Sensores para la técnica de procesos y manipulación

Sistersa pars Ensenanza de .as Tecnicas cJe A xmrnszacldn
Sensores para la Tecnica
de Procesos y Manipulacidn

Sensores para la tecnica
de procesos y manipulacion
Sensores de proximidad
Conjunto de funciones FP1110
Libro de texto
F. Ebel • S. Nestel
Festo Didactic KG, D-7300 Esslingen 1, 1993

Ne de artfculo: 093 047
Descripcion: NAEH-SCH.LEHRB.
Designation: D.LB-FP1110-E
Edition: 06/93
Graficos: B. Bohland
Layout: 05.08.92, M. Schwarz/S. Sperrfechter
Autores: F. Ebel, S. Nestel
Traduccion: I. Sahun
© Copyright by Festo Didactic KG. D-7300 Esslingen 1, 1993.
Reservados todos los derechos, incluso los de traduccion. No debe reproducir-se
ninguna parte de la obra con ningun metodo (impresion, fotocopia, microfilm
u otro sistema); tampoco debe ser procesada o divulgada utilizando sistemas
electronicos sin la autorizacion de Festo Didactic KG.
ISBN 3-8127-3047-2

Si sterna para ensenar Automatizacion Festo Didactic
Notas sobre la distribucion de este libra 7 Tabla de contenido
Seccion A: Curso
Capi'tulo 1: Notas generales 11
1.1 La importancia de la tecnologfa de los sensores 12
1.2 Terminos 12
1.3 Tfpicas senales de salida de los sensores 14
1.4 Sensores de proximidad 17
1.5 Campos de aplicacion de los sensores de proximidad 20
Capi'tulo 2: Interruptores de posicion electromecanicos 29
2.1 Interruptores de posicion electromecanicos 30
2.1.1 Descripcion del funcionamiento 30
2.1.2 Caracterfsticas tecnicas 31
2.1.3 Notas sobre la instalacion 34
2.1.4 Ejemplos de aplicacion 37
2.2 Interruptores de posicion mecanico-neumaticos 39
2.2.3 Observaciones sobre su aplicacion 40
2.2.4 Ejemplos de aplicacion : . 41
2.3 Ejercicios 42
Capi'tulo 3: Sensores de proximidad magneticos 43
3.1 Sensores de proximidad Reed 44
3.1.3 Observaciones sobre la disposicion 49
3.2 Sensores de proximidad magneticos sin contacto 53
3.2.3 Observaciones sobre la aplicacion 57
3.3 Sensores de proximidad magnetico-neumaticos 58
3.3.4 Ejemplo de aplicacion 59
3.4 Ejercicios 60
3

Capi'tulo 4: Sensores de proximidad inductivos 63
4.1 Descripcion del funcionamiento 64
4.2 Caracteri'sticas tecnicas 68
4.3 Observaciones sobre la aplicacion 70
4.4 Ejemplos de aplicacion 72
4.5 Ejercicios 77
f Capi'tulo 5: Sensores de proximidad capacitivos 79
5.2 Caracteri'sticas tecnicas 83
5.5 Ejercicios 90
Capi'tulo 6: Sensores de proximidad opticos 91
6.1 Caracteristicas generales 92
6.2 Sensores de barrera 101
6.2.2 Caracteristicas tecnicas 102
6.3 Sensores de retrorreflexion 106
6.4 Sensores de reflexion directa 111
6.5 Sensores opticos de proximidad con cables de fibra optica 121
6.6 Ejercicios 131
Capi'tulo 7: Sensores de proximidad ultrasonicos 137
7.2 Caracteristicas tecnicas 141
7.5 Ejercicios 148
4

Sistema para ensenar Automatization Festo Didactic
4-
Capi'tulo 8: Sensores de proximidad neumaticos 149
8.1 Caracterfsticas generales 150
8.2 Sensores de obturacion de fuga (toberas de contrapresion) 152
8.3 Sensores de reflexion 153
8.4 Barreras de aire 154
8.7 Ejercicios 161
y/ Capi'tulo 9: Criterios de seleccion de sensores de proximidad 163
9.1 Material del objeto 165
9.2 Condiciones para la deteccion de objetos 166
9.3 Condiciones de instalacion 166
9.4 Consideraciones ambientales 167
9.5 Aplicaciones de segundad 167
9.6 Opciones/caracterfsticas 168
Capi'tulo 10: Tecnicas de conexion y circuiteria 169
10.1 Tipos de conexion 170
10.1.1 Tecnologfa de 2 hilos 170
10.1.2 Tecnologfa de tres hilos 172
10.1.3 Tecnologfa de cuatro y cinco hilos 173
10.2 Salidas conectando a positivo o negativo : 175
10.2.1 Salida PNP 175
10.2.2 Salida NPN 177
10.3 Tecnologfa de circuitos 179
10.3.1 Conexion en paralelo de sensores de proximidad
utilizando la tecnologfa de dos hilos 180
10.3.2 Conexion en paralelo de sensores de proximidad
utilizando la tecnologfa de tres hilos 181
10.3.3 Conexion en serie de sensores de proximidad
utilizando la tecnologfa de dos hilos 182
10.3.4 Conexion en serie de sensores de proximidad
utilizando la tecnologfa de tres hilos 183
10.4 Tecnologfa de conexion bajo la influencia
de un elevado electromagnetismo 184
10.5 Conexion de controles, reles y elementos de visualizacion 185
10.6 Fuente de alimentacion requerida 186
5

Sistema para ensenar Automatization Festo Didactic
Seccion B: Fundamentos y su posterior analisis
Capi'tulo 1: Fundamentos fi'sicos 189
A . Fundamentos de los sensores de proximidad
inductivos y capacitivos 190
1.2 Fundamentos de los sensores de proximidad magneticos 203
1.3 Fundamentos de los sensores ultrasonicos 211
1.4 Fundamentos de los sensores de proximidad opticos 223
1.5 Curvas caracteri'sticas de sensores de proximidad neumaticos. . . . 236
Capi'tulo 2: Simbologi'a para sensores de proximidad 241
Capi'tulo 3: Terminos tecnicos relacionados con los
sensores de proximidad 245
3.1 Terminos generales 246
3.2 Terminos para los valores de las caracteristicas dimensionales . . 249
3.3 Terminos para los valores de las caracteristicas electricas 254
3.4 Terminos para las caracteristicas de tiempos y funcionamiento . . . 255
3.5 Caracteristicas de actuation de los
interruptores de position electromecanicos 257
3.6 Terminos relativos a las condiciones ambientales 259
/ Capi'tulo 4: Estandares y clases de protection 261
4.1 Estandares 262
4.2 Clases de proteccion 264
4.3 Codification por colores 266
4.4 Formas de los sensores de proximidad 268
Capi'tulo 5: Ejecuciones especiales y variantes de los
sensores de proximidad 273
.X5.1 Variantes de los sensores de proximidad inductivos 274
5.2 Variantes de los sensores de proximidad opticos 290
Seccion C: Soluciones a los ejercicios
Soluciones a los ejercicios del Capitulo 2 304
Soluciones a los ejercicios del Capi'tulo 3 307
Indice 329

Notas sobre la distribucion de este libro Festo Didactic
Este libro de texto forma parte del Conjunto de Funciones "Sensores de Proxi- Notas sobre la distribucion
midad" (FP1110) y pertenece al Sistema para la Ensenanza de la Tecnica de de este libro
Automatizacion de Festo Didactic. En este libro, el instructor se familiariza con
el tema de sensores de proximidad. El conjunto de funciones sirve tanto para
los programas de formacion profesional, como para el aprendizaje autodidacta.
El conjunto de funciones consta de un juego de materiales y de la documenta-cion
del aprendizaje.
El libro se divide en la Seccion A "Curso", Seccion B "Fundamentos" y Seccion
C "soluciones".
La Seccion A presenta el campo de los sensores de proximidad con indicacio-nes
sobre su aplicacion, modos de funcionamiento y caracterfsticas. Se ense-nan
las bases fundamentales de los sensores de proximidad y, con la ayuda
de ejercicios, se gufa al instructor hacia la resolucion independiente de proble-mas
con diferentes aplicaciones de los sensores de proximidad. En la Seccion
C se dan las soluciones a los ejercicios.
La Seccion B trata de los fundamentos ffsicos y tecnicos de determinados
tipos de sensores de proximidad y contiene una lista de los terminos tecnicos,
asf como generalidades sobre los estandares aplicables. Ademas, se des-criben
con detalle algunos ejemplos de variantes especiales de los sensores
de proximidad. Esta seccion puede trabajarse de la misma forma que la Sec-cion
A y tambien puede utilizarse como referenda. Esta es la razon por la que
la Seccion A contiene referencias a capftulos tratados en la Seccion B.
El fndice al final del libro, hace posible buscar informacion con la ayuda de
palabras clave.
Para cuando se desarrollan ejercicios practicos con el equipo del Conjunto de
Funciones FP1110, se dispone como suplemento de un libro adicional de ejer-cicios
y de una coleccion de fichas tecnicas de los componentes.
Descripcion Designacion N2 de arti'culo
Libro de ejercicios D.LE-FP1110-E 093 047
Coleccion de fichas
tecnicas
D.LM-FP1110-E en preparacion
7

Seccion A
Curso
9

1
Notas generales Festo Didactic
i
j J
Capi'tulo 1
Notas generales
11

A Notas generates Festo Didactic
La siempre creciente automatization de los complejos sistemas de production,
necesita la utilization de componentes que sean capaces de adquirir y trans-mits
information relacionada con el proceso de production.
Los sensores cumplen con estos requerimientos, y por ello se han convertido
en los ultimos anos en componentes cada vez mas importantes en la tecnolo-gi'a
de medicion y en la de control en bucle cerrado y abierto. Los sensores
proporcionan la information al control en forma de variables individuales del
proceso.
Las variables de estado del proceso son, por ejemplo, variables fisicas como
temperatura, presion, fuerza, longitud, angulo de giro, nivel, caudal, etc.
Hay sensores para la mayorfa de estas variables fisicas, que reaccionan con
cada una de ellas y transfieren las correspondientes senales.
1.2 Terminos relacionados Un sensor tiene las siguientes caracteristicas:
con los sensores
• Un sensor es un convertidor tecnico, que convierte una variable fisica (por
ejemplo, temperatura, distancia, presion) en otra variable diferente, mas fa-cil
de evaluar (generalmente una serial electrica)
• Expresiones adicionales a los sensores son: Codificadores (encoders),
efectores, convertidores, detectores, transductores, iniciadores
• Un sensor no necesariamente tiene que generar una serial electrica.
Ejemplo: Los finales de carrera neumaticos, producen una serial de salida
neumatica (en terminos de cambio de presion)
• Los sensores son dispositivos que pueden funcionar tanto por medio de
contacto fi'sico, por ejemplo, finales de carrera, sensores de fuerza, como
sin contacto ffsico, por ejemplo, barreras fotoelectricas, barreras de aire,
detectores de infrarrojos, sensores de reflexion ultrasonicos, sensores mag-neticos,
etc.
• Incluso un simple final de carrera puede considerarse como un sensor
• Dentro de un proceso controlado, los sensores representan los "percepto-res"
que supervisan un proceso, indicando los errores, recogiendo los esta-dos
y transmitiendo esta information a los demas componentes del proce-so.
Para hacer una comparacion humana:
Ojo cerebro (facultad visual) -» miembros
Un sensor es util solo con respecto al proceso o a su evaluation.
Por ejemplo Ojo + facultad visual —> reconocimiento de siluetas, colores,
vision en 3D, secuencias de movimientos.
1.1 La importancia
de la tecnologfa
de los sensores
12

Ademas de la expresion "sensor", tambien se utilizan los siguientes terminos:
Por componente de un sensor entendemos una parte de un sensor o de un Componente de un sei
sistema sensor que registra una variable medida, pero que no permite una
utilizacion independiente, dado que se precisa un procesamiento de la serial y
un pre-montaje (caja, conexiones).
Un sistema sensor consiste en varios componentes de medida y evaluacion, a Sistema sensor
menudo con una parte significativa de funciones de procesamiento de senales.
Los componentes son a menudo modulares y pueden ser intercambiados den-tro
de la misma familia de productos. Ademas de los sensores, tambien se
dispone de procesadores de senales, microordenadores e interfaces de datos
compatibles para el acondicionamiento de las senales.
Ejemplo: Sistemas de procesamiento de imagenes con
sensores de imagen CCD,
sistemas de medicion por laser,
sistemas de identificacion.
En el caso de estas capacidades de procesamiento de las senales, se habla
de sensores "inteligentes" o de sensores activos (smart sensors).
Sistema sensor con varios tipos de sensores similares o diferentes. Sistema multi-sensor
Ejemplo:
• Un sensor de temperatura y humedad o de presion y temperatura, cada
uno formando parte del mismo dispositivo
• Una combinacion de varios sensores de proximidad para distinguir la forma
y el material de una pieza
• Una combinacion de varios sensores qufmicos para gases, con la cual, y a
traves de la respuesta solapada de los rangos y por medio de una evalua-cion
inteligente, proporcionan una mayor informacion como conjunto de la
que emitiri'an como sensores individuales
• Utilizacion de varios organos sensitivos del hombre (olfato, gusto, vista, tac-to
de la lengua) durante la ingestion de alimentos.
13

T 2 ^as senates de salida Cuando se utilizan sensores, es importante conocer los diferentes tipos de
2e los sensores senates de salida.
Tipo A:
Sensores con serial de salida por interruption (serial de salida binaria).
Ejemplos: Sensores de proximidad
Presostatos
Sensores de nivel
Sensores bimetalicos
Por norma, estos sensores pueden conectarse directamente a los controles
logicos programables (PLC)
Tipo B:
Sensores con salida por trenes de pulsos
Ejemplos: Sensores incrementales de longitud y rotativos
Generalmente se dispone de interfaces compatibles para PLC. Requerimientos
del PLC: que dispongan de contadores de hardware y software con posibilidad
de una mayor longitud de palabra.
Tipo C:
Componentes de sensores con salida analogica y sin amplificador integrado ni
conversion electronica, que proporcionan una serial de salida analogica muy
debit, no apta para una evaluation inmediata (por ejemplo, en la gama de los
milivoltios) o de una serial que solamente puede ser evaluada utilizando circui-terfa
adicional.
Ejemplos: Componentes de sensores piezorresistivos o piezoelectricos
Celulas termoelectricas o Pt-100
Magnetorresistores y componentes de sensores de efecto Hall
Sondas de medida de conductividad y pH
Potenciometros lineales
A menudo hay aplicaciones donde, en el caso de producciones elevadas, el
usuario elige sus propias soluciones electronicas.
14

Tipo D:
Sensores con salidas analogicas, amplificador y conversion electronica integra-dos,
que proporcionan senales de salida que pueden evaluarse inmediatamente.
Ejemplos ti'picos de senales de salida:
0 .. 10V
-5 V .. + 5V
1 .. 5 V
0 .. 20 mA
-10 .. + 10 mA
4 .. 20 mA
Tipo E:
Sensores y sistemas de sensores con serial de salida estandarizada, por
ejemplo, RS 232-C, RS 422-A, RS 485 o con interface a buses de datos tales
como bus de campo (profibus, bus-sensor-actuador).
15

Sensores binarios y
analogicos
E emplos de sensores binarios
Los sensores binarios son sensores que convierten una magnitud fisica en
una serial binaria, principalmente en una serial electrica con los estados "ON"
o "OFF" (conectado o desconectado).
• Final de carrera
• Sensor de proximidad
• Presostato
• Sensor de nivel
• Termostato.
Ejemplos de sensores analogicos
Los sensores analogicos son sensores que convierten una magnitud ffsica en
una serial analogica, principalmente una serial electrica de tension o de inten-sidad.
• Sensores de longitud, distancia o desplazamiento
• Sensores para movimiento lineal y rotativo
• Sensores para superficies, formas y geometri'a
• Sensores de fuerza
• Sensores de peso
• Sensores de presion
• Sensores de par
• Sensores de flujo (para gases y fluidos)
• Sensores de caudal (para materiales solidos)
• Sensores de nivel de llenado
• Sensores de temperatura y otros valores termicos
• Sensores para valores opticos
• Sensores para valores acusticos
• Sensores para valores electromagneticos
• Sensores para radiaciones fisicas
• Sensores para substancias qui'micas
• Sensores para caracteristicas fisicas.
16

1.5
En este libro de texto, se trata principalmente de los sensores con "posiciones
discretas", es decir, sensores que detectan si un objeto se halla o no en una
determinada posicion. Estos sensores se conocen como sensores de proximi-dad.
Los sensores de este tipo proporcionan una informacion de "Si" o "No"
dependiendo de si el objeto ha alcanzado o no la posicion definida. Estos
sensores que indican solamente dos estados, se conocen tambien como sen-sores
binarios o menos comunmente como iniciadores.
1.4 Sensores de proximidad
En muchos sistemas de produccion, se utilizan interruptores mecanicos de po-sicion
para identificar la ejecucion de movimientos. Otros terminos tambien
utilizados son microrruptores, finales de carrera, valvulas limitadoras. Puesto
que los movimientos se detectan por medio de contactos, deben cumplirse
ciertos requisitos constructivos. Ademas estos componentes estan sometidos a
desgaste. En contra, los sensores de proximidad funcionan electronicamente y
sin contacto.
Las ventajas de los sensores de proximidad sin contacto son:
• Deteccion precisa y automatica de posiciones geometricas
• Deteccion sin contacto de objetos y procesos; utilizando sensores electroni-cos
de proximidad, no es preciso el contacto entre el sensor y la pieza
• Caracterfsticas de conmutacion rapidas; dado que la serial de salida se
genera electronicamente, los sensores estan libres de rebotes y no crean
errores en las senales emitidas
• Resistencia al desgaste; los sensores electronicos no contienen partes mo-viles
que puedan desgastarse
• Numero ilimitado de ciclos de conmutacion
• Versiones disponibles incluso para utilizacion en ambientes peligrosos (por
ejemplo, en ambientes con riesgo de explosion).
Ventajas de los sensores de
proximidad
17

Actualmente, los sensores de proximidad se utilizan en muchas areas de la
industria por las razones mencionadas anteriormente. Se utilizan para el con-trol
de secuencias en instalaciones tecnicas y como tales para supervision y
salvaguarda de procesos. En este contexto, los sensores se utilizan para la
detection anticipada, segura y rapida de fallos en los procesos de production.
La prevention de danos a las personas y maquinas es otro factor importante a
considerar. Tambien puede alcanzarse una reduction en los tiempos de paro
de las maquinas por medio de los sensores, ya que el fallo es rapidamente
detectado y localizado.
La Fig. 1.1 muestra los diferentes tipos de sensores de position sin contacto
en grupos separados, de acuerdo a sus principios fi'sicos y tipo, donde basica-mente
cada sensor puede ser del tipo binario o analogico. En esta ocasion,
trataremos solamente con los tipos binarios.
18

1.5
Sensores
de posicion
magneticos
Sensores
de posicion
inductivos
Sensores
de posicion
capacitivos
Sensores
de posicion
opticos
Sensores
de posicion
ultrasonicos
Sensores
de posicion
neumaticos
analogicos:...
binarios: sensores de
proximidad
magneticos
con contacto
sin contacto
salida neum&ica
analogicos: ...
proximidad inductivos
analogicos:...
proximidad capacitivos
analogicos:
binarios:
sensores de
proximidad
opticos
Barreras
de luz
Barreras con/sin
CFO
Reflex con/sin CFO*
Sensores
reflexion
directa.
Con CFO*
sin CFO
analogicos: ...
proximidad ultrasonicos
Barreras uitrasonicas
Sensores ultrasonicos
sensores de proximidad
neumaticos
Sensores obturacion fuga
Sensores reflex
Barreras de aire
Resumen de los sensores
de proximidad
Fig. 1.1: Clasificacion de los sensores para deteccion de posicion
( CFO = Cable de fibra optica)
19

4.
Tensiones de funcionamiento En los pai'ses Europeos, los sensores de proximidad funcionan generalmente
con una tension nominal de 24 V DC (corriente continua), por lo cual los sen-sores
estan generalmente disenados para trabajar en un rango entre 10 y 30 V
o entre 10 y 55 V.
En el Sudeste Asiatico, Norte y Sudamerica, asi como en Australia y Sudafri-ca,
se estima que el 30% de los sensores de proximidad opticos e inductivos
funcionan con AC (corriente alterna).
Los sensores de proximidad inductivos, capacitivos y opticos a menudo estan
disponibles no solamente para corriente continua sino tambien para alterna,
cuyas tensiones usuales son 24 V, 110 V, 120 V o 220 V. Los sensores de
proximidad inductivos, capacitivos y opticos tambien estan disponibles en ten-siones
universales, los cuales pueden conectarse tanto a corriente continua
como alterna, por ejemplo, en el rango de los 12 V a 240 V DC o 24 V a 240 V
AC. Otros fabricantes, por ejemplo, ofrecen ejecuciones para 20 V a 250 V DC
AC (por ejemplo 45 - 65 Hz). Un termino utilizado en estos casos es el de
ejecucion en tensiones universales (UC).
1.5 Campos de aplicacion Los campos de aplicacion tfpicos para los sensores de proximidad son las
de los sensores de areas de:
proximidad
• Industria del automovil
• Ingenieria mecanica
• Industria del embalaje
• Industria de la madera
• Industria de la impresion y papeleras
• Industria de la alimentation
• Industria ceramica y de construction.
Las posibilidades de aplicacion de los sensores de proximidad en la tecnica de
automatization son tan diversas y amplias que es imposible abarcar una des-cription
completa. Sin embargo en este libro se ofrece una selection de ejem-plos
tfpicos de posibles aplicaciones.
20

1.5
En aplicaciones para detectar si hay un objeto en una determinada posicion; Ejemplos de aplicacion de
por ejemplo para el funcionamiento de cilindros neumaticos, accionadores sensores de proximidad
electricos, pinzas, barreras de proteccion, sistemas de arrollado y puertas.
Fig. 1.2: Deteccion sin contacto
En aplicaciones de posicionado de piezas, por ejemplo, en centros de mecani-zado,
correderas de transferencia de piezas, cilindros neumaticos.
Fig. 1.3: Deteccion de la posicion
21

Aplicaciones de conteo de piezas y secuencias de movimiento, por ejemplo,
cintas transportadoras, dispositivos de clasificacion.
Fig. 1.4: Conteo de elementos
Aplicaciones para medicion de la velocidad de rotation, por ejemplo, de engra-najes,
o para detectar velocidad cero.
Fig. 1.5: Deteccion de movimientos giratorios
22

Aplicacion para deteccion de material, por ejemplo, para suministrar o clasificar
material (reciclado).
Fig. 1.6: Discrimination de materiales
Aplicacion para definir el sentido de un movimiento lineal o rotativo, por ejem-plo,
definiendo el sentido de las piezas clasificadas.
1.5
Fig. 1.7: Deteccion del sentido de movimiento
Hay sensores inductivos capaces de detectar el movimiento de un objeto en
un sentido y no en el opuesto (funcion de "retorno en vacfo", ver pagina 281).
23

Aplicaciones de supervision de herramientas
n
Fig. 1.8: Verification de rotura de broca
Aplicacion para supervision de niveles de llenado por medio de sensores de
proximidad opticos, capacitivos o ultrasonicos.
Fig. 1.9: Detection del nivel de lenado
24

Aplicacion para la medicion aproximada de distancias (distancia x)
Fig. 1.10: Medicion de distancias
25

r
Aplicacion para medicion de la velocidad (velocidad v)
Fig. 1.11: Medicion de la velocidad de desplazamiento de un objeto
26

Aplicacion para la proteccion de maquinas contra contacto peligroso

1.5
Fig 1.12: Prevention de accidentes, por ejemplo, por medio de sensores
Nota: Las barreras fotoelectricas utilizadas en la prevencion de accidentes, a
menudo deben satisfacer ciertas condiciones que se detallan en regulaciones
especfficas, segun requerimientos concretos de cada pais.
27

Aplicaciones para la detection de la forma de un objeto por medio de varios
detectores de proximidad dispuestos siguiendo el contorno.
Fig. 1.13: Detection de la forma de un objeto
28

Interruptores de posicion electromecanicos Festo Didactic
Capitulo 2
Interruptores de posicion
electromecanicos

A 2."
A £ Interruptores de posicion electromecanicos Festo Didactic
2.1 Interruptores de posicion
electromecanicos
2.1.1 Descripcion del Con los finales de carrera mecanicos, se establece o se interrumpe un contac-funcionamiento
to electrico por medio de una fuerza externa. La vida util del contacto es de un
maximo de unos 10 millones de ciclos de interruption. Dependiendo del dise-no,
pueden transmitirse tensiones e intensidades relativamente elevadas. En el
caso de un final de carrera mecanico, el espacio que separa dos contactos
abiertos de diferente polaridad se conoce como el intervalo entre contactos.
Los tiempos de conmutacion de los finales de carrera mecanicos son entre 1 y
10 ms. Cuando se utilizan interruptores electromecanicos para operaciones de
conteo, deben tenerse en cuenta los posibles rebotes de los contactos.
1 Muelle de compresion
2 Caja
3 Disco de retencion
4 Contactos normalmente abiertos
5 Contactos normalmente cerrados
6 Muelle arqueado
7 Muelle de presion de contactos
8 Lamina de contacto
9 Perno de gui'a
Fig. 2.1: Final de carrera (accionado y sin accionar)
30

Pueden diferenciarse los siguientes tipos de finales de carrera electromecani-cos:
• Interruptores miniatura de posicion, microrruptores miniatura y subminiatura
• Interruptores de control, finales de carrera
• Interruptores de ruptura brusca o de contacto progresivo
• Interruptores de posicion al aire
• Interruptores de posicion sumergidos en plastico
• . Interruptores de posicion sumergidos en metal
• Interruptores de posicion de seguridad
• Interruptores de posicion de precision.
Los componentes mas importantes de un final de carrera o microrruptor meca-nico
son sus contactos. Los materiales mas ampliamente utilizados para los
contactos son: m'quel-oro, oro fino, plata, oxido de plata-cadmio, plata-paladio
y niquel-plata. Haciendo una correcta eleccion de los materiales del contacto,
es posible alcanzar unas condiciones favorables de funcionamiento en cual-quier
campo de aplicacion de los finales de carrera.
2.1.2 Caracteristicas
tecnicas
31

Empleando accesorios, los finales de carrera pueden utilizarse para una am-plia
gama de posibles aplicaciones. Los tipos clasicos de estos accesorios se
muestran en la figura inferior.
Fig. 2.2: Accesorios para finales de carrera mecanicos
a) Rodillo
b) Rodillo con retorno en vacio
c) Antena
32

Capacidad de ruptura (carga resistiva) p.ej. 24 V DC, 6 A
250 V AC, 6 A
Precision del punto de conmutacion de 0.01 a 0.1 mm
(Precision del interruptor
hasta 0.001 mm)
Frecuencia de conmutacion aprox. 60... 400 operaciones
de conmutacion/min
Vida util 10 Mill, de ciclos de ruptura
Clase de proteccion (IEC 529, DIN40050) de I POO a IP67
Table 2.1: Datos tecnicos de un final de carrera
33

2.1.3 Notas sobre la
instalacion
Puesto que los finales de carrera son componentes de precision mecanica,
debe observarse lo siguiente en los que respecta a su instalacion:
• Precision en relation con el montaje (holgura precisa entre el componente
que actua el microrruptor y el objeto o leva)
• Rigidez de la conexion del interruptor/soporte de montaje
• Cuidadosa observancia de los dispositivos de actuation (aproximacion fron-tal
o lateral).
Debe tenerse cuidado cuando se realizan las conexiones electricas. En el caso
de conexiones a presion o atornilladas, deben utilizarse terminales aislados. Si
los cables se sueldan, debe tenerse cuidado de no recalentar los contactos
durante la soldadura. Una carcasa deformada puede producir un funciona-miento
defectuoso del microrruptor. Las lineas de conexion al final de carrera
deben mantenerse libres de tensiones mecanicas.
Si el final de carrera debe accionarse directamente, hay que tener en cuenta
que no puede utilizarse como tope mecanico (salvo que este previsto para
este fin).
Hay aplicaciones, en las que las desventajas de los finales de carrera mecani-cos,
tales como la actuation con contacto, rebotes o desgastes, no son impor-tantes.
En tales casos, es posible aprovechar ventajosamente estos compo-nentes
de precio relativamente moderado.
Las areas tfpicas de aplicaciones de los finales de carrera mecanicos incluyen,
por ejemplo, lugares donde hay un ambiente con elevado ruido electrico como
resultado de campos electromagneticos, tal como es el caso de las instalacio-nes
de soldadura, donde los sensores electronicos de proximidad podrian fun-cionar
incorrectamente.
34

Hay interruptores de final de carrera con punto de conmutacion de muy eleva-da
precision, hasta 0,001 mm, que se utilizan para tareas donde se requieren
estas elevadas precisiones.
Con interruptores de posicion electromecanicos, debe restringirse la maxima
intensidad, ya que esta puede conducir a la formacion de arcos de descarga
durante la conmutacion y por lo tanto a la destruccion de los contactos. Una
resistencia en serie sirve como limitador de corriente, prolongando asi la vida
util de los contactos.
Cuando se interrumpen cargas inductivas, se crea un pico de alta tension en
el momento de la interrupcion. Por esta razon, debe preverse un circuito de
proteccion para los contactos del final de carrera.
El circuito de proteccion puede ser tanto un elemento RC adecuado, como un
diodo o un varistor (ver esquema). Los valores electricos de estos componen-tes
dependen de la potencia del elemento que activa el contacto (por ejemplo,
un rele o un contactor, etc.)
Si se activa un rele o un contactor, es esencial que se respeten los datos
tecnicos del interruptor y del rele o del contactor.
La potencia de llamada de un rele o de un contactor es varias veces mayor
(de 8 a 10 veces) que la potencia de mantenimiento. Por ello es importante
utilizar la potencia de llamada como valor de referencia principal.
35

RL= Resistencia de carga
L = Inductancia de carga
R = Resistencia de proteccion
C = Condensador de proteccion
D = Diodo o varistor de proteccion
Fig. 2.3: Circuitos de proteccion para sensores electromecanicos de posicion
36

2.1
2.1.4 Ejemplos de aplicacion
Fig. 2.4: Vigilancia de una puerta
Fig. 2.5: Interruptor de luces de freno
37

Fig. 2.6: Comprobacion de la posicion final de una mesa de transferencia
38

2.2
2.2 Interruptores de
posicion
mecanico-neumaticos
Con este tipo de sensor de proximidad, se influye directamente sobre un cir-cuito
neumatico por medio del efecto mecanico que produce el acercamiento
de un objeto. Una leva, por ejemplo, actua sobre una valvula neumatica. En lo
que se refiere al diseno, este tipo de valvula es similar al descrito anteriormen-te
al tratar del interruptor electromecanico de posicion. Sin embargo la ventaja
del interruptor neumatico es la ausencia de contactos electricos y, por lo tanto,
la imposibilidad de que se quemen.
2.2.1 Descripcion del
funcionamiento
1 (P) = Alimentation de aire
2 (A) = Linea de trabajo o salida
3(R) = Escape
Fig. 2.7: Sensor neumatico de posicion (micro valvula de leva)
39

A
2.2
2.2.2 Caracteristicas tecnicas
Presion de trabajo - 0.95... + 8.00 bar
Temperatura - 10°C... + 60°C
Fuerza de actuation a 6 bar 6...10 N
Punto de ruptura depende de la presion, varfa
un maximo de 0,8 mm con
presiones entre 0...8 bar
Table 2.2: Caracteristicas tecnicas de un sensor de posicion
neumatico-mecanico (ejemplo)
2.2.3 Observaciones sobre Aquf vale lo mismo que lo destacado en el apartado 2.1.3
su aplicacion
Estos finales de carrera se utilizan preferentemente en aplicaciones donde ya
se utilizan componentes neumaticos. En este caso, la alimentation de aire
comprimido que precisan los finales de carrera ya esta disponible y no es
necesario convertir la senal de salida del sensor en un valor electrico.
40

2.2
Fig. 2.8: Inversion de un cilindro de doble efecto, por medio de sensores de
posicion ajustables. (La posicion de los sensores puede ajustarse a
la carrera requerida
J
sJil
Fig. 2.9: Funcion auxiliar en la elevacion de piezas delgadas
41

2.3 Ejercicios Ejercicio 2.3.1
Circuitos de proteccion para finales de carrera electromecanicos
Describir los diferentes tipos de carga que pueden producirse en la conexion
de un final de carrera. No es necesario tener en cuenta tipos de cargas mix-tos.
Indicar las diferentes opciones de circuitos de proteccion.
Ejercicio 2.3.2
Conexion de potencias electricas muy bajas
Debe utilizarse un final de carrera para interrumpir una potencia muy baja. La
tension es de aproximadamente 5 V DC y la intensidad inferior a 1 mA. En
estas condiciones, incluso la mas pequena suciedad en los contactos puede
provocar fallos. Sugiera un circuito que pueda compensar este problema.
42

Sensores de proximidad magneticos Festo Didactic A
Capi'tulo 3
Sensores de proximidad magneticos
43

3 ' Sensores de proximidad
Reed
3.1.1 Descripcion del Estos sensores de proximidad, reaccionan ante los campos magneticos de
funcionamiento imanes permanentes y de electroimanes.
En el caso de un sensor reed, las laminas de contacto estan hechas de mate-rial
ferromagnetico (Fe-Ni aleado, Fe= hierro, Ni= niquel) y estan selladas den-tro
de un pequeno tubo de vidrio.
El tubo se llena con un gas inerte, por ejemplo, Nitrogeno (gas inerte significa
un gas no activo ni combustible).
Fig. 3.1: Sensores magneticos de proximidad reed
Si se acerca un campo magnetico al sensor de proximidad, las laminas se
unen por magnetismo y se produce un contacto electrico.
44

La tabla inferior muestra algunos de los datos tecnicos mas importantes rela- 3.1.2 Caracterfsticas
cionados con los contactos de estos sensores de proximidad. tecnicas
Tension de conmutacion 12 V... 27 V DC o AC
Precision de conmutacion ±0.1 mm
Potencia maxima de interrupcion 40 W
Max. interferencia magnetica 0.16 mT
Max. corriente de ruptura 2 A
Frecuencia maxima de conmutacion 500 Hz
Tiempo de conmutacion < 2 ms
Conductancia 0.1 £2
Vida util del contacto
(con circuito de proteccion) 5 • 106 ciclos de conmutacion •
Clase de proteccion IEC 529, DIN 40 050 IP 66
Temperatura de funcionamiento -20°C... 60°C
Tabla 3.1: Caracterfsticas tecnicas de los sensores de proximidad reed
45

Los sensores de proximidad reed a menudo poseen un diodo emisor de luz
incorporado, para indicar su estado. La Fig. 3.2 ilustra las conexiones internas
y externas. Los diodos emisores de luz, junto con la resistencia en serie, asu-men
la funcion de un circuito de proteccion para una carga inductiva.
* L,
f L:
- f c b -
BN(1)
O-l
BK(4)
- O
BU(3)
-O-
-O +24VDC
1
• O 0 V
RL = Resistencia de carga;
Li, L2 = Diodos emisores de luz (LED);
Fig. 3.2: Esquema de un sensor de proximidad reed con diodos
emisores de luz (LED)
46

Cuando se desplaza un iman permanente ante un sensor de proximidad reed,
son posibles diferentes acciones (ver Fig. 3.3). El rango de conmutacion de-pende
de la orientacion del eje polar del iman.
Fig. 3.3: Caracterfsticas de la respuesta de un sensor de proximidad reed
47

Fig. 3.4: Ejemplos de interruptores magneticos reed para la detection de las
posiciones de un cilindro ("sensores de cilindro")
48

Sensores de proximidad magneticos Festo Didactic A A 3.1
Cuando se utilizan sensores de proximidad reed, es importante asegurarse de
que no haya interferencias cerca del sensor, cuyo campo magnetico exceda
de 0,16 mT (T=Tesla). Si este fuera el caso, el sensor deberfa apantallarse
correspondientemente.
3.1.3 Observaciones sobre
la disposicion
Si se montan varios cilindros neumaticos con sensores de proximidad, se re-quiere
una distancia minima de 60 mm entre los sensores de proximidad y las
paredes externas de los cilindros adyacentes. Si se reduce esta distancia, pue-de
producirse puntos de conmutacion no deseados.
Con sensores reed, debe reducirse el maximo flujo de corriente. De lo contra-rio
esto puede provocar un arco de descarga durante la conexion o la desco-nexion
y ello ocasionar que se quemen las laminas de contacto. Una resisten-cia
en serie hace de limitadora de corriente y prolonga la vida de los contac-tos.
Cuando se interrumpen cargas inductivas, se crea un elevado pico de tension
en el momento de la desconexion. Por esta razon debe preverse un circuito de
proteccion para el sensor de proximidad, a no ser que ya lleve uno incorpora-do.
El circuito de proteccion puede ser tanto un elemento RC adecuado, como un
diodo o un varistor (ver esquema). Los valores electricos de estos componen-tes
dependen de la potencia del elemento que activa el contacto (por ejemplo,
un rele o un contactor, etc.)
Si se activa un rele o un contactor, es esencial que se respeten los datos
tecnicos del interruptor y del rele o del contactor.
La potencia de llamada de un rele o de un contactor es varias veces mayor
(de 8 a 10 veces) que la potencia de mantenimiento. Por ello es importante
utilizar la potencia de llamada como valor de referencia principal.
49

RL= Resistencia de carga
L = Inductancia de carga
C = Condensador de proteccion
D = Diodo o varistor de proteccion
Fig. 3.5: Circuitos de proteccion para contactos reed
50

3.1
Fig. 3.6: Cilindro neumatico con sensores de proximidad magneticos.
Los sensores de proximidad se utilizan para la deteccion de las
posiciones finales, aprox. a unos 10 mm del final de la carrera.
• La aplicacion mas ampliamente conocida y utilizada: Detectores de posicion
de cilindros
• Con la utilizacion de sensores de proximidad magneticos pueden solventar-se
muchos otros problemas de deteccion si al objeto a detectar se le aplica
un iman, por ejemplo:
• Medicion de la velocidad de rotacion de piezas de cualquier material
• Deteccion selectiva de piezas individuales de series similares
• Sistemas de codificacion por desplazamiento incremental
• Dispositivos de conteo
• Interruptores de puertas
• Posicionamiento de material.
51

Fig. 3.7: Principio de funcionamiento de los sensores de proximidad
magneticos para la detection de las posiciones de un cilindro
a) El sensor de proximidad esta sin activar; los contactos estan abiertos.
b) Cuando se aproxima un campo magnetico, los contactos se cierran.
52

3.2
Sensores de proximidad magnetico-inductivos
magneticos sin contacto
funcionamiento
Estos sensores de proximidad, similares a los sensores de proximidad inducti-vos,
tienen un oscilador incorporado (circuito oscilador LC). Sin embargo, en
contraste con los sensores de proximidad inductivos, la bobina osciladora no
es del tipo con nucleo de media capa, que crea un campo magnetico directa-mente
hacia afuera, sino una bobina con un nucleo de capa cerrada, es decir,
una bobina con un nucleo de ferrita apantallado. Al acercar un iman perma-nente,
el material del nucleo del oscilador se satura causando con ello una
variacion en la corriente del oscilador del sensor de proximidad. Una etapa de
disparo evalua el cambio y lo convierte en una serial de salida definida. El
rango de conmutacion de este tipo de sensores de proximidad depende de la
orientacion el eje polar del iman (ver pagina 56. Fig. 3.9). Estos sensores de
proximidad solamente reaccionan ante campos magneticos, y no ante cual-quier
objeto metalico.
B 1 3>
B 1
Indicador LED en el lado opuesto
Superficie activa
Conexion utilizando conector acodado
Fig. 3.8: Sensor de proximidad magnetico-inductivo
53

A 3.2
Sensores de proximidad magnetorresistivos
Las cintas resistentes (por ejemplo Wi o InSb; Wi=Bismuto, In—Indio, S b ^ " -
monio) cambian su resistencia electrica ante campos magneticos. Este e f e r:
es decir, la magnetorresistencia, puede utilizarse para varios tipos de se-si-res.
Sensores de proximidad de efecto Hall
Si un semiconductor (por ejemplo, InSb) se expone a un campo magnetico s-e
crea una tension perpendicular a la direction de la corriente, es decir, la llama-da
tension de Hall. Se aplican ciertas dimensiones fisicas en este caso part cu-lar,
es decir, el grueso de la placa debe ser pequeno en comparacion cor el
largo y el ancho. Pueden generarse tensiones de hasta 1,5 V.
El efecto fisico subyacente se conoce como el efecto Hall, por el nombre del
fisico americano que lo descubrio, E. Hall.
Los sensores de proximidad Wiegand
Los sensores Wiegand consisten en un hilo hecho de una aleacion ferroma;-
netica de vanadio, cobalto y hierro. La direction de la magnetization de es:e
hilo cambia espontaneamente cuando un campo magnetico que se acerq^e
excede de cierto valor. Si se arrolla una bobina alrededor de este hilo Wie-gand,
se induce una tension de hasta 3 V.
En printipio, los sensores Wiegand no requieren alimentation externa de co-rriente.
54

Sensores de proximidad magneticos Festo Didactic
A partir de aqui, solamente se consideraran los sensores magneticos de proxi-midad
del tipo inductivo.
Tension de funcionamiento 10... 30 V
Intensidad maxima de ruptura 200 mA
Induccion minima de respuesta 2... 35 mT
Maxima interferencia magnetica 1 mT
Recorrido de respuesta (depende de la
fuerza del campo y del cilindro) 7... 17 mm
Histeresis 0.1... 1.5 mm
Precision del punto de ruptura + 0,1 mm
Cafda de tension
(a la intensidad maxima) 3 V
Cin sumo de corriente (en vaci'o) 6.5 mA max
Temperatura de funcionamiento -20°C... 70°C
Frecuencia de conmutacion 1000 Hz
Proteccion IEC 529, DIN 40 050 IP 67
Proteccion para cargas inductivas integrada
3.2
tecnicas
Tabla 3.2: Datos tecnicos de un sensor de proximidad del tipo
magnetico-inductivo (ejemplo)
Los sensores de proximidad magnetico-inductivos, tienen las siguientes venta-jas
basicas en comparacion con los sensores de proximidad con contactos
reed.
• No hay problemas con los rebotes de los contactos
• No tienen desgaste al no haber partes moviles
• Se crea solamente una area de conmutacion, si el eje polar magnetico se
alinea adecuadamente (ver Fig. 3.9).
55

Fig. 3.9: Caracteristicas de la respuesta de un sensor de proximidad
magnetico-inductivo
56

3.2
Debe tenerse en cuenta en la utilizacion de sensores de proximidad, que estos
pueden presentar un comportamiento asimetrico de conexion. Por lo tanto,
debe verificarse que el sensor conmute de forma fiable en condiciones reales.
Los materiales ferromagneticos cerca de un sensor de proximidad, pueden
hacer cambiar su respuesta o producir interferencias al igual que cuando estos
sensores se utilizan bajo la influencia de fuertes campos magneticos como
sucede, por ejemplo, en los equipos de soldadura o en las fundiciones de
aluminio con hornos electricos.
la aplicacion
Si se montan varios cilindros neumaticos con sensores de proximidad magneti-cos,
se requiere una distancia minima de 60 mm entre los sensores de proxi-midad
y las paredes externas de los cilindros adyacentes.
Los sensores de proximidad magnetico-inductivos, generalmente llevan un cir-cuito
de proteccion incorporado para poder interrumpir cargas inductivas, asi
como para protegerle de los picos de tension. En este caso esta de mas un
circuito de proteccion adicional.
Uno de los campos mas comunes de aplicacion de los sensores de proximidad 3.2.4 Ejemplos de aplicacion
magneticos sin contacto es, como en el caso de los sensores de proximidad
con reed, la deteccion de la posicion del embolo en los cilindros neumaticos
(ver Fig. 3.6). Sin embargo, estos sensores pueden utilizarse para muchas
otras aplicaciones, al igual que los sensores de proximidad reed, como se
indica en 3.1.4.
57

A
3.3
magnetico-neumaticos
funcionamiento
Se acciona una valvula neumatica por medio de un iman permanente, gene-rando
con ello una serial de control.
2
1 Lamina reed
2 Iman permanente en el embolo
3 Conducto flexible
Fig. 3.10: Principio de funcionamiento de un sensor de proximidad
magnetico-neumatico para detection de la position de un cilindro.
a) El sensor de proximidad esta sin activar; una lamina reed interrumpe
el flujo de aire de P.
b) La lamina es atraida por un campo magnetico; el aire fluye de P hacia A.
58

3.2
Presion de funcionamiento 4... 6 bar
Presion de la serial 40 mbar a 125 mbar, segun la
presion de alimentacion,
o bien:
hasta la presion de alimentac.
Precision de ruptura ± 0.2 mm
Max, interferencia magnetica 0.2 mT
Frecuencia de conmutacion aprox. 50 Hz
Temperatura de funcionamiento - 20°C... + 60°C
tecnicas
Tabla 3.3: Caracteristicas tecnicas de un sensor de proximidad
magnetico-neumatico (ejemplo)
El sensor de proximidad corresponde en principio a una barrera de aire, en la
que una lamina de conmutacion obtura el flujo de aire de una serial inminente.
Al acercarse el campo magnetico (por ejemplo, el iman permanente del embo-lo
de un cilindro neumatico), la lamina es atrafda y libera el flujo de aire,
creando asf una senal en la salida. Algunos tipos de sensor funcionan en
combinacion con amplificadores de presion.
La distancia entre dos sensores de proximidad neumatico-magneticos, deberia 3.3.3
ser por lo menos de 50 mm. Debe comprobarse que el campo magnetico
disponible sea suficiente para un funcionamiento fiable del sensor de proximi-dad.
Observaciones sobre
la aplicacion
Si la senal de salida de baja presion va a utilizarse para un posterior proceso,
es recomendable instalar en serie un amplificador de presion.
Los sensores de proximidad neumatico-magneticos se utilizan preferentemente 3.3.4
para deteccion de la posicion del embolo en cilindros neumaticos.
Son especialmente adecuados para soluciones puramente neumaticas, es de-cir,
aquellas en las que el aire comprimido es la unica fuente de energfa.
Ejemplo de aplicacion
59

3.4
Velocidad maxima de paso del embolo de un cilindro neumatico, ante un
sensor de proximidad reed
Calcular la velocidad maxima de paso del embolo de un cilindro neumatico,
cuya posicion debe detectarse por medio de un contacto reed. Para ello, asu-mir
que el tiempo de conmutacion del sensor de proximidad utilizado es de
2 ms y tomar el recorrido de respuesta de la tabla 3.4. Calcular el valor para
un cilindro Festo, tipo DNNZ con un diametro de 80 mm como ejemplo.
iCual sera la maxima velocidad si, por ejemplo, debe activarse una electroval-vula
con un tiempo de conmutacion de 15 ms?
Diam.
embolo
mm
Tipo Histeresis
Hmax.mm
Recorrido
respuesta
Smin.mm
SME* SMP SME SMP*
8 ESN,DSN 2 1,5 7 9
10 ESN,DSN 2 1,5 5 9
12 ESN,DSN 2 2 8 11
16 ESN,DSN 2 2 6 9
20 ESN,DSN 2 2,5 7 9
DGS
25
ESN,DSN 1,5 2 6 17
DGS 2 1,5 7 10 H
/
I
/ 4
/ 3
J X
1
b
/ 15 N^
!
32
ESW.DSW 2 1,5 10 12
DN,DNZ 2,5 4 7 15
DNNZ 2,5 4 7 15
40
ESW,DSW 2 2 9,5 12
DN,DNZ 2,5 4,5 8 15
DNNZ 2,5 4,5 8 15 i — 7 I
50
ESW.DSW 2 2 10,5 12
1
r f f l
I
DN.DNZ 3 5 8 17 I DNNZ 3 5 8 17 i
63
ESW.DSW 2 2 11 13
H = Histeresis
S = Rango de respuesta
1 Iman permanente
2 Camisa del cilindro
3 Sensor activado
4 Sensor desactivado
5 Centra del sensor
DN.DNZ 3 5 9 18
DNNZ 3 5 9 18 80
DN.DNZ 3 5 10 19
DNNZ 3 5 10 19
100
DN.DNZ 4 7 10 20
DNNZ 4 7 10 20
125 DN.DNZ 4 5 11 5
160 DN.DNZ 4 6 11 16
200 DN.DNZ 5 7 10 16
250 DN.DNZ 4 7 11 16
320 DN.DNZ 5 7,5 11 16
-
Tabla 3.4: Histeresis y rango de respuesta de diversos cilindros (ejemplo)
'SME = se refiere a los sensores de proximidad reed y magnetico-inductivos
"SMP = se refiere a los sensores de proximidad neumatico-magneticos
6 0

A 3.4
Ejercicio 3.4.2
Conexion electrica de un sensor de proximidad reed
Describir el comportamiento de un sensor reed como el mostrado en la
Fig. 3.2, con la polaridad de la alimentacion invertida, es decir, con inversion
de polaridad del sensor de proximidad. <j,Puede con esto danarse el sensor?
J
Ejercicio 3.4.3
Resolucion de un sensor de proximidad
i,Cual es la minima carrera posible de un cilindro, para que pueda ser detecta-da
por dos sensores de proximidad reed? Utilice la tabla de datos tecnicos 3.4
para su respuesta.
9
61

Sensores de proximidad magneticos Festo Didactic 9
Capftulo 4
Sensores de proximidad inductivos
63

A 4.1
Sensores de proximidad m a g n e t i c o s Festo Didactic 9
4.1 Descripcion del
funcionamiento
Los componentes mas importantes de un sensor de proximidad inductivo son
un oscilador (circuito resonante LC), un rectificador demodulador, un amplifica-dor
biestable y una etapa de salida.
8
i
1 G A- — • <s> D>
/ r i
J~L
1 Oscilador
2 Demodulador
3 Etapa de disparo
4 Indicador del estado de activacion
5 Etapa de salida con circuito protector
6 Tensi6n externa
7 Alimentacion interna constante
8 Zona activa (bobina)
9 Salida del sensor
Fig. 4.1: Diagrams de bloques de un sensor de proximidad inductivo
El campo magnetico, que es dirigido hacia el exterior, es generado por medio
del nucleo de ferrita semiabierto de una bobina osciladora y de un apantallado
adicional. Esto crea un area limitada a lo largo de la superficie activa del
sensor de proximidad inductivo, la cual se conoce como zona activa de con-mutacion.
Cuando se aplica una tension al sensor, el oscilador se activa y fluye una
corriente de reposo definida. Si un objeto conductor de electricidad se introdu-ce
en la zona activa de conmutacion, se crean unas corriente parasitas que
restan energia al oscilador. La oscilacion se atenua y esto produce un cambio
en el consumo de corriente del sensor de proximidad. Los dos estados - osci-lacion
atenuada y oscilacion sin atenuar - se evaluan electronicamente.
64

Sensores de proximidad inductivos Festo Didactic
4.1
Elemento actuador
Campo magnetico de
alta frecuencia
Superficie activa
Circuito resonante de la bobina
If/
ill
•N' / ^
m
i
Sensor de proximidad sin actuar (oscilador no atenuado)
Se resta energia al campo
magnetico de alta frecuencia
Sensor de proximidad actuado (oscilador atenuado)
Fig. 4.2: Metodo de funcionamiento de un sensor de proximidad inductivo
Por medio de los sensores de proximidad inductivos, solo pueden detectarse
materiales conductores de electricidad.
Dependiendo del tipo de conmutacion (normalmente cerrado o normalmente
abierto), la etapa final es conectada o interrumpida si se presenta un objeto
metalico en la zona activa de conmutacion. La distancia del area activa, donde
se produce un cambio en la senal de salida, se conoce como distancia de
conmutacion. Por ello, un criterio importante para los sensores de proximidad
inductivos es el tamano de la bobina incorporada en la cabeza del sensor.
Cuanto mas grande sea la bobina, mayor sera la distancia de conmutacion
activa. Pueden alcanzarse distancias de hasta 250 mm.
65

Sensores de proximidad c a p a c i t i v o s Festo Didactic
4.1
Para determinar la distancia de conmutacion de los sensores de proximidad
inductivos, se utiliza una placa de calibration estandarizada. Solamente asf
pueden hacerse comparaciones validas de las distancias de conmutacion de
diferentes sensores de proximidad inductivos. La placa de medicion estandar
esta hecha de acero dulce (Fe 360 segun los Eurostandars 25 y 27 o ISO
630), de 1 mm de grueso. Tiene forma cuadrada y la longitud del lado es igual a:
• el diametro de la superficie activa del sensor
o bien
• tres veces la distancia de conmutacion nominal.
Se utilizara el mayor de ambos valores como longitud del lado de la placa de
calibration estandar. La utilization de placas con superficies mayores no con-duce
a cambios significativos en la distancia de conmutacion medida. Sin em-bargo,
si se utilizan pfacas menores, se obtiene una disminucion de la distan-cia
de detection.
Asimismo, la utilization de diferentes materiales conduce a una reduction de
la distancia de conmutacion efectiva. En la tabla inferior, se indican los facto-res
de reduction para diferentes materiales.
Material Factor de reduccion
Acero dulce 1.0
Niquel cromo 0.70 - 0.90
Laton 0.35 - 0.50
Aluminio 0.35 - 0.50
Cobre 0.25 - 0.40
Tabla 4.1: Valores indicativos para el factor de reduccion
La tabla indica que las mayores distancias de detection se alcanzan con ma-teriales
magneticos. Las distancias alcanzables con materiales no magneticos
(laton, aluminio, cobre) son netamente inferiores.
66
•

Fig 4.3: Simbolo de la conexion de un sensor de proximidad inductivo en
corriente continua, ejecucion de tres hilos (L = carga)
4.1
La designacion de las conexiones de los sensores de proximidad inductivos
estan estandarizadas. Ver Capi'tulo A 10 y B 4.
Para notas adicionales sobre el circuito ver Capi'tulo A 10.
67

A 4.2
i
i
4.2 Caracteristicas La tabla inferior indica los datos tecnicos mas relevantes relacionados con los
tecnicas sensores de proximidad inductivos. Las cifras indicadas en esta tabla son
ejemplos tfpicos y proporcionan solamente una vision general.
Material del objeto • Metales
Tension de funcionamiento tfpica 10 V... 30 V
Distancia de conmutacion nominal tfpica 0.8...10 mm
max. aprox. 250 mm
Intensidad maxima 75 mA... 400 mA
Temperatura de funcionamiento -25°C... +70°C
Vibracion 10 ... 50 Hz,
1 mm amplitud3
Sensibilidad a la suciedad insensible
Vida util muy larga
Frecuencia de conmutacion tfpica 10... 5000 Hz
max. 20 kHz
Ejecucion cilfndrica, rectangular
Tamano (ejemplos) M8x1, M12x1, M18x1, M30x1,
0 4 mm... 0 30 mm,
25 mm x 40 mm x 80 mm
Clas de proteccion IEC 529, DIN 40 050 hasta IP 67
Tabla 4.2: Datos tecnicos de sensores de proximidad inductivos
68

Muchos de los sensores de proximidad inductivos que se ofrecen actualmente
en el mercado tienen las siguientes caracteristicas de proteccion para garanti-zar
un manejo sencillo y un funcionamiento seguro:
• Proteccion contra polaridad inversa (contra danos causados como resultado
de invertir las conexiones)
• Proteccion contra cortocircuito (protege el cortocircuito de la salida contra el
tierra)
• Proteccion contra picos de tension (contra sobretensiones transitorias)
• Proteccion contra rotura de cable (la salida se bloquea si la linea de ali-mentacion
se desconecta).
Conexion por cable
integrado o
por conector
Superficie activa
Fig. 4.4: Sensor de proximidad inductivo en ejecucion roscada
69

5.1
4.3 Observaciones sobre
la aplicacion
Si los sensores de proximidad inductivos se montan en alojamientos metalicos,
debe tenerse cuidado de no alterar las caracteristicas del sensor. Debe distin-guirse
entre dos tipos de sensores de proximidad: los de montaje enrasado y
los de montaje no-enrasado.
Fig. 4.5: Sensores de proximidad inductivos, de montaje enrasado
Alii donde los sensores deban montarse completamente enrasados en metal,
deberan instalarse de forma que el campo electromagnetico este dirigido des-de
la zona activa hacia adelante. De esta forma, las caracteristicas del sensor
de proximidad no seran influidas por el metodo de montaje. En el caso de
B3 montaje adyacente de sensores de proximidad debe respetarse una distancia
minima entre ellos en relation con su diametro. Esto es esencial para evitar
que los sensores de proximidad influyan unos con otros. La zona libre frente al
sensor de proximidad debe ser por lo menos de tres veces la distancia de
conmutacion nominal del sensor utilizado. La zona libre es la distancia entre el
sensor de proximidad y un objeto situado enfrente.
70

*
I
La ventaja de los sensores de proximidad de montaje enrasado es que son
muy sencillos de instalar y ahorran espacio. La desventaja en comparacion
con los de montaje no-enrasado en que aunque el diametro exterior del cuerpo
del sensor sea identico, la distancia de deteccion es inferior.
Zona libre 3 x S„
Zona libre
> 3 x S„
>2xSn
Fig. 4.6: Sensor de proximidad inductivo, de montaje no-enrasado
A 4.3
Los sensores de proximidad no-enrasables que se montan sobre materiales
que influyen en sus caracterfsticas (metales), requieren una zona libre que
circunde toda el area activa. Sin embargo, estos sensores de proximidad pue-den
montarse embebidos en plasticos, madera u otros materiales no metalicos
sin que se vean afectadas las caracterfsticas del sensor. Este tipo de sensores
pueden reconocerse a menudo por la cabeza de la bobina que forma una
protuberancia en el cuerpo del sensor de proximidad.
71

5.1
4.4 Ejemplos de aplicacion
Fig. 4.7: Detection del embolo en un cilindro neumatico o hidraulico
Transportador de la pieza
Cinta transportadora
Sensor de proximidad
inductivo
Fig. 4.8: Detection de transportadores metalicos de piezas en una cinta
72

Fig. 4.9: Deteccion de un arbol de levas por medio de sensores de
proximidad inductivos (Fuente: Turck)
Fig. 4.10: Medicion de la velocidad y sentido de rotation
(Fuente: Turck)
73

Actuador giratorio
neumatico (Rotic)
Fig. 4.11: Dos sensores de proximidad inductivos detectan la posicion de un
actuador giratorio neumatico
Fig. 4.12: Detection de cuerpos de valvulas por medio de sensores de
proximidad inductivos, detectando lateralmente
74

Fig. 4.13: Deteccion de la posicion final de la matriz de una prensa
75

Fig. 4.14: Dos sensores de proximidad inductivos detectan si la corredera de
un dispositivo de alimentation se halla en uno u otro de los
extremos. Los sensores de hallan bajo la corredera.
76

9
Ejercicio 4.5.1
Aplicacion de un sensor inductivo de proximidad
4.5 Ejercicios
Debe verificarse el numero, distancia y direccion de transporte de unos conte-nedores
de material sobre una cinta transportadora. Para su marcaje, los con-tenedores
estan provistos de una placa de alumino. ^Que debe tenerse en
cuenta al seleccionar un sensor inductivo para esta tarea?
i,C6mo se alcanza la mayor distancia posible de deteccion en un sensor de
determinado diametro? itk que se debe prestar especial atencion en este
caso?
^Cual es la influencia positiva de la histeresis en el comportamiento de un
sensor de proximidad inductivo? Considere que necesitarfa observar en la
practica, si los puntos de conexion y desconexion estuvieran exactamente a la
misma distancia del sensor de proximidad.
Ejercicio 4.5.2
Deteccion de rodillos de acero que vibran
Por medio de una cinta se transportan rodillos de acero (ver Fig. 4.15 y 4.16).
Los rodillos deben contarse por medio de un sensor de proximidad inductivo,
que debe conectarse a un control programable. Debido a las vibraciones de la
cinta transportadora, los rodillo de acero sufren una ligera vibracion vertical de
amplitud "a".
a) Si utiliza un sensor de proximidad inductivo. iQue problemas pueden pre-sentarse
en el conteo de los rodillos de acero?
b) El sensor de proximidad tiene una distancia nominal de deteccion de 8 mm.
La histeresis puede ser del orden del 1 al 5% de la distancia de deteccion.
Esto, asumiendo que estos valores de histeresis valen tambien para un
acercamiento lateral al sensor de proximidad, como es este el caso. <j,Cual
es la maxima amplitud "a" permitida de la vibracion, para que no se produz-can
los problemas indicados en el parrafo anterior?
77

Fig. 4.15: Conteo de rodilios de acero en una cinta transportadora por medio
de sensores de proximidad inductivos
Fig. 4.16: Movimiento vibratorio de los rodilios de acero
78

Capitulo 5
Sensores de proximidad capacitivos
79

5.1
Sensores de proximidad capacitivos Festo Didactic
5.1 Descripcion del
funcionamiento
El principio de funcionamiento de un sensor de proximidad capacitivo, esta ba-sado
en la medicion de los cambios de capacitancia electrica de un condensa-dor
en un circuito resonante RC, ante la aproximacion de cualquier material.
1
En un sensor de proximidad capacitivo, entre un electrodo "activo" y uno pues-v
to a tierra, se crea un campo electrostatico disperso. Generalmente tambien se
1 1 1 / halla presente un tercer electrodo para compensation de las influencias que
pueda ocasionar la humedad en el sensor de proximidad.
1 Oscilador
2 Demodulador
3 Etapa de disparo
4 Indicador del estado de activacion
6 Tension externa
7 Alimentacion interna constante
8 Zona activa (condensador)
9 Salida del sensor
Fig. 5.1: Diagrams de bloques de un sensor de proximidad capacitivo
Si un objeto o un medio (metal, plastico, vidrio, madera, agua), irrumpe en la
zona activa de conmutacion, la capacitancia del circuito resonante se altera.
80

Este cambio en la capacitancia depende esencialmente de los siguientes para-metros:
la distancia entre el medio y la superficie activa, las dimensiones del
medio y su constante dielectrica.
La sensibilidad (distancia de deteccion) de la mayoria de los sensores de pro-ximidad
capacitivos puede ajustarse por medio de un potenciometro. De esta
forma es posible eliminar la deteccion de ciertos medios. Por ejemplo, es posi-ble
determinar el nivel de un Ifquido a traves de la pared de vidrio de su
recipiente.
La distancia de deteccion de un sensor de proximidad capacitivo viene deter-minada
por medio de una placa de metal puesta a tierra. La tabla inferior
muestra las variaciones en las distancias del punto de conmutacion con res-pecto
a diferentes materiales. La maxima distancia de conmutacion que puede
obtenerse en los sensores de proximidad capacitivos industriales es de unos
60 mm.
Grueso del material Distancia de conmutacion
1.5 mm
3.0 mm 0.2 mm
4.5 mm 1.0 mm
6.0 mm 2.0 mm
7.5 mm 2.3 mm
9.0 mm 2.5 mm
10.5 mm 2.5 mm
Tabla 5.1: Variation de la distancia de conmutacion en funcion del grueso
del material, utilizando una tira de carton (ancho = 30 mm)
81

Con sensores de proximidad capacitivos, debe observarse que la distancia de
conmutacion es una funcion resultante del tipo, longitud lateral y grosor del
material utilizado. Muchos metales producen aproximadamente el mismo valor.
A continuation se indican valores para diferentes tipos de materiales.
Material Factor de reduccion
Todos los metales 1.0
Agua 1.0
Vidrio 0.3... 0.5
Plastico 0.3... 0.6
Carton 0.3... 0.5
Madera (depende de la humedad) 0.2... 0.7
Aceite 0.1... 0.3
Tabla 5.2: Valores indicados para el factor de reduccion
82

Tension de funcionamiento tipica 10... 30 V DC
6 20... 250 V AC
Distancia nominal de conmutacion tfpica 5... 20 mm
max. 60 mm (gen. variable y
ajustable con potenciometro)
Material de los objetos todos los materiales con
constante dielectrica > 1
Intensidad de conmutacion max. 500 mA DC
Temperatura de funcionamiento -25°C... +70°C
Sensibilidad a la suciedad sensible
Vida util muy larga
Frecuencia de conmutacion hasta 300 Hz
Ejecucion Cilindrica
p. ej. M18x1, M30x1,
hasta 0 30 mm, rectangular
Clase de proteccion IEC 529, DIN 40 050 hasta IP 67
5.2 Caracteristicas
tecnicas
Tabla 5.3: Datos tecnicos de un sensor de proximidad capacitivo
(ejemplo)
83

Observaciones sobre Al igual que con los sensores de proximidad inductivos, debe distinguirse entre
la aplicacion los sensores de proximidad capacitivos enrasables y no-enrasables. Es mas.
debe observarse que este tipo de sensores es mas sensible a perturbaciones.
Asimismo, su sensibilidad en lo que respecta a la humedad es muy elevada
debido a la elevada constante dielectrica del agua (e = 81). Por otro lado.
pueden utilizarse para detectar objetos a traves de una pared no-metalica. En
este caso, el grosor de la pared debe ser inferior a 4 mm y la constante
dielectrica del material a detectar debe ser por lo menos 4 veces el de la
pared.
Debido a esta propiedad de reaccionar ante una amplia gama de materiales. el
sensor de proximidad capacitivo es mas universal en aplicaciones que el sen-sor
de proximidad inductivo. Por otro lado, los sensores de proximidad capac -
tivos son sensibles a los efectos de la humedad en la zona activa de detec-tion.
Muchos fabricantes, por ejemplo, utilizan un electrodo auxiliar para com-pensar
los efectos de la humedad, roci'o o hielo, reduciendo asf estas perturba-ciones.
Consideraciones en la aplicacion
• Por razones de coste, en la detection de objetos metalicos se prefieren
generalmente los sensores de proximidad inductivos a los capacitivos
• En la detection de objetos no-metalicos, tambien compiten como alternativa
viable los sensores de proximidad opticos
• Hay campos de aplicacion particulares donde la utilization de sensores de
proximidad capacitivos proporcionan diferentes ventajas
84

Sensores de proximidad capacitivos Festo Didactic A 5.4
Los sensores de proximidad capacitivos son adecuados, por ejemplo, para su- 5.4 Ejemplos de aplicacion
pervisar los niveles de llenado en contenedores de almacenamiento. Otras
areas de aplicacion incluyen la deteccion de materiales no-metalicos.
Deteccion de objetos mate y negros
Los objetos de goma, cuero, plastico y otros materiales, son diffciles de detec-tar
por sensores opticos de reflexion directa y, en segun que aplicaciones, la
utilizacion de sensores ultrasonicos puede resultar excesivamente costosa.

Detection del nivel de llenado de li'quidos
En el caso de tener que detectar niveles de li'quidos a traves de paredes finas
de recipientes de plastico, tubos de vidrio de inspection, etc. el grueso de la
pared debe limitarse de tal forma que permita al sensor de proximidad capaci-tivo
reaccionar solo con el propio contenido del recipiente.
Fig. 5.3: Detection del nivel de llenado en un deposito de acero
a) Sensor de proximidad capacitivo, encapsulado en plastico o en
cristaI de cuarzo.
b) Detection del nivel de un liquido a traves de un tubo de plastico o de vidrio.
86

Deteccion del nivel de llenado de material a granel
Los sensores de proximidad capacitivos tambien son adecuados para la detec-cion
de materiales pulverulentos o granulados en contenedores o silos.
Verificacion del contenido de paquetes
Es posible, por ejemplo, verificar el volumen de llenado de contenedores de
productos alimenticios a traves de cajas selladas, por medio de sensores de
proximidad capacitivos.
La figura muestra cuatro sensores de proximidad capacitivos en la base de
una caja de carton para verificar que se hayan introducido cuatro botellas de
bebida refrescante.
Fig. 5.4: Comprobacion del contenido de una caja a traves del carton
87

Supervision del bobinado de cables e hilos electricos
Los sensores de proximidad capacitivos reaccionan al cobre que contienen los
hilos o cables electricos de diametro relativamente pequeno, donde los senso-res
de proximidad inductivos no reaccionan o lo hacen a distancias inferiores.
Tambien los sensores de proximidad inductivos podrian tener dificultades en
estos casos.
Fig. 5.5: Supervision de la rotura de un cable, por medio de un
sensor de proximidad capacitivo
88

Comprobacion de la presencia de bombillas en cajas de carton montadas
Fig. 5.6: Comprobacion de la presencia de bombillas en cajas de carton
(Fuente: Turck)
89

A © 5.5 TT
Medicion del nivel de llenado en un silo de grano
Si tiene intention de utilizar un sensor de proximidad capacitivo para detera*
el nivel de llenado en un silo de grano, £que tiene que recordar?
Ejercicio 5.5.2
Influencias del entorno en los sensores de proximidad capacitivos
Esta utilizando un sensor de proximidad capacitivo en una instalacion al are
libre. iQue tiene que recordar, especialmente en primavera y en otono?
Ejercicio 5.5.3
Detection de cajas de carton
Cuando deba utilizar un sensor de proximidad capacitivo para la detection de
cajas de carton de diversos gruesos de material, ique debe tener en cuenta?
Ejercicio 5.5.4
Detection de un panel transparente
En una empresa de productos alimenticios, debe detectarse la presencia de
una mirilla hecha de material transparente, en unas cajas vacias de carton
para envasado (ver fig. 5.7). Esta dudando entre elegir un sensor de proximi-dad
capacitivo, optico o ultrasonico, £cuales son sus razonamientos para la
election?
Mirilla de 50 x 30 mm
Film de plastico de 0,1 mm de grueso
Envase de cart6n
Fig. 5.7: Control de presencia de una mirilla transparente
90

Capftulo 6
Sensores de proximidad opticos
91

6.1
6.1 Caracteri'sticas
generales
Los sensores de proximidad opticos utilizan medios opticos y electronicos para
la detection de objetos. Para ello se utiliza luz roja o infrarroja. Los diodos
semiconductores emisores de luz (LEDs) son una fuente particularmente fiable
de luz roja e infrarroja. Son pequenos y robustos, tienen una larga vida util y
pueden modularse facilmente. Los fotodiodos y fototransistores se utilizan
como elementos receptores. Cuando se ajusta un sensor de proximidad optico,
la luz roja tiene la ventaja frente a la infrarroja de que es visible. Ademas,
pueden utilizarse facilmente cables de fibra optica de polimero en la longitud
de onda del rojo, dada su baja atenuacion de la luz.
La luz infrarroja (invisible) se utiliza en ocasiones en las que se requieren
mayores prestaciones, por ejemplo, para cubrir mayores distancias. Ademas,
la luz infrarroja es menos susceptible a las interferencias (luz ambiental).
Con ambos tipos de sensores de proximidad opticos, la supresion adicional de
las influencias de luz externas se alcanza por medio de la modulation de la
serial optica. El receptor (con la exception de los sensores de barrera) se
sintoniza con los pulsos del emisor. Con sensores de barrera se utiliza un
pasabanda electrico en el receptor. Particularmente en el caso de luz infrarro-ja,
la utilization de filtros de luz diurna, mejora aun mas su insensibilidad a la
luz ambiental.
92

10
V.
11 D> V -
&
i
> _n
12
8
Oscilador
Emisor fotoelectrico
Receptor fotoelectrico
Preamplificador
Operation iogica
Convertidor pulso/nivel
7 Indicador del estado de activation
9 Tension externa
10 Alimentation interna constante
11 Alcance optico
12 Salida del sensor
6.1
Fig. 6.1: Diagrama de bioques de un sensor de proximidad optico
(Emisor y receptor instalados en el mismo cuerpo)
Ejemplo de los elementos emisor y receptor en los sensores de proximi-dad
opticos.
Emisor
• Para versiones sin conexion de fibra optica:
• GaAIAs - IRED
• Longitud de onda 880 nm (invisible, infrarroja).
• Para versiones con conexion de fibra optica:
• GaAIAs-IRED
• Longitud de onda 660 nm (visible, roja).
Receptor
Fototransistor o fotodiodo de silicio.
(Para sensores de proximidad funcionando a 880 nm, se utilizan filtros de luz
diurna dispuestos en serie)
93

Los sensores de proximidad opticos generalmente incorporan medidas de prc-teccion:
• Proteccion contra polaridad inversa
• Proteccion de las salidas contra cortocircuito
• Proteccion contra picos de tension.
Con sensores de barrera y de retrorreflexion, se distinguen las siguientes furv
ciones de conmutacion:
• Metodo de detection por luz
La salida conecta cuando el rayo de luz no esta interrumpido por un objeto
(contactos normalmente abiertos). En el caso de un barrera que se ac: .•=•
por luz, la salida en el receptor esta activada si no hay ningun objetc que
obstruya el rayo de luz
• Metodo de detection por obscuridad
La salida esta inactiva (sin conmutar) cuando el rayo de luz no esta ntoi
rrumpido por ningun objeto (contactos normalmente cerrados). En e1 caso
de una barrera que se active por obscuridad, la salida del receptor se CCH
necta si hay un objeto que irrumpe en el rayo de luz.
Las funciones de conmutacion de los sensores de reflexion directa son como
sigue:
• Metodo de detection por luz:
La salida cierra si el objeto a detectar se introduce en el rayo de luz.
(Salida normalmente abierta. N/A = Normalmente Abierta)
• Metodo de detection por obscuridad:
La salida abre si el objeto a detectar se introduce en el rayo de luz.
(Salida normalmente cerrada, N/C = Normalmente Cerrada).
94

Forma constructiva de un sensor de proximidad optico
Los sensores de proximidad opticos consisten basicamente en dos partes prin-cipales:
el emisor y el receptor. Dependiendo del tipo y de la aplicacion, se
requieren adicionalmente reflectores y cables de fibra optica.
El emisor y el receptor se hallan instalados en un cuerpo comun (sensores de
reflexion directa y de retrorreflexion), o en cuerpos separados (sensores de
barrera).
El emisor aloja la fuente de emision de luz roja o infrarroja, la cual, y segun las
leyes de la optica, se propaga en Ifnea recta y puede ser desviada, enfocada,
interrumpida, reflejada y dirigida. Esta luz es aceptada por el receptor, separa-da
de la luz externa, y evaluada electronicamente.
Cubierta transparente Pantalla Potenciometro
fotoelectricos (tecnologfa SMD)
Fig. 6.2: Disposition de un sensor de proximidad optico de forma cilfndrica
El sensor de proximidad se monta con un apantallamiento interno, que es
aislado del cuerpo. Los componentes electronicos son encapsulados y se dis-pone
un potenciometro externo en el lado de la salida del cable, para ajustar
la sensibilidad.
Generalmente, los sensores de proximidad incluyen un diodo emisor de luz
(LED), que luce cuando la salida esta activada. El indicador LED sirve como
medio de ajuste y verification del funcionamiento.
95

Margen de funcionamiento para los sensores de proximidad opticos
Los sensores de proximidad opticos a menudo estan expuestos a la contami-nation
por polvo, virutas o lubricantes durante su funcionamiento. Esta conta-mination
puede ser causa de interferencias en los sensores de proximidad
opticos. Tanto el ensuciamiento de las lentes que forman parte de la optica del
sensor de proximidad como el ensuciamiento de los reflectores en los de retro-rreflexion,
puede ser la causa de fallos en el funcionamiento.
Una fuerte contamination del rayo de luz en los sensores de barrera y de los
de retrorreflexion puede causar una interruption de la serial. En estos casos,
el sensor detecta continuamente la presencia de un objeto. En el caso de los
sensores de reflexion directa, el ensuciamiento del sistema de lentes puede
interpretarse como la presencia de un objeto si la emision de luz es reflejada
de nuevo hacia el receptor, como resultado de este ensuciamiento de las len-tes.
Tambien la suciedad en el propio objeto a detectar puede conducir a
considerarlo como no presente, si como resultado de esta suciedad el objeto
refleja menos cantidad de luz.
Para conseguir un funcionamiento fiable, deberian tomarse las siguientes me-didas:
1. Hacer funcionar el sensor de proximidad optico con suficiente margen ope-rativo
- Realizando ensayos previos
- Seleccionando un sensor de proximidad con suficiente margen de funcio-namiento
2. Utilizando sensores de proximidad con ayudas al ajuste, por ejemplo, parpa-deo
del LED en las zonas li'mite de detection.
3. Utilizando sensores de proximidad con indication automatica de ensucia-miento.
Los sensores de proximidad opticos tienen un cierto margen de funcionamien-to
(tambien conocido como reserva funcional) 13, que es el cociente de la po-tencia
real de la serial optica en la entrada del receptor PR dividida por la
potencia de la serial optica minima detectable en el umbral de conmutacion
PT:
Si la emision optica recibida esta en el nivel del umbral de conmutacion, esto
significa P = 1, es decir, no hay margen de funcionamiento. Si el factor es, por
ejemplo, p = 1,5 significa que se dispone de un margen de funcionamiento del
50%.
96

El factor p depende por una parte de la distancia entre el emisor y el receptor
en el caso de los sensores de barrera, entre el emisor y el reflector en el caso
de los de retrorreflexion o entre el sensor y el objeto en el caso de los senso-res
de reflexion directa.
Por otro lado, el factor del margen de funcionamiento depende de la distancia
s en relation con cada sensor de proximidad. Las Figs. 6.3 a 6.5 muestran
diferentes curvas esquematicas del margen de funcionamiento.
i 1 400
200
100
CD 60
10 40
2 20
<D
Q.
O
10
6
1
0.01 0.04 0.1 0.2 0.4 1 2 4 m 10
Distancia s •
Fig. 6.3: Ejemplo que muestra el recorrido del factor del margen de
funcionamiento en un sensor de barrera
97

Factor del margen de
-•• N> -fe.C -TJ.> O N ) OJ i.O ^ X ro -n-OTo o o o o o o 0
funcionamiento 8 •
— — V l
•j

i—

1 0.2 0.4 1 2 4 6 10 20 m 100
Distancia s ^
funcionamiento en un sensor de retrorreflexion
C CQ
cr
1 - 1
_ E T033 CCO »_. O
o
c
T<3u
400
200
100
60
40
20
10
6
4
2
1
2 4 6 10 20 40 100 200 mm 1000
Distancia s •
funcionamiento en un sensor de reflexion directa
98

Cuanto mayor es el riesgo de contamination, tanto mayor debe ser el factor
del margen de funcionamiento. Si el fabricante especifica curvas del margen
de funcionamiento, puede definirse un valor especffico cuando se dimensiona
la disposition de la aplicacion de un sensor de proximidad. La contamination
anticipada puede estimarse considerando el factor de transmision x. Si se
toma x = 1 para una transmision sin contamination, entonces x = 0,1 significa
que, con contamination, solamente 1/10 de la capacidad de la serial optica
alcanzara el receptor. En este caso, se requiere un factor de margen de fun-cionamiento
de p > 10.
Si no hay especificaciones del fabricante, el margen de funcionamiento puede
verificarse por medio de la simulation de las condiciones contaminantes.
Un indicador intermitente en el sensor de proximidad, es util para verificar el
margen de funcionamiento. Este parpadea si el sensor queda por debajo del
margen mi'nimo de funcionamiento. Se dispone de ejecuciones, en las que
empieza a parpadear si se alcanza el factor del margen de funcionamiento de
(3 = 1,5 significando que aun se dispone de un margen del 50%.
El indicador intermitente tambien puede utilizarse como ayuda durante el mon-taje
y ajuste del sensor de proximidad, al mismo tiempo que sirve como indica-dor
de contamination durante el subsecuente proceso de funcionamiento si su
margen se reduce gradualmente.
Un tipo diferente de indicador de contamination, funciona comprobando dina-micamente
en cada actuation del sensor si, al llegar al umbral de conexion, la
capacidad de la senal optica ha alcanzado un nivel que aun deje suficiente
margen de funcionamiento. Para este modo de funcionamiento, se supone que
se producen frecuentemente senales de conmutacion. Un LED parpadea si
hay un margen de funcionamiento insuficiente, o se emite una senal electrica
de advertencia en una salida adicional.
Otras razones, aparte de la contamination, pueden ser la causa de que el
sensor quede fuera del margen de funcionamiento:
• Sobrepasar el margen de seguridad de deteccion
• Cambios en la superficie del material de los objetos detectados
• Montaje incorrecto (ajuste defectuoso)
• Envejecimiento del diodo emisor
• Rotura del cable de fibra optica.
99

A 6.1
Variantes de los sensores de proximidad opticos
Esquematicamente, las variantes pueden dividirse como sigue:
Fig. 6.6: Variantes de los sensores de proximidad opticos
100

Sensores de proximidad opticos Festo Didactic A 6.2
6.2 Sensores de barrera
Los sensores de barrera constan de dos componentes, emisor y receptor,
montados separadamente, con los cuales pueden obtenerse amplios rangos
de deteccion. Para poder detectar la interruption del rayo de luz, debe cubrirse
la seccion activa del rayo. El objeto a detectar solo debe permitir una minima
penetration de la luz, pero puede reflejar cualquier cantidad de luz.
Un fallo del emisor se evalua como "objeto presente".
funcionamiento
)
Fig. 6.7: Principio deI sensor de barera
101

5.1
tecnicas Tension de funcionamiento tfpica 10... 30 V DC
o 20... 250 V AC
Alcance max. 1 m hasta 100 m
(en general, ajustable)
Material del objeto cualquiera. Dificultades con
objetos muy transparentes
Intensidad de ruptura
(Salida por transistor) max. 100... 500 mA DC
Temperatura de funcionamiento 0°C... 60°C
or -25°C... 80°C
Vida util larga (aprox. 100 000 h)
Frecuencia de conmutacion 20... 10000 Hz
Ejecuciones generalmente, rectangular
pero tambien en cilfndrico
Tabla 6.1: Datos tecnicos de los sensores de barrera
Los receptores tienen salidas por transistor PNP o NPN y en algunos casos
salida por rele.
102

Fig. 6.8: Zona de respuesta de los sensores de barrera
La zona de respuesta esta definida con precision por el tamano de la apertura
optica del emisor y el receptor. De esta forma se obtiene una deteccion preci-sa
de la posicion lateral.
103

5.1
la aplicacion
Ventajas del sensor de barrera:
• Incremento de la fiabilidad debido a la presencia permanente de luz duran-te
el estado de reposo
• Amplio alcance
• Pueden detectarse pequenos objetos incluso a largas distancias
• Adecuado para ambientes agresivos
• Los objetos pueden ser reflectantes, especulares o traslucidos
• Buena precision de posicionado.
Desventajas del sensor de barrera:
• Dos elementos separados forman el sensor (emisor y receptor), con lo que
se requieren conexiones independientes
• No pueden utilizarse para objetos completamente transparentes.
Notas:
En el caso de objetos transparentes, es posible reducir la potencia del emi-sor
por medio del potenciometro incorporado hasta un nivel tal que el re-ceptor
se desactive cuando el objeto transparente interfiera en el rayo de
luz
Un fallo del emisor es evaluado como "objeto presente" (importante en apli-caciones
para prevention de accidentes).
Fig. 6.9: Verification de la rotura de broca por medio de sensores de barrera
104

Fig. 6.10: Prevention de accidentes en una prensa por medio de un
sensor de barrera
Las barreras de seguridad deben cumplir con las normas de prevention de
accidentes de las asociaciones profesionales. El equipo debe autosupervisarse
y verificarse continuamente en la consola y debe ser probado en lo que res-pecta
a su funcionamiento. En especial debe supervisarse el acceso a prensas
y maquinas de corte, dado su elevado riesgo de accidentes.
cyn>
105

5.1
6.3 Sensores de
retrorreflexion
funcionamiento
El emisor y el receptor de luz se hallan instalados en un solo cuerpo, con lo
que se requiere un reflector. Se evalua la interruption del rayo de luz reflejado.
>3 B 1.4>
La interruption del rayo de luz no debe ser compensada por la reflexion direc-ta
o difusa de un objeto. En algunos casos, los objetos transparentes, claros o
brillantes, pueden pasar inadvertidos.
Los objetos especulares deben posicionarse de tal forma que el rayo reflejado
no sea devuelto por el propio objeto.
En comparacion con los sensores de reflexion directa, los sensores de retrorre-flexion
poseen un alcance mayor.
Fig. 6.11: El principio del sensor de retrorreflexion
106

Tension de funcionamiento tfpica 10 ... 30 V DC
o 20... 250 V AC/DC
Alcance hasta 10 m
(depende del reflector) (en general, ajustable)
material del objeto cualquiera, Dificultades con
objetos reflectantes
Intensidad de ruptura (salida por transistor) 100... 500 mA DC
6 -25°C... 80°C
Frecuencia de conmutacion 10... 1000 Hz
tecnicas
Tabla 6.2: Datos tecnicos de un sensor de retrorreflexion (ejemplo)
107

Zona de recepcion
Zona de respuesta
Zona de emision
Fig. 6.12: Zona de respuesta de un sensor de retrorreflexion
La zona de respuesta se halla dentro de las Ifneas que forman el limite del
borde de apertura de la optica emisor/receptor y el borde del reflector. Por
norma, la zona de respuesta cerca del reflector es inferior a la seccion del
propio reflector, dependiendo de la distancia del sensor y del ajuste del poten-ciometro.
108

9
6.3
Ventajas del sensor de retrorreflexion: 6.3.3 Observaciones sobre
la aplicacion
• Mejor fiabilidad dado que hay luz permanentemente durante el estado de
reposo
• Instalacion y ajustes sencillos
• El objeto a detectar puede ser reflectante, especular o transparente, siem-pre
que absorba un porcentaje suficientemente elevado de luz
• En muchos casos, cubren un rango mayor en comparacion con los senso-res
de reflexion directa.
Desventajas de los sensores de retrorreflexion:
• Los objetos transparentes, muy claros o brillantes pueden pasar inadverti-dos
al sensor.
Notas:
• En el caso de objetos transparentes, el rayo de luz atraviesa dos veces el
objeto y como resultado de ello se ve atenuado. Es posible detectar objetos
de este tipo con un ajuste adecuado del potenciometro
• Los objetos reflectantes deben disponerse de forma tal que se asegure que
no reflejaran directa o indirectamente sobre el receptor
• Con objetos particularmente pequenos, un orificio en el rayo de luz puede
mejorar la efectividad
• Un fallo en el emisor, es evaluado como "objeto presente"
• Los reflectores pueden deteriorarse por envejecimiento o suciedad. A tem-peraturas
por encima de los 80 °C, el plastico puede quedar danado per-manentemente.
Los reflectores inadecuados pueden limitar considerable-mente
el rango de efectividad del sensor.
109

A
6.2
Sensores de proximidad opticos Festo Didactic
Fig. 6.13: Control de presencia y conteo de objetos por medio de un
sensor de retrorreflexion
Ventaja: Solo se necesita un reflector pasivo en uno de los lados de la cinta
transportadora, evitando con ello el cableado que precisaria el receptor de un
sensor de barrera.
Fig. 6.14: Control de un bucle compensador por medio de sensores
de retrorreflexion
Reflector: Una lamina reflectora o tres reflectores individuales
La solution de la Fig. 6.14 no es aplicable en el caso de material transparente.
110

6.4 Sensores de
reflexion directa
El emisor y el receptor se hallan alojados en un mismo cuerpo. El objeto
refleja directamente un porcentaje de la luz emitida, activando con ello el re-ceptor.
Dependiendo del diseno del receptor, la salida es activada (funcion
normalmente abierta) o desactivada (funcion normalmente cerrada). La distan-cia
de deteccion depende mucho de la reflectividad del objeto. El tamano,
superficie, forma, densidad y color del objeto, asi como el angulo de incidencia
del rayo, determinan la intensidad de la luz reflejada de forma que, en general,
solo pueden detectarse objetos a distancias cortas, del orden de unos pocos
deci'metros. El fondo debe absorber o desviar la emision de luz, es decir,
cuando no hay objeto, el rayo de luz reflejado debe estar netamente por deba-jo
del umbral de respuesta del circuito receptor.
funcionamiento
111

A
6.2
6.4.2 Caracteri'sticas
tecnicas Tension de alimentation tfpica 10... 30 V DC
6 20... 250 VAC/DC
Alcance max. 50 mm hasta 2 m
(en general, ajustable)
Material del objeto cualquiera
Intensidad de ruptura (salida por transisitor) 100... 500 mA DC
o -25°C... 80°C
Frecuencia de conmutacion 10 Hz... 2000 Hz
Tabla 6.3: Datos tecnicos de los sensores de reflexion directa
Por norma, la amplitud de detection especificada en las fichas tecnicas se
refiere a carton bianco, donde se usa generalmente el lado bianco del reverso
de una tarjeta gris Kodak CAT 152 7795. El lado bianco de esta tarjeta de
verification tiene una reflexion constante del 90%, dentro de la zona espectral
de aproximadamente 450 a 700 nm. El lado gris refleja el 18%.
112

Fig. 6.16: Curvas de respuesta de los sensores de reflexion directa
Para distancias cortas: Se requiere una zona de reflexion pequena
Para distancias largas: Se requiere una zona de reflexion grande
113

5.1
la aplicacion
Ventajas del sensor de reflexion directa:
• Ya que es la propia reflexion del objeto la que activa el sensor, no se
requiere un reflector adicional
• El objeto puede ser reflectante, especular o transparente y hasta traslucido
mientras refleje un porcentaje suficientemente elevado del rayo de luz que
recibe
• Mientras que en el sensor de barrera, los objetos solo pueden detectarse
lateralmente, los sensores de reflexion directa permiten detectar en posi-cion
frontal, es decir, en la direction del rayo de luz
• Dependiendo del ajuste del sensor de reflexion directa, los objetos pueden
detectarse selectivamente frente a un fondo.
Desventajas de los sensores de reflexion directa:
• La respuesta, segun la Fig. 6.16, no es completamente lineal. Por ello, los
sensores de reflexion directa no son tan adecuados como los sensores de
barrera si se necesita una elevada precision de respuesta lateral
Notas:
• El tamano, superficie, forma, densidad y color del objeto. determinan la
intensidad de la emision de luz reflejada y, por lo tanto, del rango real de
detection. El rango nominal de detection dado en las fichas tecnicas, se
mide utilizando el lado bianco de la tarjeta de verification Kodak. El fondo
debe absorber o desviar la emision de luz, es decir, en ausencia del objeto,
la emision de luz reflejada debe estar netamente por debajo del umbral de
respuesta del circuito receptor
• Un fallo en el emisor, es evaluado como "objeto ausente".
114

Sensores de proximidad opticos Festo Didactic A 6.2
|
Factores de correccion a tener en cuenta con diferentes superficies de
objetos:
Material Factor
Carton, bianco1' 1.0
Poliestireno expandido, bianco 1.0 ... 1.2
Metal brillante 1.2 ... 2.0
Madera basta 0.4 ... 0.8
Tejido de algodon, bianco 0.5 ... 0.8
Carton, bianco mate 0.1
Carton, bianco brillante 0.3
PVC, gris 0.4 ... 0.8
Tabla 6.4: Factores de correccion para la distancia de conmutacion de
sensores de retrorreflexion
1) Dorso bianco mate de la tarjeta Kodak gris CAT 152 7795
La distancia de conmutacion debe multiplicarse por el factor de correccion.
115

A 6.2
Influencia del fondo en el ajuste de sensibilidad
Potenciometro
de ajuste
Objeto Fondo
Fig. 6.17: Influencia del fondo en un sensor de reflexion directa
Sensibilidad ajustable El efecto del sensor de reflexion directa depende de la diferencia entre la
reflexion del objeto y la del fondo. Con contrastes muy pequenos, el umbral de
respuesta debe ajustarse, si es preciso, modificando la sensibilidad del sensor
de proximidad (potenciometro de 1 vuelta o multivuelta) de forma que el objeto
sea detectado con fiabilidad incluso bajo estas circunstancias diffciles.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta un margen de tolerancia en relation con
el envejecimiento, fluctuaciones de la tension o la temperatura y suciedad. Por
esta razon, cuando se realizan los ajustes no debe utilizarse todo el margen
de tolerancia.
Cuando se ajusta el sensor de reflexion directa con su potenciometro, debe
dejarse un cierto margen teniendo en cuenta los cambios en las condiciones
del objeto, del grado de suciedad del sensor o de la contamination de la
atmosfera (polvo, etc.). De cerca, los ajustes funcionales raramente pueden
producir problemas.
Algunos sensores de reflexion directa tienen un LED intermitente incorporado
para facilitar un ajuste correcto, el cual parpadea si el objeto no se detecta
claramente. El ajuste de un detector de proximidad con una salida normalmen-te
abierta debe hacerse de forma tal que el LED este activo y sin parpadear
en el estado de detection del objeto.
116

Comportamiento de un sensor de reflexion directa con un objeto especular
Fig. 6.18: El objeto es detectado
Fig. 6.19: El objeto no es detectado
117

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