Pregunte a los expertos: Cómo seleccionar un sensor de proximidad inductiva

Josh Kingsley:
Bien. La primera es de Jerry, en LinkedIn. Creo que es excelente para comenzar. La pregunta es ¿qué es un sensor de proximidad inductiva?

Matt Simms:
Te elegí una sencilla. Pero es un buen comienzo para los que no están familiarizados con este tipo de sensores electrónicos. Las dos palabras clave son “proximidad” e “inductiva”. Comencemos con “proximidad”. La detección por proximidad significa que un sensor electrónico no necesita que el objetivo entre en contacto con el sensor físicamente para ser detectado. Esa es la parte de proximidad. Si lo compara con un interruptor de límite, donde el objetivo tiene que entrar en contacto físico con la palanca de operación del interruptor para que cambie el estado del interruptor, en un sensor de proximidad esto sucede de modo electrónico, y el objetivo solo necesita estar cerca del sensor.

Lo inductivo es que es un sensor diseñado para detectar objetos metálicos. Entonces, proximidad inductiva, objetos metálicos, donde el objetivo solo necesito estar a una determinada distancia del sensor para ser detectado.

Josh Kingsley: 
Entendido. Bien. Gracias por la respuesta, que servirá de referencia para el resto de la sesión. Ahora todo el público ya está informado y en tema. Gracias por la pregunta, Jerry. Fue un buen comienzo. 

Josh Kingsley: 
Vamos a quedarnos en LinkedIn para la próxima, que es de Darryl. La pregunta es ¿cómo funciona en realidad un sensor de proximidad inductiva?

Matt Simms: 
Buena pregunta también. Quizás sea un buen punto de partida observar una imagen de los componentes básicos de un sensor inductivo. 

Aquí pueden ver algunos componentes del sensor. En el extremo frontal, está lo que llamamos transductor. Básicamente, es la pieza del dispositivo que se ocupa de la detección. Es una bobina de alambre que envuelve un núcleo de ferrita, para crear un campo. Detrás hay un circuito oscilador. Ese circuito oscilador que ven en el diagrama de bloques crea un campo electromagnético básicamente en niveles de radiofrecuencia. El circuito oscilador alimenta hasta esa bobina. La bobina y el núcleo dan forma al campo que se emite desde la parte delantera del sensor.

Cuando el objetivo ingresa en el entorno de detección, ese campo electromagnético del sensor induce lo que se denomina corrientes parásitas, en la superficie del material del objetivo. Esas corrientes comienzan a fluir y eso mitiga nuestra señal inducida por el oscilador. Esa mitigación se detecta en nuestro circuito detector. Ese es el tercer bloque del diagrama de bloques.

Por lo tanto, detectamos que el campo electromagnético del sensor se ve mitigado por la presencia del objetivo. Luego, el circuito detector reconoce eso como una detección válida y cambia la salida del sensor. Por lo tanto, un sensor se enciende o apaga según el tipo de sensor, a partir de esa cadena de eventos.

Josh Kingsley: 
Entendido. Perfecto. Gracias por aportar ese gráfico y explicarlo. 

Josh Kingsley: 
Muy bien, la siguiente pregunta proviene de Facebook. Esta vez es de Sarah. Parece que propone un escenario. El escenario es el cambio de un interruptor de límite por un dispositivo sin contacto en la aplicación. ¿Cuál es el potencial de interferencia de otros metales en el área donde va el sensor?

Matt Simms: 
Excelente pregunta. Les mostraré eso en la estructura de un sensor como este. Esto es un sensor real y una aplicación real. Hablaremos de esto en un momento. La aplicación de interruptor de límite, muy típica. Es común cambiar, en una aplicación en una máquina, de un dispositivo de contacto como un interruptor de límite a un dispositivo sin contacto como un sensor de proximidad.

El interruptor de límite, como dije anteriormente, requiere que el objetivo entre en contacto con la palanca del interruptor. Una vez que se logra eso, uno no tiene que preocuparse por lo que suceda en el entorno de detección.

En este caso de hoy, tenemos un dispositivo electrónico como este sensor, y pueden ver que está montado en este soporte. Esto está diseñado para detectar los objetos metálicos de los que hablamos, pero obviamente tiene tuercas metálicas que montan el sensor en un soporte como este de aquí. No nos preocupamos mucho por esas cosas.

El sensor está diseñado para evitar cualquier objeto como ese, el tubo donde está integrado el sensor, las tuercas, el soporte de montaje, ese tipo de cosas. Lo que debe preocuparnos es el metal que está en la zona de detección del objetivo. Esa es la mayor preocupación.

Josh Kingsley: 
Tenemos una gran cantidad de preguntas. Agradecemos al pueblo de Eaton. Este episodio de Pregunte a los expertos está auspiciado por el sensor de proximidad inductiva E57G. Asegúrese de visitar eaton.com/E57 para obtener más información sobre el producto.

Pasemos a esta. Vamos a LinkedIn. Esta es una pregunta sofisticada. ¿Cuál es el principio básico de un sensor de proximidad?

Matt Simms: 
Sí. Nuevamente, el principio básico es que se utilizan los componentes electrónicos del circuito del sensor. Esta es una tarjeta de circuito de sensor típica para crear un campo electromagnético. Ese es un paso. El segundo paso es dirigir de alguna manera ese campo a un área cercana al sensor donde se desea que se produzca la detección de objetivos.

Ese es el propósito de esta bobina y este núcleo. Entonces, si crea un campo electromagnético, el núcleo y la bobina dan forma a eso. En este caso, aquí hay un tubo. Lo tomamos. Ahora la forma del núcleo y la bobina crea el campo directamente delante del sensor, y esa es la zona de detección de objetivos.

Entonces, nuevamente, el principio es la creación del campo electromagnético. Luego, ese campo electromagnético se ve alterado por la presencia de ese objetivo, como describimos anteriormente. Podemos detectar esa alteración.

Josh Kingsley: 

Bien. La siguiente pregunta es también de LinkedIn. La pregunta es ¿dónde se usaría un dispositivo así? Creo que lo que realmente intentamos averiguar es cuáles son algunas buenas aplicaciones comunes para sensores de proximidad inductiva.

Matt Simms: 

Claro. Estos sensores, repito, suelen utilizarse para detectar objetos metálicos. Una de las áreas principales donde se aplican es en la detección de las piezas móviles de un equipo, una máquina donde hay piezas móviles, hay puertas, hay ejes que giran, hay brazos que se mueven hacia adelante y hacia atrás, hay rampas, hay cilindros hidráulicos que mueven cosas hacia adelante y hacia atrás para crear un movimiento de un producto o un movimiento de un objeto que se está fabricando y se transporta en este equipo.

Esas partes móviles internas de la máquina, por lo general, son componentes metálicos. Por lo tanto, se puede utilizar un sensor de proximidad inductiva para detectar si se ha completado un ciclo de alguna parte de la máquina. Por ejemplo, detectar si ese cilindro ha empujado el ariete hacia afuera a la posición extendida, o si se ha retraído de vuelta a la posición inicial.

Cuando se habla de ver realmente materiales que se producen, por ejemplo, en una máquina, como pernos de una máquina como esa o piezas estampadas de una máquina de estampado o una prensa, nuevamente, muchos de ellos son objetos metálicos, y se puede usar un sensor de proximidad para detectarlos. Por ejemplo, cuando se están fabricando, para contarlos al final del proceso, para observar una característica en particular, algo que se suelda a uno de esos componentes.

Por lo tanto, puede observar los componentes internos de una máquina y también puede observar los componentes que produce esa máquina o que esa máquina mueve, si son metálicos.

Josh Kingsley: 
Entendido. 

Josh Kingsley: 
Bien. Aquí hay otra de LinkedIn, de Dan. ¿Este es un tipo de configuración analógico o digital?

Matt Simms: 

Este es un buen punto de partida. El tipo de cableado más común al ingresar al mundo de la detección de proximidad inductiva es el sistema de cableado de dos cables. Lo más común es que ustedes provengan de algo como un interruptor de límite donde solo hay dos cables, y donde la energía que va al sensor y la energía que va a la carga son las mismas.

Imaginen que el sensor es un interruptor de límite y ustedes obtienen la carga. Cuando el interruptor está apagado, el circuito está abierto. No hay flujo de corriente. Uno coloca un sensor inductivo en ese circuito, un sensor inductivo de dos cables, y de repente el sensor necesita algo de energía para mantenerse activo y funcionar a fin de detectar el objetivo y encender o apagar esa carga.

Entonces tenemos lo que llamamos corriente residual. Eso solo significa que ese circuito en un modo de sensor inductivo, o una aplicación, siempre consumirá una pequeña cantidad de corriente, mientras que en el caso de un interruptor de límite en ese circuito de dos cables, el circuito está abierto y no consume corriente cuando el circuito está apagado.

Hay otro gráfico que podemos mostrar que muestra un circuito de tres cables. Ese era un cableado de interruptor de límite de dos cables. Este es un circuito de tres cables más común. El tercer cable es el cable de salida. La energía que va a la carga y la energía que va al sensor están separadas.

En este caso, esta es una salida PNP. Cuando el sensor se enciende o apaga, esa corriente fluye desde el sensor a través de la carga. Luego, pongamos el siguiente gráfico, tenemos un gráfico de NPN que muestra, nuevamente, un circuito de drenaje. No es tan común en América del Norte como en otras partes del mundo, pero ciertamente existe. Aquí en América del Norte, nuevamente, el circuito típico de tres cables.

También a los sensores a veces se los denominan dispositivos de cuatro cables. A veces se escucha cinco cables o seis cables. Lo que eso significa principalmente es que el sensor tiene cableado de energía más varios circuitos de salida. En este caso, un circuito NPN y un circuito PNP en el mismo sensor serían un dispositivo de cuatro cables. Si, por ejemplo, tuviera dos circuitos de salida de transistor de estado sólido completos en un sensor, podría ver un sensor de seis cables. Pero los más comunes son los dispositivos de tres y dos cables cuando se habla de reemplazar algo como un interruptor de límite.

Josh Kingsley: 
Entendido. Esa pregunta surge mucho. Gracias por esa explicación realmente exhaustiva. Gracias por la pregunta, Luanne.

Josh Kingsley: 
Voy a hacerles dos preguntas a la vez porque creo que están vinculadas. Esta es de Chetin en LinkedIn. Continúa con un tema anterior: ¿cuál es la distancia de detección de un sensor inductivo? 

Matt Simms: 
Claro. La distancia de detección, como concepto básico en el mundo de la detección inductiva... Y les mostré un tipo de sensor tubular en algunos de los ejemplos anteriores. Existen otros factores de forma en los sensores. Este es un dispositivo estilo cubo de 40 milímetros. Pueden ver aquí otro que es un dispositivo de tamaño de interruptor de límite.

Cada uno de ellos tiene diferentes alcances, pero generalmente verán sensores con alcance máximo de aproximadamente 100 milímetros o cuatro pulgadas en el mundo de los sensores de proximidad inductiva industriales. Para obtener un alcance de cuatro pulgadas o 100 milímetros, hay que tener un dispositivo sensor bastante grande, porque normalmente el sensor puede ver hasta una distancia similar a su diámetro físico.

En este caso, este cubo mide 40 milímetros cuadrados. El rango máximo de detección de ese dispositivo es de aproximadamente 40 milímetros. Este sensor tubular tiene 30 milímetros de diámetro. Puede ver a hasta aproximadamente 30 milímetros. Así que esa es la referencia. Si necesitan un alcance de detección de 100 milímetros, el sensor debe tener un diámetro de 100 milímetros. Es cuestión de física.

Josh Kingsley:
Entendido. Perfecto. Bien. Hay un par de preguntas que están relacionadas. La primera tiene que ver con el rango de temperatura de operación. Proviene de LinkedIn. También tenemos a Jorge en LinkedIn que pregunta ¿qué le sucede a un sensor de proximidad inductiva ante las diferentes temperaturas?

Matt Simms:
Son preguntas de nivel general. Un sensor inductivo típico para una aplicación industrial tiene un rango de temperatura bastante amplio, generalmente de -25 grados Celsius a 55 grados Celsius, o incluso de -40° C a 70° C u 80° C. Un rango de temperatura bastante amplio.

Los componentes electrónicos de un circuito como un sensor inductivo pueden ser sensibles a la temperatura. Esas mismas organizaciones de estándares internacionales que definen las características del objetivo para dar un alcance de detección, ese alcance de 10 milímetros para ese objetivo de acero dulce, también definen cuánto puede cambiar el alcance del sensor en esa banda de temperatura. Eso es lo que vemos en ese gráfico.

El estándar internacional es que un sensor puede moverse hasta un 10 % por todo ese rango de temperaturas. Entonces el sensor de 10 milímetros puede tener un alcance de 9,1 milímetros a 10-11 milímetros en todo ese rango de temperaturas. Lo que se ve en este gráfico es que es más común que el sensor promedio se mueva alrededor del 5 %. Pueden ver que a lo largo de los datos estadísticos que desarrollamos a lo largo del tiempo hay una variación de aproximadamente el 5 %. El 5 % es lo que ven en los extremos del espectro de temperaturas. Entonces el alcance se amplía. Ese sensor de 10 milímetros tendrá un alcance de 10,5 milímetros en el frío extremo y en el calor extremo.

A modo de acotación, para lograr eso, cuando desarrollamos un sensor, hacemos una amplia compensación de temperatura en todo este rango, porque si solo tomamos un circuito electrónico estándar y no compensamos la temperatura, es posible que tenga una variación del 30 %, 40 %, 50 % en el alcance, lo cual no es práctico. Obviamente, si un sensor de 10 milímetros solo ve cinco milímetros cuando hace frío y ve 18 milímetros cuando hace calor, no es lo ideal.

Josh Kingsley:
Entendido. Perfecto.

Josh Kingsley:
Muy bien, siguiente pregunta. Una sencilla de Dan. ¿Las salidas digitales están diseñadas para usarse solo en circuitos de CC o en CA y CC?

Matt Simms:
Quizás. Por lo general, esas salidas de transistores se utilizan en circuitos de CC, pero los sensores de CA/CC son bastante comunes donde el sensor está calificado. Tiene, por ejemplo, una salida de transistor de estado sólido y se puede cablear para funcionar con CA o CC. Esos circuitos de salida se pueden utilizar en aplicaciones de CA y CC.

Josh Kingsley:
Bien. Perfecto. 

Josh Kingsley:
Bien. Las siguientes preguntas son sobre más detalles de la serie iProx. ¿Cuáles son algunas diferencias entre los sensores iProx y los demás disponibles?

Matt Simms:
 Volviendo al tema de los golpes y las vibraciones sobre el que preguntaron hace unos minutos, como hemos estado vendiendo sensores y empleándolos en aplicaciones difíciles como máquinas de estampado, prensas, ese tipo de cosas, hemos aprendido a desarrollar calificaciones de desempeño ante alto impacto y alta vibración para los sensores. Esa es un área en la que, si hay esos tipos de aplicaciones, generalmente tenemos sensores que pueden sobrevivir en los lugares más difíciles debido a ese desempeño ante impactos y vibraciones.

Josh Kingsley:

Entendido. Creo que esas son todas las preguntas que hemos recibido en línea.