DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO...
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DIDÁCTICO DE PRUEBAS PARA SENSORES DE PROXIMIDAD DEL LABORATORIO DE TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD CÉSAR AUGUSTO MUÑOZ MORALES ELKIN LESMES SALGADO UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA – TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD BOGOTÁ D.C 2016
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DIDÁCTICO DE PRUEBAS PARA SENSORES
DE PROXIMIDAD DEL LABORATORIO DE TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD
CÉSAR AUGUSTO MUÑOZ MORALES
ELKIN LESMES SALGADO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA – TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD
BOGOTÁ D.C
2016
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DIDÁCTICO DE PRUEBAS PARA SENSORES
DE PROXIMIDAD DEL LABORATORIO DE TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD
CÉSAR AUGUSTO MUÑOZ MORALES
ELKIN LESMES SALGADO
Trabajo de grado para optar al título de
TECNÓLOGO EN ELECTRICIDAD
Director
Ing. LUIS ANTONIO NOGUERA VEGA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA – TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD
BOGOTÁ D.C
2016
NOTA DE ACEPTACIÓN
El proyecto de grado titulado:
“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO
DIDÁCTICO DE PRUEBAS PARA SENSORES DE
PROXIMIDAD DEL LABORATORIO DE TECNOLOGÍA
EN ELECTRICIDAD” Ha sido aprobada por cumplir con
los requerimientos exigidos por la Universidad Distrital
Francisco José de Caldas.
___________________________________
Firma tutor
Ing. Luis Antonio Noguera Vega
__________________________________
Firma jurado
Ing. Henry Felipe Ibáñez Olaya
Bogotá D.C.
2016
AGRADECIMIENTOS
Primero agradezco a Dios por brindarme esta oportunidad de poder culminar mis estudios.
A mi madre Fideligna Morales Molina por brindarme su apoyo y aliento durante este proceso, a
mis tías Esther y Elizabeth Morales Molina por apoyarme condicionalmente desde el primer día,
por su apoyo sentimental y económico.
A nuestro tutor el Ingeniero Luis Antonio Noguera Vega por su colaboración y acompañamiento
durante la ejecución de este proyecto de grado, a todos los profesores que me brindaron los
conocimientos necesarios para poder ser un profesional integro, a mis compañeros de carrera
por su colaboración, amistad, gratitud y por brindarme su mano cuando más lo necesite.
Al Ingeniero Luis Adriano Mora por su colaboración y dedicación que me brindaron para terminar
de desarrollar el proyecto, ante los problemas que surgieron durante el desarrollo de este,
antemano mi gratitud
César Augusto Muñoz Morales
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a la vida por darme la oportunidad de culminar una etapa tan importante como lo es
este trabajo de grado.
A mi mamá Aurora Salgado por brindarme su apoyo incondicional, su tiempo, sus valores y en
especial su amor, los cuales me han hecho formar un carácter y ser la persona que soy hoy en
día.
A mi papá Dagoberto Lesmes que con su apoyo, humildad y sinceridad me ha comprendido en
los momentos más difíciles y me ha dado sus consejos siempre bajo la premisa de hacer las
cosas bien.
A mi hermana Deisy Lesmes y a mi hermano Henry Lesmes que siempre han estado
acompañándome y brindándome su apoyo en circunstancias difíciles como lo es en este
momento.
A mis amigos y compañeros Carolina Riaño, Danny Pimentel, Humberto Sánchez, Jorge
Castellanos, Javier Roldán que de una u otra manera son con los que comparto mis alegrías y
decepciones, momentos de estrés y diversión, con los que sé que puedo contar con su apoyo y
sabiduría cuando así sea necesario.
A nuestro tutor el Ing. Luis Noguera por brindarnos su colaboración con la ejecución de este
trabajo de grado.
A GIM Ingeniería Eléctrica y al Ing. Jorge Ferro que con su colaboración y consejos en la 68 me
han motivado para culminar mis estudios sin dar marcha atrás.
Elkin Lesmes
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN ..................................................................................................................................... 1
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 2
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................................ 3
JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................................ 4
OBJETIVOS ................................................................................................................................... 5
1 MARCO TEÓRICO. ............................................................................................................... 6
1.1 SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS. ............................................................. 6
1.1.1 Diseño de sensores de proximidad inductivos. .......................................................... 6
1.1.2 Alcances de detección. .............................................................................................. 8
1.1.3 Histéresis. .................................................................................................................. 8
1.1.4 Frecuencia de conmutación. ...................................................................................... 9
1.2 SENSORES DE PROXIMIDAD FOTOELÉCTRICOS. ................................................... 9
1.2.1 Modo réflex. ............................................................................................................. 10
1.2.2 Modo réflex polarizado. ............................................................................................ 10
1.2.3 Modo auto réflex. ..................................................................................................... 10
1.2.4 Modo barrera. .......................................................................................................... 11
1.3 SENSORES DE PROXIMIDAD DE ULTRASONIDO. .................................................. 11
1.3.1 Frecuencia de detección. ......................................................................................... 11
1.3.2 Haz efectivo. ............................................................................................................ 11
1.3.3 Zona ciega. .............................................................................................................. 12
1.3.4 Distancia mínima y máxima de detección. ............................................................... 12
1.3.5 Consideraciones relativas del objeto........................................................................ 12
2 CRITERIOS PRELIMINARES, DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PROTOTIPOS. ............. 15
2.1 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS SENSORES DISPONIBLES EN EL
LABORATORIO DE TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD. ....................................................... 15
2.2 SELECCIÓN DE MATERIALES Y EQUIPOS A UTILIZAR EN EL DISEÑO. ............... 16
2.2.1 Sensor de proximidad inductivo. .............................................................................. 16
2.2.2 Sensor de proximidad fotoeléctrico. ......................................................................... 19
2.2.3 Sensor de proximidad de ultrasonido. ...................................................................... 21
2.2.4 Conectores. .............................................................................................................. 23
2.2.5 Motor universal ........................................................................................................ 23
2.2.6 Motor reductor .......................................................................................................... 24
2.2.7 Material de construcción de los módulos ................................................................. 24
2.3 DISEÑOS DE PROTOTIPOS PARA SENSOR (INDUCTIVO, FOTOELÉCTRICO,
ULTRASONIDO). ..................................................................................................................... 25
2.3.1 Módulo de pruebas sensor de proximidad inductivo. ............................................... 26
2.3.2 Módulo de pruebas sensor de proximidad fotoeléctrico y de ultrasonido. ................ 30
2.3.3 Banco didáctico de pruebas con los módulos respectivos. ...................................... 33
2.4 CONSTRUCCIÓN. ....................................................................................................... 35
3 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO Y DISEÑO DE GUÍAS DE LABORATORIO. ............... 37
3.1 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO. ........................................................................... 37
3.2 DISEÑO DE GUÍAS DE LABORATORIO. ................................................................... 40
3.3 GUÍAS DE LABORATORIO A DESARROLLAR. ......................................................... 40
4 CONCLUSIONES ................................................................................................................ 42
5 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 43
6 ANEXOS .............................................................................................................................. 44
6.1 ANEXO A INTRODUCCIÓN GUÍAS DE LABORATORIO ........................................... 44
6.2 ANEXO B GUÍA 1. ALCANCES DE DETECCIÓN E HISTÉRESIS DEL SENSOR DE
PROXIMIDAD INDUCTIVO...................................................................................................... 45
6.3 ANEXO C GUÍA 2. FRECUENCIA DE CONMUTACIÓN SENSOR DE PROXIMIDAD
INDUCTIVO ............................................................................................................................. 47
6.4 ANEXO D GUÍA 3. LOS MODOS DE USO DEL SENSOR DE PROXIMIDAD
FOTOELÉCTRICO. ................................................................................................................. 49
6.5 ANEXO E GUÍA 4. ALCANCE DE DETECCIÓN E HISTÉRESIS DEL SENSOR DE
PROXIMIDAD FOTOELÉCTRICO. .......................................................................................... 51
6.6 ANEXO F GUÍA 5. MARGEN DE DETECCIÓN SENSOR DE PROXIMIDAD DE
ULTRASONIDO. ...................................................................................................................... 53
6.7 ANEXO G GUÍA 6. FRECUENCIA DE DETECCIÓN SENSOR DE PROXIMIDAD DE
ULTRASONIDO. ...................................................................................................................... 55
6.8 ANEXO H PLANO ELÉCTRICO GENERAL ................................................................ 57
6.9 ANEXO I PLANO ELÉCTRICO SENSOR INDUCTIVO ............................................... 58
6.10 ANEXO J PLANO ELÉCTRICO SENSOR DE ULTRASONIDO .................................. 59
6.11 ANEXO K PLANO ELÉCTRICO SENSOR FOTOELÉCTRICO ................................... 60
TABLA DE FIGURAS
Figura 1 Principio de funcionamiento sensor de proximidad inductivo. .......................................... 6
Figura 2. Características Diseño Blindado a) Diseño, b) Principio de funcionamiento. ................. 7
Figura 3. Características Diseño no Blindado a) Diseño b) Principio de funcionamiento .............. 7
Figura 4. Carrera diferencial o Histéresis ...................................................................................... 9
Figura 5. Frecuencia de conmutación. ........................................................................................... 9
Figura 6. Modo Réflex ................................................................................................................. 10
Figura 7 Modo Auto-réflex. ......................................................................................................... 10
Figura 8. Modo Barrera. ............................................................................................................... 11
Figura 9. Haz efectivo. Fuente. ................................................................................................... 12
Figura 10. Distancias de detección. ............................................................................................ 12
Figura 11. Alineación del sensor con objetos en superficies a) planas y lisas. b) irregulares. c)
temperatura. ................................................................................................................................ 13
Figura 12. Conexión Eléctrica sensor inductivo, conector M12 ................................................... 17
Figura 13 Dimensiones del sensor inductivo. .............................................................................. 17
Figura 14. Montajes de sensores inductivos a). Montaje lateral. .b) Montaje frente a frente.
.c) Montaje frente a masa metálica. (Catalogo Schneider Electric, pág. 3/22) ............................. 18
Figura 15: Conexión Eléctrica sensor fotoeléctrico emisor, conector M12 emisor ....................... 19
Figura 16: Conexión Eléctrica sensor fotoeléctrico receptor, conector M12 Receptor ................. 19
Figura 17: Dimensiones del sensor receptor................................................................................ 20
Figura 18: Conexión Eléctrica sensor de ultrasonido, conector M12 ........................................... 21
Figura 19: Dimensiones del sensor de ultrasonido ...................................................................... 22
Figura 20: Funcionamiento del sensor de ultrasonido ................................................................. 22
Figura 21. Motor Universal 110 V AC .......................................................................................... 24
Figura 22. Motor reductor 12 V DC .............................................................................................. 24
Figura 23. Bornera de conexión ................................................................................................... 26
Figura 24. Diseño Modulo Sensor Inductivo vista lateral ............................................................. 27
Figura 25. Diseño del sistema de desplazamiento milimétrico ..................................................... 28
Figura 26. Polea para soporte de materiales vista frontal ........................................................... 29
Figura 27. Caja control de velocidad para motor universal vista isométrica................................. 29
Figura 28. Capucha de protección vista isométrica ..................................................................... 30
Figura 29. Diseño Modulo Sensores Fotoeléctrico y de Ultrasonido Vista frontal ........................ 30
Figura 30. Soporte para sensores ................................................................................................ 31
Figura 31. Integración Soporte para sensores y Disco giratorio .................................................. 32
Figura 32. a.) Soporte Espejos. b.) Soporte Sensor fotoeléctrico ............................................... 33
Figura 33. Diseño General Banco Didáctico de Pruebas vista superior ....................................... 34
Figura 34. Diseño General Banco Didáctico de Pruebas vistas laterales ................................... 34
Figura 35. Diseño General Banco Didáctico de Pruebas Vista frontal ......................................... 35
Figura 36. Banco de sensores con sus respectivos módulos. ..................................................... 36
Figura 37. Avance milimétrico para las pruebas de alcance nominal e histéresis. ..................... 37
Figura 38. Módulo de pruebas sensor inductivo. ......................................................................... 38
Figura 39. Módulo de pruebas sensor de ultrasonido. ................................................................. 39
Figura 40. Lectura de la señal de voltaje del sensor de ultrasonido en la zona de detección ante
la presencia de un objeto que obstaculice la onda sonora. ......................................................... 39
Figura 41. Prueba sensor fotoeléctrico modo barrera .................................................................. 40
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. COMPARACIÓN ENTRE SENSORES. ......................................................................... 13
Tabla 2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS SENSORES PERTENECIENTES AL
LABORATORIO ........................................................................................................................... 15
Tabla 3. DISTANCIA SEGÚN MONTAJE ................................................................................... 18
Tabla 4. FACTOR DE CORRECCIÓN ......................................................................................... 19
Tabla 5. DATOS TÉCNICOS CONECTOR M12 .......................................................................... 23
Tabla 6. MATERIALES UTILIZADOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS
..................................................................................................................................................... 25
Tabla 7. MEDICIONES DE TENSIÓN PRUEBAS DE ALCANCE NOMINAL SENSOR
INDUCTIVO ................................................................................................................................. 38
1
RESUMEN
En este trabajo de grado se diseñó y construyó un banco didáctico de pruebas a parámetros
básicos con sus respectivos prototipos para sensores de proximidad inductivos, fotoeléctricos y
de ultrasonido del laboratorio de Tecnología en Electricidad de la Universidad Distrital Francisco
José de Caldas; el cual nos va a permitir ver las características individuales que nos brinda cada
tipo de sensor.
La primera actividad que se realizó fue la recopilación de información técnica de los sensores
disponibles en el laboratorio, además de los diferentes elementos y materiales necesarios para la
construcción de los módulos y prototipos que conformarían el banco de pruebas, para cada una
de las pruebas de parámetros específicos de estos.
Al contar con los criterios preliminares se procedió a realizar un diseño previo de los prototipos
necesarios para cada una de las pruebas a realizar, estos diseños garantizaban el buen
funcionamiento y la seguridad necesaria que se necesita para poder desarrollar prácticas de
laboratorio con estos tipos de instrumentos.
Ya diseñado los prototipos y los módulos que conformarían el banco de pruebas, se procedió a
la construcción de esté comenzando con la adquisición de los materiales, para luego realizar los
cortes por medio maquinas industriales que nos permitieran tener las dimensiones exactas de
diseño. Construido el banco de pruebas se procede a realizar las pruebas de funcionamiento de
cada elemento que lo conforma.
Por último, se realizaron dos guías básicas de laboratorio por sensor para pruebas a parámetros
específicos que se pueden realizar en el banco con los prototipos construidos, para tener una
referencia teórico-práctica sobre el funcionamiento de estos sensores disponibles en el
laboratorio.
2
INTRODUCCIÓN
Actualmente los sensores hacen parte fundamental en los procesos industriales debido a que
son los dispositivos que miden las variables físicas, lo cual permite al usuario tener disposición
de estos valores en tiempo real, permitiendo tomar una decisión, o si estos están en un sistema
de control pueden proceder automáticamente a llevar a cabo una acción en consecuencia de la
medida tomada por este.
Mediante este trabajo de grado se realizará un banco de pruebas para los sensores de
proximidad inductivos, fotoeléctricos y de ultrasonido del laboratorio de Tecnología en
Electricidad de la Universidad Distrital; el cual nos permita realizar ensayos a los parámetros
básicos de los sensores, mediante la construcción de módulos de prueba y prototipos acordes
para las pruebas. Con este banco de pruebas se busca que los estudiantes de electricidad y
electrónica puedan realizar pruebas de laboratorio con dichos sensores complementando la
parte teórica con la práctica.
3
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Los sensores de proximidad inductivos, fotoeléctricos y de ultrasonido tienen una aplicación
amplia en procesos industriales tales como la clasificación de piezas de línea, detección de
roturas de broca, medición de distancias, alturas y posicionamiento de piezas, control de nivel en
depósitos (contenido granular o líquido), entre otros; por lo cual se hace necesario tener un
conocimiento básico sobre su funcionamiento tanto a nivel teórico como practico.
En la actualidad el laboratorio de Tecnología en Electricidad de la Universidad Distrital Francisco
José de Caldas cuenta con sensores inductivos, fotoeléctricos y de ultrasonido, los cuales son
utilizados en diferentes prácticas en las asignaturas de automatismos e instrumentación,
situación que está generando aplicaciones de funcionamiento básicas, ya que en el laboratorio
no se cuenta con los prototipos necesarios para establecer los parámetros de cada sensor y los
estudiantes deben construir dispositivos para verificarlos, los cuales no garantizan un
funcionamiento adecuado y son tendientes a generar errores en las mediciones, esto sin contar
con el riesgo que algunos pueden presentar para estudiantes y demás usuarios del laboratorio.
Por tal razón con este proyecto se pretende diseñar un banco para probar y determinar
parámetros básicos de los sensores, garantizando un estándar en las pruebas y brindando
seguridad para los usuarios, además de incluir guías para realizar prácticas de laboratorio.
4
JUSTIFICACIÓN
Este trabajo de grado se justifica por la razón de que no existen prototipos en los laboratorios de
Tecnología en Electricidad de la Universidad Distrital para realizar prácticas con los sensores de
proximidad, lo cual hace que los estudiantes tengan que construirlos sin realizar un análisis
detallado sobre los materiales, distancias y usos recomendados que se deben aplicar a la hora
realizar las practicas sin incurrir en errores de gran magnitud, además del riesgo que pueden
generar estos prototipos a las personas que estén presentes en el momento de utilizar estos
equipos.
Al no contar con este banco didáctico de pruebas no se está aprovechando los recursos de
instrumentación con los que cuenta la institución y por ende no se está profundizando en esta
rama de investigación.
Con esta propuesta se encamina a que los estudiantes puedan desarrollar pruebas a estos
sensores de proximidad que a futuro puedan implementar el uso de estos dispositivos a un
proceso de automatización o hacer parte de un proceso de investigación.
Además para optar al título de Tecnólogo en Electricidad se debe realizar un proyecto de grado
el cual esté enfocado a la investigación e innovación, por lo cual esta propuesta de grado nos
acerca a culminar la formación académica como tecnólogos eléctricos.
5
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL:
Diseñar y construir un banco didáctico de pruebas para sensores inductivos, fotoeléctricos y de
ultrasonido del laboratorio de Tecnología en Electricidad que permita desarrollar ensayos de
parámetros específicos de sensores.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Determinar las características técnicas y constructivas que debe tener cada módulo
didáctico de pruebas para los diferentes sensores de proximidad (Inductivo, fotoeléctrico,
ultrasonido) del laboratorio.
Diseñar y construir un banco didáctico con sus respectivos prototipos para pruebas de
parámetros de alcance nominal e histéresis en los sensores inductivo y fotoeléctrico,
para el sensor de ultrasonido margen de detección y frecuencia de detección.
Diseñar dos guías básicas de laboratorio para cada uno de los sensores (inductivo,
fotoeléctrico y de ultrasonido), que permitan orientar a la comunidad académica en los
procedimientos requeridos para establecer los parámetros de sensores.
6
1 MARCO TEÓRICO.
Un sensor es un dispositivo que se utiliza para la detección e indicación de cambios de estado
en un objeto o una variable física cuantitativa. Mediante la señal de salida se puede realizar el
control o el monitoreo de un proceso el cual requiera la lectura de estados en las diferentes
partes que lo constituyan tomando decisiones (Humanas o autómatas) sobre estos valores
obtenidos, para posteriormente realizar una acción, de esta manera los sensores hacen parte
fundamental en la automatización industrial buscando obtener rendimiento óptimo.
1.1 SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS.
Un sensor de proximidad inductivo detecta objetos metálicos sin realizar un contacto físico con el
mismo, mediante la variación de un campo electromagnético. Cuando un objeto metálico entra
en este campo se inducen corrientes inductivas (corrientes parasitas) en este, las cuales restan
energía al campo electromagnético dando lugar a una pérdida de energía en el circuito oscilador,
reduciendo la amplitud de la oscilación, como se observa en la Figura 1. El circuito de
conmutación genera una señal de salida la cual puede ser de apagado o encendido dependiendo
de la conexión en la que se encuentre el sensor.
Figura 1 Principio de funcionamiento sensor de proximidad inductivo.
Fuente: (Bradley, 2000) Pag. 4.1
1.1.1 Diseño de sensores de proximidad inductivos.
Los sensores inductivos tienen bobinas enrolladas en el núcleo de ferrita, estas pueden ser
blindadas o no blindadas. El blindaje en un sensor afecta la distancia de detección y la distancia
que debe existir en un montaje entre sensores.
7
1.1.1.1 Diseño blindado.
Estos se fabrican con un añillo de blindaje alrededor del núcleo y la bobina para restringir la
radiación lateral del campo, concentrando el campo electromagnético frente a la cara del sensor
como se muestra en la Figura 2.
a) b)
Figura 2. Características Diseño Blindado a) Diseño, b) Principio de funcionamiento.
Fuente:
http://galia.fc.uaslp.mx/~cantocar/automatas/PRESENTACIONES_PLC_PDF_S/24_SENSORES_INDUCTIVOS.PD
F, Consultado junio 2015
1.1.1.2 Diseño no blindado.
Estos no se fabrican con una banda metálica alrededor del núcleo y la bobina, por lo tanto el
campo electromagnético generado no se concentra al frente de la cara del sensor, lo cual hace
que los sensores no blindados sean sensibles a los metales que los rodean, por lo cual no
pueden ser instalados a ras, ver Figura 3. “La detección de un sensor no blindado es un 50%
mayor que el blindado, debido a esto los objetos difíciles pueden ser más fáciles de detectar.”
(Bradley, 2000) Pag 4.3.
a) b)
Figura 3. Características Diseño no Blindado a) Diseño b) Principio de funcionamiento
Fuente:
http://galia.fc.uaslp.mx/~cantocar/automatas/PRESENTACIONES_PLC_PDF_S/24_SENSORES_INDUCTIVOS
.PDF, Consultado junio 2015
8
1.1.2 Alcances de detección.
Para poder determinar el alcance de detección del sensor se deben analizar varios factores,
como son la temperatura que puede aumentar el alcance, el tipo de metal que se va a detectar y
la tensión nominal. A continuación se explica cada uno de los alcances que se presentan en los
sensores.
1.1.2.1 Alcance nominal (Sn).
Es el espacio de influencia de detección que le asigna el fabricante, sin tener en cuenta la
temperatura ambiente a la que se expone el sensor, además de la tensión y corriente nominal.
1.1.2.2 Alcance real (Sr).
Es el espacio de influencia en cual se tiene en cuenta la tensión nominal (En) y la temperatura
ambiente (Tn) asignada por el fabricante. Este está comprendido entre en 90% y el 110% del
alcance nominal.
1.1.2.3 Alcance útil (Su).
En este se tiene en cuenta la tensión de alimentación (Eb) y la temperatura a la que se expone el
sensor. Este alcance está comprendido entre el 90% y el 110% del alcance real.
1.1.2.4 Alcance de trabajo (Sa).
Está comprendido entre el 0 y el 81% del alcance nominal Sn, en esta zona se asegura la
detección del objeto sin tener en cuenta la temperatura y tensión.
1.1.3 Histéresis.
La histéresis como se observa en la Figura 4, es la distancia entre punto de activación y
desactivación cuando el objeto entra en la zona de detección, se expresa como un porcentaje del
alcance real.
Este factor es importante porque en el recorrido de una pieza a detectar nunca es totalmente
uniforme, a causa de vibraciones o juego mecánico de una máquina, al no controlarlo el detector
se conecta y se desconecta.
9
Figura 4. Carrera diferencial o Histéresis
Fuente: catalogo Schneider Electric, pág. 3/13
1.1.4 Frecuencia de conmutación.
La frecuencia de conmutación es la velocidad máxima a la que el sensor emite pulsos
individuales cuando el objeto entra y sale del campo de detección, la frecuencia de conmutación
indica el número máximo posible de operaciones de conmutación por segundo. En la Figura 5 se
observa las características que se deben tener en cuenta para realizar la prueba.
Figura 5. Frecuencia de conmutación.
Fuente: (Bradley, 2000) Pag. 4.9
1.2 SENSORES DE PROXIMIDAD FOTOELÉCTRICOS.
Un sensor de proximidad fotoeléctrico detecta objetos metálicos y no metálicos que reflejen la
luz, obstruyan o causen algún efecto sobre el rayo incidente, mediante la variación de este rayo
se puede determinar o captar la presencia del objeto a detectar.
El sensor está compuesto de un emisor y un receptor. El emisor tiene como única función
producir y emitir una luz infrarroja modulada pulsante mientras el receptor compuesto por un
fototransistor, sensible únicamente a la luz infrarroja, la capta para luego emitir una repuesta de
salida.
Los sensores fotoeléctricos se pueden configurar de las siguientes maneras:
10
1.2.1 Modo réflex.
El emisor y el receptor se encuentran en la misma unidad. Para que el receptor capte la luz
emitida por el emisor, es necesario colocar un reflector frente al sensor, esté se compone de una
gran cantidad de triedros trirrectángulos de reflexión total, cuya propiedad es reflejar todo el rayo
incidente, en la misma dirección y en forma paralela. El tamaño del reflector depende de la
distancia que este del sensor, así como el tamaño del objeto. La detección réflex se realiza por
bloqueo del haz de luz como se observa en la Figura 6 .
Figura 6. Modo Réflex
Fuente: Niño Castillo & Diaz Monrroy, 2010. Pág. 72.
1.2.2 Modo réflex polarizado.
Sirve para la detección de objetos altamente reflectantes o muy brillantes. Al salir el haz de luz
del emisor es filtrado de tal manera que solo pasaran rayos luminosos emitidos en un plano
vertical. El reflector lo polariza, lo refleja y el receptor sólo recibirá los rayos filtrados en un plano
horizontal. (Niño Castillo & Diaz Monrroy, 2010) pag. 72
1.2.3 Modo auto réflex.
El emisor y el receptor se encuentran en la misma caja, pero a diferencia del réflex el objeto a
ser detectado es el que refleja el haz de luz emitido desde el emisor al receptor como se muestra
en la Figura 7; por lo cual el objeto se debe encontrar en un plano perpendicular al eje óptico,
para tener un alcance óptimo.
El sensor auto-réflex tiene una modalidad que es el borrado de plano posterior, donde el detector
capta al objeto hasta cierta distancia, lo cual hace que éste ignore cualquier otro objeto que se
encuentre más alejado y por fuera de los parámetros establecidos por el fabricante.
Figura 7 Modo Auto-réflex.
Fuene: (Bradley, 2000) Pag. 7.29.
11
1.2.4 Modo barrera.
El emisor y el receptor se encuentran separados y se deben colocar el uno frente al otro (ver
Figura 8), cuidando que sus ejes no se interpongan y los dos queden bien asegurados para
evitar que el tiempo y las vibraciones desvíen el haz de luz. La detección se realiza mediante
bloqueo del objeto a detectar que se interpone entre el emisor y el receptor.
Figura 8. Modo Barrera.
(Bradley, 2000) Pag. 7.15.
1.3 SENSORES DE PROXIMIDAD DE ULTRASONIDO.
Los sensores de proximidad de ultrasonido detectan cualquier tipo de material (metálico o no
metálico, transparentes u opacos, líquidos, sólidos o granulares), los cuales poseen una
reflectividad acústica suficiente, sin tener contacto físico. Pero todos los materiales no son actos
para la detección de un sensor de ultrasonido, los materiales que absorben el sonido, como la
tela, el caucho blando, la harina y la espuma, tienen una deficiencia de detección, por lo cual no
es recomendable el uso de estos sensores para este tipo de materiales.
El funcionamiento es por medio de la reflexión de una onda de sonido, en la cara activa del
sensor un disco piezoeléctrico se encarga de transmitir ondas de sonido a alta frecuencia que
chocan contra el objeto, para luego reflejar la onda, el tiempo transcurrido entre ir y volver la
onda es proporcional a la distancia del objeto detectado; la salida puede ser análoga o digital.
(Bradley, 2000) Cap. 6.1
1.3.1 Frecuencia de detección.
Esta frecuencia es inversamente proporcional a la distancia de detección. Si una onda sonora
es de 50 kHz puede operar a 10 m o más, pero una onda sonora de 200 kHz está limitada a un
margen de detección de aproximadamente 1 m.
1.3.2 Haz efectivo.
El transductor emite pulsos de ultrasonido que se propagan en un haz cónico, este cono se
puede ajustar por medio de un potenciómetro para disminuir o extender el margen de detección.
En la Figura 9 se ve las características del haz efectivo. (Jhon Hyde, 1997).
12
Figura 9. Haz efectivo. Fuente.
Fuente: Jhon Hyde. Pag 83
1.3.3 Zona ciega.
Es una pequeña área no utilizable próxima a la cara del sensor. Si un objeto entra en esta zona
se puede producir activaciones no deseadas.
1.3.4 Distancia mínima y máxima de detección.
La distancia mínima es el borde extremo de la zona ciega, en la que un objeto puede estar con
respecto a la cara del sensor sin devolver ecos que sean ignorados o detectados erróneamente
por el sensor, la distancia máxima la determina el tamaño y el material de objeto, cuando es más
difícil detectar un objeto, más corta es la distancia máxima. En Figura 10 se describe la zona
ciega y las distancias de detección.
Figura 10. Distancias de detección.
Fuente: García, 1997
1.3.5 Consideraciones relativas del objeto.
Los objetos que van a ser detectados por el sensor deben tener superficies planas y lisas, para
objetos de superficies irregulares se deben considerar que el sensor este con un ángulo no
inferior a 3º para poder ser detectados.
13
La temperatura de la superficie del objeto también influye en el margen de detección; el calor
irradiado por objetos a altas temperaturas distorsiona el haz sonoro, lo cual acorta el margen de
detección y produce lecturas imprecisas. En la Figura 11 se puede observar la alineación del
sensor según la superficie que refleja el sonido.
a) b) c)
Figura 11. Alineación del sensor con objetos en superficies a) planas y lisas. b) irregulares. c) temperatura.
Fuente: Bradley, 2000 Pag.6.7.
La Tabla 1 se describe las ventajas y desventajas además de las aplicaciones de cada uno de
los sensores de proximidad descritos anteriormente.
Tabla 1. COMPARACIÓN ENTRE SENSORES.
SENSOR VENTAJAS DESVENTAJAS APLICACIONES
INDUCTIVO
• No se ven afectados por la humedad.
• No se ven afectados por el polvo o la
suciedad. • Carecen de partes
móviles, por lo cual no hay desgaste
mecánico. • Tiene una
dependencia menor de la superficie que otras
tecnologías de detección.
• Sólo detectan la presencia de objetos
metálicos. • El margen de operación es más
corto que el de otros dispositivos de
detección. • Pueden verse
afectados por campos electromagnéticos
intensos.
• Clasificación de piezas metálicas.
• Detección de la presencia de un cojinete en
un pistón. • Detección de roturas de
broca. • Detección de tuercas y
tornillos para el control de dirección y velocidad.
• Detección de presencia de tapas.
FOTOELÉCTRICO MODO RÉFLEX
•Su instalación es muy rápida y sencilla, por estar el emisor y el
receptor en la misma caja, así como por el margen de inclinación
que puede tener el reflector.
• Se usa solo cuando el sensor sólo puede
estar de lado del objeto.
• No es recomendable para ser usado en
ambientes o entornos contaminados.
•Detección segura de objetos a mediano alcance y donde existan ambientes de
polvo, neblina y arena. •En superficies altamente
reflectantes.
14
* Es apto para
alcances medianos y cortos.
• No es conveniente para la detección de
objetos lisos, reflectantes y
pequeños.
FOTOELÉCTRICO MODO
AUTO-RÉFLEX
• Se usa cuando la detección puede
hacerse sólo desde un lado del objeto.
• Sirve para alcances cortos.
•Es el más apropiado para detectar objetos
lisos, translucidos, transparentes y
altamente reflectantes.
• No es recomendable en entornos
contaminados, ni para la detección de
objetos muy pequeños
•En industrias donde se fabriquen envases-embalaje
detección de botellas transparentes.
FOTOELÉCTRICO MODO BARRERA
• Apto para grandes alcances, la detección
de objetos opacos, reflectantes y opacos.
• La detección del objeto que interrumpe
el haz de luz es precisa y confiable,
incluso en ambientes contaminados.
• Es necesario conectar el emisor y el
receptor independientemente y
deben quedar perfectamente
alineados. • El emisor y el
receptor deben ser compatibles (del mismo modelo).
• No es apto para la detección de materiales
transparentes.
• Aplicaciones en industrias farmacéuticas de pastillas.
ULTRASONIDO
• Pueden detectar objetos grandes a una
distancia de hasta 15m.
•La respuesta del sensor no depende del color de la superficie ni la reflectividad óptica
del objeto.
• Requiere de una superficie dura y plana en perpendicular para recibir un eco amplio; para que sea exacta se requiere de una superficie mínima. • Pueden producir
respuestas falsas a ruidos intensos, como
el silbido producido por conductos de aire
• Medición de distancias, alturas y posicionamiento de
piezas. • Control de nivel en depósitos (contenido granular o líquido).
•Detección de la presencia o ausencia de piezas, o detección de piezas de vidrio o transparentes
Fuente: Los autores.
15
2 CRITERIOS PRELIMINARES, DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PROTOTIPOS.
En este capítulo se describirá los criterios que se tuvieron en cuenta para el diseño y
construcción de cada módulo que integran el banco didáctico de sensores.
Primero se recopiló toda la información de los sensores de proximidad disponibles en el
laboratorio (inductivo, fotoeléctrico, ultrasonido), determinando sus características constructivas,
eléctricas y mecánicas. Luego se determinó las pruebas a realizar para cada uno de los
sensores, para posteriormente seleccionar los materiales y equipos que se utilizaran en los
diseños de los prototipos de cada una de las pruebas a realizar y del banco de didáctico en
general.
2.1 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS SENSORES DISPONIBLES EN EL
LABORATORIO DE TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD.
Las características de los sensores de proximidad pertenecientes al laboratorio de Tecnología en
Electricidad de la Universidad Distrital, se muestran en la siguiente Tabla 2.
Tabla 2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS SENSORES PERTENECIENTES AL
LABORATORIO
Sensor Inductivo Fotoeléctrico Ultrasonido
Marca Telemecanique Telemecanique Telemecanique
Gama Osiprox OsiSense OsiSense XX
Referencia XS6 18B2PAL01M12 XUB OBPSN M12 XX518A1KAM12
Alimentación Corriente Continua Corriente Continua Corriente Continua
Diseño Empotrable Empotrable Empotrable
Número de hilos Tres hilos Tres hilos Tres hilos
Forma Cilíndrico Cilíndrico Cilíndrico
Diámetro “Ø” (mm) 18 18 18
Alcance nominal "Sn" (m)
0,009
0,12 (sistema proximidad borrado de plano
posterior)
0,3 (sistema de proximidad)
3 (réflex polarizado)
20 (sistema barrera)
0,152
Zona de Ajuste (mm) 3… 9 25.4 - 152.4
Función NA NA NA
16
Salida PNP PNP PNP
Peso (kg) 0,22 0,055 0,033
Corriente Nominal (mA) 100 100 100
Frecuencia Máxima de operación (Hz)
1000 250 <80
Tensión Nominal (V) 12... 24 DC 12... 24 DC 12... 24 DC
Retardo a la disponibilidad (ms)
≤ 10 ≤ 200 350
Retardo a la accionamiento (ms)
≤ 0,3 ≤ 2
3
500 kHz (Frecuencia de transmisión)
Retardo a la desaccionamiento (ms)
≤ 0,7 ≤ 2 3
Señalización Salida LED Amarillo LED Amarillo N.A
Señalización de Alimentación
LED Verde LED Verde N.A
Señalización de inestabilidad
N.A LED Rojo N.A
Histéresis % 1….15 (Sr)
Material del Cuerpo Latón Niquelado Latón Niquelado Plástico
Grado de protección IP 67 IP 67 IP 67
Temperatura de Operación ºC
(-25…. +70) (-25…. +70) (0…. +50)
Fuente: Los autores
2.2 SELECCIÓN DE MATERIALES Y EQUIPOS A UTILIZAR EN EL DISEÑO.
A continuación se describirán los materiales y equipos que se tendrán en cuenta para el diseño y
la construcción de los prototipos del banco didáctico.
2.2.1 Sensor de proximidad inductivo.
El sensor de proximidad inductivo perteneciente al laboratorio es de la marca TELEMECANIQUE
gama OSIPROX referencia XS6 18B2PAL01M12, la cual presenta las siguientes características
de conexión y montaje.
17
2.2.1.1 Conexión y dimensiones
El sensor de proximidad tiene salida PNP y conector M12, su conexión se muestra en la figura
12
Figura 12. Conexión Eléctrica sensor inductivo, conector M12
Fuente: catalogo Schneider Electric, pág. 3/25
Código de colores para la conexión
Azul (BU): significa el negativo de alimentación (-), conector 3.
Café (BN): significa el positivo de la alimentación (+), conector 1.
Negro (BK): alimentación de la carga y señal de salida PNP, conector 4.
Dimensiones:
Figura 13 Dimensiones del sensor inductivo.
Fuente: catalogo Schneider Electric, pág. 3/22
En la Figura 13, las dimensiones a, b y c están dadas por el diámetro del sensor, en este caso
este es de Ø 18mm por lo cual la dimensión a = 60mm, b = 44mm, c = 8mm.
En (2) se encuentra el LED de señalización, (3) es modo de aprendizaje.
2.2.1.2 Distancias de separación entre sensores.
Los sensores de proximidad inductivos son muy sensible a interferencias producidas por
materiales metálicos que se encuentran a su alrededor, por lo cual al montar dos sensores
inductivos o un inductivo con otro sensor de proximidad con carcaza metálica, se debe respetar
18
ciertas distancias mínimas como se observa en la Figura 14 para la no interferencia por su
frecuencia de oscilación.
a) b) c)
Figura 14. Montajes de sensores inductivos a). Montaje lateral. .b) Montaje frente a frente. .c) Montaje frente
a masa metálica. (Catalogo Schneider Electric, pág. 3/22)
El sensor tiene un diámetro de 18 mm, en la Tabla 3 se muestran las distancias (e) entre
sensores según el montaje dada por el fabricante en la ficha técnica medidas por la cara de
detección de cada sensor:
Tabla 3. DISTANCIA SEGÚN MONTAJE
MONTAJE DISTANCIA ENTRE SENSORES (mm)
Lateral entre sensores ≥ 28
Frente a frente ≥ 100
Frente a masa metálica ≥ 27
Fuente: Los autores
2.2.1.3 Características de los objetos a detectar.
Para que el sensor de proximidad inductivo detecte a un objeto, este debe tener las siguientes
características.
Deben ser de un material metálico.
Las dimensiones del material no pueden ser inferiores a la cara de detección del sensor,
porque reducen su alcance nominal.
Preferiblemente objetos planos de una forma cuadrada con un espesor de 1mm.
El material referencia para la detección del sensor es el acero dulce A37, al realizar
varios objetos de detección con diferentes materiales metálicos se tendrá en cuenta el
factor de corrección con respecto al material referente (acero dulce), por lo cual se
tendrá como se referencia la Tabla 4:
19
Tabla 4. FACTOR DE CORRECCIÓN
Material Factor de corrección
Acero dulce 1 x la distancia de alcance nominal
Acero inoxidable 0.9 x la distancia de alcance nominal
Latón 0.5 x la distancia de alcance nominal
Aluminio 0.45 x la distancia de alcance nominal
Cobre 0.40 la distancia de alcance nominal
Fuente: Los autores
2.2.2 Sensor de proximidad fotoeléctrico.
Los sensores de proximidad fotoeléctricos (emisor y receptor) perteneciente al laboratorio es de
la marca TELEMECANIQUE gama OSIsense referencia XUB OBPSN M12 para el emisor y XUB
OBKSN M12T receptor, los cuales presentan las siguientes características de conexión y
montaje.
2.2.2.1 Conexión y dimensiones.
El sensor de proximidad fotoeléctrico emisor tiene un conector tipo M12 y su salida es tipo PNP
como se observa en la Figura 15:
Figura 15: Conexión Eléctrica sensor fotoeléctrico emisor, conector M12 emisor
Fuente: catalogo Schneider Electric, pág. ¾
En la Figura 16 se describe la alimentación eléctrica del sensor fotoeléctrico tipo barrera.
Figura 16: Conexión Eléctrica sensor fotoeléctrico receptor, conector M12 Receptor
Fuente: catalogo Schneider Electric, pág. 3/4
20
Código de colores para la conexión
Azul (BU): significa el negativo de alimentación (-), conector 3.
Café (BN): significa el positivo de la alimentación (+), conector 1.
Negro (BK): alimentación de la carga y señal de salida PNP, conector 4.
Violeta (VI): test de corte, conector 2.
Las dimensiones del sensor de fotoeléctrico receptor se observan en la Figura 17.
Figura 17: Dimensiones del sensor receptor
Fuente: catalogo Schneider Electric, pág. 3/4
Detección axial Ø 18, a= 64mm, b= 44mm.
Accesorio de barrera
Referencia XUB-0BKSNM12T
Línea de vista en detección axial.
Conector M12
Peso 0.055 kg.
Accesorio reflector de 50x50 cm (triedro)
Referencia XUZ-C50
Peso 0.020 kg
2.2.2.2 Observaciones de los modos de uso para el sensor.
Modo de proximidad o Auto- Réflex con borrado de plano posterior: para detección
a distancia sin accesorio con supresión de fondo, se recomienda un medio ambiente
limpio.
Modo de proximidad Auto-Réflex: La detección de objetos puede ser influenciada por
el fondo y el color de los objetos detectados.
21
Modo Réflex
El sensor detecta objetos sin tomar en cuenta su brillo o su color.
El diámetro del sensor debe ser menor al diámetro del objeto detectado
Mientras mayor área del reflector, mayor es la distancia de detección.
Modo Barrera
Detecta los objetos sin tener en cuenta su color, brillo o el fondo.
Se obtiene la máxima detección con comparación a los otros modos de uso, por
la propagación de la luz reflectante.
El receptor y el emisor deben ser cuidadosamente alineados
Buena adaptación a la contaminación y al polvo.
Fuente: catálogo de sensores industriales telemecanique, sensores fotoeléctricos.
2.2.3 Sensor de proximidad de ultrasonido.
El sensor de proximidad de ultrasonido perteneciente al laboratorio es de la marca
TELEMECANIQUE gama OsiSense XX referencia XX518A1KAM12, el cual presenta las
siguientes características de conexión y montaje.
2.2.3.1 Conexión y dimensiones.
El sensor de proximidad fotoeléctrico emisor tiene un conector tipo M12 y su salida es tipo PNP
como se observa en la Figura 18:
Figura 18: Conexión Eléctrica sensor de ultrasonido, conector M12
Fuente: catalogo Telemecanique, pág. 371
Código de colores para la conexión
Azul (BU): significa el negativo de alimentación (-), conector 3.
Café (BN): significa el positivo de la alimentación (+), conector 1.
Negro (BK): alimentación de la carga y señal de salida PNP, conector 4.
Blanco (WH): señal de salida NPN, conector 2.
22
Las dimensiones del sensor de ultrasonido se describen en la Figura 19:
Figura 19: Dimensiones del sensor de ultrasonido
Fuente: catalogo Telemecanique, pág. 370
2.2.3.2 Diagrama de operación.
En la Figura 20 se describe los límites de operación del sensor de ultrasonido en las diferentes
zonas de influencia de detección.
Figura 20: Funcionamiento del sensor de ultrasonido
Fuente: catalogo Telemecanique, pág. 370
A. Límite mínimo de detección del objeto.
B. Límite máximo de detección del objeto.
C. Ventana de detección.
D. Salidas PNP y NPN, se activan cuando el objeto está en la ventana de detección.
E. Zona muerta, funcionamiento errático.
23
La zona de detección del sensor está en un rango comprendido de 25,4 mm a 152 mm de la cara
activa del sensor, por lo cual si el objeto se encuentra por debajo de los 25,4 mm entrara en la
zona muerta o ciega lo cual origina activaciones no deseadas.
Para que los objetos sean detectados por la cara activa del sensor, estos no deben ser inferiores
a 18mm del lado al que interfiere las ondas emitidas por el sensor.
2.2.4 Conectores.
Como se describió anteriormente todos los sensores a utilizar tienen conector hembra recto M12
de 4 pines referencia XZCP1141L2 de fijación roscado, este conector viene con un cable
recubierto PUR el cual consta de 4 hilos de colores café, azul, blanco y negro.
En la Tabla 5 se describe los datos técnicos que posee el conector para su instalación y correcto
funcionamiento:
Tabla 5. DATOS TÉCNICOS CONECTOR M12
DATOS TÉCNICOS CONECTOR TIPO M12
Corriente nominal 4A
Tensión asignada de empleo
300V CC 250 V CA
Resistencia de los contactos < =5000 µOhm
Temperatura ambiente . -5ºC….80ºC
Tipo de protección IP65, IP67, IP69K
Conductor Cubierta PUR sin halógenos e ignifugo
Fuente: Ficha técnica conector referencia XZCP1141L2 Telemecanique
2.2.5 Motor universal
Para poder desarrollar la prueba de frecuencia de conmutación en la cual el sensor de
proximidad inductivo emite pulsos individuales cuando el objeto entra y sale de la zona de
detección dependiendo de la velocidad con la que se desplace el objeto a detectar, se eligió un
motor universal de voltaje nominal de 110 V AC, frecuencia de operación 60 Hz y potencia
nominal de 350 W (ver Figura 21), con una velocidad nominal de 3600 RPM, con un esfuerzo de
torsión de 1 a 500 kg-cm y una eficiencia del 75%.
El criterio de elección de este motor fue sus altas velocidades de giro, su voltaje nominal y su
estructura mecánica que facilita su instalación.
24
Figura 21. Motor Universal 110 V AC
Fuente: Los autores
2.2.6 Motor reductor
Se eligió un motor reductor de 12 V DC con una velocidad de giro de 100 RPM (ver Figura 22),
con una fuerza nominal de 9.5 kg*cm y 30 kg*m a máxima eficiencia, con una potencia de salida
de 2,3 W. La elección de este motor fue para realizar el desplazamiento del disco de giro de los
objetos de detección para los sensores fotoeléctricos y de ultrasonido, ya que se adapta a las
condiciones que se necesitan para desarrollar las pruebas a estos sensores, por su velocidad
nominal, su control de movimiento, su fuerza y su conexión eléctrica.
Figura 22. Motor reductor 12 V DC
Fuente: Los autores
2.2.7 Material de construcción de los módulos
El material a utilizar en la construcción de la carcasa del banco de pruebas es una lámina de
acero Cold Rolled-Galvanizada calibre 16 recubierta con pintura electrostática, se eligió este
material por sus propiedades mecánicas las cuales garantizan una dureza ante vibraciones,
golpes y deformaciones, debido a que el banco es portable, este debe estar diseñado para ser
trasladado de un lugar a otro sin que sufra deformaciones o algún tipo de problema que impida
su traslado.
25
En la Tabla 6 se mencionan los materiales utilizados para la construcción del banco de pruebas.
Tabla 6. MATERIALES UTILIZADOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS
MATERIAL UTILIZADO UTILIDAD OBSERVACIONES
Lámina de acero cold-rolled Estructura del banco y accesorios
Debido a su rigidez es ideal para soportar equipos pesados.
Pintura electrostática RAL 7032
Estructura del banco y accesorios
Se utilizó este tipo de pintura para anular posibles interferencias en el funcionamiento de los sensores.
Neopreno Soporte de espejos Soporte motor de universal
Esta goma sintética se utilizó para mitigar vibraciones en el motor universal utilizado.
Espejo Reflejar haz de luz
Se utilizó para reflejar el haz de luz emitido por el sensor fotoeléctrico emisor con el fin de aumentar su distancia hasta el sensor fotoeléctrico receptor.
Velcro Uniones de materiales con disco giratorio
Se utilizó con el fin de adherir diversos materiales de prueba al disco giratorio.
Cobre
Material de prueba Materiales ubicados en el acople del motor universal.
Aluminio
Acero inoxidable
Fuente: Los autores
2.3 DISEÑOS DE PROTOTIPOS PARA SENSOR (INDUCTIVO, FOTOELÉCTRICO,
ULTRASONIDO).
Teniendo en cuenta las características técnicas de los sensores de proximidad (inductivo,
fotoeléctrico y de ultrasonido), se diseñaron los prototipos para las pruebas de alcance nominal,
histéresis, margen de detección y frecuencia de conmutación, los conjuntos de estos prototipos
conforman el módulo didáctico de pruebas.
Se procedió inicialmente con el diseño de la alimentación eléctrica para los sensores, diseñando
una bornera con conectores banana-banana para mayor facilidad de conexión, además se
procedió con la alimentación de los motores disponibles y un pulsador, además cuenta con un
piloto que señaliza el estado del motor de alta velocidad; esta estructura está elaborada en
lámina de acero Cold Rolled-Galvanizada calibre 16 y esta se sujeta al banco didáctico en cuatro
26
puntos de fijación como se puede observar en la Figura 23. Mediante esta bornera se deberán
realizar las conexiones respectivas de cada sensor, contando con cuatro terminales
independientes para cada uno de los sensores, las dos terminales superiores son la alimentación
del sensor, las dos terminas inferiores son las salidas que dispone cada sensor. En la parte
superior de esta bornera de conexión contamos con dos terminales las cuales son para la
alimentación del motor (tensión DC), por otra parte tenemos la indicación visual mediante un
piloto el cual nos permitirá ver el estado del motor universal de alta velocidad (tensión AC); en el
costado de la bornera de conexión podemos encontrar un pulsador el cual nos permitirá llevar el
pulso de encendido al motor DC y nos permitirá ir mover circularmente los materiales de prueba.
Figura 23. Bornera de conexión
Fuente: Los autores
2.3.1 Módulo de pruebas sensor de proximidad inductivo.
En general el modulo del sensor de proximidad inductivo consta del prototipo de avance
milimétrico, la polea con las respetivas caras de los objetos metálicos a ser detectados con
dimensiones de 18mm de cada lado, para garantizar la detección del sensor; el motor universal,
27
caja de velocidad del motor y un protector recubierto en acrílico como se describe en la Figura
24.
.
Figura 24. Diseño Modulo Sensor Inductivo vista lateral
Fuente: Los autores
2.3.1.1 Diseño Prototipo pruebas alcance nominal, histéresis y frecuencia de
conmutación.
El diseño del prototipo para las pruebas de alcance nominal, histéresis y frecuencia de
conmutación se basó en un sistema de avance milimétrico el cual consta de un tornillo sin fin de
referencia M6x35 y una tuerca. El sensor inductivo se ubica en un carro móvil elaborado en
lámina de acero Cold Rolled-Galvanizada en calibre 16 en color RAL 7032 (ver Figura 25 ) que
va conectado a la tuerca que tiene sujeto el tornillo, el cual a medida que se aplique un
movimiento circular en la manija se trasformará en un desplazamiento lineal el cual hace que
avance milimétricamente el sensor.
28
a.
b. c.
Figura 25. Diseño del sistema de desplazamiento milimétrico
a) Vista isométrico b) Vista frontal c) Vista lateral
Fuente: Los autores
Para la prueba de frecuencia de conmutación se diseñó un prototipo que tiene la forma de una
polea, sé diseñó de acrílico transparente de 5mm de espesor la cual se acopla al eje del motor
universal. La polea de 94mm de diámetro consta de seis caras garantizando que cada espacio
entre las caras cuadradas de los materiales sea el doble de la dimensión de la cara del sensor
(ver Figura 26). Como la cara de detección del sensor es de 18 mm de diámetro, entonces cada
peldaño o cara cuadrada del material metálico debe tener una dimensión no inferior a 18mm de
lado.
29
Figura 26. Polea para soporte de materiales vista frontal
Fuente: Los autores
Para el control de velocidad del motor universal se utiliza un circuito electrónico que varía la velocidad desde cero hasta los 3600 Rpm, mediante un potenciómetro que determina la graduación de la velocidad, además cuenta con un selector de dos posiciones el cual nos permite encender o apagar el motor. En esta prueba se diseñó una caja con su botonera respectiva para tal fin, esta se diseñó en lámina de acero Cold Rolled-Galvanizada calibre 16 color RAL 7032, ver Figura 27:
Figura 27. Caja control de velocidad para motor universal vista isométrica
Fuente: Los autores
Para la protección ante el contacto accidental por parte de las personas que estén realizando las
pruebas de laboratorio con este prototipo, se diseñó una capucha en acrílico de 3mm de
espesor, el cual en dado caso de que ocurra una anomalía en el funcionamiento y/o se presente
30
un contacto accidental ya sea con el motor o la polea mientras se encuentra en movimiento, esta
nos garantiza una seguridad para realizar las pruebas. Esta capucha cuenta con soportes en
aluminio calibre 16 en sus esquinas y laterales con el fin de garantizar la unión de las paredes de
acrílico, (ver Figura 28).
Figura 28. Capucha de protección vista isométrica
Fuente: Los autores
2.3.2 Módulo de pruebas sensor de proximidad fotoeléctrico y de ultrasonido.
El módulo de pruebas de los sensores fotoeléctricos y de ultrasonido tiene como característica
principal un sistema de disco giratorio, en el cual se colocan varios objetos a ser detectados de
diferentes materiales. Para el diseño de este módulo se integró las pruebas de alcance nominal e
histéresis del sensor fotoeléctrico y las pruebas de margen y frecuencia de detección del sensor
de ultrasonido, además se diseñó un soporte para el tiedro y espejos para el sensor fotoeléctrico
como se muestra en la Figura 29:
.
Figura 29. Diseño Modulo Sensores Fotoeléctrico y de Ultrasonido Vista frontal
Fuente: Los autores
31
2.3.2.1 Diseño de prototipo de pruebas alcance nominal, histéresis, frecuencia y margen
detección.
El prototipo está diseñado en lámina Cold Rolled-Galvanizada calibre 16 el cual nos permite
garantizar una firmeza al momento de fijar hasta 3 sensores, donde el primero espacio fija un
sensor perpendicularmente tomando como referencia la vista frontal; Los otros dos espacios
para sensores están ubicados cada costado del primer espacio a un ángulo de 45°, de esta
forma se pueden ajustar los sensores en una misma estructura sin importar su uso como se
observa en la Figura 30:
Figura 30. Soporte para sensores
Fuente: Los autores
Adicionalmente este prototipo cuenta con un disco con 150mm de diámetro el cual está
elaborado en policarbonato con un espesor de 5mm, el cual está adherido a un velcro de 2mm
de espesor, este conjunto fue diseñado con el fin de hacer como soporte y fijación de los
materiales a detectar mientras que el disco gira sobre el eje de un motor reductor descrito
anteriormente, ver la Figura 31:
32
Figura 31. Integración Soporte para sensores y Disco giratorio
Fuente: Los autores
2.3.2.2 Diseño de soportes para sensor fotoeléctrico, tiedro y espejos.
La construcción de este prototipo se basó en un soporte con forma de la letra S, este nos permite
soportar el sensor de proximidad fotoeléctrico ya sea emisor o receptor, estos pueden ser
ubicados en cualquiera de los cuatro extremos con los que cuenta el banco, adicionalmente se
diseñaron dos soportes para espejos los cuales permiten extender el haz de luz generado por el
sensor emisor y así este poder realizar un recorrido rectangular en el banco didáctico (ver Figura
32).
33
a. b.
Figura 32. a.) Soporte Espejos. b.) Soporte Sensor fotoeléctrico
Fuente: Los autores
2.3.3 Banco didáctico de pruebas con los módulos respectivos.
Todas las dimensiones descritas en las figuras anteriores están en milímetros, por lo cual el
banco didáctico de pruebas con los respectivos módulos tiene las siguientes dimensiones:
De ancho el banco tiene 300 mm, de largo tiene 500 mm como se observa en la Figura 33. El
banco tiene unos soportes en los extremos los cuales tienen de largo 150 mm, estos sirven para
amortiguar el peso como lo describe la Figura 34.
La caja de velocidades del motor universal tiene 132 mm de largo por 72 mm de ancho y una
altura de 93 mm; la caja de bornes de conexión tiene 240 mm de largo por 50 mm de ancho con
una altura de 93 mm, ver Figura 35.
34
Figura 33. Diseño General Banco Didáctico de Pruebas vista superior
Fuente: Los autores
a. b.
Figura 34. Diseño General Banco Didáctico de Pruebas vistas laterales
a) Vista lateral 1 b) Vista lateral 2
Fuente: Los autores
35
Figura 35. Diseño General Banco Didáctico de Pruebas Vista frontal
Fuente: Los autores
2.4 CONSTRUCCIÓN.
Después de tener los diseños de cada uno de los módulos y prototipos respectivos que
conformarían el banco, se procedió con la construcción de estos. Mediante la colaboración de la
empresa GIM Ingeniería Eléctrica Ltda., la cual se especializa en proyectos eléctricos y
mecánicos se procedió elaborar este banco de pruebas didáctico, esto debido a su forma de
construcción (soldadura, doblez, punzonado), junto a los materiales como lo es la lámina de
acero, tornillería, pintura electrostática.
La mayor parte del banco de pruebas didáctico está elaborado en lámina Cold-Rolled
galvanizada en calibres 14 y 16, con acabado final en pintura electrostática RAL 7032, esto con
el fin de que no hubiese interferencias magnéticas de la estructura hacia los sensores y así
afectar su funcionamiento.
Inicialmente se procedió con el corte de las láminas que se dispondrían para la construcción del
banco, una vez realizado los cortes de la lámina pasó al proceso de punzonado el cual realizaría
las perforaciones en cada uno de los componentes (estas perforaciones están detalladas en el
capítulo de diseño), después de esto se procedió a hacer los dobleces de la lámina a 90°
mediante la utilización de una dobladora tipo industrial.
La alimentación de los sensores (inductivo, fotoeléctrico emisor y receptor, ultrasonido) se realiza
por conectores hembras tipo banana-banana, cada uno independientemente como se demuestra
en el plano eléctrico (Ver Anexos).
36
En la caja de conexiones se acondicionó de forma visual el color correspondiente a cada cable
del sensor, es decir, el usuario visualizará en las borneras de conexión el color correspondiente a
la señal que debe conectar, esto con el fin de evitar malas conexiones y un eventual averío de
los equipos. Además, la caja de conexión cuenta con una señalización de estado de la
energización del motor de alta velocidad debido a su gran susceptibilidad de accidente, aun así,
este cuenta con una capucha de protección en acrílico para mitigar aún más este posible
accidente en caso de contacto directo.
Después de tener construido el banco mediante los procesos descritos anteriormente, se
procedió a realizar las conexiones eléctricas para la alimentación de cada tipo de sensor de
proximidad que se utilizara en el banco, el motor reductor para el disco giratorio que contiene los
objetos de detección para los sensores fotoeléctricos y de ultrasonido y por último el motor
universal desde su alimentación en la caja de velocidades del motor hasta el circuito electrónico
de variación de velocidad.
Figura 36. Banco de sensores con sus respectivos módulos.
Fuente: Los autores
37
3 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO Y DISEÑO DE GUÍAS DE LABORATORIO.
3.1 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO.
Se realizaron las pruebas de funcionamiento a cada uno de los elementos utilizados en el banco
didáctico, comenzado con la alimentación de cada uno de los sensores que cuentan con un
cable conector de referencia XZCP1141L2. Se verificó la continuidad entre los bornes de
conexión y el conector de 4 pines, se realizó la energización a tensión nominal de los sensores
para realizar las mediciones correspondientes.
Se energizó el motor universal de 350 W a tensión nominal de 120 V en A.C. 60 Hz, verificando
el correcto funcionamiento del cable de alimentación, mediante un circuito electrónico de
reducción de velocidad; mediante este circuito se gradúa la velocidad del motor para realizar la
prueba de frecuencia de conmutación.
Por último, se verificó el funcionamiento del motor reductor utilizado en disco giratorio utilizado
para las pruebas de los sensores fotoeléctricos y de ultrasonido, se alimentó a tensión nominal
de 12 V en D.C.
Las pruebas desarrolladas (margen de detección, histéresis frecuencia de conmutación, margen
de detección) se llevaron a cabo acorde a lo especificado anteriormente en el capítulo de diseño,
mediante la correcta utilización de los diferentes módulos y componentes con los que cuenta el
banco de pruebas, los resultados obtenidos se muestran a continuación:
Figura 37. Avance milimétrico para las pruebas de alcance nominal e histéresis.
Fuente: Los autores
En la Figura 37 se evidencia el avance milimétrico para realizar las pruebas de alcance nominal
e histéresis cuando el sensor está en la presencia de un material metálico (aluminio, bronce,
cobre y acero inoxidable), en el módulo que contempla el acople del motor que tiene la función
de fijar las piezas metálicas, y que en conjunto con el sensor de proximidad inductivo permite
realizar las pruebas de frecuencia de conmutación, alcance nominal e histéresis. (Ver Figura 38)
38
Figura 38. Módulo de pruebas sensor inductivo.
Fuente: Los autores
De acuerdo a las pruebas realizadas con el prototipo del avance milimétrico junto con el sensor
de proximidad inductivo, se obtuvieron los siguientes resultados mostrados en la Tabla 7.
Tabla 7. MEDICIONES DE TENSIÓN PRUEBAS DE ALCANCE NOMINAL SENSOR
INDUCTIVO
Para el sensor de proximidad de ultrasonido se realizó la verificación de los prototipos utilizando
varios tipos de materiales que reflejen el sonido (PVC, madera, bronce, plástico, vidrio).
Mediante el modulo del sensor de ultrasonido (Figura 39) se determinó la zona ciega, zona de
39
detección y alcance máximo de detección. Para registrar la lectura de la señal de salida del
sensor se utilizó el instrumento de medida MULTÍMETRO FLUKE 179.
Figura 39. Módulo de pruebas sensor de ultrasonido.
Fuente: Los autores
Se determinó que la zona muerta o ciega del sensor está en el rango de 0 a 24,3 mm con
respecto desde la cara activa del sensor hasta el objeto que obstaculiza la onda sonora de este,
la zona de detección está en el rango de 24,3 mm a 145 mm en línea recta, el alcance mínimo
de detección es 24,3 mm y el alcance máximo de detección es 145 mm.
FIGURA 40. Lectura de la señal de voltaje del sensor de ultrasonido en la zona de detección ante la presencia de
un objeto que obstaculice la onda sonora.
Fuente: Los autores
40
Para el sensor fotoeléctrico se realizó la prueba a los modos de uso del sensor (réflex, auto
réflex, barrera)
En la Figura 41 se muestra la salida 12V del sensor fotoeléctrico en modo barrera ante la
presencia un material de prueba como lo es el cobre utilizando el prototipo de soporte tipo S.
Figura 41. Prueba sensor fotoeléctrico modo barrera
Fuente: Los autores
Lo anterior se realizó para garantizar el desarrollo de las pruebas a los parámetros descritos en
los objetivos específicos para cada sensor.
3.2 DISEÑO DE GUÍAS DE LABORATORIO.
Las guías de laboratorio para cada una de las pruebas descritas en los objetivos se presentan en
el anexo A hasta el anexo G, en este capítulo se describirá la estructura de cada una de ellas.
Como último objetivo a desarrollar se plantea dos guías básicas de laboratorio para los módulos
que componen el banco didáctico de pruebas, cada una de ellas se compondrá de:
Titulo
Objetivos
Explicación de la actividad propuesta
Ejercicios propuestos
Como objetivo general de las guías de laboratorio del banco didáctico de pruebas a sensores de
proximidad, es dar un enfoque teórico práctico de estos tipos de instrumentos muy utilizados en
el sector de automatización industrial; para las materias de instrumentación y automatización, por
lo cual se diseñaron dos guías básicas de laboratorio a parámetros específicos para cada tipo de
sensor utilizado.
3.3 GUÍAS DE LABORATORIO A DESARROLLAR.
Las guías de laboratorio a desarrollar en cada módulo del banco de sensores serán las
siguientes:
41
Guía 1 modulo sensor de proximidad inductivo: “Alcances de detección e histéresis del
sensor de proximidad inductivo”
Mediante el uso del prototipo de avance milimétrico junto con la polea de materiales de prueba el
estudiante deberá realizar las pruebas mencionadas usando la configuración y recomendaciones
allí descritas.
Guía 2 modulo sensor de proximidad inductivo: “Frecuencia de conmutación de un sensor de
proximidad inductivo”
Mediante el uso del prototipo de avance milimétrico (usado en este caso como soporte
únicamente) junto con la polea de materiales de prueba el estudiante deberá energizar el motor
de alta velocidad y realizar la toma de datos en el osciloscopio determinando la velocidad que
está girando el motor.
Guía 3 modulo sensor de proximidad fotoeléctrico: “Modos de uso del sensor de proximidad
fotoeléctrico”
Mediante el uso del prototipo de soporte en S y Disco giratorio, el estudiante deberá programar
los sensores en cada uno de sus modos y realizar un ejercicio de accionar el relevo de 14 pines
con la salida obtenida en el sensor receptor.
Guía 4 modulo sensor de proximidad fotoeléctrico: “Alcances de detección e histéresis de
cada modo de uso del sensor de proximidad fotoeléctrico”
Mediante el uso del prototipo de soporte en S el estudiante deberá programar el sensor en modo
de borrado de plano posterior y deberá ir acercando objetos hasta llegar al límite de detección,
esto con el fin de realizar las pruebas mencionadas.
Guía 5 modulo sensor de proximidad de ultrasonido: “Margen de detección sensor de
proximidad de ultrasonido”
Mediante el uso del prototipo de disco giratorio, el estudiante deberá ubicar materiales de prueba
y determinar valores de detección con los que cuenta el sensor.
Guía 6 modulo sensor de proximidad de ultrasonido: “Frecuencia de detección sensor de
proximidad de ultrasonido”
Mediante el uso del prototipo de disco giratorio, el estudiante deberá energizar el motor de
alimentación DC para que los materiales de prueba vayan rotando, se deberá conectar el
osciloscopio y analizar la onda que este muestre para así determinar la frecuencia con la que
está detectando el sensor.
42
4 CONCLUSIONES
Con la herramienta de este banco didáctico, permitirá a la comunidad estudiantil, de
Tecnología Eléctrica y Tecnología Electrónica realizar prácticas de laboratorios utilizando
los sensores de proximidad disponibles en los laboratorios de Tecnología en
Electricidad.
Se determinaron las características técnicas y constructivas con las que debe contar el
banco didáctico de pruebas, teniendo en cuenta los aspectos de distancias mínimas
entre equipos, influencia de los materiales a detectar y aspectos básicos de
funcionamiento de los sensores.
Se diseñaron y construyeron 4 prototipos (Soportes en S, disco giratorio, avance
milimétrico, polea) para la realización de pruebas de parámetros y aplicaciones de los
sensores de proximidad, siendo en conjunto el banco didáctico de pruebas para
sensores inductivos, fotoeléctricos y de ultrasonido.
Se diseñó la guía “RECONOCIMIENTO DEL BANCO DE PRUEBAS DIDÁCTICO” con el
objetivo de que el usuario consulte sobre los prototipos y equipos con los que puede
interactuar y sus respectivas utilidades, siendo esta guía la base del banco de pruebas
didáctico.
Se diseñaron dos guías básicas para cada uno de los sensores inductivo, fotoeléctrico y
de ultrasonido), permitiendo al usuario desarrollar prácticas de laboratorio utilizando
cada uno de los prototipos anteriormente diseñados, esto con el fin de determinar
parámetros y posibles aplicaciones de los sensores.
Durante el diseño del banco se tuvieron en cuenta ciertas especificaciones con los
dispositivos a conectar dentro de este, sus distancias de separación entre cada uno de
los sensores para evitar incluir en desviaciones o interferencias al momento de realizar
las prácticas, por lo cual al momento de diseñar se garantizó las distancias mínimas para
la separación entre los sensores.
43
5 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Alonso, L., Rodríguez, C., Fernández, M., Llata, J. R., & Pérez Oria, J. (2002). INFLUENCIA DEL
AMBIENTE INDUSTRIAL EN SISTEMAS DE DETECCIÓN ULTRASÓNICA DE PIEZAS
DEFECTUOSAS. Tenerife, España: XXIII Jornadas de Automática.
Barbecho, J., Sarmiento, A., Sánchez, V., & Calle, W. (2013). Diseño e implementación de un
laboratorio de instrumentación industrial. INGENIUS Revista de ciencia y tecnología, 65-
71.
Bradley, A. (2000). Fundamentos de sensado o detección de presencia. (Manual de
capacitación). Rockwell Automation.
Creus, A. (1999). Instrumentación Industrial 6º Edición. España: Alfa Omega. Marcombo.
Electric, S. (s.f.). Equipamento Didáctico, Catálogo para enseñanzas técnicas. Barcelona,
España: Instituto Schneider Electric de Formación.
Fernández Amador, G. (2005). Sensores Magnéticos e Inductivos. Pachuca, Hidalgo, México:
Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.
J. MARCOS, C. V. (s.f.). MAQUETA PARA LA REALIZACIÓN DE PRÁCTICAS DE
LABORATORIO CON. Vigo, España: Universidad de Vigo. Departamento de Tecnología
Electrónica.
Jhon Hyde, A. C. (1997). Control Electro neumático y Electrónico. . Barcelona, España:
Marcombo S.A.
Leiva, L. F. (s.f.). Controles y Automatismos Eléctricos.
Niño Castillo, Z. F., & Díaz Monroy, V. E. (2010). MÓDULO DIDÁCTICO PARA PRÁCTICAS DE
LABORATORIO CON DETECTORES DE PROXIMIDAD PARA LA ASIGNATURA DE
INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA. Bucaramanga, Colombia: UNIVERSIDAD
INDUSTRIAL DE SANTANDER.
Schneider, E. (s.f.). Sensores Industriales (Inductivos, Fotoeléctricos y de ultrasonido). Catálogo
de Sensores Industriales.
Serna Ruiz, A., Ros García, F. A., & Rico Noguera, J. C. (2010). Guía Práctica de Sensores.
Creaciones Copyright SL.
TELEMECANIQUE, S. E. (2002). ULTRASONIC SENSORS. TELEMECANIQUE, SCHNEIDER
ELECTRIC.
44
6 ANEXOS
6.1 ANEXO A INTRODUCCIÓN GUÍAS DE LABORATORIO
RECONOCIMIENTO DEL BANCO DE PRUEBAS DIDÁCTICO
1. OBJETIVO GENERAL
Adquirir los conocimientos y detalles sobre el banco de pruebas didáctico necesarios para llevar
a cabo el correcto funcionamiento y uso del mismo.
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Identificar los diferentes componentes que componen al módulo pruebas, analizando su
funcionamiento y uso para las diferentes opciones que se puedan presentar.
Asociar los componentes del banco de pruebas con los sensores de proximidad
disponibles en el laboratorio de tecnología en Electricidad y Electrónica.
3. LISTA DE MATERIALES
Banco de pruebas didáctico
Multímetro digital
Conectores banana-banana
Fuente de alimentación DC
Kit de herramientas
4. EXPLICACIÓN DE LA ACTIVIDAD PROPUESTA
El estudiante deberá acudir a los manuales y catálogos de los sensores de proximidad con el fin
de consultar la información de necesaria para la conexión de los equipos, diagramas eléctricos,
programación en los casos que aplique y demás recomendaciones que se deben tener en cuenta
al momento de hacer uso de estos equipos; Además deberá consultar información técnica del
banco de pruebas, la cual está disponible en la tesis de Trabajo de Grado denominada: Diseño
y construcción de un banco didáctico de pruebas para sensores de proximidad del
laboratorio de tecnología en electricidad.
5. EJERCICIOS PROPUESTOS
a) Tener presente la responsabilidad del adecuado uso y correcta aplicación tanto de los
sensores como del banco de pruebas.
b) Examinar cada uno de los prototipos que componen el banco con el fin de reconocer el
sistema de funcionamiento individual y como conjunto.
c) Realizar la conexión eléctrica de los sensores mediante las borneras disponibles en el
banco y revisar su correcto funcionamiento.
45
6.2 ANEXO B GUÍA 1. ALCANCES DE DETECCIÓN E HISTÉRESIS DEL SENSOR DE
PROXIMIDAD INDUCTIVO.
1. OBJETIVO GENERAL
Conocer el funcionamiento, alcance de detección e histéresis de un sensor de proximidad
inductivo.
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Determinar el alcance nominal del sensor de proximidad inductivo con los diferentes
materiales metálicos que se encuentran disponibles en el banco didáctico de pruebas.
Determinar el porcentaje de histéresis del sensor de proximidad inductivo mediante la
utilización de todos los materiales metálicos disponibles en el prototipo.
3. LISTA DE MATERIALES.
Banco didáctico de pruebas.
Sensor de proximidad inductivo referencia XS6 18B2PAL01M12.
Fuente de alimentación DC.
Multímetro digital.
Conectores banana-banana.
Prototipos con las caras de los materiales metálicos disponibles en el banco.
4. EXPLICACIÓN DE LA ACTIVIDAD PROPUESTA.
Para realizar estas pruebas de laboratorio del sensor inductivo es necesario alimentarlo
correctamente según lo especifica la ficha técnica, en la bornera de conexión de los
sensores se describe la forma de conexión de polo positivo, negativo y la señal de
salida.
Luego de verificar el funcionamiento del sensor se procede a realizar las pruebas de
alcance nominal e histéresis, mediante el prototipo de avance milimétrico y la polea que
contiene las caras de los materiales metálicos. Para realizar esta práctica el prototipo
cuenta con varias caras de materiales metálicos, los cuales son: Aluminio, Acero
inoxidable, Bronce, Cobre, Cold rolled.
5. EJERCICIOS PROPUESTOS.
a) Mediante los prototipos de avance milimétrico y la polea de las caras metálicas,
determinar el alcance nominal del sensor, se debe registrar la distancia de
desplazamiento y la tensión de salida, ya sea con el multímetro o con la sonda del
osciloscopio. Este procedimiento se debe repetir con cada cara metálica de la polea.
46
b) Realizar varias aproximaciones tanto laterales como frontales de los materiales
metálicos disponibles, para determinar el porcentaje de histéresis del sensor para ello
registrar los valores obtenidos.
Nota: Al momento de colocar el prototipo con las caras metálicas al eje del motor, se debe tener
cuidado que el motor no este alimentado, para verificar esta situación el piloto verde ubicado en
caja de borneras debe estar apagado. Esto es debido a que se integró en un mismo modulo las
pruebas de alcance nominal, frecuencia de conmutación e histéresis.
SECCIÓN DEL BANCO A UTILIZAR
Avance milimétrico y acople de caras metálicas.
47
6.3 ANEXO C GUÍA 2. FRECUENCIA DE CONMUTACIÓN SENSOR DE PROXIMIDAD
INDUCTIVO
.
1. OBJETIVO GENERAL.
Determinar el comportamiento del sensor inductivo detectando objetos en movimiento, para
poder calcular la máxima frecuencia que puede soportar.
2. LISTA DE MATERIALES.
Banco didáctico de pruebas.
Sensor de proximidad inductivo referencia XS6 18B2PAL01M12.
Fuente de alimentación DC.
Multímetro digital.
Conectores banana-banana.
Prototipos con las caras de los materiales metálicos disponibles en el banco.
Osciloscopio Rigol.
Sonda de salida para canales del osciloscopio.
Cable de alimentación para motor universal 120 V C.A. 60 Hz
3. EXPLICACIÓN DE LA ACTIVIDAD PROPUESTA.
En la prueba de frecuencia de conmutación se debe colocar los prototipos de las caras
cuadradas de los materiales metálicos al eje del motor, el banco cuenta con 4 prototipos
cada uno de un material distinto los cuales son de aluminio, acero inoxidable, cobre y
bronce.
Para colocar el prototipo en el eje del motor, primero se debe levantar el protector que
cubre al motor, teniendo en cuenta que el motor no debe estar alimentado para evitar
accidentes, luego se rosca el prototipo al eje verificando que este quede fijo sobre el
mismo para evitar que se produzcan vibraciones.
Después de roscar el prototipo al eje del motor se procede a ubicar el sensor de
proximidad inductivo en el avance milimétrico y debe garantizarse una distancia no
inferior de 4.5 mm que corresponde a la mitad de la distancia de detección, entre la cara
de detección y la cara del material metálico del prototipo.
Se coloca nuevamente el protector que cubre el motor, se fija bien las tuercas inferiores
para posteriormente conectarlo a la fuente de alimentación. Se procede a fijar la
velocidad mínima del motor mediante el potenciómetro, luego se varia la velocidad y se
determina el periodo de la señal de salida utilizando el osciloscopio.
48
6. EJERCICIOS PROPUESTOS.
a) Calcular la velocidad con la que gira el prototipo que contiene las caras metílicas,
mediante la utilización del osciloscopio para registrar la magnitud de la tensión de
salida y el periodo de la señal mostrada.
b) Se realiza el mismo procedimiento con los otros prototipos de los materiales
metálicos.
Nota: Al momento de cambiar los prototipos de las caras metálicas al eje del motor, se
debe tener cuidado que el motor no este alimentado, para verificar esta situación el piloto
verde ubicado en caja de borneras debe estar apagado.
SECCIONES DEL BANCO A UTILIZAR
Acople de las caras metálicas, variador de velocidad motor universal.
49
6.4 ANEXO D GUÍA 3. LOS MODOS DE USO DEL SENSOR DE PROXIMIDAD
FOTOELÉCTRICO.
1. OBJETIVO GENERAL
Adquirir los conocimientos básicos sobre los sensores de proximidad fotoeléctricos.
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Identificar los diferentes modos en los que se puede emplear el sensor.
Establecer aplicaciones de uso del control automático con la señal obtenida en la salida
del sensor
3. LISTA DE MATERIALES
Banco de pruebas didáctico
Multímetro digital
Conectores banana-banana
Fuente de alimentación DC
Sensor de proximidad fotoeléctrico referencia XUB OBPSN M12
Kit de herramientas
4. EXPLICACIÓN DE LA ACTIVIDAD PROPUESTA
Para realizar la programación de los modos de funcionamiento del sensor de proximidad
fotoeléctrico, se debe acudir a su ficha técnica en la cual se evidencia la secuencia de pulsos
que se debe seguir para configurar cada uno de los modos de funcionamiento:
Modo Reset, Modo de ajuste normal/fino, Modo de borrado de plano posterior, Modo barrera.
5. EJERCICIOS PROPUESTOS
a) Programar el sensor fotoeléctrico (emisor) en cada uno de sus modos y verificar su
correcto funcionamiento.
b) Realizar la programación del modo barrera entre los sensores fotoeléctricos (emisor,
receptor) utilizando los espejos disponibles en el banco, esto con el fin de aumentar la
distancia del haz de luz emitido, tener en cuenta que se deben programar en modo
barrera e ir ajustando el ángulo de los espejos hasta ver en la salida del sensor 0V. lo
cual indica que los sensores están alineados.
c) Realizar un control básico de encendido de relevo de 14 pines tomando como base la
acción de la salida del sensor fotoeléctrico.
50
SECCIONES DEL BANCO A UTILIZAR
Fijación de sensores, espejos, disco giratorio.
51
6.5 ANEXO E GUÍA 4. ALCANCE DE DETECCIÓN E HISTÉRESIS DEL SENSOR DE
PROXIMIDAD FOTOELÉCTRICO.
1. OBJETIVO GENERAL
Determinar los valores de alcance de detección e histéresis del sensor de proximidad
fotoeléctrico.
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar el valor de alcance nominal que presenta el sensor en modo de borrado de
plano posterior.
Determinar el porcentaje de histéresis del sensor en cada modo de funcionamiento.
3. LISTA DE MATERIALES
Banco de pruebas didáctico
Multímetro digital
Conectores banana-banana
Fuente de alimentación DC
Sensor de proximidad fotoeléctrico referencia XUB OBPSN M12
Kit de herramientas
4. EXPLICACIÓN DE LA ACTIVIDAD PROPUESTA
Para determinar el alcance nominal de este sensor es necesario programarlo en modo de
borrado de plano posterior, debido a que este sensor puede operar a una gran distancia; con
esto estaríamos limitando ese valor, de esta manera se procederá a colocar el sensor (emisor)
en el soporte tipo “S” e ir acercando objetos por encima del límite en donde ser realizó el borrado
de plano posterior, también esta configuración nos podrá ser de utilidad para determinar el valor
de histéresis del sensor en cada modo de programación.
5. EJERCICIOS PROPUESTOS
a) Programar el sensor en modo de borrado de plano posterior y determinar a qué distancia
está este límite acercando objetos hacia el límite.
b) Programar el sensor en cada uno de los modos y determinar el valor de histéresis que se
obtiene al acercar y alejar objetos en la zona y/o rango de detección.
52
SECCIÓN DEL BANCO A UTILIZAR
Fijación de sensores, espejos, disco giratorio.
53
6.6 ANEXO F GUÍA 5. MARGEN DE DETECCIÓN SENSOR DE PROXIMIDAD DE
ULTRASONIDO.
1. OBJETIVO GENERAL.
Determinar el margen de detección del sensor de proximidad de ultrasonido.
2. OBJETIVOS.
Determinar la zona ciega, alcance máximo y mínimo del sensor de ultrasonido.
Hallar la zona de detección de objetos del sensor de ultrasonido.
3. LISTA DE MATERIALES.
Banco didáctico de pruebas.
Sensor de proximidad de ultrasonido referencia XX518A1KAM12.
Fuente de alimentación DC.
Multímetro digital.
Conectores banana-banana.
4. EXPLICACIÓN DE LA ACTIVIDAD PROPUESTA.
En el módulo del sensor de proximidad de ultrasonido se encuentran varios objetos de
detección, con estos se procederá a realizar la prueba, se debe calcular las distancias
correspondientes a la zona ciega, zona de detección, alcance mínimo y máximo; para lo
cual el estudiante debe realizar desplazamientos milimétricos con el prototipo construido
para tal fin.
5. EJERCICIO PROPUESTO.
a) Mediante los objetos de detección que se encuentran en el módulo del sensor de
ultrasonido, se debe calcular las distancias correspondientes a la zona ciega, zona
de detección, alcance mínimo y máximo. Registrar las distancias de desplazamiento
y la tensión de salida del sensor.
54
SECCIÓN DEL BANCO A UTILIZAR
Disco giratorio, objetos de detección.
55
6.7 ANEXO G GUÍA 6. FRECUENCIA DE DETECCIÓN SENSOR DE PROXIMIDAD DE
ULTRASONIDO.
.
1. OBJETIVO.
Calcular la frecuencia de conmutación con la que el sensor de ultrasonido funciona.
2. LISTA DE MATERIALES.
Banco didáctico de pruebas.
Sensor de proximidad de ultrasonido referencia XX518A1KAM12.
Fuente de alimentación DC.
Multímetro digital.
Conectores banana-banana.
Osciloscopio Rigol.
Sonda de salida para canales del osciloscopio.
3. EXPLICACIÓN DE LA ACTIVIDAD PROPUESTA.
Mediante la utilización del prototipo del disco giratorio colocar los objetos de detección
(PVC, Aluminio), realizar desplazamientos circulares mediante la utilización del motor
DC accionado con el pulsador ubicado en la caja de conexiones.
4. EJERCICIO PROPUESTO.
a) Colocar los objetos de detección en disco giratorio (PVC, Aluminio), el estudiante
deberá conseguir otros materiales y ubicarlos en el disco mediante la fijación de una
capa de velcro.
56
SECCIONES DEL BANCO A UTILIZAR
Disco giratorio, objetos de detección
57
6.8 ANEXO H PLANO ELÉCTRICO GENERAL
58
6.9 ANEXO I PLANO ELÉCTRICO SENSOR INDUCTIVO
59
6.10 ANEXO J PLANO ELÉCTRICO SENSOR DE ULTRASONIDO
60
6.11 ANEXO K PLANO ELÉCTRICO SENSOR FOTOELÉCTRICO
