Fundamentos de Sensores Industriales y Sistemas de Control: Conceptos Clave

Conceptos Fundamentales de Sensores y Automatización Industrial

Tipos de Detectores: 3, 4 y 5 Hilos

La diferencia entre detectores de 3, 4 o 5 hilos radica en su alimentación y capacidad de conmutación:

• Detectores de 3 hilos: Son para corriente continua (DC) y su salida es por transistor. Dos hilos se conectan a la fuente de alimentación y uno a la carga.
• Detectores de 4 o 5 hilos: Utilizan corriente continua (DC) para su alimentación, pero tienen la capacidad de conmutar tanto corriente alterna (AC) como corriente continua (DC). Dos hilos se conectan a la fuente y los restantes a la carga.

Histéresis en Sensores

La histéresis es la diferencia entre la distancia a la cual un sensor detecta un objeto y la distancia a la cual deja de detectarlo. Esta característica es fundamental para evitar vibraciones o conmutaciones invasivas e inestables en el sistema.

Codificadores Incrementales y Canales ABZ

Un codificador incremental genera un pulso cada vez que el eje del rotor gira un tramo definido. Para mejorar la resolución y determinar la dirección de rotación del eje, se agregan canales adicionales:

• Canal A y Canal B: Producen dos ondas cuadradas desfasadas entre sí. El adelanto o retraso de un canal respecto al otro (por ejemplo, el Canal B adelantando al Canal A) permite determinar el sentido de giro del eje (horario o antihorario).
• Canal Z: Entrega un pulso por cada revolución completa del eje. Este pulso se utiliza para establecer una posición de referencia o "cero".

Sistemas de Control: Lazo Abierto y Lazo Cerrado

Un sistema de control está compuesto por un controlador, un drive (accionamiento) y un motor. Se clasifican principalmente en:

• Lazo Abierto: La secuencia es Controlador → Drive → Motor. No hay retroalimentación sobre la salida, por lo que no se verifica la posición o velocidad.
• Lazo Cerrado: La secuencia es Controlador → Drive → Motor → Realimentación. Es necesario un sistema de realimentación (feedback) para revisar y ajustar continuamente la posición y velocidad, garantizando mayor precisión.

Resolución de Codificadores Ópticos Absolutos

La resolución de un codificador óptico absoluto se determina por la cantidad de ranuras o pulsos que puede generar por cada revolución completa del eje. Esto define la precisión con la que puede medir la posición angular.

Potenciómetros: Sensores de Posición Resistivos

Los potenciómetros son sensores de posicionamiento que funcionan mediante una resistencia fija. El movimiento de un cursor sobre este elemento resistivo provoca un cambio en la resistencia, lo que permite determinar la posición.

Desgaste y Solución en Potenciómetros

El desgaste es un problema común ocasionado por el movimiento constante del cursor sobre el elemento resistivo. Una solución efectiva es utilizar potenciómetros de plástico, los cuales no se oxidan y ofrecen una mayor durabilidad.

Sensores de Temperatura: Termistores y RTD

Existen diversos tipos de sensores de temperatura, entre los más comunes se encuentran los termistores y los RTD:

Termistores

Los termistores son sensores de temperatura basados en óxidos semiconductores. Sus características principales incluyen:

• Económicos, confiables y estables.
• Facilitan la medición a través de cables largos.
• Pueden tener coeficientes de temperatura positivos (+) o negativos (-).
• Ofrecen mayor sensibilidad y una respuesta rápida a los cambios de temperatura.

RTD (Detectores de Temperatura por Resistencia)

Los RTD (Resistance Temperature Detectors) son sensores de temperatura que utilizan metales puros (como el platino) cuya resistencia varía linealmente con la temperatura. Sus características son:

• Alta sensibilidad, estabilidad y respuesta lineal.
• Generalmente tienen un coeficiente de temperatura positivo (+).
• Su costo puede ser mayor debido a la necesidad de circuitos externos para su funcionamiento.

Efecto Seebeck

El efecto Seebeck es un fenómeno termoeléctrico que se produce en las termocuplas. Consiste en la variación de tensión generada en los extremos de una unión fría y una unión caliente, lo que permite medir la temperatura.

Conceptos Clave Adicionales

• Posición: Es la localización física de un objeto con respecto a un punto de referencia.
• Torque: Es la fuerza de rotación o momento de giro aplicado a un eje o pieza.