Fundamentos de Sensores y Transductores: Detección y Control en Automatización

¿Qué es un Sensor (Transductor)?

Un sensor (o transductor) es el encargado de evaluar una magnitud física, amplificarla y transformarla en una señal válida.

Componentes Principales

• Sensor
• Filtro
• Amplificador

Tipos de Salida

La salida de un sensor puede ser digital (0 o 1) o analógica (salida variable).

Clasificación de Sensores por Detección

Los sensores se pueden clasificar según el tipo de detección que realizan:

• Detección de posición en un punto.
• Detección de posición en diferentes puntos.
• Detección de posición angular.

Sensores de Detección en un Punto

Finales de Carrera

• No necesitan alimentación externa.
• Vida útil limitada.
• Baja frecuencia de conmutación.
• Mecanismo electromecánico.

Detectores Magnéticos

Consisten en dos láminas ferromagnéticas que se cierran en presencia del imán de los vástagos. Sus características incluyen:

• Rango de voltaje: 12 a 27V.
• Corriente máxima: hasta 2A.
• Frecuencia de operación: hasta 500 ciclos.
• Solo detectan metales.
• No requieren contacto físico.
• Son resistentes.

Cuando un metal se acerca, su campo magnético se altera, provocando la detección.

Histéresis en Sensores

La histéresis es la diferencia entre la distancia de activación y la distancia de desactivación de un sensor. Pueden ser de montaje:

• Enrasado: No sobresale de la superficie.
• No enrasado: Sobresale de la superficie.

Tipos de Conexiones

• 2 Hilos: La carga y el detector se conectan en serie.
• 3 Hilos:
  • PNP: La carga se conecta entre la salida y el negativo.
  • NPN: La carga se conecta entre la salida y el positivo.
• 4 Hilos: Similar a las conexiones PNP y NPN, pero con dos salidas (Normalmente Cerrado - NC y Normalmente Abierto - NA).

Detector Capacitivo

Los detectores capacitivos son capaces de detectar cualquier tipo de material, aunque suelen ser más costosos y sensibles a la suciedad. Su funcionamiento se basa en un oscilador cuyo condensador varía su constante dieléctrica con la presencia de un objeto. Al igual que otros sensores, pueden ser de montaje enrasado o no enrasado.

Sensores Fotoeléctricos

Los sensores fotoeléctricos detectan la presencia de cualquier objeto, así como su posición, color y material, utilizando la luz. Se clasifican en varios tipos:

• De Barrera: Compuestos por un emisor y un receptor separados.
• Reflex: Utilizan un emisor y un reflector para detectar objetos.
• Reflex Polarizado: Similar al Reflex, pero diseñado específicamente para detectar objetos brillantes.
• Sistema de Proximidad: El emisor y el receptor están integrados. El objeto detectado devuelve la luz emitida por el emisor, permitiendo la detección de todo tipo de objetos.
• Sistema de Proximidad con Borrado del Plano Posterior: Incorpora un dispositivo que permite ignorar el plano de fondo, mejorando la precisión.

Sensores de Fibra Óptica

La fibra óptica funciona como un conducto de luz. Existen dos tipos principales de núcleos:

• Fibras de plástico.
• Fibras de sílice (estas últimas soportan mayores temperaturas).

Características clave de los sensores de fibra óptica:

• Requieren un amplificador.
• El corte de la fibra debe realizarse con herramientas especiales.
• Capaces de detectar objetos muy pequeños.
• El alcance puede aumentarse con el uso de lentes.
• Soportan altas temperaturas.
• Ideales para ubicaciones de difícil acceso o entornos peligrosos.

Encoders: Detección de Movimiento Rotatorio

Un encoder es un sensor que permite detectar el movimiento de rotación de un eje. Funciona como un transductor que convierte una posición y un ángulo en una señal digital. Su principio de funcionamiento se basa en optoacopladores, que detectan la presencia o ausencia de luz a través de un disco con ranuras radiales.

Tipos de Encoders

• Encoder Incremental: Genera salidas en forma de pulsos que corresponden al ángulo del eje de rotación mientras este gira.
• Encoder Absoluto: Proporciona una salida codificada que indica directamente la posición angular del eje en cualquier momento.

Sensores para Control de Temperatura

El control de temperatura es fundamental en muchos procesos industriales, y para ello se utilizan diversos tipos de sensores:

Termorresistencias

Se basan en el principio de que el valor de la resistencia eléctrica de los metales cambia en función de la temperatura. Son ideales para medir altas temperaturas con precisión.

Termopares

Cuando dos metales diferentes se sueldan y se calientan en su unión, se produce una pequeña tensión eléctrica (efecto Seebeck). Esta tensión es proporcional a la diferencia de temperatura, permitiendo su medición.

Pirómetros de Radiación

Estos dispositivos están formados por una lente que concentra la radiación térmica emitida por el objeto a medir. Dentro del pirómetro, varios termopares se conectan en serie para amplificar la tensión generada, permitiendo la medición de temperaturas sin contacto físico.

Sensores para Control de Nivel

Existen diversas tecnologías para el control y la medición de nivel de líquidos o sólidos en depósitos:

• Por flotador
• Por sonda de inmersión magnética
• Por vibración
• Por conductividad
• Por presión
• Capacitivo
• Por ultrasonido