Sensores

Un sensor de manera general es un dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o químicas en magnitudes eléctricas para su posterior tratamiento.

Básicamente los sensores que se emplean en sistemas electroneumáticos y electrohidráulicos son aquellos que permiten conocer el estado momentáneo de un elemento o componente por medio de algún tipo de señal que de ellos se genera. Sin embargo pueden utilizarse, de acuerdo a la aplicación, diferentes tipos de sensores que manejen variables tales como temperatura, intensidad lumínica, aceleración, presión, fuerza, torsión, etc.

Se estudian a continuación los cuatro principales tipos de sensores, basados principalmente en la detección de proximidad. A partir de ellos se podrán desarrollar las prácticas de laboratorio posteriormente.

2.2.2.1. Sensores mecánicos

Son sensores que basan su funcionamiento en una activación mecánica, ya sea por contacto o por proximidad. Dentro de este tipo de sensores mecánicos, los más empleados en los sistemas en estudio son los de final de carrera y los de proximidad, los mismos que se describen a continuación:

Final de carrera mecánico

Es también conocido como sensor de contacto o interruptor de límite y suele estar ubicado al final del recorrido de un elemento móvil. Internamente puede contener contactos NA, NC o conmutadores, de acuerdo a la operación que cumplan al ser accionados.

Por lo general están formados de dos partes: un cuerpo en donde se encuentran los contactos y una cabeza que detecta el movimiento. Son muy utilizados en máquinas que tienen un movimiento rectilíneo de ida y vuelta o que siguen una trayectoria fija como por ejemplo ascensores, robots, etc.

Figura. 2.1. Final de carrera mecánico22

22 _{Fuente: http://industrial.omron.es}

Detector de proximidad magnético

Es también llamado Reed Switch y básicamente consiste en un interruptor eléctrico activado por medio de un campo magnético.

Está formado por un par de contactos ferrosos encerrados al vacío dentro de un tubo de vidrio, de manera que al acercase un campo magnético, los contactos se unen cerrando un circuito eléctrico. Cuando el campo magnético se aleja, los contactos se separan debido a su rigidez. El campo magnético puede ser generado por un imán permanente o por una bobina.

Una de las grandes ventajas que presenta este sensor de proximidad, es que al estar encerrado en un tubo de vidrio al vacío, la chispa que genera no produce ningún tipo de riesgo en el ambiente; es por ello que se los utiliza en lugares con atmósferas explosivas.

Figura. 2.2. Final de carrera mecánico23

2.2.2.2. Sensores inductivos

Son sensores accionados sin contacto que permiten detectar la presencia de materiales metálicos ferrosos. Son utilizados para el control de presencia, de paso, de atasco, de posicionamiento, de codificación y de conteo.

23 _{Fuente: http://commons.wikimedia.org}

Están formados internamente por una parte sensora, constituida por un oscilador, y otra que procesa las señales, tal como lo muestra la figura 2.3.

Figura. 2.3. Esquema interno de un sensor inductivo24

El oscilador consta de una bobina y un condensador que oscilan a su propia frecuencia y que se ve afectada por el acercamiento de objetos metálicos. Cada vez que ocurre esto, el relajador junto con el amplificador se encargan de generar un pulso de activación que acciona el relé y a consecuencia el sensor entrega una señal de salida.

2.2.2.3. Sensores capacitivos

Su funcionamiento está basado en el mismo principio que los sensores inductivos, pues consta de los mismos elementos internos. La diferencia radica en que este sensor puede ser activado no solamente por materiales metálicos como es el caso de los sensores inductivos, sino que puede activarse también por materiales tales como madera, granulados, agua, aceite, harina, azúcar, etc. La figura 2.4 muestra un sensor capacitivo de la marca Festo. En constitución física son muy similares a los sensores inductivos.

24 _{Fuente: http://www.emagister.com}

Figura. 2.4. Sensor capacitivo25

2.2.2.4. Sensores ópticos

Estos sensores, utilizados también para la detección de presencia de objetos, basan su funcionamiento en el principio de reflexión e interrupción del haz de luz de acuerdo al material que se quiera sensar. En base a ello, existen tres principios de funcionamiento sobre los cuales operan estos sensores, ellos son:

 Barreras de luz con receptor y emisor separados.- En estos el haz de luz es interrumpido por la presencia del cuerpo; en ese momento el sensor produce una señal de activación.

 Barreras reflectivas con emisor y receptor en un cuerpo y un reflector por separado.- El cuerpo interrumpe el haz de luz al pasar entre el emisor y el reflector.

 Palpador reflectivo con emisor y receptor en un cuerpo y el objeto a sensar como reflector.- En este caso el propio cuerpo que se quiere detectar hace las veces de reflector. Para emplear este método, se debe considerar que el cuerpo sea

25 _{Fuente: http://www.festo.com}

de un material reflectivo y que la distancia entre el emisor y el cuerpo no sea muy grande. La figura 2.5 muestra uno de estos sensores.

Figura. 2.5. Sensor óptico26

En los sensores ópticos suelen utilizarse generalmente un diodo luminoso como emisor y un fototransistor como receptor.

2.2.3. Relés

Un relé es un interruptor de accionamiento electromagnético controlado por electricidad, que permite abrir o cerrar uno o varios contactos que intervienen en circuitos eléctricos independientes. Al ser un elemento de control, es utilizado principalmente en circuitos que manejan tensiones o corrientes bajas, por lo que conmutan con poca energía; sin embargo, es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada.

Al igual que en los interruptores, los contactos del relé pueden ser normalmente abiertos (NA), normalmente cerrados (NC) o de conmutación.

El principal elemento constitutivo del relé es un electroimán, el mismo que por el campo magnético que genera debido al paso de corriente por él, hace que los contactos cerrados se abran y los contactos abiertos se cierren, permitiendo o no el paso de corriente

26 _{Fuente: http://www.veset.cl}

en los circuitos a los cuales fueron conectados. La figura 2.6, muestra un esquema detallado de los elementos que componen un relé.

Figura. 2.6. Constitución física de un relé27

La gran ventaja que presentan los relés, es la completa separación eléctrica entre la corriente de accionamiento (la que circula por la bobina del electroimán) y los circuitos controlados. Esto permite controlar circuitos con voltajes o potencias altas, con pequeñas señales de control.

Por otro lado, se tienen también los llamados relés de estado sólido o relés electrónicos, que están formados por un optoacoplador, un circuito de disparo y un triac. Las grandes ventajas de estos sobre los relés electromecánicos son básicamente dos: Al no tener piezas móviles, tienen un tiempo de vida mayor; y no provocan chispa al abrir o cerrar los circuitos, por lo que pueden ser utilizados en ambientes inflamables.

Se tienen también relés temporizadores, los mismos que se describen a continuación.

27 _{Fuente: http://platea.pntic.mec.es}

2.2.3.1. Relés con cierre retardado

También llamado temporizador on-delay, permite retardar el cierre o apertura de sus contactos ya que después de conectar la corriente de excitación, transcurre un tiempo Δt hasta que se activa la bobina del relé y se cierran o se abren sus respectivos contactos. Al retirar la energía de la bobina, los contactos vuelven a su estado inicial.

El gráfico 2.7 muestra un diagrama en el tiempo del funcionamiento de este tipo de relé.

Figura. 2.7. Relé con cierre retardado28

2.2.3.2. Relés con apertura retardada

También llamado temporizador off-delay, permite que después de retirar la corriente de excitación, transcurra un tiempo Δt tras el cual los contactos del relé vuelven a su estado inicial sin activación. La figura 2.8 muestra un diagrama en el tiempo del funcionamiento de este tipo de relé.

28 _{Fuente: http://www.emagister.com}

Figura. 2.8. Relé con apertura retardada29