Sensor Inductivo (Detector de Metales): Conexión NPN/PNP

Alfonso

hace 1 año · Actualizado hace 7 días

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El sensor inductivo es el estándar industrial para detectar piezas metálicas sin contacto. Mediante un campo electromagnético, es capaz de 'ver' acero, aluminio o cobre a corta distancia, siendo inmune al polvo, aceite o agua (a diferencia de los ópticos).

Ilustración de un sensor inductivo detectando un tornillo metálico. Incluye esquema de conexión de 3 hilos: Marrón (Fase), Azul (Neutro) y Negro (Señal), y un icono indicando que detecta "Solo Metal"
El especialista en metales: a diferencia de otros sensores, el inductivo ignora materiales como plástico, madera o suciedad, activándose únicamente ante la presencia de piezas metálicas

A diferencia de los sensores inductivos con salida analógica, que proporcionan una señal continua proporcional a la distancia del objeto, los sensores inductivos digitales con salida binaria o TODO/NADA, ofrecen una señal de salida discreta: ON (1, activado, objeto presente) o OFF (0, desactivado, objeto ausente).

Esta característica los hace ideales para aplicaciones de detección simple de presencia/ausencia, posicionamiento y conteo.

La mayoría de los sensores inductivos tienen una salida TODO/NADA, siendo dispositivos clave en la automatización y el control industrial. Su capacidad para detectar objetos metálicos con precisión, junto con su robustez, los convierten en una opción ideal para aplicaciones exigentes.

Al elegir un sensor inductivo, se deben considerar factores como la distancia de detección, el tipo de salida y las condiciones ambientales para garantizar un rendimiento óptimo.

Imagen de un sensor inductivo

El símbolo del sensor inductivo es el siguiente:

Símbolo de los sensores inductivos
Contenidos
  1. Funcionamiento del Sensor Inductivo
  2. Distancia de Detección del Sensor Inductivo
  3. Conexión de 3 Hilos: NPN vs PNP
  4. Conexión de 2 Hilos (Serie)
  5. Características de los Sensores Inductivos
  6. Montaje: Enrasado (Flush) vs No Enrasado
  7. Aplicaciones de los Sensores Inductivos
  8. Diferencia entre Sensor Inductivo y Capacitivo
  9. Preguntas Frecuentes del Sensor Inductivo

Funcionamiento del Sensor Inductivo

El principio fundamental detrás de los sensores inductivos es la inducción electromagnética. El sensor contiene una bobina que genera un campo magnético alterno de alta frecuencia, entre 100 kHz y 1 MHz, mediante un oscilador.

Cuando un objeto metálico se acerca al campo magnético, se inducen corrientes parásitas (corrientes de Foucault) en el objeto. Estas corrientes generan a su vez un campo magnético opuesto que debilita el campo original de la bobina. Esta variación en el campo magnético es detectada por el sensor.

El circuito oscilador monitorea la amplitud de la oscilación. Cuando un objeto metálico se acerca lo suficiente, la amplitud de la oscilación disminuye por debajo de un umbral preestablecido. En este punto, el circuito de salida del sensor conmuta, cambiando su estado de OFF a ON.

Distancia de Detección del Sensor Inductivo

La distancia de detección de los detectores inductivos no es fija, sino que depende de varios factores:

● Tamaño del sensor (diámetro de la bobina): a mayor diámetro de la bobina del sensor, mayor es el campo magnético generado y, por lo tanto, mayor es la distancia de detección.

También influyen otros factores como el número de espiras (cantidad de vueltas de conductor en la bobina), el material del núcleo (permeabilidad magnética y, por lo tanto, la intensidad del campo) y la corriente (proporcional al campo magnético).

● Tipo de material: depende de las propiedades magnéticas del material. Los materiales ferrosos, como el acero o el hierro, permiten detecciones que pueden superar los 50 mm. El acero inoxidable, aunque contiene hierro, ofrece una distancia de detección inferior a los 10 mm.

Los materiales no ferrosos, como el aluminio, cobre o latón son detectables, pero a distancias menores que los ferrosos, siendo inferiores a los 10 mm.

● Forma del material: la forma del objeto juega un papel muy importante en la detección. Los objetos con formas irregulares, como aquellos con bordes curvos, ángulos pronunciados o superficies no uniformes, pueden dispersar el campo magnético del sensor, reduciendo la distancia de detección efectiva.

El tamaño influye, por lo que un objeto más grande interactuará mejor con el campo magnético del sensor. Un objeto pequeño puede no ser detectado en absoluto o solo a muy corta distancia.

La orientación del objeto con respecto al sensor también influye. La detección es óptima cuando la superficie del objeto es paralela a la cara del sensor.

● Condiciones ambientales: la presencia de interferencias electromagnéticas, la temperatura o la humedad, también pueden afectar el rendimiento del sensor. Por ejemplo, las temperaturas extremas pueden alterar las propiedades magnéticas del objeto o del sensor.

Conexión de 3 Hilos: NPN vs PNP

Dependiendo de la aplicación y del diseño del sensor, las salidas pueden ser de diferentes tipos, siendo las más frecuentes las salidas a transistor NPN o PNP a 3 hilos. En algunas ocasiones, se pueden encontrar con salidas a 2 hilos, donde la carga se conecta en serie con el sensor y la fuente de alimentación.

El sensor inductivo con salida electrónica a transistor NPN o PNP a 3 hilos, está siempre alimentado en corriente continua CC.

Los colores de los cables de alimentación del sensor son el marrón y el azul. La salida del sensor la proporciona el cable negro:

– Marrón: a positivo (+)

– Azul: a negativo (-)

– Negro: salida del sensor

A continuación, se observa la conexión eléctrica de los sensores inductivos con salida a transistor NPN o PNP a 3 hilos:

Imagen del sensor inductivo con salida NPN a 3 hilos
Imagen del sensor inductivo con salida PNP a 3 hilos

No obstante, también se pueden encontrar sensores inductivos con salida a relé incorporado (relé electromagnético) o con salida de estado sólido (a SCR, TRIAC o MOSFET).

Conexión de 2 Hilos (Serie)

La conexión de 2 hilos en un sensor inductivo es la más sencilla de realizar, ya que el dispositivo se comporta de manera similar a un interruptor mecánico convencional colocado en serie con la carga.

A diferencia de los sensores de 3 hilos, que requieren cables de alimentación dedicados, el sensor de 2 hilos se alimenta a través de la propia carga que está controlando.

¿Cómo se realiza la conexión? En este esquema, el sensor se intercala en el circuito. Generalmente, los cables siguen este orden:

  1. Cable azul: se conecta al polo negativo (-) o común de la fuente de alimentación.
  2. Cable marrón: se conecta a uno de los bornes de la carga (ya sea una entrada de PLC, la bobina de un relé o una lámpara).
  3. Retorno: el otro borne de la carga se conecta al polo positivo (+) de la fuente para cerrar el circuito.

Al usar este tipo de conexión, hay 2 factores eléctricos importantes. Primero, la corriente de fuga, que es una mínima corriente que fluye incluso apagado y puede activar erróneamente cargas sensibles. Segundo, la caída de tensión, donde al estar encendido el sensor consume parte del voltaje (3-5V), debiendo comprobar que el resto es suficiente para activar la carga.

La conexión de 2 hilos destaca por su simplicidad y fácil reemplazo de sensores antiguos. Sin embargo, presenta el inconveniente de no ser universalmente compatible, ya que muchas cargas no toleran su corriente de fuga.

Imagen del sensor inductivo con salida a 2 hilos

¿Es posible alimentarlo con Corriente Alterna (AC)? Sí, pero solo si el sensor es un modelo específico para AC o AC/DC. No se puede conectar un sensor inductivo estándar de corriente continua (DC 10-30V) a una red de corriente alterna (110V/230V), ya que se quemaría instantáneamente. Sin embargo, existen versiones diseñadas para esto.

Características de los Sensores Inductivos

Las principales características técnicas y operativas del sensor inductivo son las siguientes:

● Cuerpo del sensor: generalmente cilíndrico, aunque también existen versiones rectangulares o cuadradas. El cuerpo está fabricado en metal o de plástico resistente. Muchos sensores tienen un cuerpo roscado para facilitar su montaje y ajuste en máquinas o equipos. Existen versiones lisas para montaje con abrazaderas.

● Cara sensora: es la parte frontal donde se genera el campo magnético y se produce la detección sin contacto. Suele ser plana y hecha de un material resistente.

● Conexión eléctrica: los tipos de conexión más comunes son mediante cable integrado o mediante conector M8 o M12.

● Indicador LED: la mayoría de los sensores tienen un LED que indica el estado de la salida. El LED se enciende cuando el sensor detecta un objeto.

● Distancia de detección: depende del tamaño del objeto metálico y del diseño del sensor. Generalmente entre 1 mm y 60 mm.

● Alta frecuencia de conmutación: permite la detección de objetos que se mueven rápidamente, hasta varios kHz.

● Compatibilidad con materiales metálicos: detectan principalmente materiales conductores como hierro, acero, aluminio y cobre. La sensibilidad varía según el tipo de metal (los ferromagnéticos son más fácilmente detectables).

● Histéresis: evita conmutaciones falsas debido a pequeñas vibraciones o fluctuaciones en la distancia del objeto.

● Tensión de alimentación: la mayoría se alimentan con corriente continua, siendo los voltajes típicos de 10-30 V de CC. Algunos modelos se alimentan con corriente alterna de 24-240 V CA, encargándose la electrónica interna de convertir el voltaje a CC.

● Corriente de salida: máxima corriente que puede suministrar la salida del sensor.

● Grado de protección IP: el grado de protección IP, según la norma IEC 60529, indica la protección del sensor contra la entrada de polvo y agua.

Montaje: Enrasado (Flush) vs No Enrasado

El tipo de montaje de un sensor inductivo determina cómo debe instalarse físicamente en una estructura metálica para evitar falsas detecciones y qué tan lejos puede detectar un objeto.

Montaje de sensores enrasados (Flush) y no enrasados

● Montaje Enrasado (Flush / Blindado): en estos sensores, el campo electromagnético está dirigido exclusivamente hacia adelante gracias a un blindaje metálico que rodea la cara activa.

  • Instalación: se pueden montar nivelados o "ahogados" directamente en una superficie de metal sin que el soporte interfiera con la detección.
  • Ventaja: mayor protección mecánica, ya que la cara del sensor no sobresale y es difícil que sea golpeada por piezas en movimiento.
  • Desventaja: tienen una distancia de detección más corta en comparación con los no enrasados del mismo tamaño.

● Montaje No Enrasado (Non-flush / No blindado): estos sensores no tienen blindaje lateral en la punta, por lo que el campo magnético se expande tanto hacia adelante como hacia los lados.

  • Instalación: la cara activa debe sobresalir de la superficie metálica de montaje. Es necesario dejar una "zona libre" (sin metal) alrededor de la cabeza del sensor para que no se detecte a sí mismo o al soporte.
  • Ventaja: ofrecen una distancia de detección mucho mayor (a veces el doble que un modelo enrasado), lo que permite detectar objetos desde más lejos.
  • Desventaja: el cabezal está más expuesto a daños por impactos y requiere más espacio libre en el diseño de la máquina.

Aplicaciones de los Sensores Inductivos

A continuación, se detallan algunas de las aplicaciones más comunes de los sensores inductivos:

– En la industria manufacturera y automatización: detectan la posición de piezas en maquinaria, líneas de ensamblaje y robots, cuentan piezas para control de producción e inventario, miden la velocidad de rotación y lineal, verifican la presencia/ausencia de objetos metálicos para control de procesos y detección de errores (ej., tapas en botellas), controlan la calidad detectando deformaciones o faltas de componentes, etc.

– En la industria automotriz: detectan la posición de componentes del motor (cigüeñal, árbol de levas, válvulas), controlan la dirección (ángulo de giro) y suspensión (altura), detectan la velocidad de las ruedas en sistemas ABS, guían robots en ensamblaje (soldadura, pintura), etc.

– En la industria de alimentos y bebidas: detectan tapas metálicas en envases, cuentan envases en líneas de producción, etc.

Diferencia entre Sensor Inductivo y Capacitivo

La principal diferencia radica en su principio físico de funcionamiento: mientras que el inductivo reacciona ante campos magnéticos, el capacitivo lo hace ante cambios en la carga eléctrica.

Comparativa entre sensor inductivo y capacitivo
Característica Sensor Inductivo Sensor Capacitivo
¿Qué detecta? Solo metales (hierro, acero, aluminio, etc.) Casi todo (metales, plástico, madera, líquidos, vidrio)
Principio físico Campo electromagnético (bobina) Campo electrostático (condensador)
Distancia de detección Generalmente corta (1 - 20 mm) Media (3 - 60 mm), ajustable
Influencia ambiental Muy robusto frente a suciedad no metálica Sensible a la humedad y el polvo (requiere ajuste)
Uso principal Conteo de piezas metálicas, fin de carrera Control de niveles, detección de materiales no metálicos

¿Cuál elegir el inductivo o el capacitivo?

  1. Si el objeto es metálico: El sensor inductivo es la mejor opción. Es más económico, más preciso para metales y no le afecta si le cae polvo, aceite o agua, ya que solo "busca" metal.
  2. Si el objeto no es metálico (o es líquido): El sensor capacitivo es obligatorio. Su capacidad para ser calibrado mediante el potenciómetro le permite, por ejemplo, ignorar una caja de cartón y detectar solo el producto que hay dentro.

Regla de oro: El sensor inductivo es para mecánica (engranajes, levas, ejes); el sensor capacitivo es para procesos y envases (niveles de grano, líquidos, presencia de objetos plásticos).

Preguntas Frecuentes del Sensor Inductivo

¿Qué es un sensor inductivo y para qué sirve?

Un sensor inductivo es un dispositivo electrónico que detecta objetos metálicos sin contacto físico, basándose en el principio de inducción electromagnética. Genera un campo magnético alterno mediante una bobina, y cuando un objeto metálico se acerca, induce corrientes parásitas que alteran el campo, activando la salida del sensor.

Los tipos de objetos que puede ser detectados por un sensor inductivo son principalmente metales, con distancias de detección variables según:
– Material: hierro y acero (mayor distancia, hasta 50 mm), aluminio o cobre (menor, <10 mm).
– Tamaño y forma: objetos grandes y planos se detectan mejor.
– Orientación y ambiente: temperatura e interferencias pueden afectar su rendimiento.

Los tipos de sensores de proximidad inductivos con salida a transistor, utilizados en automatización industria son:
● Sensor inductivo NPN: conmuta su salida a negativo (–) al detectar metal, conectando la carga entre +V y salida del sensor ("Negativo Para Negativo").
● Sensor inductivo PNP: conmuta a positivo (+) y se usa con carga entre salida del sensor y –GND ("Positivo Para Positivo").

Los PNP son más comunes en Europa (PLCs con lógica positiva), mientras los NPN predominan en Asia/EE.UU. 

¿Dónde se usa un sensor inductivo?

Los sensores inductivos se emplean en diversos sectores:

📌 Industria manufacturera y automatización
– Posicionamiento y conteo: detectan piezas en cintas transportadoras, líneas de ensamblaje y máquinas CNC.
– Control de calidad: verifican la presencia o ausencia de componentes metálicos (ej., tornillos o arandelas).
– Seguridad: monitorean la posición de protectores y puertas en maquinaria.

📌 Industria automotriz
– Motores y transmisiones: detectan la posición del cigüeñal, árbol de levas y velocidad de ruedas (sistemas ABS).
– Robótica: guían brazos robóticos en soldadura y pintura.

📌 Alimentación y envases
– Detección de tapas metálicas en botellas y latas.
– Conteo de envases en líneas de producción.

📌 Otras aplicaciones
– Sistemas hidráulicos y neumáticos: controlan la posición de cilindros.
– Maquinaria pesada: monitorizan desgaste en componentes metálicos.

Su resistencia a polvo, humedad y vibraciones (protección IP67/IP68) los hace ideales para entornos exigentes. Además, su rápida respuesta (hasta kHz) permite detectar objetos en movimiento rápido, optimizando procesos industriales.

¿Cuántos cables lleva un sensor inductivo?

Las configuraciones de cableado más comunes son:

● Sensores de 3 cables (la configuración más habitual): tienen alimentación independiente y salida conmutada. Esta configuración incluye tanto versiones NPN (salida a negativo) como PNP (salida a positivo). Los colores estándar son:
– Marrón (+V): Conexión al positivo de la alimentación (10-30V DC)
– Azul (-V/GND): Conexión al negativo o tierra
– Negro (Salida): Cable de señal que conmuta al detectar metal

● Sensores de 2 cables: más simples pero con limitaciones, ya que consumen parte del voltaje de la carga ("caída de tensión") y son menos precisos que los de 3 cables.
– Se conectan en serie con la carga
– Compatibles con AC y DC

● Sensores de 4 cables: son menos comunes, pero ofrecen mayor flexibilidad al proporcionar 2 salidas separadas. Los 4 cables suelen ser:
– Alimentación Positiva (+Vcc o marrón)
– Alimentación Negativa (GND o azul)
– Salida Normalmente Abierta (NO)
– Salida Normalmente Cerrada (NC)

● Sensores con conectores: algunos modelos industriales usan conectores estandarizados, como:
– M8 (3-4 pines) para sensores pequeños
– M12 (4-5 pines) para mayor robustez

¿Cómo se prueba un sensor inductivo?

Para saber si un sensor inductivo está dañado podemos seguir estos pasos:

👉 Inspección visual:
– Revisar cables rotos, quemados o conexiones flojas.
– Buscar golpes o grietas en la carcasa que puedan afectar componentes internos.
– Limpiar la cara sensora de suciedad o virutas metálicas que puedan interferir.

👉 Prueba básica con alimentación:
– Conectar el sensor a su voltaje correcto (a menudo 10-30V DC o 90-250V AC).
– Observar el LED indicador: debe encenderse al detectar un objeto metálico y apagarse al retirarlo.
– Si el LED no responde, queda fijo o parpadea, hay un posible fallo.

👉 Verificación de salida con multímetro o luz de prueba:
– Para sensores de 3 hilos (PNP/NPN):
● PNP: medir voltaje entre salida (negro) y GND. Debe mostrar un voltaje positivo (ej: 24V) al detectar metal.
● NPN: medir entre salida y +Vcc. Debe caer a ~0V al activarse.
– Para sensores de 2 hilos: conectar a una carga (ej. bobina de un relé) y comprobar si se activa correctamente.

Las señales de avería son:
✔ LED siempre apagado (falta de alimentación o circuito abierto).
✔ LED permanentemente encendido (cortocircuito interno).
✔ Salida no conmuta o tiene una distancia de detección reducida.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de un sensor inductivo?

● Ventajas principales:
✅ Robustez y durabilidad: gracias a su carcasa metálica o de plástico resistente, soportan entornos industriales adversos (polvo, humedad, vibraciones).
✅ Funcionamiento sin contacto: al no requerir contacto físico, no sufren desgaste mecánico y tienen mayor vida útil que los sensores mecánicos.
✅ Alta velocidad de respuesta: pueden operar a frecuencias de hasta varios kHz, ideales para aplicaciones de alta velocidad como conteo rápido.
✅ Precisión y repetibilidad: ofrecen detección precisa con histéresis controlada, evitando falsas activaciones.
✅ Inmunidad a interferencias: son poco sensibles a la presencia de polvo, aceites u otros contaminantes no metálicos.

● Desventajas a considerar:
❌ Detección exclusiva de metales: no detectan materiales no conductores como plástico, madera o vidrio.
❌ Distancia de detección limitada: varía según el metal (5-10mm para cobre o aluminio, hasta 50mm para acero).
❌ Sensibilidad a temperaturas extremas: algunos modelos pueden verse afectados por ambientes muy calientes (>70°C) o muy fríos (<-25°C).
❌ Interferencia entre sensores cercanos: requieren separación adecuada para evitar falsas lecturas cuando se instalan múltiples unidades.
❌ Coste superior: más caros que sensores ópticos o mecánicos básicos, aunque justificado por su fiabilidad.

¿Cuál es el alcance de un sensor inductivo?

Los sensores inductivos típicamente ofrecen un alcance que oscila entre fracciones de milímetro hasta 40-60 mm, con modelos especiales alcanzando 70-80 mm. 

Varios factores influyen en la distancia de detección real de un sensor inductivo:

● Tipo de material del objeto a detectar:
– Máximo rendimiento con metales ferromagnéticos (hierro o acero)
– 25-45% menos alcance con metales no ferrosos (aluminio, cobre o latón)

● Tamaño y forma del objeto:
– La distancia de detección se especifica para un "objeto estándar" (típicamente una placa cuadrada de acero de un tamaño específico)
– Si el objeto real es más pequeño o tiene una forma irregular, la distancia de detección se reducirá

● Factores ambientales:
– Variaciones por temperatura y voltaje de alimentación
– Posible afectación por campos electromagnéticos intensos

Estos sensores son ideales para aplicaciones de proximidad cercana, entornos industriales exigentes y detección precisa de posición. Su limitado alcance se compensa con su alta precisión en distancias cortas, robustez ante condiciones adversas y respuesta rápida (hasta kHz).

¿Cómo saber si un sensor es inductivo o capacitivo?

Las formas para identificarlos son:

📌 Por el tipo de material que detectan
– Inductivo: solo detectan metales (hierro, acero, aluminio, cobre, etc.).
– Capacitivo: detectan cualquier material (metales, plásticos, líquidos, vidrio, madera, etc.).
– Prueba con plástico o líquido: si los detecta, es capacitivo.

📌 Por su funcionamiento
– Inductivo: usan un campo electromagnético generado por una bobina. Cuando un metal entra en el campo, induce corrientes parásitas que activan el sensor.
– Capacitivo: generan un campo electrostático. Cualquier material (incluso no conductor) altera la capacitancia del campo, activando la salida.
 
📌 Por su diseño y aplicación
– Inductivo: carcasa metálica o de plástico robusto. Usados en ambientes industriales (detección de piezas metálicas, conteo, posicionamiento).
– Capacitivo: a menudo tienen una cara sensora de plástico o cerámica. Usados para detectar líquidos, granos, plásticos o materiales no metálicos.

📌 Por la etiqueta o especificaciones
Los fabricantes suelen indicar el tipo en la placa del sensor:
– Inductivo: "Inductive" o "Proximity Sensor (Metal Only)".
– Capacitivo: "Capacitive" o "Universal Detection".

¿Qué tipo de señal da un sensor inductivo?

Los sensores inductivos generan principalmente señales digitales/discretas (ON/OFF), aunque existen variantes con salida analógica. Estas son sus características principales:

1º) Señal digital (Todo/Nada): es más común. Proporciona una conmutación limpia (sin escalones) entre 2 estados:
– ON (1/24V): cuando detecta metal
– OFF (0V): cuando no hay detección

Los tipos de salida digital son:
● NPN: conmuta a negativo (0V) al detectar
● PNP: conmuta a positivo (+V) al detectar
● Contactos NA/NC: salida a relé con contacto normalmente abierto o normalmente cerrado
● SCR/TRIAC: control de motores de CA o iluminación industrial.
● MOSFET: automatización de alta velocidad (ej.: robótica)

2º) Señal analógica: es menos frecuente. Proporciona una señal continua y proporcional a la distancia del objeto metálico. Permite medir distancias exactas, no solo presencia/ausencia. Los rangos típicos son:
– 0-10V
– 4-20mA

Estas señales son compatibles con la mayoría de PLCs y sistemas de control industrial. La versión digital es la más extendida por su simplicidad y robustez en entornos industriales.

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Alfonso

Ingeniero Técnico Industrial especializado en Electricidad. Miembro del cuerpo de profesores de Formación Profesional (FP) con 26 años de trayectoria docente.

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