Ici gateway-unidad ii-tema 5

1. Universidad De Oriente
Núcleo Monagas
Departamento de Ingeniería de Sistemas
Cursos Especiales de Grado
Área: Automatización y Control de Procesos Industriales
Instrumentación y Control Industrial
Maturín/Monagas/Venezuela
Profesor:
Ing. Edgar Goncalves
Bachiller (es):
Mónica Rodríguez CI: 24125020
Gustavo Velásquez CI: 20903870
Equipo GATEWAY
Maturín, Octubre de 2014

2. INDICE
INTRODUCCION ........................................................................................................... 3
MARCO TEORICO ........................................................................................................ 4
SENSORES INDUCTIVOS ....................................................................................... 4
Principios de Operación......................................................................................... 4
Características ........................................................................................................ 5
Factores a tomar en cuenta .................................................................................. 5
Ventajas y Desventajas de los sensores inductivos ......................................... 5
Sensores inductivos blindados y no blindados .................................................. 6
Histéresis.................................................................................................................. 6
Consideraciones generales................................................................................... 6
SENSORES CAPACITIVOS..................................................................................... 7
Principios de Operación......................................................................................... 7
Objetivo estándar y constante dieléctrica ........................................................... 8
Ventajas e inconvenientes .................................................................................... 8
DISCUSION .................................................................................................................... 9
CONCLUSION ............................................................................................................. 11
BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................... 12

3. INTRODUCCION
Los sensores son los elementos que cierran el lazo de control de un sistema de
control automático y su función es capturar, del proceso o maquina involucrada,
la información de cómo se comporta o como este realiza su trabajo. Esta
información se utiliza para luego ser transmitida al controlador para que este
tome la acción de control adecuada.
En la industria moderna, donde la automatización está presente en casi todos
los procesos, una cantidad importante de sistemas están encargados de
cerciorar que la cantidad de accidentes se mantenga al mínimo. Para esto se
utilizan los sensores de proximidad. Un sensor de proximidad es aquel
dispositivo capaza de detectar objetos sin necesidad de tener algún contacto
físico con estos. El sensor genera una señal u onda electrostática o
electromagnética, según sea el caso, y la detección se logra registrando los
cambios en ese campo.
En general se tienen dos tipos de sensores: analógicos y digitales. Los
sensores analógicos, se requieren cuando el fenómeno a captar es variable en
el tiempo. En estos casos el sensor es un transductor y se conectara a una
entrada especial con un dispositivo convertidor análogo/digital. Los sensores
digitales transmiten información solo sobre presencia o ausencia, abierto o
cerrado, cercano o lejano, prendido o apagado, o cualquier otra información
que se pueda representar en forma binaria. Estos generalmente son conocidos
como detectores o interruptores.
En esta investigación se mostraran los sensores inductivos y capacitivos con
sus características respectivas y aplicabilidades.

4. MARCO TEORICO
SENSORES INDUCTIVOS
Los sensores inductivos son una clase especial de sensores que sirven para
detectar materiales metálicos ferrosos. Son de gran utilización en la industria,
tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia o
ausencia de objetos metálicos en un determinado contexto: detección de paso,
de atasco, de codificación y de conteo. (Sensores Inductivos. www.ecured.cu)
Fernández, G (2005) explica que los sensores de proximidad inductivos utilizan
detección sin contactos y circuitos de estado sólido para asegurar la durabilidad
en los ambientes más agresivos. No existe energía mecánica que haga que el
sensor cambie de estado, el sensor de proximidad depende de la energía
eléctrica para cambiar de estado.
El autor también indica que los sensores inductivos detectan objetos metálicos
en áreas de exploración generalmente muy pequeñas. El diámetro del sensor
es el factor decisivo para la distancia de conmutación, que con frecuencia es de
solo unos cuantos milímetros. Por otra parte, los sensores inductivos son
rápidos, precisos y extremadamente resistentes.
Principios de Operación
Según el Departamento de Electrónica, Automática e Informática Industrial de
la Universidad Politécnica de Madrid, los sensores de proximidad inductivos
generalmente están construidas en 4 elementos principales:
 Una bobina de núcleo de ferrita
 Un oscilador de radio frecuencia
 Una unidad de evaluación o de disparo
 Una etapa de salida o conmutador
Figura 1. Composición de sensor inductivo
Fuente:
http://www.elai.upm.es/moodle/pluginfile.php/2062/mod_resource/content/1/CAPITUL8.PDF
El oscilador crea un campo electromagnético de radio frecuencia que es
formado y definido por la bobina de núcleo de ferrita, concentrando el campo
sensorial hacia la dirección axial del sensor de proximidad, a esta zona se le
conoce con el nombre de superficie activa del sensor.
Cuando un objeto metálico es colocado dentro de este campo, este absorbe
parte de la energía generada por el oscilador en forma de corriente de Eddy
que aparece en la superficie del objeto. Del tal forma que el objeto metálico se
comporta como el embobinado secundario del transformador.

5. Por lo tanto, el oscilador que es un dispositivo de potencia limitada, ira bajando
la amplitud de su oscilación conforme el objeto metálico se acerca más a la
superficie activa del sensor, ya que la pérdida de energía cada vez es más
grande, hasta el punto que el oscilado ya no puede mantenerse oscilando.
El circuito de evaluación rectifica la oscilación sinodal que recibe del oscilador
para producir un voltaje de CD, compara su nivel con una referencia
preestablecida y al detectar que la oscilación ha cesado, cambia el estado del
dispositivo de conmutación en la etapa de salida.
Características
Fernández, G (2005) resalta las siguientes características de los sensores de
proximidad inductivos:
 Detección de objetos metálicos
 Medidas todo o nada
 Muy utilizados a nivel industrial
 Desde algunos milímetros a varios de cm
 Pueden manejar una carga tipo relé
 Los detectores de proximidad son dispositivos que detectan una
distancia crítica y la señalizan mediante una salida del tipo todo-nada
Factores a tomar en cuenta
Fernández, G (2005) acota que el uso de estos sensores es realmente sencillo
pero, para optimizar su aplicación será conveniente tener en cuenta:
a. La presencia de una bobina apantallada o no apantallada modifica la
distribución del campo, ocasionando un cambio en la distancia de
detección.
b. El tamaño del objeto. El fabricante proporciona el alcance de sus
sensores para un tamaño estándar de objeto. Si el objeto es más grande
que el estándar se detectara a una distancia más grande, si es más
pequeño aplicaremos los coeficientes de la tabla del fabricante
c. El material del objeto. En la tabla del fabricante se indican una serie de
factores de corrección de la distancia de alcance en función del material
Ventajas y Desventajas de los sensores inductivos
Ventajas Desventajas
 No entran en contacto directo con
el objeto a detectar
 No se desgastan
 Tienen un tiempo de reacción muy
reducido
 Tiempo de vida largo e
independiente del número de
detección
 Son insensibles al polvo y a la
humedad
 Incluyen indicadores LED de
 Pueden verse afectados por
campos electromagnéticos
intensos
 El margen de operación es más
corto en comparación con otros
sensores

6. estado y tienen estructura modular
Tabla 1. Ventajas y desventajas de los sensores inductivos. Fuente: Fernández, G (2005)
Sensores inductivos blindados y no blindados
Pérez, E.; Acevedo, J. y Fernández, C. (2009) los definen como sensores
enrasables y no enrasables. Los sensores enrasables o apantallados (shielded)
son sensores inductivos de proximidad en los que el cuerpo metálico que rodea
a los distinto bloques que constituyen el sensor, se prolonga hasta la bobina
sensora. Esto evita la dispersión del flujo electromagnético y lo concentra en la
parte frontal del sensor. De esta forma se anula prácticamente el efecto de los
metales circundantes y las interferencias mutuas cuando se instalan varios
sensores contiguos. Los sensores no enrasables son sensores cuyo
recubrimiento metálico externo no llega hasta el borde de la cabeza sensora,
es decir no están apantallados (unshielded), lo que hace que el flujo se
disperse por los laterales de la misma. Debido a ello el sensor no se puede
enrasar con el soporte metálico que lo sustenta porque lo detecta y estaría
siempre activado.
Los autores acotan que se debe tener en cuenta que, en un sensor enrasable
el flujo magnético es bastante restringido, lo que provoca una disminución de la
distancia de detección. Para detectar el objeto a la misma distancia con un
sensor enrasables que con uno no enrasable, la superficie de detección del
primero debe ser aproximadamente el doble que la del segundo.
Histéresis
Pérez, E.; Acevedo, J. y Fernández, C. (2009) exponen lo siguiente sobre la
histéresis:
Se denomina histéresis a la diferencia entre la distancia de activación y
desactivación. Cuando un objeto metálico se acerca al sensor inductivo, éste lo
detecta a la "distancia de detección" o "distancia de sensado". Cuando el
mismo objeto es alejado, el sensor no lo deja de detectar inmediatamente, sino
cuando alcanza la "distancia de reset" o "distancia de restablecimiento", que es
igual a la "distancia de detección" más la histéresis propia del sensor.
Consideraciones generales
La página web www.ecured.cu presenta las siguientes consideraciones
generales sobre el uso de sensores de proximidad inductivos:
 La superficie del objeto a detectar no debe ser menor que el diámetro del
sensor de proximidad (preferentemente 2 veces más grande que el tamaño
o diámetro del sensor). Si fuera menor que el 50% del diámetro del sensor,
la distancia de detección disminuye sustancialmente.
 Debido a las limitaciones de los campos magnéticos, los sensores
inductivos tienen una distancia de detección pequeña comparados con
otros tipos de sensores. Esta distancia puede variar, en función del tipo de
sensor inductivo, desde fracciones de milímetros hasta 40 mm en
promedio.

7.  Para compensar el limitado rango de detección, existe una extensa
variedad de formatos de sensores inductivos: cilíndricos, chatos,
rectangulares, etc.
 Los sensores inductivos cilíndricos son los más usuales en las aplicaciones
presentes en la industria.
 Posibilidad de montar los sensores tanto enrasados como no enrasados.
 Gracias a no poseer partes móviles los sensores de proximidad no sufren
en exceso el desgaste.
 Gracias a las especiales consideraciones en el diseño, y al grado de
protección IP67, muchos sensores inductivos pueden trabajar en ambientes
adversos, con fluidos corrosivos, aceites, etc., sin perder operatividad.
SENSORES CAPACITIVOS
Es un tipo de sensor eléctrico. Los sensores capacitivos (KAS) reaccionan ante
metales y no metales que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una
determinada capacidad. La distancia de conexión respecto a un determinado
material es tanto mayor cuanto más elevada sea su constante dieléctrica.
(Sensores Capacitivos. www.ecured.cu)
Según el Departamento de Electrónica, Automática e Informática Industrial de
la Universidad Politécnica de Madrid los sensores de proximidad capacitivos
son similares a los inductivos. La principal diferencia entre los dos tipos es que
los sensores capacitivos producen un campo electrostático en lugar de un
campo electromagnético.
Los interruptores de proximidad capacitivos censan objetos metálicos como los
inductivos, pero además tiene la capacidad de detectar materiales no metálicos
tal como papel, vidrio, líquidos y tela.
Principios de Operación
El Departamento de Electrónica, Automática e Informática Industrial de la
Universidad Politécnica de Madrid explica la teoría de operación de un sensor
capacitivo de la siguiente forma:
La superficie de sensado del sensor capacitivo está formada por dos electrodos
concéntricos de metal de un capacitor. Cuando un objeto se aproxima a la
superficie de sensado y este entra al campo electrostático de los electrodos,
cambia la capacitancia en un circuito oscilador. Esto hace que el oscilado
empiece a oscilar.
El circuito disparador lee la amplitud del oscilador y cuando alcanza un nivel
específico la etapa de salida del sensor cambia. Conforme el objetivo se aleja
del sensor, la amplitud del oscilador disminuye, conmutando al sensor a su
estado original.
Desde el punto de vista puramente teórico, se dice que el sensor está formado
por un oscilador cuya capacidad la forman un electrodo interno (parte del
propio sensor) y otro externo (constituido por una pieza conectada a masa).

8. Objetivo estándar y constante dieléctrica
Los objetivos estándar son especificados para cada sensor capacitivo. El
objetivo estándar se define normalmente como un metal o agua. Los sensores
capacitivos dependen de la constante dieléctrica del objetivo. Mientras más
grande es la constante dieléctrica de un material es más fácil de detectar.
La grafica siguiente muestra la relación de las constantes dieléctricas de un
objetivo y la habilidad del sensor de detectar el material basado en la distancia
nominal de sensado (Sr)
Figura 2. Relación de la constante dieléctrica del objetivo y la distancia nominal de sensado.
Fuente:
http://www.elai.upm.es/moodle/pluginfile.php/2062/mod_resource/content/1/CAPITUL8.PDF
Por ejemplo si un sensor capacitivo tiene una distancia de sensado nominal de
10mm y el objetivo es alcohol, la distancia efectiva de sensado es
aproximadamente el 85% de la distancia nominal, o sea 8.5 mm
Ventajas e inconvenientes
Según la página web www.ecured.cu, las ventajas de este dispositivo son
algunas más que en el caso de los sensores inductivos. La primera ventaja es
común para ambos, detectan sin necesidad de contacto físico, pero además
esto sensor lo realiza de cualquier objeto. Además, debido a su funcionamiento
tiene muy buena adaptación a los entornos industriales, adecuado para la
detección de materiales polvorientos o granulados. La duración de este sensor
es independiente del número de maniobras que realice y soporta bien las
cadencias de funcionamiento elevados.
Entre los inconvenientes se encuentra el alcance, dependiendo del diámetro
del sensor, puede alcanzar hasta los 60mm, igual que la modalidad inductiva.
Otro inconveniente es que depende de la masa a detectar, si quiero realizar
una detección de cualquier tipo de objeto este sensor no nos sirve, puesto que
depende de la constante eléctrica. Esta desventaja viene encadenada con la
puesta en servicio, antes de colocar el sensor lo tenemos que instalar; los
detectores cuentan con un potenciómetro de ajuste que permite ajustar la
sensibilidad. Según la aplicación será necesario adaptar el ajuste, por ejemplo
para materiales de constante dieléctrica (Sr) débil como el papel, cartón o
vidrio, en caso de tener una Sr fuerte tenemos que reducir la sensibilidad, con
objetos del tipo metales o líquidos.

9. DISCUSION
Existe diversos tipos de sensores, entre los que podemos mencionar tenemos,
sensores capacitivos y sensores inductivos. Los sensores inductivos se
caracterizan por detectar materiales metálicos ferrosos lo cual es de gran
importancia para las grandes industrias, tanto para detectar o no la presencia
de los mismos. Una de las cualidades del sensor inductivo es que no cualquier
energía puede cambiar su estado, la única energía capaz de hacerlo es la
eléctrica, además de detectar metales su capacidad de buscada dependerá del
diámetro del mismo sensor.
Los sensores inductivos por lo general tienen una estructura de cuatro
elementos primordiales los cuales fortalecen su precisión exactitud y calidad,
estos elementos van desde una bobina de núcleo de ferrita, una etapa de
salida o conmutador, un oscilador de radio frecuencia y una unidad de
evaluación o de disparo, las funciones que realiza cada uno de estos
elementos permiten al sensor inductivo ser uno de los eficientes en la
industrias, gracias a calidad de respuesta emitida por el mismo.
Es de resaltar las diversas funciones y actividades que realiza un sensor
inductivo, el simple hecho de detectar objetos metálicos no es tan fácil, las
medidas generadas por este inductor son de (todo o nada), pueden manejar
una carga tipo relé, esto permite que sean muy utilizados a nivel industrial.
Su manipulación es completamente sencilla, pero existen modalidades
esenciales para mejorar su rendimiento, para obtener un mayor alcance es
necesario la implantación de una bobina apantallada, al igual que el tamaño del
sensor que también ayuda en el alcance. Existen diversos sensores inductivos,
uno de ellos es el sensor enrasable o apantallados, el cual tiene la
particularidad de que el cuerpo metálico alrededor del los bloques que
constituyen el sensor, llegan hasta la bobina sensora con el fin de evitar la
dispersión del flujo electromagnético y concentrarlo en la parte frontal del
sensor.
Al usar este tipo de sensores se deben tomar en cuenta algunas
consideraciones para su buen funcionamiento, uno de ellos es su tamaño,
cuando el sensor inductivo va a detectar algún objeto este debe tener por lo
menos el doble del tamaño del sensor, se deben considerar las limitaciones de
los campos magnéticos, estas limitaciones son compensadas por los distintos
tipos de sensores que van desde rectangulares hasta chatos.
Además de los sensores inductivos, están los sensores capacitivos, los cuales
a diferencia de los sensores inductivos, los capacitivos reaccionan a metales y
no metales, estos son de tipo eléctrico, es de resaltar que su conexión con
respecto a un material es tanto mayor cuanto más sea su elevación de
constante dieléctrica. Otra diferencia de los sensores capacitivos e inductivos
es que el capacitivo genera un campo electrostático en vez de uno
electromagnético y su principal sello de diferenciación es que puede detectar
tipos no metálicos que van desde papel, tela entre otros.
La operatividad de los sensores capacitivos está constituida por diversos
elementos, primero la superficie de sensor como tal está compuesta por dos

10. electrodos concéntricos de metal, es importante mencionar que al acercarse un
objeto a la superficie del sensor y además entra al campo electrostático cambia
la capacitancia en un circuito oscilador. Esto genera una lectura de la amplitud
del oscilador y cuando llega al nivel especificado la etapa de salida del sensor
es modificada.
En los sensores capacitivos hay dos elementos importantes estos son el
objetivo estándar y la constante dieléctrica, primero los objetivos están
especificados para cada sensor este puede ser un metal o agua y la relación se
basa en que entre más grande sea la constante dieléctrica de un material este
será más fácil de detectar.
En la industria estos sensores al igual que otros son de vital importancia en
todos y cada uno de los procesos y actividades diarias de la misma, las
funciones que realizan son parte de las tareas que complementan a las
actividades industriales. Cuando se trata de la detención de metales y no
metales, estos sensores garantizan su detección inmediata, no basta con
utilizarlo y esperar la respuesta deseada, se deben utilizar de la manera
correcta y seguir sus especificaciones de uso para poder obtener la respuesta
deseada.

11. CONCLUSION
La aplicabilidad de los sensores de proximidad, tanto inductivos como
capacitivos, son muy útiles en la industria moderna, se podría llegar a decir que
estos son casi indispensables en la mayoría de los procesos de una industria.
Su durabilidad, resistencia, rapidez y efectividad hacen que estos dispositivos
sean los más rentables y óptimos para los procesos automatizados en las
industria. Su utilidad va desde detectar la presencia de un líquido hasta la
detección de la posición de una válvula o de un ascensor.
Cada tipo de sensor presenta características que deben adecuar al proceso en
cuestión. Aunque los sensores de proximidad capacitivos son capaces de
detectar objetos metálicos y no metálicos, si se va a trabajar con objetos
metálicos, lo más óptimo es utilizar un sensor inductivo ya que estos son más
eficientes en estas circunstancia, para eso están hechos.

12. BIBLIOGRAFIA
Sensor Capacitivo. [Página Web] Consultado el 8 de octubre de 2014 en:
http://www.ecured.cu/index.php/Sensor_capacitivo
Sensor Inductivo. [Página Web] Consultado el 8 de octubre de 2014 en:
http://www.ecured.cu/index.php/Sensor_inductivo
Fernández, G.(2005) Sensores Magnéticos e Inductivos. [Monografía en Línea]
Consultado el 8 de octubre de 2014 en:
http://www.uaeh.edu.mx/docencia/Tesis/icbi/licenciatura/documentos/Sensores
%20magneticos.pdf
Departamento de Electrónica, Automática e Informática Industrial de la
Universidad Politécnica de Madrid. Capitulo 8. Sensores y Actuadores
[Documento en Linea] Consultado el 8 de octubre de 2014 en:
http://www.elai.upm.es/moodle/pluginfile.php/2062/mod_resource/content/1/CA
PITUL8.PDF
Pérez, E.; Acevedo, J. y Fernández, C. (2009) Autómatas programables y
sistemas de automatización. Editorial Marcombo.