SENSORES
Antes de adentrarnos al tema de los PLC, quiero dedicar este espacio a los sensores, rubro con demasiada importancia y que debemos de conocer al momento de implementar un sistema automático con PLC o Instrumentación Virtual.
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.
Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.
Áreas de aplicación de los sensores : Industria automotriz, robótica, industria aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc.
Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc.
Básicamente los sensores son para una máquina lo que los sentidos son para el ser humano, le permiten conocer las condiciones del proceso y reaccionar en base a las mismas
Características de un sensor
- Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.
- Precisión: es el error de medida máximo esperado.
- Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset. (down)
- Linealidad o correlación lineal.
- Sensibilidad de un sensor: suponiendo que es de entrada a salida y la variación de la magnitud de entrada.
- Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede detectarse a la salida.
- Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.
- Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.
- Histéresis: La diferencia entre el punto de activación u operación y el punto de liberación o desactivación. Expresado como un porcentaje de la distancia de sensado. Ayuda al sensor a evitar el rebote cuando esta sujeto a variación de factores ambientales Puede ser ajustable.
- Frecuencia de conmutación: El número de conmutaciones u operaciones por segundo llevadas a cabo bajo circunstancias ideales
- Tiempo de respuesta: El tiempo que existe desde que cuando el objeto es sensado hasta cuando la salida ha cambiado de estado Es un factor importante en aplicaciones de alta velocidad, Es afectado por la electrónica del sensor y el tipo de salida, Termino generalmente usado en Ultrasonido y Fotoeléctricos.
- Distancia de sensado: –Distancia nominal de sensado Es la distancia de operación para el cual el sensor fue diseñado usando criterios estándares bajo condiciones optimas –Distancia de sensado efectiva o actual Es la distancia de sensado que se obtiene en aplicaciones del mundo real El valor de la distancia se ve afectado por condiciones ambientales o eléctricas .
Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa (e.g. un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y un visualizador) de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano.
Por lo general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su lectura directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo unpuente de Wheatstone, amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la señal a los niveles apropiados para el resto de los circuitos.
Resolución y precisión
La resolución de un sensor es el menor cambio en la magnitud de entrada que se aprecia en la magnitud de salida. Sin embargo, la precisión es el máximo error esperado en la medida.
La resolución puede ser de menor valor que la precisión. Por ejemplo, si al medir una distancia la resolución es de 0,01 mm, pero la precisión es de 1 mm, entonces pueden apreciarse variaciones en la distancia medida de 0,01 mm, pero no puede asegurarse que haya un error de medición menor a 1 mm. En la mayoría de los casos este exceso de resolución conlleva a un exceso innecesario en el coste del sistema. No obstante, en estos sistemas, si el error en la medida sigue una distribución normal o similar, lo cual es frecuente en errores accidentales, es decir, no sistemáticos, la repetitividad podría ser de un valor inferior a la precisión.
Sin embargo, la precisión no puede ser de un valor inferior a la resolución, pues no puede asegurarse que el error en la medida sea menor a la mínima variación en la magnitud de entrada que puede observarse en la magnitud de salida.
En general los sensores los podemos clasificar en digitales y análogos por el tipo de salida que producen.
los sensores digitales operan en el sentido de ¿está presente, o no? donde el objetivo esta en una posición, fija o móvil, pero siempre a la misma distancia y trayectoria de sensado. Los análogos operan en el sentido ¿Dónde se encuentra? trabajando con una retroalimentación proporcional al objetivo sensado, como un control de nivel o posición.
Tipos de sensores
En la siguiente tabla se indican algunos tipos y ejemplos de sensores electrónicos.
| Magnitud | Transductor | Característica |
|---|---|---|
| Posición lineal y angular | Potenciómetro | Analógica |
| Encoder | Digital | |
| Sensor Hall | Digital | |
| Desplazamiento y deformación | Transformador diferencial de variación lineal | Analógica |
| Galga extensiométrica | Analógica | |
| Magnetoestrictivos | A/D | |
| Magnetorresistivos | Analógica | |
| LVDT | Analógica | |
| Velocidad lineal y angular | Dinamo tacométrica | Analógica |
| Encoder | Digital | |
| Detector inductivo | Digital | |
| Servo-inclinómetros | A/D | |
| RVDT | Analógica | |
| Giróscopo | ||
| Aceleración | Acelerómetro | Analógico |
| Servo-accelerómetros | ||
| Fuerza y par (deformación) | Galga extensiométrica | Analógico |
| Triaxiales | A/D | |
| Presión | Membranas | Analógica |
| Piezoeléctricos | Analógica | |
| Manómetros Digitales | Digital | |
| Caudal | Turbina | Analógica |
| Magnético | Analógica | |
| Temperatura | Termopar | Analógica |
| RTD | Analógica | |
| Termistor NTC | Analógica | |
| Termistor PTC | Analógica | |
| [Bimetal - Termostato | I/0 | |
| Sensores de presencia | Inductivos | I/0 |
| Capacitivos | I/0 | |
| Ópticos | I/0 y Analógica | |
| Sensores táctiles | Matriz de contactos | I/0 |
| Piel artificial | Analógica | |
| Visión artificial | Cámaras de video | Procesamiento digital |
| Cámaras CCD o CMOS | Procesamiento digital | |
| Sensor de proximidad | Sensor final de carrera | |
| Sensor capacitivo | Analógica | |
| Sensor inductivo | Analógica | |
| Sensor fotoeléctrico | Analógica | |
| Sensor acústico (presión sonora) | micrófono | Analógica |
| Sensores de acidez | ISFET | |
| Sensor de luz | fotodiodo | Analógica |
| Fotorresistencia | Analógica | |
| Fototransistor | Analógica | |
| Célula fotoeléctrica | Analógica | |
| Sensores captura de movimiento | Sensores inerciales |
Algunas magnitudes pueden calcularse mediante la medición y cálculo de otras, por ejemplo, la velocidad de un móvil puede calcularse a partir de la integración numérica de su aceleración. La masa de un objeto puede conocerse mediante la fuerza gravitatoria que se ejerce sobre él en comparación con la fuerza gravitatoria ejercida sobre un objeto de masa conocida (patrón).
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