Mecatrónica
Módulo 5 - 8
Componentes mecatrónicos,
Sistemas y funciones de la mecatrónica,
Mantenimiento y diagnóstico
Ejercicios
Solución
(Concepto)
Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la
calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la
producción industrial globalizada
Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007
Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“,
Plazo: 2008 hasta 2010
El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación
(comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.
Technische Universität Chemnitz, Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse, Deutschland – Projektleitung
Corvinus Universität Budapest, Institut für Informationstechnologien, Ungarn Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Schweden
Technische Universität Wroclaw, Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Polen
Henschke Consulting Dresden, Deutschland
Christian Stöhr Unternehmensberatung, Deutschland Neugebauer und Partner OHG Dresden, Deutschland Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen
Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Polen Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Ungarn
Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Ungarn
Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Ungarn IMH, Spanien
VUT Brno, Tschechische Republik CICmargune, Spanien
University of Naples, Italien Unis, Tschechische Republik
Blumenbecker, Tschechische Republik Tower Automotive, Italien
Bildungs-Werkstatt gGmbH, Deutschland VEMAS, Deutschland
Concepto conjunto de enseñanza:
Libro de texto, libro de ejercicios y libro de soluciones
Módulo 1-8: Fundamentos / Competencia intercultural y administración de proyectos /
Técnica de fluidos / Accionamiento y mandos eléctricos / Componentes mecatrónicos / Sistemas y funciones de la mecatrónica / La puesta en marcha, seguridad y teleservicio / Mantenimiento y diagnóstico
Módulo 9-12: Prototipado Rápido/ Robótica/ Migración Europea/ Interfaces
Todos los módulos están disponibles en los siguientes idiomas: Alemán, Inglés, español, italiano, polaco, checo, húngaro
Más Información
Dr.-Ing. Andreas Hirsch
Technische Universität Chemnitz
Mecatrónica
Módulo 5: Componentes
mecatrónicos
Ejercicios
(Concepto)
Wojciech Kwa
śny
Andrzej B
łażejewski
Universidad Técnica de Wroclaw,
Polonia
Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la
calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la
producción industrial globalizada
Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007
Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“,
Plazo: 2008 hasta 2010
El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación
(comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.
Índice
1 Sensores inductivos
1.1 Fundamentos teóricos
1.2 Fundamentos básicos
1.3 Sensores especiales
1.4 Suministro de corriente y principios de conexión de sensores
1.5 Mecanismos de protección y seguridad de sensores
2 Sensores capacitivos
2.1 Principios básicos
2.2 Fundamentos teóricos
2.3 Funcionamiento de los sensores capacitivos
2.4 Tipos de sensores capacitivos
2.5 Compensación de interferencias
3 Sensores de ultrasonido
3.1 Fundamentos teóricos
3.2 Funcionamiento
3.3 Fallos en el funcionamiento de sensores
3.4 Sensores de ultrasonido especiales
4 Sensores optoelectrónicos
4.1 Elementos fotoeléctricos
4.1.1 Fundamentos físicos
4.1.2 Fotoemisores y fotodetectores
4.2 Tipos de sensores
4.3 Procesamiento de señales
4.4 Tipos de sensores optoelectrónicos especiales
4.5 Conexión de los sensores optoelectrónicos
5 Sensores de campo magnético
5.1 Fundamentos teóricos
5.1.1 Campo magnético
5.1.2 Contactos Reed
5.1.3 Propiedades magnéticas utilizadas en sensores
4
5
11
13
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15
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17
18
21
24
26
26
27
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35
36
36
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38
33
19
25
29
8
1
Sensores inductivos
1.1
Fundamentos teóricos
¿Cuál es la fuente del campo magnetico variable en los sensores in-ductivos ?
……… ………
¿Cómo varía la energía almacenada en los circuitos eléctricos de resonancia LC ? ……… ……… ……… ……… ………
¿Cómo se generan oscilaciones en un circuito LC?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………
¿Cómo pueden mantenerse constantes las oscilaciones en un circuito de resonancia?
……… ………
1.2
Fundamentos básicos
¿Bajo que condiciones tiene lugar la resonancia de la tensión o de la intensidad de corriente en un circuito?
……… ……… ……… ¿Qué condiciones deben cumplirse para generar oscilaciones en un circuito de resonancia?
……… ……… ……… ………
¿ Cuál es la parte activa del sensor inductivo?
……… ……… ……… ………
¿Cómo determina un sensor inductivo la distancia entre el objeto detectado y la bobina?
……… ……… ……… ……… ………
¿Por qué presentan histéresis los sensores inductivos?
……… ……… ……… ………
¿Qué es la histéresis?
……… ……… ……… ……… ¿Cuál es la frecuencia máxima de trabajo de los sensores inductivos? ……… ……… ………
¿Qué magnitud presenta la zona de trabajo de los sensores inductivos y que tipo de carcasas presentan estos?
……… ……… ……… ¿Qué es la zona nominal de trabajo del sensor?
……… ……… ……… ¿Para qué objeto se da el valor de la zona nominal de trabajo en los catálogos?
……… ……… ……… ¿Qué es la zona de acción real del sensor?
……… ……… ¿Qué es la zona de trabajo del sensor?
……… ………
¿De qué depende la zona nominal de trabajo de un sensor inductivo? ……… ……… ……… ¿Por qué se emplean coeficientes de corrección para los sensores in-ductivos? ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Cómo influye la construcción de un sensor en su sensibilidad? ……… ……… ……… ……… ¿Qué debe tenerse en cuenta al instalar cercanos entre sí sensores cubiertos ?
……… ……… ……… ……… ¿Qué debe tenerse en cuenta al instalar cercanos entre sí sensores no cubiertos ?
……… ……… ……… ………
1.3
Sensores especiales
¿Qué significado tiene la frecuencia máxima de conmutación de la señal de salida? ……… ……… ……… ……… ……… ¿Qué frecuencia máxima de conmutación debe esperarse si se utilizan otros objetos diferentes de la lámina estándar
……… ……… ……… ………
¿ Cómo opera un sensor inductivo de anillo?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Existen límites respecto al tamaño de los objetos detectados por un sensor inductivo de anillo?
……… ……… ……… ¿Debe cumplir alguna condición especial la trayectoria recorrida por un objeto a ser detectado por un sensor de anillo?
……… ……… ………
¿Cuáles pueden ser las consecuencias negativas de campos magnéticos de elevada intensidad sobre sensores inductivos?
……… ……… ……… ……… ¿De qué manera se protegen los sensores instalados cerca de instala-ciones de soldado? ……… ……… ……… ……… ……… ¿Qué sensores son insensibles a la influencia del campo magnético externo? ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… Menciona algunos ejemplos de sensores que trabajan bajo condiciones adversas ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Qué propiedades deben tener los sensores que trabajan bajo una presión elevada? ……… ……… ……… ……… ………
¿Cómo se pueden reconocer movimientos de traslación por medio de un sensor de anillo biestable?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Cómo funcionan los sensores inductivos NAMUR?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Cuál es la propiedad típica de los sensores NAMUR?
……… ……… ……… ……… ¿Qué condiciones deben cumplirse cuando los sensores NAMUR trabajan en zonas con peligro de explosión?
……… ……… ¿Qué diferencia hay entre los sensores estándar y los sensores induc-tivos análogos?
……… ……… ……… ……… ¿De qué elementos consta un sensor inductivo analógico?
……… ………
¿Qué valor máximo pueden presentar las oscilaciones de tensión en sensores de corriente continua?
……… ……… ……… ……… ……… ¿Cómo pueden evitarse las oscilaciones ocasionales de tensión? ……… ……… ……… ¿Qué configuraciones pueden presentar las salidas de los sensores de corriente continua?
……… ……… ……… ……… ¿Pueden ser conectados los sensores de corriente alterna AC directa-mente a la corriente?
……… ……… ……… ……… ¿Puede fluir la corriente en el circuito de un sensor AC cuando este no está en funcionamiento?
……… ……… ………
Ejercicio 4
¿Por qué se conectan los sensores en grupos?
……… ……… ………
¿Qué funciones lógicas pueden establecerse a partir de sensores conectados en serie? ……… ……… ……… ……… ………
¿De qué depende el número máximo de sensores conectados en serie? ……… ……… ……… ……… ¿Qué funciones lógicas pueden establecerse a partir de sensores conectados en paralelo?
……… ……… ……… ¿De qué depende el número máximo de sensores conectados en pa-ralelo?
……… ……… ……… ¿Se pueden conectar los sensores en paralelo con dos conductores? ……… ……… ……… ……… ………
¿Contra qué deben protegerse las salidas de los sensores DC? ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Es peligroso un cortocircuito para sensores DC?
……… ……… ……… ¿Cuándo debe conectarse la carcasa del sensor a tierra?
……… ……… ¿Cómo puede evitarse la presencia de corriente en el circuito
cuando el sensor no está funcionando?
……… ……… ……… ………
1.5
Mecanismos de protección y seguridad de sensores
2.1 Principios básicos
Ejercicio 1 ¿Qué objetos pueden ser detectados por los sensores capacitivos? ……… ……… ……… ……… ………
¿Qué materiales pueden ser detectados por los sensores capacitivos? ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Cómo está diseñado un sensor análogo capacitivo?
……… ………
¿Cuál es el elemento activo de un sensor capacitivo?
……… ……… ……… ……… ……… ¿De qué magnitud es la zona de acción del sensor capacitivo?
……… ………
¿Es la capacidad de un condensador proporcional a la distancia entre los electrodos?
……… ……… ……… ¿Cómo se consigue un condensador abierto?
……… ……… ¿Cuál es el papel del electrodo intermedio?
……… ……… ……… ¿Qué diferencia hay entre la presencia de un objeto metálico y un aislante en el campo electrostático de un condensador abierto?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………
2.2 Fundamentos teóricos
Ejercicio 2¿Para qué objetos (conductores o no conductores) es mayor la zona de trabajo del sensor capacitivo?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Cuándo es mayor la zona de trabajo del sensor capacitivo?
……… ……… ……… ¿Cuál es la función del potenciómetro en un sensor capacitivo?
……… ……… ¿Para qué objeto se da el valor en los catálogos de la zona nominal de trabajo de sensores capacitivos?
……… ……… ……… ……… ¿ De qué magnitud es la zona de trabajo segura de un sensor capacitivo? ……… ……… ¿De qué depende la estructura de la capacidad de un sensor?
……… ………
Ejercicio 3
¿Qué formas pueden tener los sensores capacitivos?
……… ……… ……… ¿Qué tipos de sensores cilíndricos hay?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿De qué depende la distancia entre un objeto orgánico y el sensor a partir de la cual la señal de salida cambia?
……… ……… ……… ¿Cómo puede determinarse la zona de acción real de un sensor capa-citivo?
……… ……… ………
Ejercicio 4
¿Cómo responde un sensor capacitivo en presencia de contaminación? ……… ……… ¿Cómo se puede disminuir la influencia de la contaminación modificando la construcción del sensor?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… Ejercicio 5
2.5
Compensación de interferencias
¿Cómo se propaga una onda sonora en el aire? ……… ……… ……… ……… ……… ¿Qué es la longitud de onda?
……… ……… ……… ¿Cómo puede determinarse la distancia entre el objeto y el sensor? ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Qué es el efecto piezoeléctrico
……… ……… ……… ……… ¿Qué ocurre con las propiedades piezoeléctricas a elevadas tempera-turas? ……… ……… ………
3.1
Fundamentos teóricos
Ejercicio 13
Sensores de ultrasonido
¿Cómo se genera una onda de ultrasonido? ..………... ……… ……… ……… ……… ¿Qué rango de frecuencias se emplea en los sensores de ultrasonido? ……… ……… ¿En qué zona es mayor la energía de la onda sonora?
……… ……… ……… ¿Cómo puede determinarse el diámetro del cono de detección?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿De qué depende el ángulo y la forma de la radiación sonora?
……… ……… ………
¿Cuáles son los modos de operación de sensores de ultrasonido típicos? ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Qué fases pueden distinguirse durante la operación de un sensor de ultrasonido?
……… ……… ……… ……… ¿Cuándo se utilizan los sensores de ultrasonido?
……… ……… ……… ……… ¿Son los sensores de ultrasonido insensibles a la influencia
del sonido exterior?
……… ……… ……… ……… ¿De qué partes está compuesto un sensor de ultrasonido?
……… ……… ………
3.2
Funcionamiento
¿Qué tipo de objetos son mejor detectados por sensores de ultrasonido? ……… ……… ……… ……… ¿Cómo funciona un sensor de ultrasonido con un transformador piezo-eléctrico? ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Cómo puede eliminarse el fondo?
……… ……… ……… ¿Cómo puede configurarse el rango mínimo de operación en los sen-sores de ultrasonido?
……… ……… ……… ¿ Por qué existe la zona muerta?
……… ……… ……… ……… ………
¿Cuántos grados puede formar el cono de detección de los sensores de ultrasonido?
……… ……… ……… ¿Qué objeto se emplea para determinar la zona de acción de los sen-sores de ultrasonido? ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Cómo funcionan los sensores unidireccionales?
……… ……… ……… ¿Qué clase de onda sonora es generada por los sensores unidireccio-nales?
……… ……… ……… ¿Cuándo se utilizan los sensores unidireccionales?
……… ……… ……… ¿Qué sensores (unidireccionales o de difusión) presentan la mayor fre-cuencia de cambio de la señal de salida?
……… ………
¿Qué factores físicos pueden interferir en la correcta operación de sen-sores de ultrasonido? ……… ……… ……… ……… ¿Qué efecto tiene el aumento de temperatura en los sensores de ultra-sonido? ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Qué factores de instalación pueden interferir en la correcta operación de sensores de ultrasonido? ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Cuándo existe una influencia mútua entre sensores de ultrasonido? ……… ……… ……… ¿Cómo se puede evitar la interferencia mútua de los sensores de ultra-sonido? ……… ……… ……… ……… ………
3.3
Fallos en el funcionamiento de sensores
¿Cómo funcionan los sensores de reflexión? ……… ……… ……… ……… ……… ¿Cuándo se utilizan los sensores de reflexión?
……… ……… ……… ……… ……… ¿Cómo funcionan los sensores de carcasa con transformador doble? ……… ……… ……… ……… ……… ¿Cómo se miden distancias con un sensor de ultrasonido?
……… ……… ……… ………
3.4
Sensores de ultrasonido especiales
4
Sensores optoelectrónicos
¿Qué partes de la radiación electromagnética se emplean en los sensores optoelectrónicos?
……… ……… ……… ……… ¿Qué es la refracción de la luz?
……… ……… ¿Qué tipos reflexión existen?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… Ejercicio 1
4.1
Elementos fotoeléctricos
4.1.1 Fundamentos físicos¿Qué fotoemisores pueden ser utilizados en sensores optoelectrónicos? ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿En qué se basa el funcionamiento de los diodos luminosos?
……… ……… ……… ¿De qué depende la intensidad de los diodos luminosos?
……… ……… ¿De qué depende el color de la luz generada por los diodos luminosos? ……… ……… ……… ¿Qué ventajas e inconvenientes presenta el empleo de luz visible e infrarroja en sensores?
……… ……… ……… ¿Por qué se coloca una lente en el extremo de la carcasa de un LED? ……… ……… ………
4.1.2 Fotoemisores y fotodetectores
¿Qué diferencia hay entre los diodos luminosos y los diodos láser? ……… ……… ……… ……… ¿Qué ventajas presentan los diodos láser?
……… ……… ……… ……… ¿Qué función desempeñan los fotodetectores en los sensores optoelec-trónicos?
……… ……… ¿Qué son el tiempo de subida y el tiempo de descenso?
……… ……… ……… ¿Qué diferencia hay entre un fotodiodo típico y un diodo PIN?
……… ……… ……… ……… ……… ¿Cómo puede determinar un detector de posición PSD la posición de la intensidad luminosa máxima?
……… ……… ……… ……… ………
¿Por qué se sustituyen los detectores de posición PSD por detectores CCD en sensores optoelectrónicos de detección?
……… ……… ……… ……… ……… ……….. ¿Qué diferencia existe entre el diseño de un fototransistor y el de un transistor? ……… ……… ……… ……… ………
¿Cómo funcionan los sensores unidireccionales?
……… ……… ……… ……… ¿Qué propiedades presentan los sensores unidireccionales?
……… ……… ……… ¿Qué objetos pueden ser detectados por los sensores unidireccionales? ……… ……… ……… ……… Ejercicio 3
4.2
Tipos de sensores
¿Cómo funcionan los sensores retroreflectivos? ……… ……… ……… ……… ……… ¿Cómo funciona un espejo de triple reflexión?
……… ……… ……… ……… ……… ¿De qué depende el rayo efectivo de luz en los sensores unidireccio-nales?
……… ……… ¿Cómo funcionan los sensores de difusión?
……… ……… ……… ¿Qué propiedades presentan los sensores de difusión?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Cómo se determina el alcance máximo de un sensor de difusión? ……… ……… ………
¿Qué puede interferir en el buen funcionamiento de los sensores opto-electrónicos? ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Qué sensores son especialmente sensibles a las interferencias ópticas? ……… ……… ……… ……… ¿Qué ventajas presenta la luz modulada?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿En qué consiste la polarización de la luz?
……… ……… ……… ……… ¿Cómo funcionan los filtros de polarización?
……… ……… ……… ………
4.3
Procesamiento de señales
Ejercicio 4¿Es dañada la polarización cuando tiene lugar una reflexión?
……… ……… ¿Por qué se emplea la luz polarizada en sensores optoelectrónicos? ……… ……… ……… ¿Qué es el margen de operación?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Qué magnitud debe presentar el margen de operación?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Qué es el tiempo de respuesta de un sensor optoelectrónico?
……… ……… ……… ………
¿Cúal es la diferencia entre los sensores de reflexión con y sin polari-zación? ……… ……… ……… ……… ……… ……… ¿Cómo puede eliminarse la influencia de fondo?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… Ejercicio 5
¿Cómo se puede eliminar la influencia del fondo en sensores de manera electrónica?
……… ……… ……… ¿En qué consiste la autocolimación?
……… ……… ……… ……… ……… ¿Qué ventajas presenta la autocolimación?
……… ……… ¿Qué estructura presenta la fibra óptica?
……… ……… ……… ……… ……… ……… Explica el efecto que presenta la reflexión total en la fibra óptica ……… ……… ……… ……… ………
¿Qué modos de operación pueden presentar los sensores optoelectró-nicos? ……… ……… ……… ……… ……… ¿De qué depende el tamaño y la forma de la zona de conmutación de la señal de salida? ……… ……… ……… ……… ………
4.5 Conexión de los sensores optoelectrónicos
¿Cúal puede ser la fuente de un campo magnético y cómo están orien-tadas sus líneas?
……… ……… ……… ……… ……… ¿Cúales son las magnitudes físicas que caracterizan un campo mag-nético? ……… ……… ……… ……… ………
¿Cómo se diferencian las sustancias en función de sus propiedades magnéticas? ……… ……… ……… ……… ………
¿Qué son los dominios magnéticos?
……… ……… ……… ……… ………
¿Qué materiales ferromagnéticos son denominados „duros“ y „blandos“? ……… ……… ………
5.1 Fundamentos teóricos
5 Sensores de campo magnético
5.1.1 Campo magnético Ejercicio 1
5.1.2 Contactos Reed
¿Cómo está constituido un contacto Reed?
……… ……… ……… ……… ………
¿Por qué se emplean medidas de seguridad adicionales para un con-tacto Reed? ……… ……… ……… ……… ……… ¿Qué valor presenta la frecuencia máxima de conmutación de los con-tactos Reed? ……… ……… ……… ……… ……… ¿Cuántas veces puede cambiar la señal de salida de un contacto Reed? ……… ……… ……… ……… ……… Ejercicio 2
¿Qué es el efecto Hall? ……… ……… ……… ……… ………
¿Cómo puede aumentarse el valor de la tensión Hall?
……… ……… ……… ……… ……… ¿Por qué modifica un campo magnético la magnetoresistencia de un semiconductor? ……… ……… ……… ……… ……… ¿Qué ocurre cuando la corriente fluye a través de electrodos de oro o de aluminio? ……… ……… ……… ……… ………
¿Qué es el efecto Wiegand?
……… ……… ……… ……… ………
5.1.3
Propiedades magnéticas utilizadas en sensores
¿Qué propiedades presenta un „conductor de impulsos“? ……… ……… ……… ……… ………
¿Cómo reaccionan las zonas de un „conductor de impulsos“ ante el cambio de dirección del campo magnético externo?
……… ……… ……… ……… ………
¿Cúando aparece un impulso eléctrico en la bobina de un „conductor de impulsos“? ……… ……… ……… ……… ………
¿Qué ventajas presentan los sensores de campo magnético? ……… ……… ……… ……… ………
¿Qué objetos pueden ser detectados por los sensores magnéticos? ……… ……… ……… ……… ………
¿A qué objetos responde un campo magnético?
……… ……… ……… ……… ………
¿Puede un objeto que se encuentra en una tubería de plástico ser de-tectado por sensores magnéticos?
……… ……… ……… ……… ………
¿Cómo funciona un sensor de campo magnético con contacto Reed? ……… ……… ……… ……… ………
5.2
Tipos de sensores magnéticos
¿Qué estado presentan los contactos de un contacto Reed cuando este no se encuentra en un campo magnético?
……… ……… ………
¿De qué depende el alcance máximo de un sensor magnético?
……… ……… ………
¿Qué formas puede presentar la carcasa de sensores magnéticos con contacto Reed y que determinan estas?
……… ……… ……… ……… ………
¿Cuántos conductores presentan los sensores con un contacto Reed? ……… ……… ……… ………
¿Cómo funcionan los sensores Hall?
……… ……… ……… ……… ………
¿Reaccionan los sensores Hall solamente ante una polarización deter-minada del campo magnético?
……… ……… ……… ………
¿Cómo funcionan los sensores Wiegand? ……… ……… ……… ……… ………
¿Cómo son detectados los imanes móviles por un sensor Wiegand? ……… ……… ……… ……… ………
¿Cómo son detectados los „conductores de impulsos“ móviles por un sensor Wiegand? ……… ……… ……… ……… ………
¿Qué tipo de corriente de alimentación requieren los sensores Wiegand? ……… ……… ¿Qué partes comprende el sensor magnético más simple?
……… ………
¿Qué clase de objetos pueden ser detectados por un sensor con imán? ……… ……… ………
¿Necesita un sensor con imán una fuente de corriente de alimentación?
5.3
Sensores magnéticos especiales
5.4
Montaje y aplicaciones
Ejercicio 6 ¿Qué condiciones deben cumplirse para la instalación de un sensor magnético en un elemento compuesto por un material ferromagnético? ……… ……… ……… ……… ………
¿Qué sucede si aparece un objeto compuesto por material no ferroma-gnético entre el sensor y el imán?
……… ……… ……… ……… ………
¿Cuándo se utilizan los sensores de campo magnético?
……… ……… ……… ……… ………
Mecatrónica
Módulo 6: Sistemas y funciones
de la mecatrónica
Ejercicios
(Concepto)
Jerzy J
ędrzejewski
Wojciech Kwa
śny
Zbigniew Rodziewicz
Andrzej B
łażejewski
Universidad Técnica de Wroclaw,
Polonia
Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la
calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la
producción industrial globalizada
Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007
Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“,
Plazo: 2008 hasta 2010
El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación
(comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.
1.1
Construcción básica
1
Sensores inductivos
Tarea 1 ¿Qué constituye la parte activa de un sensor inductivo?
... ... ... ... ... ¿Cómo evalúa un sensor inductivo la distancia del objeto detectado hasta la espiral? ... ... ... ... ... ... ... ¿Qué es histéresis? ... ... ... ... ... ¿Por qué es recomendado que el sensor inductivo tenga una cierta cantidad de histéresis? ... ... ... ... ... ... ¿Qué son las frecuencias de operación de un sensor inductivo?
... ... ... ... ...
¿Cuál es el rango de operación de los sensores inductivos y cuáles son sus carcasas? ... ... ... ... ¿Cómo se define el ritmo del ámbito de operación del sensor?
... ... ... ¿Para qué objeto se da el ámbito de operación de un sensor en el catálogo?
... ... ... ... ¿Cuál es el actual rango de operación del sensor?
... ... ... ¿Cuál el rango de trabajo de un sensor?
... ... ... ... ¿Qué factores influencian el rango operacional de un sensor inductivo? ... ... ... ... ¿Cuál es la conducta de los factores correccionales si se miden con un sensor inductivo?
... ... ... ...
¿Qué influencia tiene el diseño de un sensor su sensibilidad? ... ... ... ... ... ... ... ¿Qué requisitos deben de cumplir al instalarse sensores blindados cerca los unos de los otros?
... ... ... ... ... ¿Qué requerimientos se necesitan cuando se instalan sensores sin blindaje cerca los unos de los otros?
... ... ... ... ... ... ¿Cuál es el significado de la frecuencia máxima de cambio de la salida del sensor? ... ... ... ... ... ... ... ... ¿Qué máximos de la frecuencia de cambio son esperados usando dife-rentes objetos en la placa estándar?
... ... ... ...
Tarea 2 ¿Cuál es la regla de operación de un sensor de anillo inductivo? ... ... ... ... ... ... ... ¿Hay limitaciones en respecto al tamaño de los objetos detectados por un sensor de anillo inductivo?
... ... ... ... ¿Hay limitaciones en respecto a la forma de trayectoria en el que el objeto detectado viaje dentro del sensor de anillo inductivo?
... ... ... ... ¿Cuáles pueden ser los impactos negativos de un fuerte campo magné-tico en un sensor inductivo?
... ... ... ... ... ¿Cómo es posible proteger el sensor inductivo contra impactos negativos de fuertes campos magnéticos?
... ... ... ... ... Especifique los tipos de sensores ejemplares diseñados para operar en condiciones difíciles.
... ... ¿Qué rasgo debe tener un sensor inductivo para operar bajo condiciones de alta presión? ... ... ... ... ... ... ¿Cuál es el principio de operación de los sensores inductivos NAMUR? ... ... ... ... ... ... ¿Cuál es el rasgo principal de un sensor inductivo NAMUR?
... ... ... ... ... ¿Para qué condiciones son los sensores inductivos NAMUR los más convenientes? ... ... ... ... ... ¿Cuáles son las diferencias entre salidas analógicas y sensores de dos estados?
... ... ... ... ¿Cómo se diseñan los sensores inductivos analógicos?
1.3
Suministro y conexiones de sensores
Tarea 3 ¿Cuáles son las fluctuaciones permisibles del suministro de voltaje DC para un sensor inductivo?
... ... ... ¿Cuáles son las posibles configuraciones de fabricación de un sensor de suministro DC? ... ... ... ... ... ... ¿Cuál es la diferencia entre la ejecución NO y NC de sensores?
... ... ... ... ¿Qué factor determina el número de serie máximo de un sensor conecta-do? ... ... ... ... ... ¿Está permitido que los sensores de suministración AC estén directa-mente alimentados por los principales?
... ... ... ... ... ... ¿Cuál es el propósito de la agrupación de sensores?
... ...
1.4
Seguridad y protección
Tarea 4 ¿Contra qué efectos no deseados están protegidas las salidas de los sensores DC? ... ... ... ... ... ¿Son los cortocircuitos en la salida de los sensores de suministro DC peligrosos para la operación?
... ... ... ... ... ¿Cuándo se requiere una base del escudo del sensor?
... ... ... ... ... ¿Qué precauciones deberían ser tomadas en contra de la presencia de la corriente de escape en los circuitos eléctricos de un sensor?
... ... ... ... ...
2.1
Principios de operación de un sensor capacitivo
Tarea 1 ¿Por qué tipo de materiales pueden los objetos ser detectados por sen-sores capacitivos? ... ... ... ... ... ...
¿Cuáles son los principales elementos de un sensor capacitivo? ... ... ... ... ¿Qué elementos constituyen el componente activo de un sensor capa-citivo? ... ... ... ... ... ... ... ... ¿Cuál de los es más fácil de ser detectado por un sensor capacitivo y por qué: un conductor o no-conductor?
... ... ... ... ... ... ... ... ¿Tiene la base del objeto detectado algún significado a la operación del sensor?
2.2
Tipos de sensores capacitivos
Tarea 2 ¿Cuáles son las típicas variedades de sensores capacitivos?
... ... ... ... ... ¿Qué son los tipos de sensores capacitivos cilíndricos?
... ... ... ... ... ... ... ... ¿Cómo se evalúa la distancia de operación real de un sensor?
... ... ... ... ... ¿De qué depende la distancia detectada por materiales orgánicos? ... ... ... ... ... ...
¿Qué tan distanciados deben estar los sensores capacitivos para ser instalados?
... ... ... ...
2.3
Compensación de eventos de interferencia
Tarea 3 ¿Hay alguna diferencia en la distancia de cambio cuando se detecta un objeto hecho de cobre o acero?
... ... ... ¿Qué material es más fácil de detectar: el agua o el aceite?
... ... ... ... ... ¿Cuál es la influencia de contaminación en operaciones de sensores? ... ... ... ... ... ¿Es posible limitar la influencia de la contaminación diseñando sensores capacitivos? ... ... ... ... ... ¿Cómo se elimina la influencia de áreas magnéticas externas?
... ... ... ... ...
3
Sensores ultrasónicos
Tarea 1 ¿Cuál es la regla de operación de un sensor ultrasónico?
... ... ... ... ... ... ... ... ¿Qué fases deben ser isoladas en la operación de un sensor ultrasónico? ... ... ... ... ... ¿Es posible que el mismo transductor opere como el emisor y el receptor? ... ... ... ... ... ¿Cuáles son los principales componentes de un sensor ultrasónico? ... ... ... ... ... ¿Son los sensores ultrasónicos resistentes a las interferencias sonoras externas? ... ... ... ... ...
3.2
Mediciones con sensores ultrasónicos
Tarea 2 ¿Cuál es el área de aplicación principal de los sensores ultrasónicos? ... ... ... ... ... ¿Cómo influencian las propiedades de los objetos detectados la sensi-bilidad de los sensores ultrasónicos?
... ... ... ... ... ¿Cuál es el círculo de trabajo de un sensor ultrasónico con un sensor piezoeléctrico? ... ... ... ... ... ... ... ... ¿Cuál es un método posible para eliminar el origen de la influencia? ... ... ... ... ¿Cuál es la razón de la presencia de la zona muerta?
... ... ... ... ¿Hay alguna posibilidad de fijar el límite de un rango débil en un sensor ultrasónico?
... ... ... ¿Qué ángulos de conicidad de rayos ultrasónicos se ofrecen en los sensores?
... ... ... ¿Qué se considera un objeto estándar cuando se determina el rango de un sensor ultrasónico? ... ... ... ... ... ... ¿Cuál es el principio de operación de un sensor de paso?
... ... ... ... ¿Cómo se generan las ondas sonoras de un sensor de paso?
... ... ... ... ¿Cuál es la principal área de aplicación de un sensor ultrasónico? ... ... ... ... ... ¿Qué sensores ofrecen una frecuencia de cambio más alta: los de paso o los difusivos?
... ... ...
3.3
Eventos de interferencia en la operación de sensores de ultrasonido
Tarea 3 ¿Qué factores físicos pueden interferir en la operación de sensores ultrasónicos? ... ... ... ... ... ¿Qué influencia tiene la temperatura en la operación de sensores ul-trasónicos? ... ... ... ... ... ... ... ... ¿Qué factores de instalación pueden interferir con la operación de un sensor ultrasónico? ... ... ... ... ... ... ¿Pueden los sensores ultrasónicos interferirse mutualmente?
... ... ... ... ... ... ¿Cómo es posible evitar una interferencia mutua de los sensores ultrasó-nicos si están instalados muy próximos entre ellos?
... ... ... ...
3.4
Tipos especiales de sensores ultrasónicos
Tarea 4 ¿Cuál es el principio de operación de un sensor de ultrasonido reflexivo? ... ... ... ... ... ... ... ¿Qué sensores pueden detectar la interrupción completa de un rayo de ultrasonido? ... ... ... ... ... ... ... ¿Cómo operan los sensores de ultrasonido con dos transductores en una carcasa? ... ... ... ... ... ... ... ¿Es necesario un diseño a medida del sensor ultrasónico para la medi-ción de la distancia? ... ... ... ... ... ... ...
4
Sensores fotoeléctricos
Tarea 1 ¿Cuál es la regla de operación de un sensor de paso de haz?
... ... ... ... ... ¿Qué propiedades ofrecen los sensores de paso de haz?
... ... ... ... ¿Qué objetos pueden ser detectados por los sensores de paso de haz? ... ... ... ... ¿Cuál es la regla de operación de un sensor retro-reflexivo?
... ... ... ... ... ... Explique el diseño de los reflectores y bandas reflectoras
... ... ... ... ... ¿Qué influencia tiene el efectivo flujo de la luz en un sensor reflexivo? ... ... ... ...
¿Cuál es la regla de operación de un sensor difusivo?
... ... ... ... ¿Cuáles son las propiedades de un sensor difusivo?
... ... ... ... ... ... ... ... ¿Cómo se determina la distancia máxima de detección de un sensor difusivo?
... ... ...
4.2
Procesamiento de señal
Tarea 2 ¿Cuáles pueden ser las fuentes de interferencia en la ininterrumpida operación de sensores fotoeléctricos?
... ... ... ... ... ... ... ... ... . ¿Qué tipo de sensor es más susceptible a interferencias ópticas? ... ... ... ... ... ¿Qué ventajas resultan de la operación de sensores con luz modulada?
... ... ... Explique la polarización de la luz
... ... ... ... ¿Con qué propósito se usa la luz polarizada en sensores foto-ópticos? ... ... ... ¿Cómo se lleva a cabo la polarización de la luz?
... ... ... ... ¿Cómo se refleja la luz polarizada desde la superficie de objetos? ... ... ... ... ... ¿Cómo se entiende la noción del “margen de actuación” de un sensor fotoeléctrico? ... ... ... ... ... ... ... ¿Cuál debería ser un exceso de luz para asegurar una operación del sensor fotoeléctrico ininterrumpida?
... ... ...
Defina el tiempo de respuesta de un sensor fotoeléctrico. ... ... ... ... ...
4.3
Tipos especiales de sensores fotoeléctricos
Tarea 3 ¿Cuáles son las diferencias entre un sensor reflexivo con polarización y un sensor reflexivo típico?
... ... ... ... ... ... ... ... ¿Cuáles son las posibilidades de supresión del fondo y del primer plano? ... ... ... ... ... ... ... ... ¿En qué modo operan los sensores con eliminación electrónica de in-terferencia? ... ... ... ... ... ... ... ... ... ¿Qué receptores de luz se usan en los sensores de triangulación? ... ...
Explique el proceso de auto colimación ... ... ... ... ... ... ¿Qué características adicionales tienen los sensores reflexivos con auto colimación? ... ... ... ... ... Explique el diseño de los cables de fibra óptica.
... ... ... ... ... Explique el efecto de la reflexión completa en un cable de fibra óptica. ... ... ... ... ... ¿Cuáles son las diferencias entre un cable de fibra óptica de vidrio o uno de plástico? ... ... ... ... ... ... ... ¿Cuál es el principio de operación de una fibra de vidrio?
... ...
Tarea 4 ¿Qué modos de operación son característicos para los sensores foto-eléctricos? ... ... ... ... ... ... ... ... ... ¿Qué factores influencian la forma y el tamaño de la zona de cambio de la salida del sensor?
... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
4.4.
Tecnología de conexión
5
Sensores magnéticos
Tarea 1 ¿Cuáles son los materiales magnéticos duros y blandos?
... ... ... ... ... ... ¿Cuál es el principio subyacente del efecto Hall?
... ... ... ... ... ... ¿Por qué cambia el área magnética la magneto resistencia de los se-miconductores? ... ... ... ... ... ¿Cuál es la función de los electrodos cubiertos con cinta magneto resi-stente?
... ... ... ... ¿Cuáles son las principales características de los “conductores de im-pulso”?
... ... ... ... Explique la idea del Efecto Wiegand
Tarea 2 ¿Qué elementos responden a los cambios en el área magnética? ... ... ... ... ... ¿Qué ventajas tienen los sensores magnéticos?
... ... ... ... ... ... ... ¿Pueden los sensores magnéticos detectar objetos que están detrás de una pared de plástico?
... ... ... ... ... ¿Cuáles son los principales componentes de los sensores magnéticos? ... ... ... ... ... ¿Cuál es el principio de operación de un sensor magnético con un sensor de caña? ... ... ... ... ...
¿Cuál es el estado de salida de un sensor de caña cuando no está sujeto a un área magnética? ... ... ... ... ... ¿Tienen los sensores con sensores de caña sólo una superficie activa? ... ... ... ... ... ¿Qué factores influencian el rango máximo de operación de un sensor de caña de contacto? ... ... ... ... ... ... ¿Cuántas pistas hay en la salida del sensor de contacto de caña mag-nético? ... ... ... ... ... ¿Cuál es el principio de operación de un sensor magnético de Efecto Hall? ... ... ... ... ... ... ... ...
Tarea 3 ¿Cuál es la regla de operación de los sensores Wiegand? ... ... ... ... ... ¿Cómo es posible hacer cambios en la dirección del campo magnético en los sensores Wiegand?
... ... ... ... ... ¿Cómo se hace la detección de imanes magnéticos con sensores Wie-gand? ... ... ... ... ... ¿Cómo se lleva a cabo la detección de la translación de un “conductor de impulso”? ... ... ... ... ... ¿Necesitan los sensores Wiegand suministro de voltaje?
... ... ... ... ... ¿Qué elemento en los sensores con imán reaccionan al campo mag-nético?
...
¿Qué situaciones pueden detectar los sensores con imán? ... ... ... ... ... ¿Requieren los sensores magnéticos con imán suministro de voltaje? ... ... ... ... ¿Qué factores influencian el valor del voltaje de salida en los sensores magnéticos con imán?
... ... ... ... ...
Tarea 4 ¿Influencia el tipo de material en el que un sensor magnético ha sido instalado en su operación? ... ... ... ... ... ¿Puede la introducción de un elemento delgado entre el sensor y el imán transigir la operación del sensor?
... ... ... ... ... ¿Cuáles son las principales aplicaciones de los sensores magnéticos? ... ... ...
6
Funciones de los sensores en sistemas
Tarea 1 ¿Cuáles son las principales tareas desempeñadas por sensores en sistemas mecatrónicos modernos?
... ... ... ... ... ¿Qué parámetros de operación de los sistemas mecatrónicos son revi-sados por medio de los sensores?
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ¿Qué funciones de sistemas mecatrónicos requieren la participación de sensores? ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ¿A qué se reduce el papel de los sensores en el diagnóstico de sistemas mecatrónicos? ... ... ... ... ... ...
Tarea 2 ¿Qué información pueden suministrar los sensores para el diagnóstico de maquinado? ... ... ... ... ... ... ¿Cuál es el papel de la señal de medición recibida por los sensores en la supervisión de las operaciones de sistemas mecatrónicos?
... ... ... ... ... ... ¿Qué se evalúa por medio de los sensores en el diagnóstico de mante-nimiento de los sistemas mecatrónicos?
... ... ... ... ... ...
Mecatrónica
Módulo 8: Mantenimiento y
diagnóstico
Ejercicios
(Concepto)
Jerzy J
ędrzejewski
Universidad Técnica de Wroclaw,
Polonia
Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la
calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la
producción industrial globalizada
Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007
Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“,
Plazo: 2008 hasta 2010
El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación
(comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.
1
Aims and tasks of remote diagnostics and servicing
Problem 1 What are the reasons for taking diagnostic measures?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ………
What is the task of remote diagnostics?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………
What is the task of a remote servicing system?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……….. What are the advantages of remote connection of sensors to commu-nication networks? ……… ……… ……… ……… ………
2
Idea, components and operation of diagnostic system
Problem 2 What are the input data for object diagnostics?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………
What are the criteria for designing diagnostics?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ………
What do typical units for diagnosing mechatronic objects consist of?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………
3
Idea, components and operation of service diagnosing system
Problem 3 What is the purpose of and what does service diagnostics consists in?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………
Describe the course of degradation of an operating parameter of a machine and the classification of the latter’s technical condition.
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………..
What are the main trends in the development of service diagnostics?
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……….. ……… ……… ……… ………
Mecatrónica
Módulo 5: Componentes
mecatrónicos
Solución
(Concepto)
Wojciech Kwa
śny
Andrzej B
łażejewski
Universidad Técnica de Wroclaw,
Polonia
Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la
calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la
producción industrial globalizada
Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007
Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“,
Plazo: 2008 hasta 2010
El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación
(comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.
Índice
1 Sensores inductivos
1.1 Fundamentos teóricos
1.2 Fundamentos básicos
1.3 Sensores especiales
1.4 Suministro de corriente y principios de conexión de sensores
1.5 Mecanismos de protección y seguridad de sensores
2 Sensores capacitivos
2.1 Principios básicos
2.2 Fundamentos teóricos
2.3 Funcionamiento de los sensores capacitivos
2.4 Tipos de sensores capacitivos
2.5 Compensación de interferencias
3 Sensores de ultrasonido
3.1 Fundamentos teóricos
3.2 Funcionamiento
3.3 Fallos en el funcionamiento de sensores
3.4 Sensores de ultrasonido especiales
4 Sensores optoelectrónicos
4.1 Elementos fotoeléctricos
4.1.1 Fundamentos físicos
4.1.2 Fotoemisores y fotodetectores
4.2 Tipos de sensores
4.3 Procesamiento de señales
4.4 Tipos de sensores optoelectrónicos especiales
4.5 Conexión de los sensores optoelectrónicos
5 Sensores de campo magnético
5.1 Fundamentos teóricos
5.1.1 Campo magnético
5.1.2 Contactos Reed
5.1.3 Propiedades magnéticas utilizadas en sensores
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Sensores inductivos
1.1 Fundamentos teóricos
¿Cuál es la fuente del campo magnético variable en los sensores in-ductivos?
La fuente del campo magnético variable en los sensores inductivos es una bobina de inducción. Cuando la corriente fluye a través de la bobina y cambia su dirección, la polaridad del campo magnético en la bobina será invertida.
¿Cómo varía la energía almacenada en los circuitos eléctricos LC de resonancia?
La energía total almacenada en un circuito de resonancia se divide en la energía del campo magnético de la bobina de inducción EL y la en-ergía EC del campo eléctrico procedente del condensador cargado. La energía total permanece siempre constante: E = EL + EC = constante. Al principio el circuito LC, compuesto por la bobina L y el condensador C, está abierto y la energía total está almacenada en los electrodos del condensador cargado. Cuando se cierra el circuito, el condensador co-mienza a cargarse y la corriente I fluye en el circuito. La intensidad de corriente varía desde cero hasta Imax. La energía total del condensador se almacena así en la bobina.
¿Cómo se generan oscilaciones en un circuito LC?
Aunque el condensador ya esté cargado, la corriente circula en el circuito en la misma dirección. La corriente, cuya fuente es la autoinducción en la bobina, carga el condensador y de esta manera se recarga el con-densador. Cuando la carga del condensador alcanza su valor máximo desaparece la corriente en el circuito. El estado final es similar al inicial, con la diferencia de que la polaridad del condensador en la etapa final es inversa respecto a la que presentaba en el estado inicial y la corri-ente fluye en sentido contrario. En el circuito LC tienen lugar por tanto oscilaciones del campo eléctrico del condensador y oscilaciones del campo magnético de la bobina.
¿Cómo pueden mantenerse constantes las oscilaciones en un circuito de resonancia?
Las oscilaciones de un circuito de resonancia se pueden mantener con-stantes cuando este es alimentado por una fuente externa de tensión sinusoidal.
1.2 Fundamentos básicos
¿Bajo que condiciones tiene lugar la resonancia de la tensión o de la intensidad de corriente en un circuito?
La amplitud de las oscilaciones es máxima cuando la frecuencia de la fuente externa y la frecuencia propia del circuito LC son iguales. Bajo estas condiciones tiene lugar la resonancia de la tensión o de la inten-sidad de corriente en un circuito.
¿Qué condiciones deben cumplirse para generar oscilaciones en un circuito de resonancia?
Para generar oscilaciones deben cumplirse dos condiciones: la condición de fases y de amplitudes. La condición de fases implica que la fase de la tensión de entrada es igual a la fase de la tensión de salida. La condición de amplitudes implica que el amplificador debe compensar la amortiguación del circuito de resonancia.
¿Cuál es la parte activa del sensor inductivo?
La parte activa del sensor inductivo está compuesta por una bobina que envuelve el núcleo de ferrita. Esta genera una campo magnético variable. El núcleo amplifica el campo magnético bajo circuito magnético abierto y lo dirige a la zona de medida del sensor.
¿Cómo determina un sensor inductivo la distancia entre el objeto detectado y la bobina?
El circuito electrónico de resonancia determina la distancia entre el objeto detectado y la bobina en base al grado de amortiguamiento, y genera así la señal de salida. La señal presenta principalmente dos estados: el objeto se encuentra en el campo del sensor o no. A veces la señal es analógica. En estos casos la señal es inversamente proporcional a la distancia entre el objeto y el sensor.
¿ Por qué presentan histéresis los sensores inductivos?
El circuito electrónico del sensor contiene también un comparador con histéresis y un sistema de salida. Gracias a la histéresis se pueden evitar las interferencias de la señal de salida al cambiar su estado, en el caso de que el objeto metálico no sea estable o la tensión y temperatura presenten oscilaciones.
¿Qué es la histéresis?
La histéresis es la diferencia entre la distancia a partir de la cual el sen-sor reacciona al aproximarse un objeto metálico y la distancia a la que reacciona al alejarse el objeto. La señal de salida cambia entonces de OFF (apagado) a ON (encendido). El valor de la histéresis depende del tipo y tamaño del sensor y es menor que el 20% del rango de medida. ¿Cuál es la frecuencia máxima de trabajo de los sensores inductivos? Los generadores LC que generan un campo magnético variable en los sensores inductivos son de elevada frecuencia (HF) y presentan valores entre 100 kHz-1MHz. Cuanto mayor sea el diámetro de la bobina, mayor será la toma de corriente eléctrica y menor la frecuencia máxima. ¿Qué magnitud presenta la zona de trabajo de los sensores inductivos y que tipo de carcasas presentan estos?
La zona de trabajo de los sensores inductivos típicos es menor de 60 mm. La carcasa del sensor es cilíndrica o cuadrada. El material de la carcasa puede ser metal o plástico, lo cual facilita el montaje del sensor.
¿ Qué es la zona nominal de acción del sensor?
Es la distancia entre el objeto y el sensor a partir de la cual la señal de salida cambia. Se denomina zona nominal de acción Sn. Este valor es dado en los catálogos.
¿Para qué objeto se da el valor de la zona nominal de trabajo en los catálogos?
Según la norma EN 60947-5-2 la zona nominal de trabajo se proporcio-na para uproporcio-na lámiproporcio-na cuadrada de acero (ST37) de igual anchura que el diámetro del sensor y espesor de 1 mm.
¿Qué es la zona de acción real del sensor?
La zona de trabajo real del sensor es determinada durante el proceso de fabricación del sensor y puede diferir ligeramente de la zona de acción nominal Sn. Para la tensión y la temperatura nominales se cumple que 0.9Sn ≤ Sr ≤ 1.1Sn.
¿Qué es la zona de trabajo del sensor?
La zona de trabajo del sensor viene definida como Sa ≤ 0.8Sn , donde se incluye la distancia entre el objeto y el sensor a la que se puede trabajar sin problemas derivados de los cambios de tensión y temperatura. La zona de trabajo del sensor es independiente de la zona de acción real proporcionada por el fabricante.
¿De qué depende la zona nominal de acción de un sensor inductivo? La zona nominal de acción Sn depende del diámetro de la bobina D y de las propiedades del núcleo. Cuanto más pequeño sea el sensor, menor será la zona nominal de acción. Existen también configuraciones especiales con una zona nominal de trabajo mayor.
¿Por qué se emplean coeficientes de corrección para los sensores in-ductivos?
Aquellos materiales que presentan una resistencia eléctrica menor que el acero St37 como el oro, cobre o aluminio amortiguan las oscilaciones del circuito de resonancia en menor grado. Estas diferencias se pueden compensar con la limitación de la zona nominal de trabajo. Si el metal detectado es latón se debe multiplicar la zona nominal de trabajo del sensor Sn correspondiente al acero St37 por un coeficiente de correc-ción de 0,5.
¿Cómo influye la construcción de un sensor en su sensibilidad? Existen dos construcciones básicas de sensores cilíndricos:
- cubierto: la bobina del circuito de resonancia está insertada en una funda que determina el límite del sensor.
- no cubierto: la bobina se encuentra dentro de una caja protectora de plástico.
Los sensores con una bobina no cubierta son más sensibles ante la presencia de objetos metálicos cercanos.
¿Qué debe tenerse en cuenta al instalar sensores cubiertos cercanos entre ellos?
Un sensor cilíndrico cubierto es sensible sólamente a los objetos metáli-cos que se encuentren frente a él. Por ello estos sensores pueden in-stalarse en elementos metálicos. La zona libre queda determinada por la distancia equivalente a 3Sn . Para evitar la interferencia mutua entre sensores, la distancia mínima entre estos debe ser mayor de 2xD. ¿Qué debe tenerse en cuenta al instalar sensores no cubiertos cercanos entre ellos?
Un sensor cilíndrico no cubierto es sensible a los objetos metálicos situa-dos a su alrededor desde tres lasitua-dos. Por ello el sensor debe sobresalir algo, de tal manera que la zona libre pueda detectar los lados del sensor. Para evitar la interferencia mutua entre sensores, la distancia mínima entre estos debe ser mayor de 3xD.
1.3 Sensores especiales
¿ Qué significado tiene la frecuencia máxima de conmutación de la señal de salida?
En la especificación técnica de cada sensor se describe la máxima fre-cuencia de cambio de la señal de salida. Esta especifica el número de cambios en la salida durante un segundo cuando objetos metálicos de acero St37 aparecen y desaparecen de forma cíclica en la zona de trabajo del sensor. Para determinar esta frecuencia se aplican las regulaciones técnicas dadas en la norma EN 50 010/IEC 60947-5-2
¿Qué frecuencia máxima de conmutación debe esperarse si se utilizan otros objetos diferentes de la lámina estándar?
El resultado de una medida depende siempre del tamaño del objeto, de la velocidad y de la distancia entre el objeto y el sensor. Al usar un objeto menor que la lámina estándar o una distancia menor entre láminas, se reduce la frecuencia máxima de la velocidad de salida.
¿ Cómo opera un sensor inductivo de anillo?
La forma de actuación de un sensor de anillo se basa en un oscilador de alta frecuencia que crea un campo electromagnético en la apertura del sensor. Se utiliza un núcleo toroidal con un factor de calidad mayor que el de la ferrita. La presencia del objeto metálico produce una disminución en la amplitud de oscilación. El comparador reconoce estos cambios y cuando el valor límite es superado, cambia la señal de salida.
¿Existen límites respecto al tamaño de los objetos detectados por un sensor inductivo de anillo?
El sensor funciona cuando el campo magnético está suficientemente amortiguado. Si los objetos son muy pequeños el amortiguamiento pue-de ser también muy pequeño. Por ello existe una longitud mínima o un diámetro mínimo de objeto para cada tamaño de sensor.
¿Debe cumplir alguna condición especial la trayectoria recorrida por un objeto a ser detectado por un sensor de anillo?
Los objetos atraídos no deben seguir la misma trayectoria. Gracias a la zona de acción del anillo los objetos pueden ser detectados indepen-dientemente de su orientación, por ejemplo objetos que caen a través de un tubo de plástico.
¿Cuáles pueden ser las consecuencias negativas de campos magnéticos de elevada intensidad sobre sensores inductivos?
Cuando un sensor inductivo se encuentra en la zona de soldadura puede ocurrir que la señal de salida sea modificada incontroladamente debido a la influencia del campo magnético sobre la intensidad de saturación. Además se induce una tensión adicional en la bobina que deteriora el trabajo del oscilador y puede producir un cambio del estado de la señal de salida. Durante el proceso de soldado se producen también numerosas chispas que pueden dañar la carcasa del sensor.
¿De qué manera se protegen los sensores instalados cerca de instala-ciones de soldado?
Los sensores que deben ser instalados cerca de equipos de soldado se fabrican de plomo y están recubiertos por una capa protectora de teflón. Su lado frontal se haya reforzado con materiales termoplásticos resistentes a altas temperaturas.
¿Qué sensores son insensibles a la influencia del campo magnético externo?
Los sensores sin núcleo son especialmente insensibles a la influencia del campo magnético externo, ya que el núcleo concentra el magnetismo externo en los sensores normales. Puesto que no hay núcleo la bobina se envuelve en un rollo de plástico.
Menciona algunos ejemplos de sensores que trabajan bajo condiciones adversas
Los fabricantes de sensores ofrecen entre otros los siguientes tipos de sensores:
– sensores resistente a altas temperaturas ( hasta 200°C). – sensores resistentes a compuestos químicos
– sensores resistentes a aceites – sensores resistentes a la humedad
– sensores en miniatura con una cabeza de entre 3 y 5 mm
¿Qué propiedades deben tener los sensores que trabajan bajo una presión elevada?
Los sensores que operan bajo elevada presión deben disponer de una carcasa resistente y hermética para proteger los elementos internos elec-trónicos. La superficie frontal del sensor se protege con una superficie cerámica resistente al desgaste. Dicha construcción supone un despla-zamiento de la bobina y por ello la zona de acción será más pequeña. El oscilador se debe modificar para evitar este efecto.
