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:
