Practica Sensores de Proximidad

Práctica: Prácti ca: Sensores de proximidad ximidad Mendia Erika1, Torres Cristian 2

Universidad Politécnica Politécnica Salesiana, Carrera de Ingeniería Ingeniería Mecánica Asignatura: Automatismos Automatismos II, Cuenca – Ecuador, Fecha de entrega: 24 de mayo del 2017

3.1

Presentación de la práctica

 práctic a se  presentan los sensores de  proximidad, En esta  práctica  proximida d, llamados también detectores de objetos. Estos sensores bajo diferentes principios de funcionamiento,serán  puestos a prueba con  probetas  prob etas de diferentes materiales y a diferentes distancias,  para determinar su influencia sobr e estos.  prácti ca estimado: estima do: 60 minutos.  Número de personas recomendadas  para esta Tiempo de  práctica  práctica:  práctic a: dos

3.2

Requisitos y conocimientos previos Detectores de  proximidad:[ 1]  (págs. 28-47).  proximidad : [2]. Sensores de  proximidad: Proximity Sensors: [3] (págs. 965-971).

3.3 Ob jetivos  proxim idad que existen, así como sus aplicaciones en la Conocer los tipos de sensores de  proximidad

industria. Determinar experimentalmente la distancia nominal de detección y la distancia efectiva efectiva de  proximid ad. detección de cada uno de los sensores de  proximidad. Determinar la histéresis de los sensores de  proximid ad. Conocer la influencia de los sensores de proximidad proximidad a 45° en la detección de objetos. Determinar la influencia de las  probetas  prob etas sobre los sensores de  proximidad.  proximid ad.

3.4

Equipos, instrumentos y software

Ver Tabla 3.1

15

PRÁCTICA 16 3. SENSORES DE PR OXIMIDAD

Descripción

PRÁCTICA 3. SENSORES DE PR OXIMIDAD 16

Ca ntidad

Computadora S.O. Windows 7 ® 32  bits Software UPS-BS-02 Armario eléctrico UPS-BS-02 Banco UPS-BS-02 Sensor de desplazamiento potenciómetro (mm) Sensor de  proximidad capacitivo Sensor de  proximidad inductiv o Sensor de  proximidad fotoeléctrico Sensor de  proximidad ultrasónico Probeta de detección

Identificación/serie

Marca

1 1 1 1 1 1 1 1 1 6

 —   —   —   — 

 —   —   —   — 

 — 

 — 

8713-50/87112801505 Burster   Sick  CM18-08BPP-KC1/60 20388 IME12-04NPSZW2S/1040750 Sick  Sick  MHTB15-P2367/1 046 563 Sick   UM18-51111/6028965

Tabla 3.1: Equipo necesario.

3.5 E xp osición Distancia de detección nominal: Corresponde la al distancia de operación para la que ha sido diseñado un sensor, la cual se obtiene mediante criterios estandarizados [2]. En la hoja técnica de los sensores se lo encuentra como Sn (distancia de sensado) [4].

5mm

Figura 3.1: Distancia de detección nominal. Adaptado de [2]. Histéresis: llamada también desplazamiento diferencial, es la diferencia entre los  puntos de

operación (conectado) y liberación (desconectado). Se expresa como un  porcentaje de la distancia de detección. Sin una histéresis suficiente, el sensor de  proximidad se conecta y desconecta continuamente al aplicar una vibración excesiva al objeto o al sensor [2]. Cuando un objeto se acerca al sensor de detección, este lo detecta a la distancia de detección o distancia de sensado. Cuando el mismo objeto es alejado, el sensor no deja de detectar inmediatamente, sino cuando alcanza la distancia de reset o distancia de restablecimiento como se observa en la Figura 3.2 [2]. Encendido

Apagado

Objeto oper ación Distancia x

Punto de

detección Distancia y

Punto f inal de la

Distancia de recor r ido

Figura 3.2: Histéresis. Adaptado de [2].

%dif erencial =

Distanciay−D istanciax

Distancia x

(3.1)

PRÁCTICA 17 3. SENSORES DE PR OXIMIDAD

PRÁCTICA 3. SENSORES DE PR OXIMIDAD 17

Sensor de desplazamiento p otenciómetro

Es un dispositivo que permite medir longitud y su principio de funcionamiento se basa en la variación de la resistencia eléctrica. Sensor de proximidad inductivo

Son dispositivos diseñados para detectar objetos metálicos ferromagnéticos o no ferromagnéticos. Su principio de funcionamiento se basa en la inductancia producida por la presencia del metal en las proximidades del detector. Si el objeto es ferromagnético el cambio de inductancia se debe al aumento de la  permeabilidad magnética por lo que se cierran las líneas de campo  producidas  por la bobina, esto produce un aumento de la inductancia. Si el objeto no es ferromagnético el cambio de inductancia se debe a las corrientes de Foucalult inducidas en el metal por el cam p o generado por la bobina del detector, estas corrientes producen un campo contrario al del detector, dando como resultado una disminución de la inductancia [1].

Figura 3.3: Sensor de proximidad inductivo.

Sensor de proximidad capacitivo

Son dispositivos que permiten detectar objetos no metálicos y no metálicos, sólidos y líquidos. Estos sensores son similares a los inductivos, sin embargo a diferencia de los inductivos que usan campos magnéticos para detectar, los sensores capacitivos usan campos electrostáticos [2]. Una sonda ubicada detrás de la cara del sensor es una placa condensadora. Al aplicar corriente al sensor se genera un campo electrostático que reacciona a los cambios de capacitancia causados  por la presencia de un objeto. En presencia de un objeto la capacitancia alcanza un límite especificado, el oscilador se activa, lo cual dispara el circuito de encendido y apagado [2].

Figura 3.4: Sensor de proximidad capacitivo.

Sensor de proximidad fotoeléctrico

Estos dispositivos constan de una fuente de luz (emisor) y receptor de luz, dependen de elementos sensibles a la luz para detectar la presencia de objetos [3]. Existen de tres tipos: Reflexión directa: el emisor y el receptor se encuentran  juntos y utilizan la luz reflejada directamente del objeto detectado. Reflector con Reflector: el emisor y el receptor se encuentran  juntos y requieren un reflector. En este diseño, el objeto es detectado cuando se interrumpe el

PRÁCTICA 18 3. SENSORES DE PR OXIMIDAD

PRÁCTICA 3. SENSORES DE PR OXIMIDAD 18

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

Figura 3.5: Sensor de proximidad fotoeléctrico.

3.5.1 Sensor de proximidad ultrasónico

Se usa para detectar todo tipo de objetos. Se basan en la emisión de un ultrasonido y la recepción del rebote del mismo contra los objetos próximos. Cuando no hay objeto, el rebote llega atenuado y la salida no se activa. Cuando existe un objeto la señal de rebote del ultrasonido llega con una amplitud grande, entonces se activa la salida [1]. Suelen tener alcance de detección mucho mayores a los fotoeléctricos, aproximadamente un metro.

Figura 3.6: Sensor de proximidad ultrasónico.

3.6 3.6.1

Proceso y pro cedimiento Proceso Detección de objetos

Encendido de equip os

Preparación de  probet as de detección

Pruebas a

0°

y a 45°

Toma de datos mediante el software

Contrastar datos obtenidos con catalogos

Figura 3.7: Proceso de la  práctica.

PRÁCTICA 19 3. SENSORES DE PR OXIMIDAD

3.6.2

PRÁCTICA 3. SENSORES DE PR OXIMIDAD 19

Procedimiento

A continuación se describe el  procedimiento a seguir para determinar la constante k experimentalmente. 1. 2. 3. 4.

Encender la computadora y el armario eléctrico UPS-BS-02. Ejecutar el software Detección.exe Seleccionar  prob etas. Realizar las  pruebas con los sensores de  proximidad inductivo, capacitivo, ultrasónico y fotoeléctrico, siguiendo los siguientes  pasos: a ) Colocar una probeta sobre el porta  probetas a 0°. b) Manualmente con el micrómetro alejar y acercar una probeta del sensor para encontrar la distancia de detección, la distancia de restablecimiento y la histéresis. c ) Con los datos obtenidos con la ayuda del software llenar las siguientes tablas. d ) Repetir el proceso desde el ítem 4a , para todos los materiales descritos en la siguiente

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

5. Comparar los resultados con los catálogos respectivos. 6. Escoger un sensor de proximidad y describir una aplicación en nuestro medio.

MATERIAL DE LAS PR OBETAS Acero Aluminio Plástico

Vidrio

DATOS OBTENIDOS Distancia de detección (mm)

0°

4.06 2.06  Nan  Nan

-

SENSOR INDUCTIVO Distancia de Histéresis (mm)

restablecimiento (mm)

45°

3.66 Nan Nan Nan

0°

4.51 2.32 Nan Nan

45°

4.23 Nan Nan Nan

45°

0°

11.08 12.62 Nan Nan

15.57 Nan Nan Nan

Tabla 3.2: Datos para sensor de proximidad inductivo.

DATOS OBTENIDOS - SENSOR CAPACITIVO Distancia de Distancia de Histéresis (mm) MATERIAL restablecimiento (mm) detección (mm) DE LAS PR OBETAS 45° 45° 45° 0° 0° 0° Acero Aluminio Plástico

Vidrio

5.53 5.56 0.84 3.25

7.41 5.93 Nan Nan

5.86 5.89 1.03 3.56

7.85 6.29 Nan Nan

5.97 5.94 22.62 9.54

5.94 6.07 Nan Nan

Tabla 3.3: Datos para sensor de proximidad capacitivo.

PRÁCTICA 20 3. SENSORES DE PR OXIMIDAD DATOS OBTENIDOS Distancia de MATERIAL detección (mm) DE LAS PR O BETAS

Acero Aluminio Plástico Vidrio

0°

32.24 36.12 38.72 26.53

45°

30.54 33.93 34.93 30.48

-

PRÁCTICA 3. SENSORES DE PR OXIMIDAD 20

SENSOR FOTOELÉCTRICO Distancia de Histéresis (mm) restablecimiento (mm) 0°

32.34 36.19 38.78 26.53

45°

31.09 34.1 37.53 44.01

0°

0.31 0.18 0.15 0.64

45°

1.8 0.5 7.44 44.39

Tabla 3.4: Datos para sensor de proximidad fotoeléctrico. DATOS OBTENIDOS - SENSOR ULTRASÓNICO Distancia de Distancia de Histéresis (mm) MATERIAL restablecimiento (mm) detección (mm) DE LAS PR O BETAS

Acero Aluminio Plástico Vidrio

0°

24.79 26.73 25.54 26.85

45°

Nan Nan Nan Nan

0°

26.7 28.62 27.55 28.74

45°

Nan Nan Nan Nan

0°

7.7 7.07 7.87 7.04

45°

Nan Nan Nan nan

Tabla 3.5: Datos para sensor de proximidad ultrasónico.

3.7 ▪

▪

▪

Conclusiones, observaciones y recomendaciones De los 4 tipos de detectores empleados en esta práctica se puede llegar a concluir respecto a las distancias experimentadas lo siguiente: - El sensor con el rango más amplio de distancia de detección y distancia de restablecimiento es el FOTOELECTRICO, llegando a detectar a 38.72mm y censando una distancia de restablecimiento de 38.78mm en una probeta de plástico colocada a 0°. - El sensor con el rango más bajo de distancia de detección y de restablecimiento es el CAPACITIVO censando una distancia de detección de 0.84mm y de restablecimiento de 1.03 en una probeta de  plástico a 0°. - El sensor con la histéresis más baja es el FOTOELECTRICO, censando una histéresis de 0.15mm en una probeta de plástico colocada a 0°. - El sensor con la histéresis promedio más alta es el CAPACITIVO, censando una histéresis de 22.65 mm en una probeta de plástico colocada a 0°. Respecto al tipo de material detectado se puede concluir que se verifica el principio de funcionamiento de cada uno de los tipos de detectores logrando afirmar que el sensor inductivo solamente detecta el acero y aluminio, el primero por ser un material ferromagnético y el segundo por poseer capacidad de influir en las ondas inductivas. También se puede comprobar que el censor capacitivo detecta los 4 tipos de materiales empleados (acero, aluminio, plástico y vidrio), con 2 excepciones en las probetas de plástico y vidrio colocadas a 45°. El sensor fotoeléctrico es el que de los 4 empleados detectan todos los materiales en ambas posiciones a 0° y 45°. EL sensor ultrasónico por su principio de funcionamiento se comprueba q solo detecta las probetas colocadas a 0°, ya que en las de 45° se refracta erróneamente la señal sónica empleada. Con esta práctica se puede visualizar que para la selección de detectores para aplicaciones industriales se debe tener claro el tipo de material a censar, las distancias de detección, de restablecimiento y Histeresis que requieran cada caso.

Bibliografía

[1] SANCHIS, R.; ROMERO, J.; ARIÑO, C.  Automatización Industrial. España: Universitat Jaume I, 2010. 258 p. ISBN 978-84-693-0994-0. Disponible en: . Consultado en: 04 Abril 2013. [2] AUTOMATION

ALLEN-BRADLEY, ROCKWELL.  Manual de capacitación  fundamentos del sensado o detección de presencia. [S.l.], 2000. /

[3] LIPTÁK, B. Process measurement and analysis. [S.l.]: Chilton book company, 1995. 89 p. [4] Wikipedia, <

la

enciclopedia

libre.

Sensor

http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_inductiv o>.

inductivo.

2012.

Disponible

en: