Los sensores son un tipo básico de equipo de información electrónica en la industria manufacturera y son componentes especiales de nuevos dispositivos electrónicos que se están desarrollando.
La industria de sensores es reconocida tanto a nivel nacional como internacional como una industria de alta tecnología con grandes perspectivas de desarrollo, debido a su alto contenido técnico, buenos beneficios económicos, fuerte capacidad de penetración y amplias perspectivas de mercado.
Impulsada por la creciente industria de la información electrónica, la industria de sensores ha formado una cierta base industrial y ha logrado avances significativos en innovación tecnológica, investigación y desarrollo independientes, transformación de logros y competitividad, haciendo importantes contribuciones a la promoción del desarrollo económico nacional.
Con el advenimiento de la era de la información, los sensores se han convertido en el principal medio y método para que las personas obtengan información en el ámbito natural y productivo.
En la producción industrial moderna, especialmente en los procesos de producción automatizados, se utilizan varios sensores para monitorear y controlar varios parámetros del proceso de producción, asegurando que el equipo funcione en un estado normal o ideal y produzca productos de alta calidad. En la investigación fundamental, los sensores tienen un estatus excepcional.
Hoy en día, los sensores han penetrado ámbitos muy amplios, como la producción industrial, el desarrollo espacial, la detección de océanos, la protección del medio ambiente, la investigación de recursos, el diagnóstico médico, la bioingeniería e incluso la protección de reliquias culturales.
Se puede ver que el importante papel de la tecnología de sensores en el desarrollo de la economía y la promoción del progreso social es muy obvio. Las cifras estadísticas muestran que los ingresos anuales del mercado mundial de sensores inteligentes aumentarán a un ritmo del 10% anual.
Actualmente, el número de dispositivos sensores instalados con procesadores en todo el mundo es de 65 millones, y este número alcanzará los 2,8 billones en 2019.
Puntos clave de selección de sensores
El conocimiento de los sensores también es una disciplina eléctrica relativamente amplia que requiere mucha experiencia para dominarla de manera competente. Explicaremos más sobre esto en el futuro, pero hoy hablaremos principalmente de selección.
1. Determine el tipo según el objeto medido y las condiciones de salida.
Para llevar a cabo una tarea de medición específica, primero debe considerar qué tipo de principio de sensor utilizar. Esto requiere un análisis cuidadoso de varios factores para tomar una determinación.
Por ejemplo, tomando como ejemplo un medidor de flujo, hay un medidor de flujo electromagnético, un medidor de flujo de vórtice y un medidor de flujo ultrasónico, que dependen del objetivo específico al seleccionar un medidor de flujo.
Además, también es necesario consultar qué tipo de modo de salida se debe utilizar, como una señal de corriente de 2 o 4 cables, una señal de voltaje de 0-20 mA, 4-20 mA, 0-10 V o algún otro. protocolo de comunicación.
2. Selección basada en la sensibilidad
Generalmente, dentro del rango lineal del sensor, es deseable tener una mayor sensibilidad del sensor. Esto se debe a que sólo cuando la sensibilidad es lo suficientemente alta, el valor de la señal de salida correspondiente al cambio medido es relativamente grande.
Además, esta sensibilidad es ventajosa para el procesamiento de señales. Sin embargo, es importante tener en cuenta que cuando la sensibilidad del sensor es alta, el sistema de amplificación puede amplificar las señales de interferencia externas no relacionadas con el objeto medido y afectar la precisión de la medición.
Por lo tanto, el propio sensor debe tener una relación señal/ruido más alta y las señales de interferencia introducidas desde el exterior deben reducirse tanto como sea posible.
La sensibilidad del sensor es direccional. Cuando el objeto medido es un único vector y requiere alta direccionalidad, se debe seleccionar otro sensor con menor sensibilidad en otras direcciones. Si el objeto medido es un vector multidimensional, la sensibilidad cruzada del sensor debe ser lo más baja posible.
3. Determinar las características de respuesta de frecuencia.
Las características de respuesta de frecuencia de los sensores determinan el rango de frecuencia del objeto medido, que debe mantenerse sin distorsiones dentro del rango de frecuencia permitido.
En la práctica, siempre hay un cierto retraso en la respuesta del sensor, y es preferible que el tiempo de retraso sea lo más corto posible. Cuanto mayor sea la respuesta de frecuencia del sensor, mayor será el rango de frecuencia de la señal que se puede medir.
En la medición dinámica, las características de respuesta deben basarse en las características de la señal (estado estacionario, transitorio, aleatorio, etc.) para evitar errores significativos.
4. Según la estabilidad del sensor
Después de utilizar el sensor durante un cierto período de tiempo, la capacidad del sensor para mantener su rendimiento se denomina estabilidad. Los factores que afectan la estabilidad a largo plazo del sensor no solo están relacionados con la estructura del sensor, sino también principalmente con el entorno de uso del sensor.
Por lo tanto, para garantizar que el sensor tenga una buena estabilidad, el sensor debe tener una gran adaptabilidad ambiental.
Antes de seleccionar un sensor, se debe investigar el entorno de uso y seleccionar los sensores apropiados en función del entorno de uso específico o se deben tomar las medidas adecuadas para reducir el impacto del medio ambiente.
5. El alcance y la precisión del sensor son el par más difícil de coordinar
La precisión es un indicador importante del rendimiento de los sensores y es un vínculo importante relacionado con la precisión de la medición de todo el sistema de medición. Sin embargo, la precisión del sensor está limitada por su alcance.
Generalmente, cuanto mayor es el alcance, menor es la precisión, pero es muy probable que los sensores de alta precisión tengan un alcance insuficiente. Esto encarece mucho los sensores de largo alcance y alta precisión.
Por lo tanto, es necesario realizar ajustes al seleccionar sensores de acuerdo con estas consideraciones.
A la hora de seleccionar un sensor de muestreo, es necesario asegurarse de que el dispositivo cumpla con las condiciones básicas de funcionamiento de la aplicación (puede consultar la ficha técnica proporcionada por el fabricante).
Las 6 condiciones operativas más importantes incluyen:
- Rango de temperatura;
- Especificación;
- Nivel de protección;
- Rango de voltaje;
- Salida discreta o analógica;
- Cambios de parámetros, es decir, "si los parámetros cambiables son beneficiosos".
Al considerar el uso de sensores con IO-Link, también hay otras 6 cosas a considerar:
- Velocidad de respuesta;
- Rango de detección;
- Precisión de repetición;
- Conexión eléctrica;
- Tipo de instalación;
- Pantalla visual: si es necesario una pantalla visible en el sensor para la aplicación.
En la producción industrial moderna, especialmente en los procesos de producción automatizados, se utilizan varios sensores para monitorear y controlar diversos parámetros del proceso de producción, de modo que el equipo funcione en un estado normal o ideal y los productos alcancen la mejor calidad.
Por lo tanto, se puede decir que sin muchos sensores excelentes, la producción moderna perderá sus cimientos. A continuación, proporcionaremos una introducción detallada a varios de los tipos de sensores más comunes en la fabricación, junto con algunas técnicas de aplicación y conocimientos.
Los tipos más comunes de sensores.
1. Sensores de proximidad
Los sensores de proximidad detectan la presencia de objetos cercanos sin contacto físico. Son dispositivos de salida discretos.
Normalmente, los sensores de proximidad magnéticos detectan si un actuador ha alcanzado una posición específica detectando un imán ubicado en el actuador.
Generalmente no es una buena idea comprar un actuador de una empresa y un sensor de proximidad magnético de otra. Si bien el fabricante del sensor puede afirmar que el sensor es compatible con los actuadores X, Y y Z, la realidad es que los cambios en los imanes o la posición de montaje pueden causar problemas de detección.
Por ejemplo, el sensor puede energizarse o no cuando el imán no está en la posición correcta. Si el fabricante del actuador ofrece sensores de proximidad compatibles con el actuador, estos deberían ser los sensores preferidos.
Los sensores de proximidad basados en transistores no tienen piezas móviles y tienen una larga vida útil. Los sensores de proximidad accionados por resorte utilizan contactos mecánicos, tienen una vida útil más corta, pero son más baratos que los de transistores. Los sensores accionados por resorte son los más adecuados para aplicaciones que requieren alimentación de CA y aquellas que operan en entornos de alta temperatura.
2. Sensores de posición
Los sensores de posición tienen salida analógica y muestran la posición del actuador basándose en el indicador de posición del imán montado en él. Desde una perspectiva de control, los sensores de posición ofrecen mucha flexibilidad. Los ingenieros de control pueden establecer una serie de valores de punto de ajuste correspondientes a los cambios de componentes.
Dado que estos sensores de posición se basan en imanes (como los sensores de proximidad), es mejor comprar sensores y actuadores del mismo fabricante (si es posible). Con la funcionalidad IO-Link, se pueden obtener datos de sensores de posición, que también pueden simplificar el control y permitir la parametrización.
3. Sensores inductivos
Los sensores de proximidad inductivos utilizan la Ley de Inducción de Faraday para medir la presencia o posición de un objeto. El factor más crítico al seleccionar un sensor inductivo es determinar el tipo de metal que detectará el sensor, determinando así el rango de detección.
En comparación con los metales negros, el rango de detección de los metales coloreados se reduce en más de un 50%. El manual del producto del fabricante debe proporcionar información sobre cómo seleccionar la muestra requerida.
4. Sensores de presión y vacío.
Asegúrese de que los sensores de presión o vacío puedan medir el rango de presión tanto en medidas imperiales (libras por pulgada cuadrada) como métricas (bares). Especifique la forma y el tamaño más adecuados para el espacio asignado.
Al instalar el equipo, considere si el sensor debe configurarse con luces indicadoras o una pantalla para facilitar el uso del operador. Si se requieren cambios rápidos en los valores establecidos, se pueden considerar sensores de presión y vacío con configuración IO-Link.
5. Sensores de flujo
Al igual que los sensores de presión y vacío, los sensores de flujo se pueden seleccionar según el rango de flujo, el tamaño y los valores establecidos variables. Las opciones de visualización se pueden especificar al solicitar sensores.
Se pueden seleccionar sensores de flujo con caudales relativamente bajos para un área específica del equipo o para todo el equipo.
6. Sensores ópticos
Los tipos más comunes de sensores ópticos son los de dispersión fotoeléctrica, reflexión y haz directo. Los sensores láser y los dispositivos sensores de fibra óptica también entran en la categoría de sensores ópticos.
Las fotocélulas son principalmente sensores de presencia que detectan objetos reflejando o interrumpiendo un haz de luz. Debido a su bajo costo, versatilidad y alta confiabilidad, estos sensores se encuentran entre los más utilizados en la industria manufacturera.
Los sensores fotoeléctricos difusos no requieren reflectores. Son sensores económicos que se utilizan para detectar la presencia de objetos cercanos.
Los sensores fotoeléctricos de haz directo pueden proporcionar el mayor rango de detección. Estos sensores tienen unidades de transmisión y recepción separadas instaladas en dos puntos. Los sensores de seguridad para puertas de garaje son sensores de haz. La interrupción del haz indica la presencia de un objetivo.
Las fotocélulas de ranura son una variante interesante de haz directo; combinan un transmisor y un receptor en una unidad compacta. Los sensores de tipo ranura se utilizan para detectar la presencia y ausencia de piezas pequeñas.
Las fotocélulas reflectantes constan de un sensor y un reflector y se utilizan para la detección de presencia a media distancia. En términos de precisión y costo, estos sensores se encuentran entre sensores de haz difuso y directo.
Los dispositivos sensores de fibra óptica se utilizan para detectar presencia y distancia. Los parámetros de estos sensores multifuncionales se pueden ajustar para detectar varios colores, fondos y rangos de distancia.
Los sensores láser se pueden utilizar para la detección de presencia de largo alcance y son los más precisos para aplicaciones de medición de corto alcance.
Los sensores de visión se pueden utilizar para escanear códigos de barras, contar, verificar formatos y más. Los sensores de visión son una aplicación visual rentable y eficiente que se puede utilizar en situaciones donde los sistemas de cámaras son costosos y complejos.
Los sensores de visión se utilizan para leer códigos de barras, rastrear componentes individuales y realizar pasos de proceso personalizados para el componente. Los sensores pueden verificar la funcionalidad del número de piezas presentes en el componente. Los sensores de visión pueden determinar si se ha logrado una curva específica u otra forma.
Debido a que estos sensores trabajan con luz, es fundamental probarlos en condiciones lo más cercanas posible al entorno operativo, teniendo en cuenta la luz ambiental y la reflectividad del fondo.
En la mayoría de las aplicaciones, se recomienda colocar sensores de visión dentro de una caja para aislarlos de fuentes de luz externas. Es una buena idea buscar ayuda del fabricante del sensor de visión al probar el sensor. Además, recuerde asegurarse de seleccionar el bus de campo adecuado.
Los convertidores de señal convierten la señal de salida analógica de un sensor en una señal binaria en el convertidor o la convierten en datos de proceso IO-Link.
7. Otros sensores
(1) Interruptor magnético:
Es un nombre especializado para sensores utilizados en cilindros, utilizados principalmente para detectar la posición de los pistones de los cilindros. Normalmente lo proporciona el proveedor del cilindro según el uso del cliente. Como sugiere el nombre, la llave magnética detecta el objeto objetivo mediante inducción electromagnética, por lo que su precisión de detección es relativamente baja.
(2) Interruptor de proximidad:
El interruptor de proximidad también está diseñado y fabricado según el principio de inducción electromagnética, por lo que solo puede medir objetos metálicos y existe una ligera diferencia en la distancia de detección para diferentes metales.
En la actualidad, las distancias de detección comúnmente utilizadas para interruptores de proximidad son las siguientes: 1 mm, 2 mm, 4 mm, 8 mm, 12 mm, etc. Generalmente existen dos tipos de interruptores de proximidad: integrados y no integrados.
El llamado tipo integrado se refiere al hecho de que el cabezal de detección del interruptor de proximidad no detecta el objetivo metálico en su dirección circunferencial, solo detecta el objetivo metálico frente a él, y el cabezal de detección del sensor se puede instalar sin exponer el montaje metálico. soportes.
El llamado tipo no integrado significa que el cabezal sensor del interruptor de proximidad detectará tanto el objetivo metálico frente a él como el objetivo metálico en su dirección circunferencial al mismo tiempo, y el cabezal sensor del sensor debe exponer el soporte de montaje de metal a una cierta distancia, y no debe haber objetivos metálicos dentro de un cierto rango en la dirección circunferencial para evitar juicios incorrectos.
La precisión de detección de los interruptores de proximidad es mayor que la de los interruptores magnéticos. Los interruptores de proximidad se utilizan generalmente en situaciones donde los requisitos de precisión de posición para evaluar la presencia o ausencia de productos y el posicionamiento de accesorios son relativamente bajos.
(3) Interruptor fotoeléctrico:
El método de detección fotoeléctrica tiene las ventajas de alta precisión, respuesta rápida y sin contacto, y puede medir varios parámetros. La estructura del sensor es simple y flexible, por lo que los sensores fotoeléctricos se utilizan ampliamente en detección y control.
Existen aproximadamente tres tipos de interruptores fotoeléctricos que solemos mencionar: uno es un sensor fotoeléctrico reflectante, otro es un sensor fotoeléctrico de haz directo y el otro es un sensor fotoeléctrico que utiliza una placa reflectante para reflejar la luz.
Los dos últimos se detectan mediante el sombreado debido al objeto objetivo, mientras que el primero se logra reflejando la luz a través del objeto objetivo.
Por lo tanto, los dos últimos generalmente tienen distancias de detección más largas y mayor precisión. Debido a la precisión de detección relativamente alta de los sensores fotoeléctricos, generalmente se utilizan para detectar la posición precisa de productos o piezas de trabajo, así como dispositivos de retroalimentación para sistemas paso a paso y servo.
(4) Sensor de fibra óptica:
El sensor de fibra óptica también es un tipo de elemento sensor que utiliza conversión de señal fotoeléctrica. En comparación con los interruptores fotoeléctricos, generalmente puede detectar objetos más pequeños, tiene una distancia de detección más larga y una mayor precisión.
Por lo tanto, los sensores de fibra óptica se utilizan generalmente en aplicaciones de detección más precisas y dispositivos de retroalimentación de posicionamiento para sistemas paso a paso y servo.
(5) Cuadrícula:
La red también es un sensor que utiliza señales fotoeléctricas. El área de detección de la rejilla es grande, por lo que también se le llama sensor de área. El principal área de aplicación de la red son las funciones de enclavamiento y seguridad entre equipos, principalmente para la protección de personas.
(6) Termopar:
Los termopares se utilizan principalmente para detectar la temperatura ambiente a su alrededor.
(7) Detector láser:
La función principal del detector láser es medir con precisión las dimensiones externas del objeto objetivo.
(8) Cámara industrial:
La cámara industrial también se conoce comúnmente como CCD (dispositivo de carga acoplada) en ingeniería y se utiliza principalmente para detectar la forma externa y la posición del objeto objetivo. Con la mejora de la tecnología CCD actual, las cámaras industriales de alta resolución ahora se pueden aplicar en campos de medición precisos.
(9) Codificador:
Según los principios de funcionamiento, los codificadores se pueden dividir en tipos incrementales y absolutos. Los codificadores incrementales convierten el desplazamiento en señales eléctricas periódicas y luego convierten esa señal eléctrica en pulsos de conteo, donde el número de pulsos representa el tamaño del desplazamiento.
El codificador absoluto corresponde a un código digital específico para cada posición, por lo que su indicación sólo está relacionada con las posiciones inicial y final de la medición, y no está relacionada con el proceso de medición intermedia.
Los codificadores se utilizan generalmente en sistemas de control de circuito cerrado o semicerrado con motores paso a paso o servomotores.
(10) Microinterruptor:
El microinterruptor es un sensor de tipo contacto, utilizado principalmente para conectar equipos o detectar el estado de puertas de seguridad y protección de equipos.
