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UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CODIGO ASIGNATURA

: :

7407272 Actuadores y Sensores

TERCERA FASE

SENSORES BINARIOS DE PROXIMIDAD

LABORATORIO No 07 Docente (s): Ing. Henry Ch. Zegarra Gago Fecha: 2019.06.14.

-

I.

OBJETIVOS DE LABORATORIO a.

Identificar las principales características de los sensores binarios de proximidad de tipo inductivo y capacitivo que existentes en el laboratorio.

b.

Comprender el funcionamiento de los sensores de proximidad binarios de tipo inductivo y capacitivo.

c.

Distinguir los sensores binarios de proximidad inductivos y capacitivos.

d.

Conocer las aplicaciones de los sensores de binarios de proximidad inductivo y capacitivo

II. SEGURIDAD Por motivos de seguridad, es recomendable respetar las siguientes indicaciones: a.

Al localizar posibles fallos, llame al docente.

b.

No deberá iniciar la configuración si antes haber leído la práctica o la hoja de datos del fabricante.

c.

Únicamente utilizar voltaje de 24V DC como máximo para las entradas.

III. CONOCIMIENTO PREVIO  Seguir las indicaciones del docente sobre el funcionamiento y configuración del equipo.

IV. INDICACIONES PREVIAS  Lea la practica antes de iniciar cualquier conexión.  Todo desarrollo de laboratorio debe de incluir los programas desarrollados

V.

Ing. Henry Zegarra G.

HERRAMIENTAS 1.

Apuntes y Guía de laboratorio.

2.

Sensores binarios de proximidad

3.

Multímetro.

4.

Cables de conexión.

5.

Fuente de alimentación.

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VI.

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MARCO TEÓRICO Los sensores de posición o de proximidad, determinan la posición de un objeto en relación a un punto de referencia. Es decir que determinan si el objeto se mueve dentro de una distancia crítica del sensor. Los sensores de proximidad se clasifican en. a.

b.

Variación de la fuerza electromagnética. -

De tipo magnético. De imán permanente.

-

De tipo inductivo. Inducción de un campo magnético.

Variación de la capacitancia. -

De tipo capacitivo. Inducción electrostática.

Existe otra clasificación de acuerdo a si tienen contacto o no tienen contacto físico, esto se aprecia en la figura 1.

6.1 Definiciones y terminología térmica a.

Aproximación axial: La aproximación a la diana cuando su centro se mantiene en el eje de referencia

b. Aproximación lateral: La aproximación de la diana perpendicular al eje de referencia. c.

Blindado: Un sensor que puede montarse al ras en metal hasta el plano de la cara de detección activa.

d. Distancia de detección: La distancia a la cual una diana que se está aproximando activa (cambia el estado de) la salida de proximidad.

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Figura 01. Clasificación de los sensores de proximidad.

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e.

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Distancia de operación, efectiva: (Sr) La distancia de operación de un interruptor de proximidad individual medido a la temperatura, voltaje y condición de montaje indicados.

f.

Histéresis: La diferencia, en porcentaje (%), de la distancia de detección nominal

Histéresis

entre el punto de operación (interruptor activado) y el punto de liberación (interruptor desactivado) cuando la diana se está moviendo en dirección opuesta a la cara activa del sensor. Sin suficiente histéresis, un sensor de proximidad vibrará (alternará continuamente entre activado y desactivado) cuando se aplique vibración suficiente a la diana o al sensor. g.

Interruptor de proximidad de dos hilos: Un sensor de proximidad que conmuta una carga conectada en serie a la fuente de alimentación. La corriente de alimentación del detector de proximidad se obtiene en todo momento a través de la carga.

h. Interruptor de proximidad de tres hilos: Un sensor de proximidad de CA o CC con tres conductores, dos de los cuales suministran alimentación eléctrica y el tercero conmuta la carga. i.

Metal ferroso: Cualquier metal que contiene hierro.

j.

Metal no ferroso: Cualquier metal que no contiene hierro

k.

NPN: El sensor conmuta la carga al terminal negativo. La carga ha de conectarse entre la salida del sensor y el terminal positivo.

l.

Sin blindaje: Sensores que tienen distancias de detección mayores y un campo magnético más ancho pero son sensibles a los metales circundantes

m. PNP: El sensor conmuta la carga al terminal positivo. La carga ha de conectarse entre la salida del sensor y el terminal negativo. 6.2 Sensores Inductivos. 1.

Principio de operación.

Este tipo de sensores generan un campo magnético con la finalidad de detectar las pérdidas de corriente de se producen cuando un objeto de material ferroso se acerca a dicho campo. En la figura 2, se tienen la estructura de un sensor inductivo, este consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un sensor del nivel de disparo de la señal y un circuito Figura 02. Estructura de un sensor inductivo

de salida. La función del oscilador es producir una tensión de alta frecuencia que es aplicada a la bobina, esto produce un campo electromagnético. Actuadores y Sensores - 2019

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Cuando un objeto de naturaleza férrica se aproxima al campo magnético, se inducen corrientes de histéresis en el objeto, por consecuencia se produce una pérdida de energía por lo que el oscilador interno produce una onda de menor amplitud de oscilación y cuando la pérdida de energía llega es significativa, el oscilador detiene su Figura 03. Operación de un sensor de proximidad inductivo.

funcionamiento, la figura 3 muestra la operación

del

sensor

de

proximidad

inductivo. Debido a esta pérdida de corriente, el circuito de detecta el cambio de amplitud y conmuta

Importante La bobina junto al oscilador, generan una frecuencia de resonancia de entre 0.5 a 1.5 MHz. esto depende del tipo de sensor.

la salida del sensor a estado activo (ON). En otras palabras, cuando un objeto se acerca a

la

zona

de

detección,

existe

una

transferencia de energía, por lo que la salida se activara debido a una disminución en la amplitud del circuito de oscilación. Las pérdidas de corriente se deben a tres factores: a.

La conductividad y permeabilidad magnética del objeto.

b.

La distancia y posición del objeto.

c.

La dimensión del objeto.

2.

Sensor con blindaje

Los sensores binarios de proximidad inductivos pueden ser blindados o no blindados, en el caso de este último tienen una distancia mayor de sensado respecto a los blindados. En la figura 4 se aprecia la forma de un sensor del tipo blindado y en la figura 5, la de un sensor no blindado. Figura 04. Sensor inductivo blindado.

Figura 04. Sensor inductivo no blindado.

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Figura 05. Sensor inductivo blindado.

3.

Montaje

Es importante seguir las recomendaciones con la finalidad de evitar interferencias entre los campos magnéticos de los sensores. En la figura 6 y figura 7, la empresa Allen Bradley nos da algunas recomendaciones para el montaje de sus sensores. Figura 06. Montaje7 sensores inductivos blindado.

Figura 07. Montaje sensores inductivos no blindado.

4.

Factor de corrección.

Para determinar la distancia de detección de otros materiales diferentes al acero templado, se utilizan factores de corrección, los cuales deben ser multiplicados con la distancia nominal de detección para obtener la distancia nominal de detección real de dicho objeto. Estos factores de corrección se utilizan como guía general. Esto se aprecia en la tabla 1. Actuadores y Sensores - 2019

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5.

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Figura 08. Recorrido diferencia (Histéresis)

Histéresis

La histéresis es la diferencia entre la distancia de posición objeto cuando es detectado y cuando no es

Importante La histéresis evita fenómenos de rebote u oscilación, sobre todo cuando el sensor es sometido a vibraciones.

detectado. Esto se debe de tener en cuenta al momento d elegir la posición del sensor y la del objeto a ser detectado.

6.

Aplicaciones de sensores

A continuación, se presentan algunas aplicaciones en la industria Figura 09. Aplicaciones industriales

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6.3 Sensores Capacitivos a.

Principio de funcionamiento

Este tipo de sensores generan un campo electrostático con la finalidad de detectar cambios en dicho campo cuando un objeto que se aproxima a la superficie de detección. Los elementos de trabajo del sensor

Figura 10. Estructura sensor capacitivo.

son: Una sonda capacitiva de detección, un oscilador, un rectificador de señal, un circuito de filtraje y el correspondiente

Figura 11. Operación de un sensor de proximidad capacitivo.

circuito de salida. Esto se aprecia en la figura 8. En ausencia de objetos, el oscilador se encuentra inactivo. Cuando se aproxima un objeto, éste aumenta la capacitancia

de

la

sonda

de

detección. Al superar la capacitancia un umbral predeterminado se activa el oscilador, el cual dispara el circuito de salida para que cambie entre “on” (encendido) y “off” (apagado). La capacitancia de la sonda de detección viene condicionada por el tamaño del objeto a detectar, por la constante dieléctrica y por la distancia de éste al sensor. A mayor tamaño y mayor constante dieléctrica de un objeto, mayor incremento de capacitancia. A menor distancia entre objeto y sensor, mayor incremento de capacitancia de la sonda por parte del objeto. b.

Blindaje

Los sensores binarios de proximidad capacitivos pueden ser blindados y no blindados. Los sensores blindados poseen una malla metálica, esto permite tener un campo más concentrado y dirigido. Esto se aprecia en la figura 12. Figura 12. Sensor de proximidad capacitivo blindado y no blindado

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c.

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Montaje

Es importante seguir las recomendaciones con la finalidad de evitar interferencias entre los campos electrostáticos de los sensores. Algunas recomendaciones son dadas por la empresa Allen Bradley, esto se aprecia en las siguientes figuras. Figura 13. Montaje sensores inductivos blindados y no blindado.

d.

Aplicaciones

A continuación, se presentan algunas aplicaciones en la industria. Figura 14. Aplicación de los sensores capacitivos.

6.4 Conexionado de los sensores binarios e proximidad Los sensores binarios de proximidad capacitivo e inductivo de 3 y 4 hilos se la misma manera, solo debemos distinguir si son del tipo PNP o NPN.

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6.5 Normativa Algunas normas referentes a los tipos o grados de protección son: -

NEMA a. TIPO 1: Propósito general. Envolvente destinada a prevenir de contactos accidentales con los aparatos. b. TIPO 2: Hermético a gotas. Previene contra contactos accidentales que pueden producirse por condensación de gotas o salpicaduras. c. TIPO 3: Resistencia a la intemperie. Para instalación en el exterior. d. TIPO 3R: Hermético a la lluvia. e. TIPO 4: Hermético al agua. Protege contra chorro de agua. f. TIPO 5: Hermético al polvo. g. TIPO 6: Sumergible en condiciones especificadas de presión y tiempo. h. TIPO 7: Para emplazamientos peligrosos Clase I. El circuito de ruptura de corriente actúa al aire. i. TIPO 8: Para emplazamientos peligrosos Clase I. Los aparatos están sumergidos en aceite. j. TIPO 9: Para emplazamientos peligroso Clase II y funcionamiento intermitente. k. TIPO 10: A prueba de explosión. l. TIPO 11: Resistente a ácidos o gases. m. TIPO 12: Protección contra polvo, hilos, fibras, hojas, rebose de aceite sobrante o refrigerante. n. TIPO 13: Protección contra polvo. Protege de contactos accidentales y de que su operación normal no se interfiera por la entrada de polvo

-

DIN. La norma DIN 40 050 establece el grado de protección IP; éste se compone de dos dígitos. El grado de protección es designado por un código IP que consiste en las letras IP seguidas por dos letras XX.

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a.

El primero indica la protección contra sólidos.

b.

El segundo indica la protección contra el agua.

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En la figura 16 se aprecia un ejemplo de este tipo de protección.

Fuente: https://aquapac.es/es/blog/3_IEC-60529-grado-proteccion-ingreso-IP.html

VII.

DESARROLLO

Siga las indicaciones del docente. 7.1 Verificar la hoja de datos de los sensores e identifique las características: a.

Tensión de alimentación.

b.

Corriente máxima de carga que puede suministrar.

c.

Conexión según colores de los cables.

7.2 Determine la distancia de maniobra relativa (Sr), de cada uno de los sensores de proximidad para diferentes materiales. Haga una tabla. Inductivo: Material

Capacitivo:

Distancia

Distancia Histéresis

Sdesact.

Sr

Histéresis Sdesact.

Sr

7.3 Elabore un diagrama de barras simple y doble y compare la distancia de maniobra Sr de los sensores trabajados. 7.4 Elabore un diagrama de barras doble y compare la histéresis de los sensores trabajados. 7.5 Existe alguna venta los sensores binarios de proximidad de dos hilos frente a los de tres hilos. Actuadores y Sensores - 2019

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7.6 Realice la conexión de los sensores de dos hilos y determine la distancia de maniobra de dos de ellos.

VIII.

CUESTINARIO FINAL 8.1 ¿Cómo realizaría la conexión eléctrica de un relé a un sensor capacitivo e inductivo? 8.2 ¿Qué tipo de materiales detecta cada uno de los sensores estudiados? Respecto a sus gráficas, responda las siguientes preguntas. 8.3 ¿Qué relación existe entre distancia de maniobra y la naturaleza ferromagnética en los sensores del tipo inductivo? 8.4 ¿Qué relación existe entre distancia de maniobra y la constante dieléctrica del material en los sensores del tipo inductivo?

IX.

CONCLUSIONES (Realice al menos 4)

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