Sensor Inductivo
El sensor inductivo, es un dispositivo electrónico que detecta la presencia de objetos metálicos sin necesidad de contacto físico.
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.
El símbolo del sensor inductivo es el siguiente:
Contenidos
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.
Salidas del Sensor Inductivo
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:
Algunos sensores inductivos disponen de salidas a 2 hilos, en los que la carga se conecta en serie con el sensor. En este caso, la alimentación puede ser, tanto en corriente continua CC, como en corriente alterna CA.
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).
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.
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.
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