2.6.2 Sensores inductivos Tanto Tanto estos sensores como los de efecto capacitivo y ultrasónico presentan la ventaja de conmutación sin desgaste y de gran longevidad, libre de rebotes y sin errores de impulsos, libres de mantenimiento, de precisión electrónica y soporta ambientes hostiles. Los sensores inductivos consisten en una bobina cuya frecuencia de oscilación cambia al ser aproximado aproximado un objeto metlico a su super!cie axial. "sta frecuencia es empleada en un circuito electrónico para conectar o desconectar un tiristor y con ello, lo #ue est$ conectado al mismo, de forma digital %on&o'( o, analógicamente. Si el objeto metlico se aparta de la bobina, la oscilación vuelve a empe)ar y el mecanismo recupera su estado original. "stos sensores pueden ser de construcción metlica para su mayor protección o, de caja de plstico. * pueden tener formas anular, de tornillo, cuadrada, tama+o interruptor de lmite, etc. -- dems, por su funcionamiento pueden ser del tipo empotrable al ras en acero o, del tipo no empotrable. Los del tipo no empotrable se caracteri)an por su mayor alcance de detección, de aproximadamente aproximadamente el doble. La t$cnica actual permite tener un alcance de hasta unos /00 mm en acero. "l alcance real debe tomarse en cuenta, cuando se emplea el mismo sensor en otros materiales. "jemplo1 para el acero inoxidable inoxidable debe considerarse un 03 de factor de corrección, corrección, para el aluminio un 40 3 y para el cobre un 2-3. 5iertos marcas fabrican estos sensores en dos partes, una parte es el sensor propiamente dicho y el otro es el ampli!cador de la se+al de frecuencia mencionada arriba, con el !n de usarlos en )onas peligrosas. estos sensores se les conoce como de seguridad intrnseca. "l$ctricamente se especi!can por el voltaje al #ue trabajan %20&0 7 5.8., 90& /40 7 5.., etc.( y por el tipo de circuito en el #ue trabajan %dos hilos, :;:, ;:;, hilos, etc.(. esto capacita el sensor de proximidad proximidad de variar su sensibilidad de respuesta. :rincipalmente se emplean para l#uidos y sólidos no metlicos y, externamente son muy parecidos a los sensores inductivos. Tanto Tanto los sensores inductivos como los capacitivos tienen una distancia mxima de accionamiento, #ue depende en gran medida del rea de la cabe)a sensora %bobina o electrodo(, por ello a mayor dimetro, mayor distancia mxima. dems, la distancia desensado siempre se especi!ca para agua en estado l#uido pero, para otros materiales es diferente.
:ara el vidrio se tiene #ue considerar un factor de corrección del 6-3, mientras #ue para el agua congelada del 403. dems de los voltajes y circuitos mencionados en los inductivos, existe tambi$n en los sensores capacitivos un tipo con salida analógica %&20 m(. 2.6.. Sensores de reluctancia variable "xisten ciertos casos donde las condiciones fsicas de operación re#uieren re#uieren un sensor sens or a prueba de casi todo. La solución acostumbrada son los sensores de reluctancia variable funcionan de la siguiente manera1 el campo de un imn permanente es deformado al paso de un objeto de alta reluctancia, como los dientes de un engrane metlico> este cambio en el campo induce un voltaje en una bobina colocada rodeando al imn. -? La magnitud de este voltaje depende de la velocidad con la #ue el diente en nuestro ejemplo pasa frente al campo magn$tico y, cuando es su!cientemente grande %-00 mm@seg(, puede ser empleado en contadores o indicadores de velocidad directamente. "n nuestro medio usualmente se conocen estos sensores como de :icA Bp magn$tico. *, tienen forma de cilindro metlico, a manera de un tornillo. 2.6.-. Sensores fotoel$ctricos "stos sensores son muy usados en algunas industrias para contar pie)as, detectar colores, etc., ya #ue reempla)an una palanca mecnica por un rayo de lu) #ue puede ser usado en distancias de menos de 20 mm hasta h asta de varias centenas de metros, de acuerdo con los lentes ópticos empleados. Cuncionan Cuncionan con una fuente de lu) #ue va desde el tipo incandescente de los controles de elevadores a la de estado sólido modulada %L"8( de los detectores de colores. * operan al detectar un cambio en la lu) recibida por el foto detector. detector. Los fotodetectores son tpicamente fotodiodos o fototransistores, inclinndose los fabricantes por los primeros por su insensibilidad a campos de radiofrecuencia, #ue podran causar interferencia. lgunos modelos de estos sensores son fabricados con inmunidad a la lu) solar incidente o re=ejada. :ara ello emplean haces de lu) modulada #ue Dnicamente pueden ser detectados por receptores sintoni)ados a la frecuencia de modulación. Los diferentes tipos de sensores se agrupan por el tipo de detección1 - E Sensores de transmisión directa. 5uando existe un receptor y un emisor apuntados uno al otro. Tiene este m$todo el ms alto rango de detección %hasta unos 60 m(. E Sensores re=ex. 5uando la lu) es re=ejada por un re=ector especial cuya particularidad es #ue devuelve la lu) en el mismo ngulo #ue la recibe %9 m de alcance(. E Sensores re=ex polari)ados. Son prcticamente iguales a los del tipo anterior, excepto #ue, el emisor tiene un lente #ue polari)a la lu) en un sentido y el receptor otro #ue la recibe mediante un lente con polari)ación a 90 F del primero. 5on esto, el control no responde a objetos muy brillosos #ue pueden re=ejar la se+al emitida %-m de alcance(. E Sensores de foco !jo. 5uando la lu) es re=ejada ifusamente por el objeto y es detectado por el hecho de #ue el transmisor y el receptor estn
estereoscópicamente acoplados, evitando con ello interferencia del fondo %4.estereoscópicamente m de alcance(. E Sensores de detección difusa. Gguales a los anteriores pero los lentes son divergentes, y se usan para detectar objetos muy próximos próximos %/.- m de alcance(. E Sensores de !bra óptica. "n este tipo, el emisor y receptor estn interconstrudos en una caja #ue puede estar a varios metros del objeto a sensar. sensar. :ara la detección emplean los cables de !bra óptica por donde circulan los haces de lu) emitido y recibido. La mayor ventaja de estos sen sores es el pe#ue+o volumen o espacio ocupado en el rea de detección. -9 2.6.6. ;eumticos de proximidad lgunas veces por su simple)a olvidamos #ue existen sensores #ue detectan la presencia o la falta de una presión neumtica, y #ue se han usado por a+os en las industrias papeleras para controlar #ue el enrollado del papel sea parejo. "stos sensores son extremadamente con!ables y re#uieren muy poco mantenimiento. 2.6.?. Sensores ultrasónicos Son empleados en las industrias #umicas como sensores de nivel por su mayor exactitud en presencia de burbujas en los reactores. Cuncionan Cuncionan al igual #ue el sistema de sonar usado por los submarinos. "miten un pulso ultrasónico contra el objeto a sensar y, al detectar el pulso re=ejado, se para un contador de tiempo #ue inició su conteo al emitir el pulso. "ste tiempo es referido a distancia y de acuerdo con los parmetros elegidos de respuesta %set point( con ello manda una se+al el$ctrica digital o analógica. La t$cnica actual permite la fabricación de estos sensores con un rango de detección desde /00 mm hasta unos 6000 mm con una exactitud de 0.0-3. "stos sensores son empleados con gran $xito sobre otros tipos de sensores para detectar objetos a cierta distancia #ue son transparentes o extremadamente brillosos y no metlicos. Los detectores de ultrasonidos resuelven los problemas de detección de objetos de prcticamente cual#uier material. Trabajan Trabajan en ambientes secos y pulverulentos. ;ormalmente se usan para control de presencia@ausencia, distancia o rastreo. 60 2.6.. Sensores magn$ticos 8e los sensores magn$ticos tenemos los siguientes tipos1 los mecnicos o tipo reed, los de tipo electrónico o de efecto Hall y, los transformadores lineales variables %L78T(.Los %L78T(.Los sensores de tipo reed tienen gran difusión al emplearse en muy bajos voltajes, con lo #ue sirven de indicador de posición a :L5Is y, adems, por emplearse como indicador de posición de los cilindros neumticos de $mbolo magn$tico de las marcas #ue tienen mayor difusión. Los sensores de efecto Hall, son semiconductores y por su costo no estn muy difundidos pero en codi!cadores %encoders( de servomecanismos se emplean mucho. Los transformadores lineales variables %L78T( %L78T( proporcionan una lectura de posición, usando la inductancia mutua entre dos embobinados. Bn nDcleo magn$tico móvil acopla el voltaje de excitación en corriente alterna a los dos secundarios. La fase y la amplitud del voltaje del secundario vara de acuerdo con la posición del nDcleo. 5uando el nDcleo est en medio de los embobinados, los voltajes de ambos estn /0 grados desfasados y son de igual magnitud, por lo #ue el voltaje neto es cero. 5uando el nDcleo se mueve
hacia la escala positiva, la se+al en fase con la onda de entrada crece y viceversa cuando el nDcleo se mueve hacia la escala negativa. 2.6.9. "ncoders Bn tipo especial de sensor de p roximidad roximidad es el encoder o codi!cador, ya #ue con $l se puede obtener la distancia exacta de proximidad. :ara la medición angular se utili)a un disco codi!cado montado en un eje. La transformación de la codi!cación mecnica en u na se+al el$ctrica proporcional 6/ se consigue por la posición del disco utili)ando sensores electromagn$ticos %tipo Gnductivos(, inductivos o acopladores ópticos. "n el caso de posicionado inductivo, el código del disco tiene la forma de segmentos de cobre en serie. 5on este m$todo, el transductor consiste en un sensor tipo herradura, cuyo consumo el$ctrico vara de acuerdo con el grado de interferencia de su campo magn$tico. "sta se+al es empleada a continuación por el e#uipo de control. "l posicionamiento óptico de un disco segmentado es el m$todo ms usual, donde la codi!cación consiste en sectores transparentes y opacos. 5uando el disco gira, el recorrido de la lu) al sensor óptico se abre y se blo#uea alternativamente, produciendo as una salida digital en proporción con el movimiento y la posición. "xisten dos tipos de encoders1 E "ncoders incrementales Los encoders incrementales suministran un nDmero espec!co de impulsos por cada revolución completa del eje. "sta cuenta de impulsos est determinada por el nDmero de divisiones o segmentos del disco de codi!cación. "j. "l disco de codi!cación consta de 460 segmentos, por lo tanto por revolución del eje, se obtendrn 460 impulsos. "s decir, u n impulso por grado angular. angular. Hay disponibles tres versiones del generador de impulsos rotativo1 canal simple, doble y triple. "l tipo de canal simple %se+al ( es empleado donde el sentido del movimiento no cambia, ni se tienen vibraciones. "n el caso contrario, son mejores los de doble canal %se+ales y J(, tambi$n llamados de se+ales en cuadratura por#ue una se+ al est defasada en 90 grados de la otra, lo cual sirve para detectar el sentido del giro. "l tercer canal %se+al K( es una se+al se+ al de posición #ue aparece una ve) por revolución, y es empleado para 62 regresar a ceros contadores en sistemas controlados digitalmente %5;5, :L5s, etc.(. Los problemas ms frecuentes con los codi!cadores codi!cadores son causados por un pobre blindaje del conductor o, por la distancia tan larga y la frecuencia tan alta con la #ue trabaja el aparato. Bn buen cable aterri)ado Dnicamente en el contador y, un codi!cador de se+ales complementarias %, no, J, noJ y K( resuelven en su mayor parte estos problemas. E "ncoders absolutos diferencia de los encoders incrementales, los del tipo absoluto proporcionan proporcionan una combinación Dnica de se+ales para cada posición fsica. "sto resulta una ventaja importante, ya #ue no es necesario un contador para la determinación de la posición. La combinación de se+ales se establece mediante un patrón de código de sectores transparentes y opacos en varias pistas de un disco rotativo. "l nDmero de pistas de código disponibles determina la resolución mxima del codi!cador en la totalidad de los 460 grados. "n el caso de las pistas codi!cadas en binario, la resolución mxima es de 2n siendo n el nDmero de pistas. :or consiguiente, para /0 pistas, la
resolución es de 2/0 M /02.Bna caracterstica importante de la lectura de modo paralelo es #ue la posición real se registra inmediatamente cuando se conecta inicialmentela alimentación alimentación el$ctrica, o despu$s de un cambio de posición sin potencia aplicada o si se excede del nDmero de revoluciones por minuto permitidas electrónicamente %desventajas del tipo incremental(. 64 "l código de
2.6./. PT8 Los PT8s PT8s son principalmente hechos de alambre de platino enrollado en una base cermica cubiertos de vidrio o de material cermico. dems pueden encontrarse como pelcula en un sustrato. 5on la temperatura el platino cambia de resistencia y, con un circuito similar al conocido :uente de Nheatston este cambio puede ser utili)ado en un indicador o controlador de temperatura. "ste tipo de sensor se fabrica tambi$n de n#uel en lugar de platino pero son ms usuales los de este Dltimo material, en sus variantes de norma alemana o japonesa. "s sencilla la conexión de estos elementos y su prueba, ya #ue a 0F 5, la resistencia del PT8 PT8 de :latino es de /00 ohms y vara a ra)ón de 0.4- ohms por grado 5elsius. 2.6./-. Termistores Termistores "stn fabricados de un material semiconductor #ue cambia su resistencia el$ctrica en un pe#ue+o rango de temperatura. Tienen un coe!ciente t$rmico negativo de valor muy elevado, se encuentran en el mercado con la 66 denominación ;T5 %;egative Temperature 5oe!cient( habiendo casos especiales de coe!ciente positivo cuando su resistencia aumenta con la temperatura y se los denomina :T5 %:ositive Temperature 5oe!cient(. "n algunos casos, la resistencia a la temperatura ambiente puede disminuir hasta 63 por cada /F5 de aumen to de temperatura. "sta elevada sensibilidad a variaciones de temperatura hace #ue resulte muy adecuado para mediciones precisas de temperatura, utili)ndose ampliamente para aplicaciones de control y compensación en el rango de /-0F5 a -0F5. Sirven para medición de temperatura tanto en gases, como en l#uidos o sólidos. causa de su muy pe#ue+o tama+o, se los encuentra normalmente n ormalmente montados en sondas o alojamientos especiales #ue pueden ser espec!camente dise+ados para posicionarlos y protegerlos adecuadamente cual#uiera sea el medio donde tengan #ue trabajar. trabajar. "n las aplicaciones de medición y control de temperatura, se usa, como uno de los bra)os de un puente Nheatstone. "ste circuito suministra una mxima sensibilidad. :ara aumentar los niveles de salida del puente, se puede insertar un ampli!cador entre la salida del puente y el instrumento indicador o dispositivo de control. 2.6./6. Sensores de =ujo Los sensores de =ujo ms usuales comprenden de una pe#ue+a turbina #ue gira dentro del =uido a sensar, y, de un sensor del tipo inductivo #ue sensa el nDmero de revoluciones de los alabes de la turbina, o, en otro tipo, la se+al es tomada de un taco generador acoplado directamente directamente a la turbina. 6? Tambi$n los hay del tipo de estado sólido, los cuales tienen en la cabe)a sensora dos resistencias calibradas. 5on una de ellas se calienta un poco el =uido #ue rodea la cabe)a y con el otro se sensa la temperatura del =uido. 5omparando la temperatura electrónicamente, la cual se ajusta manualmente, es posible detectar movimientos de =uidos muy lentos como los de lubricantes de baleros, o =ujos muy rpidos como los de una bomba de agua.
2.? d#uisición de datos Hoy en da ms y ms compa+as en la industria de la manufactura usan computadoras personales en sus plantas y laboratorios para probar sus productos, tomar mediciones y automati)ar procesos. l crear
sistemas basados en una :5, los usuarios estn aprovechando las ventajas de las tecnologas de la computación ms m s recientes como tarjetas de ad#uisición de datos insertables, almacenamiento de datos a disco duro, e Gnternet. medida #ue ingenieros y cient!cos adoptan la computadora para resolver un mayor numero de aplicaciones, estas se han vuelto ms exigentes, tal es el caso de los sistemas en tiempo real. Si bien es cierto #ue un sistema de ad#uisición de datos y control en tiempo real no es fcil de lograr con una computadora personal, lo ideal sera contar con las mismas ventajas #ue ofrece una :5 %interfa) gr!ca, sistemas abiertos, conectividad, bajo costo( y habilidad de crear aplicaciones lo su!cientemente con!ables para desempe+ar el control de un sistema crtico. "l t$rmino tiempo real duro comDnmente se utili)a para de!nir a un sistema #ue debe ejecutarse sin falla y cumplir con los re#uerimientos de tiempo real en todo momento. Bn error comDn es pensar #ue tiempo real 6 signi!ca en realidad> cuando de hecho muchas aplicaciones de ad#uisición de datos y control tienen ciclos muy lentos. Los controladores de temperatura, por ejemplo, comDnmente muestrean y controlan la temperatura un par de veces por segundo. s #ue para #ue el controlador de temperatura sea estable, debe ejecutar los la)os de control en el orden de un par por segundo. "s el grado de inseguridad con cada tiempo de ciclo de la)o de control el #ue de!ne los re#uerimientos de tiempo real de un sistema. La tecnologa para desarrollar sistemas de tiempo real aDn representa retos. "n sistemas operativos de tiempo real las interrupciones y eventos son jerar#ui)ados y los los eventos con mayor prioridad se ejecutan antes #ue los eventos de prioridad menor. "n los drivers o manejadores de dispositivos responden a interrupciones> aun#ue la tecnologa multihilo ha incrementado la con!abilidad y manejo de interrupciones, aDn hay situaciones cuando drives no tienen prioridad sobre otros eventos menos crticos. :uesto #ue no se puede garanti)ar #ue no puede volver aun evento siempre dentro de un mismo tiempo a esto se le llama determinstico o no determinstico. determinstico. :ara resolver la respuesta no determinstica, muchos la)os de control se desarrollan en hardare especiali)ado. especiali)ado. lgunos controladores controladores son !jos o tiene poca =exibilidad de programación, programación, otros usan sistemas creados y patentados. prender nuevos sistemas operativos, softare propietario y hardare especiali)ado toma tiempo y muchas veces es difcil la integración a sistemas #ue no son de tiempo real. :ara crear fcilmente aplicaciones de ad#uisición de datos y control en tiempo real, los usuarios desarrollan su aplicación usando el softare y posteriormente bajan el código para #ue se ejecute en el procesador de la tarjeta inteligente de ad#uisición de datos de la serie. 8e esta manera los 69 usuarios pueden con!ar en #ue procesador independiente se enfocaran a ejecutar el tiempo real duro mientras #ue la :5 maneja la interfa) de usuario, el almacenamiento de datos y cual#uier otra funcionalidad #ue no sea crtica.
