Fundamentos y Aplicaciones de Transductores de Nivel y Posición Angular en Automatización Industrial

Transductores de Nivel

Los transductores de nivel se utilizan para medir la cantidad de líquido presente en un tanque. Existen varios métodos para obtener esta medición, que varían según el tipo de tanque, el material almacenado y la precisión requerida. Los transductores eléctricos son los más comunes, y a continuación, se destacan algunos de ellos.

Flotador Magnético y Medidores de Desplazamiento

Este sistema de medición utiliza un flotador que se desliza a lo largo de un tubo. El flotador contiene un imán que interactúa con otro imán dentro del tubo para determinar el nivel del líquido.

Características del Flotador Magnético:

• Precisión: ±0.5%.
• Aplicación: Funciona en tanques abiertos y cerrados.
• Rango de Medición: 0 a 10 metros.

Un sistema similar es el medidor de desplazamiento, que emplea un flotador conectado por palancas a una varilla. Esta varilla transfiere el movimiento a un dispositivo eléctrico, como un potenciómetro, para medir el nivel del líquido.

Presión Diferencial

Este sistema utiliza un sensor de presión ubicado en el fondo del tanque. Si el tanque está abierto, la presión medida refleja directamente la altura del líquido. En tanques cerrados con presión adicional, el sensor puede utilizarse ajustando la calibración adecuadamente.

Especificaciones:

• Margen de Error: ±0.5%.
• Rango Máximo de Medición: Hasta 25 metros de nivel de líquido.

Capacitivo

Una configuración común para estos sensores de nivel implica el uso de dos tubos cilíndricos, concéntricos y separados, que actúan como las placas de un condensador. La capacidad del sensor cambia en función de la altura del líquido en el tanque.

Ventajas y Rango:

• Precisión: ±1%.
• Características: Ligeros y fáciles de limpiar.
• Rango Máximo de Medición: Hasta 6 metros.

Ultrasonidos

Los transductores de ultrasonido emplean un emisor y un receptor de ondas ultrasónicas instalados en la parte superior del tanque. El emisor envía una señal que rebota en la superficie del líquido y retorna al receptor. El tiempo transcurrido para el retorno de la señal es directamente proporcional a la distancia de la superficie, lo que permite calcular la altura del líquido.

Transductores de Velocidad y Posición Angular

Encoders (Codificadores Rotatorios)

Los encoders se utilizan ampliamente para medir la velocidad y la posición angular en sistemas industriales. Existen dos tipos principales:

• Encoders Incrementales
• Encoders Absolutos

Encoders Incrementales

Los encoders incrementales utilizan un disco ranurado y un haz de luz para medir la rotación del eje. Un LED ilumina el disco, y un sensor detecta la luz que pasa, generando impulsos. Mediante el conteo de estos impulsos, se determina el ángulo y la velocidad de giro.

Salidas Clave:

• A y B: Se utilizan para identificar el sentido de giro (adelante o atrás).
• Z (Referencia): Genera un impulso por vuelta, empleado para reiniciar el contador o establecer un punto de referencia.

Características Técnicas:

• Resolución: Número de pulsos por vuelta.
• Carga Máxima: Fuerza que el eje puede soportar.
• Velocidad Máxima: Velocidad límite operativa.
• Par de Arranque: Fuerza necesaria para iniciar la rotación.
• Tipo de Salida: Lógica o colector abierto.

Encoders Absolutos

Los encoders absolutos poseen múltiples salidas digitales que proporcionan un código binario único para cada posición del eje.

La resolución se define por la cantidad de códigos diferentes que pueden generar en una vuelta, siendo $2^n$ si el código se representa en formato binario (donde $n$ es el número de bits).