generando
un campo electrostático y detectando cambios en dicho campo a causa de un objeto
que se aproxima a la superficie de detección. Los elementos de trabajo del sensor son,
a saber, una sonda capacitiva de detección, un oscilador, un rectificador de señal, un
circuito de filtraje y el correspondiente circuito de salida. En ausencia de objetos, el
oscilador se encuentra inactivo. Cuando se aproxima un objeto, éste aumenta la
capacitancia de la sonda de detección. Al superar la capacitancia un umbral
predeterminado se activa el oscilador, el cual dispara el circuito de salida para que
cambie entre “on” (encendido) y “off” (apagado).
La capacitancia de la sonda de detección viene condicionada por el tamaño del objeto
a detectar, por la constante dieléctrica y por la distancia de éste al sensor. A mayor
tamaño y mayor constante dieléctrica de un objeto, mayor incremento de capacitancia.
A menor distancia entre objeto y sensor, mayor incremento de capacitancia de la sonda
por parte del objeto.
● Factores de corrección del objeto para sensores capacitivos de proximidad
Para un tamaño de objeto dado, los factores de corrección de sensores capacitivos se
determinan por la propiedad del material del objeto denominada constante dieléctrica.
Los materiales que poseen una constante dieléctrica más alta son más fáciles de
detectar que aquellos cuya constante dieléctrica es menor. A continuación se expone
una lista parcial de constantes dieléctricas de varias materias industriales.
● Aplicaciones
3. SENSORES ÓPTICOS● DescripciónUn sensor óptico se basa en el aprovechamiento de la interacción entre la luz y la
materia para determinar las propiedades de ésta. Una mejora de los dispositivos
sensores, comprende la utilización de la fibra óptica como elemento de transmisión
de la luz.
Diagrama básico de un sensor óptico.
● Funcionamiento.Existen diferentes técnicas ópticas que pueden aplicarse a la medida de diferentes
parámetros. Podemos medir la atenuación-transmisión espectral de la luz al
atravesar un determinado medio, lo que nos permitirá encontrar los elementos
discretos presentes en ese medio y su concentración.
También pueden realizarse medidas de tipo interferométrico, en las que la
propiedad de la radiación que sufre cambios debido al efecto externo es la fase, con
lo que empleando otro haz luminoso de fase conocida como referencia, es posible
determinar la magnitud de ese efecto externo.
Una técnica que ha cobrado especial relevancia en los últimos años dentro del
Departamento de Óptica, es la basada en la resonancia de plasmones
superficiales, especialmente útil para la medida del índice de refracción de
líquidos. En este caso lo que se mide es la atenuación de la luz guiada por una fibra
óptica a la que se le ha eliminado parcialmente el revestimiento y se ha depositado
una multicapa incluyendo algún medio metálico. Dependiendo del índice de
refracción del medio en contacto con la capa más exterior, el acoplamiento entre los
campos será más o menos intenso, o que se reflejará en la potencia luminosa que
sale por el otro extremo de la fibra.
● Ventajas:Los sensores ópticos, presentan importantes ventaja cuando lo que se desea es
determinar propiedades físicas o químicas:
● Es un método no destructivo y no invasivo.● Ofrece posibilidades de integración en sistemas más complejos.● Bajo coste y tecnología bien establecida.● Posibilidades de control a distancia de lugares poco accesibles físicamente.
● C apacidad de conformar redes espaciales de sensores para el control de parámetros en grandes superficies.
Sensor óptico para la medida de salinidad marina basado en la resonancia de plasmones superficiales.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Tabla de Materiales
Número Material
3 Acero Dulce
4 Acero Inoxidable
5 Aluminio
6 Latón
7 Cobre
8 Cartón
9 Goma
10 Plástico Transparente
11 Acero Dulce 30x30mm
12 Acero Dulce 25x25mm
13 Acero Dulce 20x20mm
14 Acero Dulce 15x15mm
15 Acero Dulce 10x10mm
16 Acero Dulce 5x5mm
17 Carta de Grises Kodak 100mmx100mm
18 Plástico Transparente 100mmx100mm
19 Plástico Rojo 100mmx100mm
20 Plástico Azul 100mmx100mm
21 Plástico Negro 100mmx100mm
22 Cartón Blanco 100mmx100mm
23 Plástico Espesor 2mm
24 Plástico Espesor 3mm
25 Plástico Espesor 5mm
26 Plástico Espesor 8mm
27 Plástico Espesor 11mm
28 Plástico Espesor 14mm
29 Plástico Espesor 17mm
Sensor Inductivo
Realizamos las mediciones de Punto de Conexión y Punto de Desconexión de dos
sensores Inductivos, para los distintos materiales:
DER-SIE-M18
Nº Pieza Movimiento de la pieza (mm)
Aleja Acerca Histéresis
3 6.37 5.72 0.65
4 5.61 5.12 0.49
5 3.59 2.82 0.77
6 3.17 2.29 0.88
7 2.63 2.07 0.56
DER-SIE-M12
Nº Pieza Movimiento de la pieza (mm)
Aleja Acerca Histéresis
3 3.60 3.27 0.33
4 3.27 3.01 0.26
5 2.42 1.99 0.43
6 2.06 1.97 0.09
7 1.82 1.74 0.08
● Influencia de la superficie en la distancia de conmutación.
DER-SIE-M18
Nº Pieza Movimiento de la pieza
(mm)
Área Aleja Acerca Histéresis
11 30x30 6.36 5.84 0.52
12 25x25 6.13 5.72 0.41
13 20x20 6.12 5.66 0.46
14 15x15 5.81 5.65 0.16
15 10x10 5.12 4.72 0.40
16 5x5 3.03 2.87 0.16
Sensor Capacitivo
Realizamos mediciones de punto de Conexión y de Desconexión del Sensor
Capacitivo, con distintos materiales. Estos fueron los resultados:
Nº Pieza Movimiento de la pieza (mm)
Aleja Acerca Histéresis
3 5.11 4.91 0.20
4 5.15 4.11 1.04
5 5.30 4.98 0.32
6 5.37 4.94 0.43
7 5.36 4.69 0.67
8 4.15 3.70 0.45
9 4.02 3.56 0.46
10 2.14 1.78 0.36
● Influencia del espesor del material en la distancia de conmutación en un sensor capacitivo.
Nº Pieza Movimiento de la pieza (mm)
Aleja Acerca Histéresis
23 0.94 0.42 0.52
24 1.17 1.01 0.16
25 1.47 1.18 0.29
26 1.81 1.54 0.27
27 2.30 2.06 0.24
28 2.63 2.16 0.47
29 2.69 2.24 0.45
Sensores Ópticos
Dado que estos sensores tienen rangos de detección grandes (>1 metro) no realizamos
pruebas de punto de Conexión y Desconexión. En su lugar realizamos pruebas de
detección del tipo sí/no de distintos materiales.
Retrorreflexión: Detectó cualquiera de los materiales sin excepción.
Reflexión Directa: No detectó los materiales plásticos negro ni rojo. Los materiales
transparentes no impidieron el funcionamiento del sensor (fueron detectados).
Barrera Fotoeléctrica:
Reconoce: 3, 4, 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 27, 28, 29, 21, 22
No reconoce: 10, 18, 19, 20
Defección de nivel de líquido con sensor capacitivo
Para este experimento lo que se hace es ajustar el sensor capacitivo con la finalidad de
poder detectar el líquido pero no el envase que lo contiene.
Envase vacío: no lo detecta
Envase con agua: se emite un sonido pues el sensor detecta la presencia del agua en
el interior del recipiente.
