P.T.B. EN SOMA GRUPO 307 MÓDULO: OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES TEMA: SENSORES P.S.P.: ING. J. QUIROGA

Transcripción

1 P.T.B. EN SOMA GRUPO 307 MÓDULO: OPERACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DIGITALES TEMA: SENSORES P.S.P.: ING. J. QUIROGA

2 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.

3 Criterios de aplicación Sensor inductivo - objetos metálicos - alcance hasta 100 mm - hasta f s >= 5 KHz - hasta 250 o C - hasta IP68 - muy resistente a perturbaciones - DIN (NAMUR) - para zona Ex Sensor ultrasónico - objetos que reflejan el sonido - alcance hasta 15 m - hasta f s >= 8 Hz - hasta 70 o C - hasta IP67 - menos seguro ante perturbaciones - neutro en colores - insensible ante la suciedad Sensor capacitivo - objetos metálicos y no metálicos, sólidos y líquidos - alcance hasta 50 mm - hasta f s >= 100 Hz - hasta 70 o C - hasta IP68 - menos seguro ante perturbaciones - DIN (NAMUR) - para zona Ex Sensor magnético - objetos magnéticos - alcance hasta 60 mm - hasta f s >= 1 KHz - hasta 70 o C - hasta IP67 - muy resistente a perturbaciones - DIN (NAMUR) Sensor óptico - objetos opacos o que reflejen la luz - alcance hasta 100 m - hasta f s >= 1.5 KHz - hasta 300 o C ( con F.O.) - hasta IP67 - menos seguros ante perturbaciones - detección de objetos pequeños (F.O.) - DIN (NAMUR)

4 Criterios de aplicación Campo inductivo/magnético capacitivo ultrasónico salida Convertidor de señal amplificador óptico

5 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

6 Salidas Tecnología de las salidas SENSOR Actuador, PLC, DCS, etc.

7 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.

8 Principio Físico Campo Magnético Objeto metálico Campo Magnético Atenuado Amplitud del oscilador objeto sensor

9 Aplicaciones

10 Aplicaciones

11 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.

12 Sensores Capacitivos Principio de Operación Objeto Electrodo de prueba Oscilador de HF Unidad de evaluación Amplificación Salida Blindaje Potenciómetro de ajuste

13 Aplicaciones

14 Sensores Magnéticos Principio de funcionamiento 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.

15 Sensores Magnéticos Respuesta del sensor i I N S imán permanente N S N S S N S n distancia V abierto cerrado distancia El consumo de corriente de un sensor magnético, aumenta al aproximarse un imán permanente.

16 Sensores megnéticos Aplicaciones

17 Sensores megnéticos Aplicaciones

18 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 : Reflex Barrera Difusa

19 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.

20 Sensores Fotoeléctricos Fibras Opticas, deteción directa F.O. de vidrio Con recubrimiento de Acero Inoxidable Soporta hasta 300 o C en el ambiente Menos atenuación Menos flexible F.O. de plástico Con recubrimiento de plástico Temperatura ambiente hasta 70 o C Más atenuación Más flexible

21 Sensores Fotoeléctricos Distorsiones Otro sensor óptico Lente sucio Daño en la carcasa Objeto interferencia por fuentes de luz natural Interferencia por fuentes de luz fluorescente Variaciones de voltaje Ajuste incorrecto

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24 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.

25 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. Oscilador tipo torcido ó piezoeléctrico Ultrasonido Tensión eléctrica DC oscilación Metal ( Alu ) Cerámica Piezoeléctrica

26 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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