Cómo detectar los dientes metálicos de un engranaje para usarlo como encoder incremental?

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1 AUIN 1718 Sensors G14 Cómo detectar los dientes metálicos de un engranaje para usarlo como encoder incremental? Para escoger un sensor adecuado para esta aplicación es necesario conocer un poco el funcionamiento de los encoders incrementales. Hay dos tipos de encoders incrementales: Unidireccionales: únicamente dan una salida A. Bidireccionales: tienes dos salidas A y B gracias al desfase entre estas salidas podemos saber el sentido de giro. El problema que se plantea es simular un encoder incremental de tipo angular, improvisando con un sensor y un engranaje que gira, por tanto, sería como montar un encoder de tipo unidireccional. El sensor digital del tipo capacitivo puede detectar los dientes del engranaje, ya que este sensor detecta los metales y los no metales, aun así, el sensor inductivo es más adecuado, ya que no sabemos si en el montaje o cerca del engranaje pueda haber otras piezas móviles de otros materiales; por tanto, el sensor más adecuado para detectar los dientes metálicos del engranaje sería un sensor digital binario del tipo inductivo, ya que asegura que solo vamos a detectar material metálico. Contingut 1 El origen de los sensores inductivos 2 Funcionamiento del sensor inductivo 3 Aplicaciones del sensor inductivo 4 Simbología y conexión de los sensores inductivos de D.C 4.1 Conexiones serie y paralelo 5 Precisión de los sensores inductivos 6 Términos que describen el alcance de un sensor 7 Grados de protección 8 Bibliografía El origen de los sensores inductivos Los sensores inductivos funcionan según los principios de Michael Faraday, el cual descubrió en 1830, que un conductor con corriente podía inducir corriente en otro conductor diferente. [1] Esto fue la base para el desarrollo del concepto de campo electromagnético y la inducción electromagnética. Sobre 1831 el gran descubrimiento de Faraday surgió cuando enrolló dos hilos conductores alrededor de un aro de hierro, entonces descubrió que, al pasar corriente por el primer hilo, se inducía otra corriente en el segundo hilo, posteriormente observo que si hacía pasar un imán a través de una espira y la espira se movía sobre el imán en reposo, esto ocasionaba una variación de corriente. Sus experimentos demostraron que un campo magnético variable generaba un campo eléctrico. [2] Gracias a los descubrimientos de Faraday fue posible la creación de dinamos, motores eléctricos y sensores inductivos de velocidad y posición. Funcionamiento del sensor inductivo Un sensor inductivo está formado por un conjunto de espiras que forman una bobina, cuando circula corriente por las espiras se genera un campo magnético, por este motivo los sensores necesitan una alimentación de corriente. Si acercamos un metal al rango de actuación del campo magnético entonces dicho campo se ve modificado y consecuentemente provoca un aumento de la corriente que pasa por la bobina interna del sensor (corriente de Foucault), este cambio de corriente es el que permite recibir señal de detección del sensor. Cabe destacar que, para que el sensor detecte el metal no es necesario un contacto físico entre ambos, es suficiente con la proximidad del metal. [3][4] Bloques del sensor inductivo Como podemos observar en la imagen anterior el funcionamiento interno del sensor inductivo es algo más complejo. El oscilador produce un voltaje en A.C que es el que se encarga de generar el campo electromagnético. Debido a la variación de corriente de la bobina (corriente de Foucault), provocada por la variación del campo magnético en presencia de un metal, la impedancia de la bobina varia y esto ocasiona un cambio en la frecuencia del oscilador. [5]

2 Comportamiento del oscilador La función del rectificador es convertir la onda senoidal en una señal DC pulsante, esta señal se compara en el comparador, si se detecta algún cambio en la señal entonces significa que ha detectado metal y se debe enviar la señal de detección. [6][7] La etapa de salida se encarga de emitir la señal de detección con mayor potencia para que sea detectable por una lampara o un PLC por ejemplo. La etapa puede detectar un voltaje bajo y otro alto gracias al uso de un transistor bipolar interno que actúa como interruptor. Aplicaciones del sensor inductivo Aplicaciones del sensor inductivo Como podemos observar se le puede dar diferentes usos a este sensor, como por ejemplo para posicionar una pieza, contar piezas que pasan por una cinta transportadora, o contar relieves que van avanzando; en nuestro caso para el problema que se plantea, la labor del sensor que se usara será controlar el giro del engranaje, este sensor debe ser muy rápido en la detección de cada diente del engranaje. Simbología y conexión de los sensores inductivos de D.C Los sensores de corriente continua normalmente son de 3 o 4 cables, también hay algún modelo menos usado de solo dos cables. Para este tipo de sensores podemos encontrar cuatro configuraciones distintas, según la configuración que escojamos se debe conectar de una manera concreta y la respuesta a la detección será diferente para contacto normalmente cerrado, o contacto normalmente abierto. [8] Sensores de tres hilos Los sensores de 3 hilos se pueden escoger con alguna de estas cuatro configuraciones, la ventaja que tendrían los sensores de cuatro hilos es que, estos se puede escoger entre un cable negro o un cable blanco para tener la flexibilidad de escoger entre normalmente abierto o normalmente cerrado. [9]

3 Conexiones serie y paralelo Conexión serie y paralelo En muchas aplicaciones de la industria puede ser necesario utilizar más de un sensor para controlar un proceso, por este motivo existen estos dos tipos de conexiones. Cuando conectamos los sensores en paralelo, cualquiera de los sensores puede enviar la señal de detección de presencia, es suficiente solo con que uno de ellos detecte la pieza, bien puede ser por las necesidades del diseño de producción o por ser redundantes en cuanto seguridad. Si realizamos una conexión en serie de todos los sensores, obligamos que todos los sensores se deben activar para entregar corriente a la carga y obtener esa señal de aviso de presencia. Alimentación programable Podemos ver en la imagen como seria la conexión para modelos de sensores que disponen de la flexibilidad de poder escoger el tipo de conexión que queremos realizar. Precisión de los sensores inductivos Hay sensores blindados los cuales son más robustos y resistentes a golpes, además su área de detección está más limitada Los sensores no blindados son menos resistentes y su área de detección es mayor. [10] Es importante saber que si se hace un montaje de sensores no blindados uno cerca del otro de forma paralela o adyacente, se deben alejar mínimo tres veces su diámetro; si optamos por ponerlo de manera opuesta uno apuntando hacia el interior del otro, la distancia que debe haber como mínimo entre ellos, debe ser de seis veces su diámetro.

4 Sensor blindado y no blindado Un sensor puede detectar el metal y aun así no activar la señal de detección, cuando acercamos un poco más el metal entonces si se produce el envió de señal de detección, a esto se le llama histéresis, al rango que hay entre la distancia de activación y la distancia de desactivación. Hay modelos que permiten hacer un ajuste de esta distancia de detección para adaptarse más a las necesidades. Histeresis del sensor inductivo A la distancia de activación también se le conoce como?distancia de sensado?, otro factor que influye en esta distancia es el tipo de metal como se puede observar en la siguiente imagen. Distancia de sensado según material y tamaño Como podemos observar en la imagen los materiales ferrosos hacen que la distancia de sensado es mayor, es decir, tendremos más alcance para detectar el hierro, mientras que a esta misma distancia no detectaría el cobre; para detectar el cobre tendríamos que acercar más el sensor ya que es un material no ferroso. Debido al principio de funcionamiento del sensor, es necesario tener presente que la precisión y el correcto funcionamiento de un sensor de este tipo se puede ver afectado por la presencia de campos magnéticos externos que pueden provocar interferencia y por tanto falsas detecciones o no detecciones, para evitar este problema existen sensores inductivos con inmunidad a campos magnéticos variables. [11]

5 Términos que describen el alcance de un sensor Sn, Sr, Su, Sa Alcance nominal (Sn): se le conoce como distancia de operación nominal, es un valor que no toma en cuenta muchos factores como las tolerancias de fabricación, temperaturas de trabajo y tensiones. Alcance real (Sr): El alcance real o distancia de operación efectiva, se mide con la tensión de alimentación asignada (Un) y a la temperatura ambiente asignada (Tn). Debe estar comprendida entre el 90% y el 110% del alcance real. Alcance útil (Su): El alcance útil o distancia útil de conmutación, se mide dentro de los límites admisibles de la temperatura ambiente (Ta) y de la tensión de la alimentación (Ub). Debe estar comprendida entre el 90% y el 110% del alcance real: 0,9Sr < Su < 1,1Sr Alcance de trabajo (Sa): Es el campo de funcionamiento del aparato. Está comprendido entre el 0 y el 81% del alcance nominal (Sn): 0 < Sa < 0,9Sn [12] Grados de protección La norma DIN indica el grado de protección, usando las siglas IP seguido del primer dígito que indica la protección contra sólidos y el segundo dígito indica la protección contra el agua. Grados de protección Para nuestra aplicación, de usar el sensor junto a un engranaje tal vez sería interesante usar una protección IP68, ya que desconocemos el montaje real y ambiente que rodea al sensor, esto variara en función de las necesidades. Bibliografía? 1.? 2.? ? 5.? 6.? 7.? 8.? ? 12.