Trabajo de Investigación unidad 3 Instrumentación y Control Industrial. Tema

1. Universidad de Oriente
Núcleo Monagas
Departamento de Ingeniería de Sistemas
Curso Especial de Grado
Área: Automatización y Control de Procesos Industriales
Instrumentación y Control Industrial
Unidad II – Sensores.
Tema 6
Tutor:
Ing. Edgar Goncalves Equipo HMI:
Carlos Martínez C.I:19232194
Juan González C.I:18325757
Maturín, Octubre de 2014

2. ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ............................................................Error! Bookmark not defined.
MARCO TEÓRICO .........................................................Error! Bookmark not defined.
Sensores Fotoelectricos.............................................Error! Bookmark not defined.
Tipos de sensores fotoelectricos ................................................................................... 5
Sensores Ultrasonicos..................................................................................................... 6
Tipos de sensores ultrasonicos ..................................................................................... 7
DISCUSIÓN .......................................................................................................................... 8
CONCLUSIÓN....................................................................................................................10
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................... Error! Bookmark not defined.1
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3. INTRODUCCIÓN
En un proceso automático se distinguen dos componentes la máquina y el
mando. Los sensores son el primer eslabón en la etapa de mando, partiendo de la
base de que todos los elementos que introducen señal pueden ser considerados
sensores. Un sensor convierte una magnitud física y modificaciones en señales
eléctricas utilizables.
Las nuevas tecnologías están facilitando que cada vez haya más sensores a
nuestro alrededor, capaces de procesar enormes cantidades de datos para ayudar
a mejorar el funcionamiento de las fábricas, el control de los procesos productivos,
el mantenimiento de las cosechas, o incluso para detectar terremotos.
Los sensores son cada vez más comunes en nuestra vida diaria. Un coche,
por ejemplo, utiliza docenas de ellos para permitirnos controlar sus funciones
básicas. Sin embargo, este tipo de sensores están muy limitados, puesto que,
colocados estáticamente en un lugar, adolecen de la capacidad de analizar o actuar
sobre los datos que detectan, y simplemente, su misión se limita a enviar las
mediciones que han registrado a un procesador central.
En definitiva, los sensores todavía podrían dar mucho más de sí. Así lo cree
toda una industria tecnológica que está detrás de ellos, y son cada vez más las
empresas y los equipos de investigadores que trabajan en el desarrollo de este tipo
de dispositivos. En el siguiente trabajo ahondaremos en el funcionamiento de los
sensores fotoeléctricos y los sensores ultrasónicos.
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4. MARCO TEÓRICO
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1. Sensor Fotoeléctrico
Un sensor fotoeléctrico (también llamados ópticos) es un dispositivo
electrónico que responde al cambio en la intensidad de la luz. Estos sensores
requieren de un componente emisor que genera la luz, y un componente receptor
que “ve” la luz generada por el emisor. Están diseñados especialmente para la
detección, ausencia, clasificación y posicionado de objetos; la detección de formas,
colores y diferencias de superficie, incluso bajo condiciones ambientales extremas.
Diagrama de la composición de un sensor fotoeléctrico
Los sensores de luz se usan para detectar el nivel de luz y producir una señal de
salida representativa respecto a la cantidad de luz detectada. Un sensor de luz
incluye un transductor fotoeléctrico para convertir la luz a una señal eléctrica y
puede incluir electrónica para condicionamiento de la señal, compensación y
formateo de la señal de salida.
El sensor de luz más común es el LDR -Light Dependant Resistor o Resistor
dependiente de la luz. Un LDR es básicamente un resistor que cambia su resistencia
cuando cambia la intensidad de la luz.
Los sensores fotoeléctricos utilizan LEDs como fuentes de luz. Los LEDs pueden
ser construidos para que emitan en verde, azul, amarillo, rojo, infrarrojo, etc. Los
colores más comúnmente usados en aplicaciones de censado son rojos e
infrarrojos, pero en aplicaciones donde se necesite detectar contraste, la elección
del color de emisión es fundamental, siendo el color más utilizado el verde.

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1.2 Ventajas
En comparación con los demás sensores de proximidad, los sensores
fotoeléctricos presentan las siguientes ventajas:
• Distancias de detección mucho más grandes que en el caso de los capacitivos
e inductivos. Se pueden obtener hasta 500 metros en tipo separado y 5 metros en
deflexión.
• Permiten la identificación de colores y objetos de pequeño tamaño (decimas de
milímetro).
1.3 Tipos de sensores fotoeléctricos
Sensor de Barrera.
Las barreras tipo emisor-receptor están compuestas de dos partes, un
componente que emite el haz de luz, y otro componente que lo recibe. Se establece
un área de detección donde el objeto a detectar es reconocido cuando el mismo
interrumpe el haz de luz. Debido a que el modo de operación de esta clase de
sensores se basa en la interrupción del haz de luz, la detección no se ve afectada
por el color, la textura o el brillo del objeto a detectar. Tiene este método el más alto
rango de detección, (hasta 60metros).
Sensor Reflex.
La luz infrarroja viaja en línea recta, en el momento en que un objeto se
interpone el haz de luz rebota contra este y cambia de dirección permitiendo que la
luz sea enviada al receptor y el elemento sea sensado, un objeto de color negro no
es detectado ya que este color absorbe la luz y el sensor no experimenta cambios.
Comparado con el método. anterior tiene un rango menor de alcance (9 metros de
alcance).
Sensor Autoreflex.
Tienen el componente emisor y el componente receptor en un solo cuerpo,
el haz de luz se establece mediante la utilización de un reflector catadióptrico
(sistema o dispositivo compuesto de espejos y lentes para reflejar y refractar la luz).
El objeto es detectado cuando el haz formado entre el componente emisor, el
reflector y el componente receptor es interrumpido. Debido a esto, la detección no
es afectada por el color del mismo. La ventaja de las barreras réflex es que el

6. cableado es en un solo lado, a diferencia de las barreras emisor-receptor que es en
ambos lados, (5metros de alcance).
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Sensor de Fibra óptica.
En este tipo el emisor y receptor están interconstruidos en una caja que
puede estar a varios metros del objeto a sensar. El emisor radica de un lado y el
receptor en el lado opuesto, pero ambos están interconectados y alineados uno con
respecto al otro, conectados mediante fibra óptica para el manejo de las señales
entre uno y otro.
1.4 Usos de los sensores fotoeléctricos
Se usa en todo tipo de procesos industriales y no industriales para propósitos
de monitoreo, medición, control y procesamiento. Están diseñados especialmente
para la detección, ausencia, clasificación y posicionado de objetos; la detección de
formas, colores y diferencias de superficie. Los sensores fotoeléctricos los
encontramos en los ascensores, evitando que se cierre la puerta, en caso de nuevas
incorporaciones, o como elemento de seguridad en puertas de garaje, evitando que
la puerta se cierre, si en ese momento pasa algún vehículo o persona.
2. Sensores Ultrasónicos.
Los sensores ultrasónicos usan un transductor para enviar y recibir señales
de sonido de alta frecuencia. Cuando un objetivo entra al haz, el sonido es reflejado
de regreso al sensor, haciendo que se habilite o deshabilite el circuito de salida.
El sensor tiene un disco piezoeléctrico montado en su superficie, el cual
produce ondas de sonido de alta frecuencia. Cuando los pulsos transmitidos pegan
con un objeto reflector de sonido, se produce un eco.
La duración del pulso reflejado es evaluada en el transductor. Cuando el
objetivo entra dentro del rango de operación prestablecido, la salida del interruptor
cambia de estado. Cuando el objetivo se sale del rango preestablecido, la salida
regresa a su estado original.
2.1 Tipos de sensores ultrasónicos
Sensor mediante barrera
El transmisor y el receptor están montados uno frente al otro. Si se interrumpe el
haz ultrasónico por un objeto, se activa la salida de conmutación.

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Ventaja: rango elevado.
Sensor por Reflexión
El transmisor y el receptor están montados en la misma carcasa. El haz ultrasónico
es reflejado hacia el receptor mediante una placa reflectora fija.
Ventaja: Detección segura de objetos con pequeño o nulo poder de reflexión.
Detección directa
El transmisor y el receptor están montados en la misma carcasa (sensor por
reflexión).
Ventaja: Sensor simple y compacto
Principio más frecuentemente utilizado
Operación de cabezal doble
El transmisor y el receptor están separados, los ejes del transductor ultrasónico,
transmisor y receptor, están cruzados entre sí (reflexión/detección directa).
Ventaja: Es posible detectar objetos muy pequeños.

8. DISCUSIÓN
El sensor ultrasónico emite cíclicamente un impulso acústico de alta
frecuencia y corta duración. Este impulso se propaga a la velocidad del sonido por
el aire. Al encontrar un objeto, es reflejado y vuelve como eco al sensor ultrasónico.
Este último calcula internamente la distancia hacia el objeto, basado en el tiempo
transcurrido entre la emisión de la señal acústica y la recepción de la señal de eco.
Como la distancia hacia el objeto es medida por medio del tiempo de
recorrido del sonido, y no por una medición de la intensidad, los sensores
ultrasónicos son insensibles hacia el ruido de fondo.
Prácticamente todos los materiales que reflejan el sonido son detectados,
independientemente de su color. Aún materiales transparentes o láminas delgadas
no presentan problemas para los sensores ultrasónicos.
Los sensores funcionan en medio polvoriento o en una niebla de pintura.
Depósitos delgados sobre la membrana del sensor tampoco influyen sobre la
función.
En las aplicaciones industriales, los sensores ultrasónicos se caracterizan por
su fiabilidad y excepcional versatilidad. Los sensores ultrasónicos se pueden utilizar
para realizar incluso las tareas más complejas relacionadas con
la detección de objetos o mediciones de nivel con una precisión milimétrica, ya que
su método de medición es fiable en casi todo tipo de condiciones.
Ningún otro método de medición se puede utilizar satisfactoriamente en una
escala tan amplia ni en tantas aplicaciones diferentes. Estos dispositivos son muy
resistentes, lo que los hace ideales para incluso las condiciones más difíciles. La
superficie del sensor se limpia sola mediante vibración, y no es el único motivo por
el que el sensor es insensible a la suciedad. El principio físico de la propagación del
sonido funciona, con unas pocas excepciones, en prácticamente cualquier entorno.
El método de medición empleado por los sensores ultrasónicos se
consideraba una tecnología excesivamente compleja, y solo se utilizaba como
"último recurso"... como una solución para aplicaciones especialmente complejas.
Aquellos tiempos ya son historia. Los sensores ultrasónicos
han demostrado su fiabilidad y resistencia en prácticamente todos los sectores
industriales.
Los sensores fotoeléctricos los encontramos en los ascensores, evitando que
se cierre la puerta, en caso de nuevas incorporaciones, o como elemento de
seguridad en puertas de garaje, evitando que la puerta se cierre, si en ese momento
pasa algún vehículo o viandante.
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9. Si hablamos de luz en sentido estricto nos referimos a radiaciones
electromagnéticas cuya longitud de onda es capaz de captar el ojo humano, pero
técnicamente, el ultravioleta, las ondas de radio o las microondas también son luz,
pues la única diferencia con la luz visible es que su longitud de onda queda fuera
del rango que podemos detectar con nuestros ojos; simplemente son "colores" que
nos resultan invisibles, pero podemos detectarlos mediante instrumentos
específicos.
Hoy en día la mayoría de los sensores fotoeléctricos utilizan ledes como
fuentes de luz. Un led es un semiconductor, eléctricamente similar a un diodo, pero
con la característica de que emite luz cuando una corriente circula por él en forma
directa.
Los ledes pueden ser construidos para que emitan en verde, azul, amarillo,
rojo, infrarrojo, etc. Los colores más comúnmente usados en aplicaciones de
detección son rojo e infrarrojo, pero en aplicaciones donde se necesite detectar
contraste, la elección del color de emisión es fundamental, siendo el color más
utilizado el verde. Los fototransistores son los componentes más ampliamente
usados como receptores de luz, debido a que ofrecen la mejor relación entre la
sensibilidad a la luz y la velocidad de respuesta, comparado con los componentes
fotorresistivos, además responden bien ante luz visible e infrarroja.
Las fotocélulas son usadas cuando no es necesaria una gran sensibilidad, y se
utiliza una fuente de luz visible. Por otra parte los fotodiodos donde se requiere una
extrema velocidad de respuesta.
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10. CONCLUSIÓN
En todos los sectores de la industria en los que los factores
medioambientales como el polvo, el humo o el vapor tengan influencia sobre los
sensores, los sensores ultrasónicos representan la solución ideal para la medición
sin contacto de posición y distancia. Los objetos de los más diversos materiales
pueden ser detectados independientemente de su forma y color con una precisión
de milímetros. Especialmente en los sectores industriales de los muebles y la
madera, los materiales de construcción, pero también en maquinaria agrícola, de
construcción o en aplicaciones de detección del nivel de llenado, los sensores
ultrasónicos han demostrado una y otra vez su fiabilidad y precisión. Pero la
tecnología de ultrasonidos no sólo es la primera elección en aplicaciones
meramente industriales. Los sensores ultrasónicos muestran también tienen su
importancia en la técnica de envase y embalaje, donde hay que reconocer los más
diversos objetos, desde pequeños hasta grandes, desde transparentes a diferentes
colores.
Reconocer, detectar, posicionar, clasificar, contar, avisar y supervisar. Hoy
en día estos procesos son asumidos en gran parte por sensores fotoeléctricos sin
contacto.
Las aplicaciones abarcan desde la industria del automóvil, la construcción de
maquinaria y la automatización del montaje, pasando por la técnica de transporte y
almacenamiento y las máquinas de envasado, hasta la industria tipográfica y
papelera.
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11. BIBLIOGRAFÍA
Sensores Fotoeléctricos. Consultado el 11 de Octubre del 2014, de la página web:
http://es.slideshare.net/automatizacionplc/exposicin-sensores-fotoelctricos
Sensores Fotoeléctricos. Consultado el 11 de Octubre del 2014, de la página web:
http://es.slideshare.net/efelixrdz/sensores-fotoelctricos
Sensores Ultrasónicos. Consultado el 12 de Octubre del 2014, de la página web:
http://galia.fc.uaslp.mx/~cantocar/automatas/PRESENTACIONES_PLC_PDF_S/28
_SENSORES_ULTRAS_NICOS.PDF
Sensores Ultrasónicos. Consultado el 12 de Octubre del 2014, de la página web:
http://files.pepperl-fuchs.
com/selector_files/navi/productInfo/doct/tdoct0614a_spa.pdf
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