Sistemas Electromecánicos ITSON - IIS. Sensores

Transcripción

1 El término sensor se refiere a un elemento que produce una señal relacionada con a la cantidad que se está midiendo. Los sensores pueden ser agrupados de acuerdo con los que miden, las mediciones que con mayor frecuencia se encuentran en la ingeniería mecánica son: desplazamiento, velocidad, proximidad, fuerza, presión, flujo de fluidos, nivel de líquidos, temperatura e intensidad luminosa. Sensores Los sensores de desplazamiento miden la magnitud que se desplaza un objeto; los sensores de posición determinan la posición de un objeto en relación con un punto de referencia. Los sensores de proximidad son una modalidad de los sensores de posición y determinan en qué momento un objeto se mueve dentro de una distancia crítica del sensor. Al elegir un sensor de desplazamiento, posición o proximidad, deberá tenerse en cuenta lo siguiente: 1. La magnitud del desplazamiento. Estamos hablando de fracciones de milímetros, de varios milímetros o quizás de metros? En el caso de un sensor de proximidad, qué tanto debe aproximarse un objeto para detectarlo? 2. Si el desplazamiento es lineal o angular; los sensores de desplazamiento, sirven para monitorear el grosor u otras dimensiones de materiales en forma de hoja, las separaciones de rodillos, la posición o la existencia de una parte, dimensiones de ésta, etcétera; los métodos de desplazamiento angular sirven para monitorear el desplazamiento angular de ejes. 3. La resolución que se necesita. 4. La exactitud que se necesita. 5. El material del que está hecho el objeto que se mide; algunos sensores sólo funcionan con materiales ferromagnéticos, otros solo con metales y algunos otros sólo con aislantes. 6. El costo. Los sensores de desplazamiento y posición pueden clasificarse en dos tipos básicos: sensores de contacto, en los cuales, el objeto que se mide está en contacto mecánico con el sensor, y sensores sin contacto, en los que no hay contacto físico entre el objeto y el sensor. 1

2 Sensor potenciómetro: Es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie. Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes mayores, se utilizan los reóstatos, que pueden disipar más potencia. Codificador rotatorio (Encoder): También llamado codificador del eje o generador de pulsos, suele ser un dispositivo electromecánico usado para convertir la posición angular de un eje a un código digital, lo que lo convierte en una clase de transductor. Estos dispositivos se utilizan en robótica, en lentes fotográficas de última generación, en dispositivos de entrada de ordenador (tales como el ratón y el trackball), y en plataformas de radar rotatorias. Hay dos tipos principales: absoluto e incremental (relativo). Sensores inductivos: Son una clase especial de sensores que sirven para detectar materiales metálicos ferrosos. Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia o ausencia de objetos metálicos en un determinado contexto: detección de paso, de atasco, de codificación y de conteo. 2

3 Sensores capacitivos (KAS): Reaccionan ante metales y no metales que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una determinada capacidad. La distancia de conexión respecto a un determinado material es tanto mayor cuanto más elevada sea su constante dieléctrica. Estos sensores se emplean para la identificación de objetos, para funciones contadoras y para toda clase de controles de nivel de carga de materiales sólidos o líquidos. También son utilizados para muchos dispositivos con pantalla táctil, como teléfonos móviles, ya que el sensor percibe la pequeña diferencia de potencial entre membranas de los dedos eléctricamente polarizados de una persona. Sensores de efecto Hall: cuando las partículas cargadas atraviesan un campo magnético existen fuerzas que actúan sobre las partículas, y la trayectoria lineal del haz se deforma. Cuando la corriente fluye a través de un conductor se comporta como un haz de partículas en movimiento, por lo que al pasar por un campo magnético esta corriente se puede desviar. En la industria del automóvil el sensor Hall se utiliza de forma frecuente, ej. en sensores de posición del cigüeñal (CKP) en el cierre del cinturón de seguridad, en sistemas de cierres de puertas, para el reconocimiento de posición del pedal o del asiento, el cambio de transmisión y para el reconocimiento del momento de arranque del motor. La gran ventaja es la invariabilidad frente a suciedad (no magnética) y agua. Sensor táctil: Es una forma particular de sensor de presión. Se utiliza en las yemas de los dedos de las manos de los robots para determinar en qué momento la mano tiene contacto con un objeto. También se utiliza en las pantallas sensibles al tacto donde se requiere detectar contactos físicos. En la modalidad de sensor táctil se utiliza una capa de fluoruro de polivinilideno piezoeléctrico. Cabe mencionar que existen infinidad de sensores para diversas aplicaciones siendo los anteriormente mencionados los de mayor uso industrial en la actualidad. Al seleccionar un sensor para una aplicación en particular hay que considerar varios factores: 1. El tipo de medición que se requiere, por ejemplo, la variable que se va a medir, su valor nominal, el rango de valores, la exactitud, velocidad de medición y confiabilidad requeridas, las condiciones ambientales en las que se realizará la medición. 2. El tipo de salida que se requiere del sensor, lo cual determinará las condiciones de la señal, a fin de contar con señales de salida idóneas para la medición. 3. Con base en lo anterior se pueden identificar algunos posibles sensores, teniendo en cuenta rango, exactitud, linealidad, velocidad de respuesta, confiabilidad, facilidad de mantenimiento duración, requisitos de alimentación eléctrica, solidez, disponibilidad y costo. La elección de un sensor no se puede hacer sin considerar el tipo de salida que el sistema debe de producir después de acondicionar la señal. 3

4 Actuadores. Son elementos de los sistemas de control que transforman la salida de un microprocesador o un sistema de control en una acción de control para una máquina o dispositivo. Por ejemplo, si es necesario transformar una salida eléctrica del controlador en un movimiento lineal que realiza el desplazamiento de una carga, o cuando la salida eléctrica del controlador anterior requiere transformar en una acción que controle la cantidad de líquido que entra y circula en una tubería. Estos sistemas de actuadores los podemos clasificar como: Actuadores neumáticos e hidráulicos, Actuadores mecánicos y actuadores eléctricos. Entre los actuadores neumáticos e hidráulicos podemos encontrar a las válvulas, los cilindros, etc. En los sistemas neumáticos e hidráulicos se utilizan válvulas para controlar el sentido del flujo de un fluido que pasa por un sistema. Su función no es modificar el gasto de un fluido, pero son dispositivos abiertos o cerrados por completo. Estas válvulas se utilizan con frecuencia en un diseño de sistemas de control de secuencia y se activan para cambiar la dirección del flujo de un fluido mediante señales mecánicas, eléctricas o de presión de fluidos. Algunos ejemplos de válvulas son: Válvulas direccionales, válvulas reguladoras de presión, reguladoras de caudal, válvula de carrete o vástago, etc. Los cilindros hidráulico o neumático son ejemplos de actuadores lineales. Los principios y configuraciones son los mismos, tanto para la versión hidráulica como neumática; las únicas diferencias son el tamaño, debido a las presiones que se utilizan en las versiones hidráulicas. El cilindro consiste en un tubo cilíndrico por el que se desplaza un pistón/émbolo. Entre los diferentes tipos de cilindros podemos encontrar los de simple acción y doble acción. 4

5 Los actuadores mecánicos, los podemos definir como dispositivos que pueden convertir el movimiento, en tanto que transforman un movimiento de una forma en otra. Por ejemplo un movimiento lineal se puede convertir en un movimiento rotacional; un movimiento que se produce en un a dirección en un movimientos en otra dirección en ángulo recto respecto a la primera, un movimiento lineal alterno en uno rotacional. Entre los elementos mecánicos están los mecanismos de barras articuladas, levas, engranes, cremalleras, cadenas, correas de transmisión, etc. Si bien hoy en día la electrónica se utiliza en forma generalizada para desempeñar diversa funciones que antes se realizaban con mecanismos, estos todavía son útiles para llevar acabo funciones como las siguientes: 1. Amplificar las fuerzas; por ejemplo, la que se obtiene mediante palancas. 2. Cambio de velocidad, por ejemplo, mediante engranes. 3. Transferencia de rotación de un eje a otro; por ejemplo, una banda sincrónica. 4. Determinados tipos de movimiento; por ejemplo, los que se obtiene mediante mecanismo de retorno rápido. Al estudiar los sistemas eléctricos que se emplean como actuadores de control deberán tenerse en cuenta los siguientes dispositivos y sistemas: Dispositivos de conmutación, como son los interruptores mecánicos (relevadores) y los interruptores de estado sólido (diodos, transistores), en los que la señal de control enciende o apaga un dispositivo eléctrico, por ejemplo, un calentador o motor. Dispositivos tipo solenoide, en los cuales una corriente que pasa por un solenoide acciona un núcleo de hierro dulce, por ejemplo, una válvula hidráulica/neumática operada por solenoide, donde la corriente de control pasa por el solenoide que se utiliza para regular el flujo hidráulico/neumático. Sistemas motrices, por ejemplo, motores de cd y de ca, en los cuales la corriente que pasa por el motor produce una rotación. 5