Practica Sensores de Proximidad

3.1

3.1

Presentación

Presentación

de la

de la

práctica

práctica

En esta

En esta  práctic prácticaa sese presentan presentan los sensores delos sensores de proximidad, proximidad, llamadosllamados también detectores detambién detectores de

objetos. Estos sensores bajo diferentes principios de

objetos. Estos sensores bajo diferentes principios de funcionamiento,seránfuncionamiento,serán puestos  puestos a a prueba prueba concon

 prob

 probetasetas de diferentesde diferentes materialesmateriales y a diferentesy a diferentes distancias,distancias, para para determinardeterminar su influencia sobsu influencia sobr r ee

estos. estos.

Tiempo de

Tiempo de prácti práctica ca estimaestimado:do: 6060 minutos.minutos. Número  Número de de personaspersonas recomendadasrecomendadas para  para esestata

 práctic

 práctica: a: dosdos

3.2

3.2

Requisitos

Requisitos

y

y

conocimientos previos

conocimientos previos

Detectores de

Detectores de pro proximidad:[ximidad:[11]]  (págs. 28-47).  (págs. 28-47).

Sensores de

Sensores de proximidad proximidad:: [[22].]. Proximity

Proximity Sensors:Sensors: [[33]] (págs. 965-971).(págs. 965-971).

3.3

3.3

Ob

Ob

 jetiv

 jetiv

os

os

Conocer los tipos de sensores de

Conocer los tipos de sensores de proxim proximidadidad que existen, así como sus aplicaciones enque existen, así como sus aplicaciones en lala industria.

industria.

Determinar experimentalmente

Determinar experimentalmentela distancia la distancia nominal de detección y nominal de detección y la distancia la distancia efectivefectivaa dede detección de cada uno de los sensores de

detección de cada uno de los sensores de proximid proximidad.ad. Determinar

Determinar la histéresis de los sensores dela histéresis de los sensores de pro proxiximidmidad.ad.

Conocer

Conocer la influencia la influencia de los de los sensores de proximsensores de proximidad idad a 45° a 45° en la detección deen la detección de objetos.objetos. Determinar

Determinar la influencia de lasla influencia de las prob probetasetas sobre los sensores desobre los sensores de proximid proximidad.ad.

3.4

3.4

Equipos, instrumentos

Equipos, instrumentos

y

y

soft

softw

w

are

are

Ver Tabla Ver Tabla 3.13.1

15 15

Descripción Ca ntidad Marca Identificación/serie

ComputadoraS.O. Windows 7® _{32 bits 1}

 —   — 

Software UPS-BS-02 1  _{—   —} 

Armario eléctrico UPS-BS-02 1  _{—   —} 

Banco UPS-BS-02 1  _{—   —} 

Sensor de desplazamiento potenciómetro (mm) 1 Burster   8713-50/87112801505 Sensor de proximidad capacitivo 1 Sick  CM18-08BPP-KC1/60 20388 Sensor de proximidad inductivo 1 Sick  IME12-04NPSZW2S/1040750

Sensor de proximidad fotoeléctrico 1 Sick  MHTB15-P2367/1 046 563 Sensor de proximidad ultrasónico 1 Sick   UM18-51111/6028965

Probeta de detección 6  _{—   —} 

Tabla 3.1: Equipo necesario.

3.5

E

xp

osición

Distancia de detección nominal: Corresponde la al distancia de operación para la que ha

sido diseñado un sensor, la cual se obtiene mediante criterios estandarizados [2].

En la hoja técnica de los sensores se lo encuentra como S_n (distancia de sensado) [4].

5mm

Figura 3.1: Distancia de detección nominal. Adaptado de [2].

Histéresis: llamada también desplazamiento diferencial, es la diferencia entre los puntos de

operación (conectado) y liberación (desconectado).Se expresa como un porcentaje de la distancia de detección. Sin una histéresis suficiente, el sensor de proximidad se conecta y desconecta continuamente al aplicar una vibración excesiva al objeto o al sensor [2].

Cuando un objeto se acerca al sensor de detección, este lo detecta a la distancia de detección o distancia de sensado. Cuando el mismo objeto es alejado, el sensor no deja de detectar inmediatamente, sino cuando alcanza la distancia de reset o distancia de restablecimiento

como se observa en la Figura 3.2 [2].

Encendido Apagado Objeto

Puntode oper ación

Distancia x

Punto f inal de la detección

Distancia y Distancia derecor r ido

Figura 3.2: Histéresis. Adaptado de [2].

Sensor de desplazamiento p

otenciómetro

Es un dispositivo que permite medir longitud y su principio de funcionamiento se basa en la

variación de la resistencia eléctrica.

Sensor de proximidad

inductiv

o

Son dispositivos diseñados para detectar objetos metálicos ferromagnéticos o no ferromagnéti-cos. Su principio de funcionamiento se basa en la inductancia producida por la presencia delmetal

en las proximidades del detector. Si el objeto es ferromagnético el cambio de inductancia se debe

al aumento de la permeabilidad magnética por lo que se cierran las líneas de campo producidas

 por la bobina, esto produce un aumento de la inductancia. Si el objeto no es ferromagnético el cambio de inductancia se debe a las corrientes de Foucalult inducidas en el metal por el cam po

generado por la bobina del detector, estas corrientes producen un campo contrario al deldetector,

dando como resultado una disminución de la inductancia [1].

Figura 3.3: Sensor de proximidad inductivo.

Sensor de proximidad capacitivo

Son dispositivos que permiten detectar objetos no metálicos y no metálicos, sólidos y líquidos. Estos sensores son similares a los inductivos, sin embargo a diferencia de los inductivos que usan

campos magnéticos para detectar, los sensores capacitivos usan campos electrostáticos [2].

Una sonda ubicada detrás de la cara del sensor es una placa condensadora. Al aplicar corriente

al sensor se genera un campo electrostático que reacciona a los cambios de capacitancia causados  por la presencia de un objeto. En presencia de un objeto la capacitancia alcanza un límite

especificado, el oscilador se activa, lo cual dispara el circuito de encendido y apagado [2].

Figura 3.4: Sensor de proximidad capacitivo.

Sensor de proximidad

foto

eléctrico

Estos dispositivos constan de una fuente de luz (emisor) y receptor de luz, dependen de

elementos sensibles a la luz para detectar la presencia de objetos [3].

Existen de tres tipos:

Reflexión directa: el emisor y el receptor se encuentran juntos y utilizan la luz reflejada directamente del objeto detectado. Reflector con Reflector: el emisor y el receptor se encuentran

rayo de luz entre el sensor y el reflector. Haz de luz directa: el emisor y el receptor son alojados  por separado y se detecta el objeto cuando se interrumpe el haz de luz entre ellos.

Figura 3.5: Sensor de proximidad fotoeléctrico.

3.5.1 Sensor de proximidad ultrasónico

Se usa para detectar todo tipo de objetos. Se basan en la emisión de un ultrasonido y la

recepción del rebote del mismo contra los objetos próximos. Cuando no hay objeto, el rebote

llega atenuado y la salida no se activa. Cuando existe un objeto la señal de rebote del ultrasonido llega con una amplitud grande, entonces se activa la salida [1]. Suelen tener alcance de detección

mucho mayores a los fotoeléctricos, aproximadamenteun metro.

Figura 3.6: Sensor de proximidad ultrasónico.

3.6

Proceso

y

pro

cedimien

to

3.6.1

Pro

ceso Detección de objetos Encendido de equipos Preparación de probet as de detección Pruebasa 0° y a 45° Toma de datos medianteel software Contrastar datos obtenidos con catalogos

3.6.2

Pro

cedimien

to

A continuación se describe el procedimiento a seguir para determinar la constante k experi-mentalmente.

1. Encender la computadora y el armario eléctrico UPS-BS-02. 2. Ejecutar el software Detección.exe

3. Seleccionar probetas.

4. Realizar las pruebas con los sensores de proximidad inductivo, capacitivo, ultrasónico y

fotoeléctrico, siguiendo los siguientes  pasos:

a) Colocar una probeta sobre el porta  probetas a 0°.

b) Manualmente con el micrómetro alejar y acercar una probeta del sensor para encontrar

la distancia de detección, la distancia de restablecimiento y la histéresis. c) Con los datos obtenidos con la ayuda del software llenar las siguientes tablas.

d) Repetir el proceso desde el ítem 4a, para todos los materiales descritos en la siguiente tabla.

e) Repetir el proceso desde el ítem 4a, pero ahora colocar las probetas a 45°.

5. Comparar los resultados con los catálogos respectivos.

6. Escoger un sensor de proximidad y describir una aplicación en nuestro medio.

DATOS OBTENIDOS - SENSOR INDUCTIVO

MATERIAL DE LAS PR OBETAS Distancia de detección (mm) Distancia de restablecimiento (mm) Histéresis (mm) 0° 45° 0° 45° 0° 45° Acero 4.06 3.66 4.51 4.23 11.08 15.57

Aluminio 2.06 Nan 2.32 Nan 12.62 Nan

Plástico  Nan Nan Nan Nan Nan Nan

Vidrio  Nan Nan Nan Nan Nan Nan

Tabla 3.2: Datos para sensor de proximidad inductivo.

DATOS OBTENIDOS - SENSOR CAPACITIVO

MATERIAL DE LAS PR OBETAS Distancia de detección (mm) Distancia de restablecimiento (mm) Histéresis (mm) 0° 45° 0° 45° 0° 45° Acero 5.53 7.41 5.86 7.85 5.97 5.94 Aluminio 5.56 5.93 5.89 6.29 5.94 6.07

Plástico 0.84 Nan 1.03 Nan 22.62 Nan

Vidrio 3.25 Nan 3.56 Nan 9.54 Nan

DE LAS PR OBETAS detección (mm) 0° 45° 0° 45° 0° 45° Acero _{32.24 30.54 32.34 31.09 0.31 1.8} Aluminio 36.12 33.93 36.19 34.1 0.18 0.5 Plástico 38.72 34.93 38.78 37.53 0.15 7.44 Vidrio 26.53 30.48 26.53 44.01 0.64 44.39

Tabla 3.4: Datos para sensor de proximidad fotoeléctrico. DATOS OBTENIDOS - SENSOR ULTRASÓNICO

MATERIAL DE LAS PR OBETAS Distancia de detección (mm) Distancia de restablecimiento (mm) Histéresis(mm) 0° 45° 0° 45° 0° 45°

Acero _{24.79 Nan 26.7 Nan 7.7 Nan}

Aluminio 26.73 Nan 28.62 Nan 7.07 Nan Plástico 25.54 Nan 27.55 Nan 7.87 Nan Vidrio 26.85 Nan 28.74 Nan 7.04 nan

Tabla 3.5: Datos para sensor de proximidad ultrasónico.

3.7

Conclusiones, observaciones

y

recomendaciones

▪ De los 4 tipos de detectores empleados en esta práctica se puede llegar a concluir respecto a las distancias

experimentadas lo siguiente:

- El sensor con el rango más amplio de distancia de detección y distancia de restablecimiento es el FOTOELECTRICO, llegando a detectar a 38.72mm y censando una distancia de restablecimiento de 38.78mm en una probeta de plástico colocada a 0°.

- El sensor con el rango más bajo de distancia de detección y de restablecimiento es el CAPACITIVO censando una distancia de detección de 0.84mm y de restablecimiento de 1.03 en una probeta de  plástico a 0°.

- El sensor con la histéresis más baja es el FOTOELECTRICO, censando una histéresis de 0.15mm en una probeta de plástico colocada a 0°.

- El sensor con la histéresis promedio más alta es el CAPACITIVO, censando una histéresis de 22.65 mm en una probeta de plástico colocada a 0°.

▪ Respecto al tipo de material detectado se puede concluir que se verifica el principio de funcionamiento de

cada uno de los tipos de detectores logrando afirmar que el sensor inductivo solamente detecta el acero y aluminio, el primero por ser un material ferromagnético y el segundo por poseer capacidad de influir en las ondas inductivas. También se puede comprobar que el censor capacitivo detecta los 4 tipos de materiales empleados (acero, aluminio, plástico y vidrio), con 2 excepciones en las probetas de plástico y vidrio colocadas a 45°. El sensor fotoeléctrico es el que de los 4 empleados detectan todos los materiales en ambas posiciones a 0° y 45°. EL sensor ultrasónico por su principio de funcionamiento se comprueba q solo detecta las probetas colocadas a 0°, ya que en las de 45° se refracta erróneamente la señal sónica empleada.

▪ Con esta práctica se puede visualizar que para la selección de detectores para aplicaciones industriales se

debe tener claro el tipo de material a censar, las distancias de detección, de restablecimiento y Histeresis que requieran cada caso.

Bibliografía

[1] SANCHIS, R.; ROMERO, J.; ARIÑO, C.  Automatización Industrial.

Espa-ña: Universitat Jaume I, 2010. 258 p. ISBN 978-84-693-0994-0. Disponible en:

<http://www.uji.es/bin/publ/edicions/auto.pdf>. Consultado en: 04 Abril 2013.

[2] AUTOMATION / ALLEN-BRADLEY, ROCKWELL. _{Manual de capacitación  fundamentos}

del sensado o detección de presencia. [S.l.], 2000.

[3] LIPTÁK, B. Process measurement and analysis. [S.l.]: Chilton book company, 1995. 89 p.

[4] Wikipedia, la enciclopedia libre. Sensor inductivo. 2012. Disponible en: