TRANSDUCTORES, SENSORES Y CAPTADORES
DEFINICIONES
En automatización hay que disponer de elementos que nos adapten las magnitudes de referencia (variables de entrada) en otro tipo de magnitudes proporcionales a las anteriores, de manera que estos últimos sean interpretables por el sistema y así se pueda realizar un buen control del proceso. Entre los elementos más importantes se encuentran:
Sensor:
se define normalmente como el elemento que se encuentra en contacto directo con la
magnitud que se va a evaluar. El sensor recibe la magnitud física y se la proporciona al transductor.
Transductor:
De manera general podemos decir que es un elemento o dispositivo que tiene la misión de traducir o adaptar un tipo de energía en otro más adecuado para el sistema, es decir convierte una magnitud física, no interpretable por el sistema, en otra variable interpretable por dicho sistema.El transductor transforma la señal que entrega el sensor en otra normalmente de tipo eléctrico. El transductor suele incluir al sensor.
Captador:
es un dispositivo encargado de recoger o captar un tipo de información en el sistema para realimentarla. Podemos decir por lo tanto que es un transductor que se coloca en el lazo de realimentación de un sistema cerrado para recoger información de la salida (no suele ser de tipo eléctrico) y adaptarla para poder se comparada con la señal de referencia. Suele incluir al sensor.
En sistemas de lazo abierto o incluso en definiciones de diversos autores, captador y sensor suelen se
la misma cosa.
Transmisor
Se entiende por transmisor la circuitería que transforma la señal que sale del sensor, transductor o captador y la convierte en una señal normalizada.
Ejemplo: En un circuito eléctrico, un interruptor puede actuar como transductor de entrada a un sistema de regulación, proporcionando o interrumpiendo una señal eléctrica a través de un cambio de posición. Si embargo, no puede funcionar como captador, pues su accionamiento se verifica de forma manual, impidiéndose de esta manera la realimentación automática.
Servosistema
Es un sistema en lazo cerrado y entrada variable.
Servomecanismo:
es un servosistema en el que la salida es una posición, velocidad o aceleración.
Servomotor:
motor con control de posición en lazo cerrado.
PROPIEDADES DE LOS SENSORES, TRANSDUCTORES Y CAPTADORES
Rango de medida
Es la diferencia entre los máximos y los mínimos valores entre los que se necesita medir. Se recomienda no utilizar un transductor para medidas por debajo de 1/10 del máximo valor que se puede medir. Por ejemplo si un transductor de presión puede medir hasta 1000 Pa, no se debería utilizar para medir menos de 100 Pa (a esto se le denomina valor de fondo de la escala).
Sensibilidad:
Es la pendiente de la curva que relaciona la salida eléctrica con la magnitud física a medir
Resolución
Es la variación detectable más débil
No-linealidad
Es la distancia mayor entre la curva de funcionamiento del sensor (en dirección ascendente) y la recta del punto inicial al final de funcionamiento.
Histéresis:
En ocasiones los caminos que sigue la gráfica (magnitud-señal eléctrica) no tienen el mismo en al aumento y en la disminucion
Repetitividad:
cuando la medida se realiza varias veces, la gráfica magnitud-señal eléctrica no siempre pasa por el mismo lugar. La máxima diferencia será el valor absoluto de la repetitividad.
TRANSDUCTORES DE POSICIÓN, PRESENCIA O PROXIMIDAD
Finales de carrera mecánicos
Son interruptores que sirven para determinar la posición de un objeto o de una pieza móvil: Cuando el objeto o la pieza alcanza el extremo de su carrera, actúan sobre una palanca, émbolo o varilla, produciendo el cambio de unos pequeños contactos. Los finales de carrera tienen dos partes diferenciadas: la cabeza y el cuerpo. La cabeza es el dispositivo captador y el cuerpo es el bloque que contiene los contactos eléctricos o una válvula neumática/hidráulica.
Detectores de proximidad
Se denominan así a cualquier dispositivo eléctrico, electromecánico o electrónico que reaccione de forma aprovechable ante un objeto situado en un entorno definido del mismo. El entorno de reacción define el campo de sensibilidad. Para que la reacción se produzca, sólo se precisa la proximidad física
entre el objeto y el detector sin que haya ningún tipo de contacto mecánico entre ellos. En función del sistema detector se clasifican en:
1.- Detectores de proximidad inductivos
Son todos los dispositivos detectores de proximidad que utilizan un campo magnético (estacionario o variable) como fenómeno físico aprovechable para reaccionar frente al objeto que se quiere detectar. En
función de los distintos tipos de materiales ante los que son capaces de reacciona. Se emplean, por ejemplo, para el posicionamiento de un objeto como un robot o piezas metálicas en un cadena de montaje.
Se clasifican en:
1.1.- Detectores inductivos sensibles a materiales ferromagnéticos
Sólo reaccionan ante la presencia de materiales ferromagnéticos. Utilizan un campo magnético estático (producido por el propio detector) que se modifica por la presencia del material ferromagnético. Están más próximos a los finales de carrera pues no precisan alimentación eléctrica. Se utilizan cuando se requieren muchas actuaciones o cuando las condiciones ambientales como polvo, humedad, etc, pueden dificultar el funcionamiento de contactos mecánicos. Tienen el inconveniente de no poderse utilizar en lugares donde se prevea que pueden aparecer campos magnéticos o la existencia de materiales o virutas de tipo ferromagnético. Son económicos y sencillos de construir. Se pueden clasificar:
1.1.1- De contacto laminar
Constan de dos imanes permanentes y un relé laminar normalmente abierto entre los imanes gracias al equilibrio de campo magnético sobre él. Al introducir en el campo magnético un objeto ferromagnético, el campo se desequilibra y el contacto del relé se cierra.
1.1.2.- De bobina
Utilizan la variación de un campo magnético estático (como el caso anterior) para inducir en una bobina
(situada en la posición que ocupaba el contacto laminar) un impulso de tensión. No se pueden utilizar donde existan virutas de tipo ferromagnético. Son sencillos, fáciles de aplicar y no necesitan al igual que los anteriores de tensión auxiliar.
1.2.- Detectores inductivos sensibles a materiales metálicos
Reaccionan ante cualquier material capaz de provocar pérdidas por corrientes de Foucault. Utilizan un campo magnético variable cuya dispersión en el espacio define el campo de sensibilidad del dispositivo.
Cualquier material que puede absorber energía de dicho campo provocará un cambio de los parámetros
eléctricos del sensor que se utilice (generalmente una bobina o un circuito oscilante LC) Se pueden montar total o parcialmente empotrados. Existen versiones para cc y ca.
2.- Detectores de proximidad capacitivos
Son detectores que utilizan un campo eléctrico (generalmente variable) como fenómeno físico aprovechable para reaccionar frente al objeto que se quiere detectar.
Constan de un oscilador RC. La aproximación de un objeto a los electrodos del condensador hace que la capacidad C aumente y varíe la amplitud de la oscilación. Si el nivel de dicha amplitud decrece por debajo de un determinado valor se produce una señal de conmutación que es débilmente amplificada para actuar sobre elementos exteriores.
Se emplean para detectar líquidos conductores y no conductores, objetos metálicos, sustancias en
polvo o en grano (harina, trigo, grava, etc), detectores de envases vacíos de tetrabrik. No deben ser utilizados con productos adhesivos y el producto debe tener una densidad suficiente como para perturbar el oscilador del detector.
3.- Detectores de proximidad ópticos
Los hay para distancias grandes y pequeñas, por eso a veces sólo se les denomina detectores ópticos. También se les suele llamar fotocélulas. Utilizan medios ópticos y electrónicos para detectar objetos. Para ello utilizan un luz roja (visible) o infrarroja (invisible). Como fuente de luz se utilizan diodos o transistores emisores de luz.
Los detectores de luz roja se ajustan mejor que los de luz infrarroja. La luz infrarroja es menos susceptible a las interferencias producidas por la luz ambiental.
Estos detectores constan de un emisor y un receptor. La detección se realiza por reflexión, al devolver el objeto la luz recibida, o por barrera.
Pueden detectar cualquier tipo de objetos o productos: sólidos o líquidos. Los tipos de montaje son: barrera, reflex y reflexión directa
Se pueden clasificar en:
Directos
El receptor y el emisor están en el mismo cuerpo (reflex y reflexión directa).
Con fibras ópticas acopladas
Receptor y emisor no están en el mismo cuerpo (barrera).
En ambos casos la luz es modulada por infrarrojos y por tanto insensible a luces parásitas.
La distancia de detección en el caso de los de reflexión puede variar según el calor y el grado de brillo de producto.
Pueden reemplazar a los capacitivos e inductivos cuando se deseen distancias de detección mayores. Para distancias grandes se utilizan las llamadas células fotoeléctricas o fotocélulas, que también
funcionan por infrarrojos y permiten detectar todo tipo de objetos, productos móviles o personas: paso
de vehículos, paquetes, cajas, botellas, piezas de maquinarias, nivel de líquidos y sólidos, paso o movimiento de personas, etc.
Las fotocélulas pueden ser:
–
Barrera
La célula está compuesta por dos módulos (emisor y receptor) colocadas uno frente a otro para detectar el paso del objeto o persona. La distancia máxima a detectar es de 200m.–
Reflexión
La célula lleva el receptor y emisor montados en el mismo bloque y detecta el paso decualquier objeto situado entre ella y el receptor. La distancia máxima alcanzada es de 10 m.
–
Proximidad
La célula lleva el transmisor y receptor en el mismo módulo y percibe el paso de cualquier objeto próximo a ella.