sensores en la automatización industrial

Los sensores industriales son una parte clave de la automatización de las fábricas y de la Industria 4.0. Pero, ¿conoces para qué se utilizan y por qué son partes importantes de un sistema de automatización industrial? En el siguiente artículo describiremos todas las claves en torno a este tipo de dispositivos.

Qué es un sensor industrial

En términos simples, los sensores de automatización industrial son dispositivos de entrada que proporcionan una salida (señal) con respecto a una cantidad física específica (entrada). En otras palabras, mide y convierte una cantidad física en una señal que puede ser leída por un operador o un instrumento. Así pues, un sensor nos permite notar las cosas y comprenderlas fácilmente.

El término «dispositivo de entrada» en la definición de un sensor significa que forma parte de un sistema más grande que proporciona entrada a un sistema de control principal (como un procesador o un microcontrolador).

Por lo general, un sistema de sensores industriales se alimenta con una fuente de 24V DC, que es muy diferente de un sensor en un sistema de consumo que se alimenta con una fuente de 3V o 5V.

En consecuencia, los sistemas de sensores industriales requieren una gestión adicional de la energía para accionar eficazmente los sensores. Por ello, estos utilizan salidas digitales como IO-Link directo a un microcontrolador o incluso al receptor inalámbrico.

La salida de datos analógica suele estar habilitada por un amplificador óptico y conectada al convertidor analógico/digital (ADC) de un microcontrolador.

Por qué son importantes los sensores industriales

La ingeniería de los sensores es relevante para prácticamente todos los aspectos de la vida, incluyendo la seguridad, la vigilancia, el monitoreo y la información en general.

Por otra parte, los sensores son fundamentales para la medicina que se utiliza para el diagnóstico,  los cuidados intensivos y la salud pública.

Así mismo, los sensores también son fundamentales para las aplicaciones industriales que se utilizan para el control de procesos.

En los sistemas de automatización industrial, miden variables de proceso como la temperatura, la presión, el nivel, el flujo, el pH y la turbidez; variables eléctricas como el voltaje, la corriente y la frecuencia; variables mecánicas como la rotación, el número de ciclos, la posición, la dirección de desplazamiento, las presiones estáticas y dinámicas, la proximidad; y variables ambientales como la humedad, la vibración, la velocidad y la dirección del viento.

Las aplicaciones específicas de los sensores o sistemas de medición varían según las industrias. Tanto la industria química, del petróleo y el gas como la de generación de energía nuclear necesitan sensores para gestionar los procesos más complejos.

La industria de la energía eléctrica también requiere sensores para gestionar sistemas de transmisión y distribución de energía geográficamente grandes.

En este tipo de infraestructuras, se han desarrollado estándares para abordar la comunicación, la interoperabilidad, la fiabilidad, la calibración, la seguridad y la precisión de los sensores inteligentes.

Para qué se utiliza un sensor en la automatización industrial

En la automatización industrial, los sensores juegan una parte vital para realizar los productos inteligibles y de manera automática. Estos permiten detectar, analizar, medir y procesar una variedad de transformaciones como la alteración de la posición, la longitud, la altura, el exterior y el movimiento que se produce en los centros de fabricación industrial.

Los equipos terminales de datos (ETD) como sensores y actuadores forman el nivel de campo dentro dentro de la estructura de un sistema de automatización industrial. Los sensores de temperatura, óptica, presión, etc. y los actuadores tales como motores, válvulas, interruptores, etc. están conectados a un PLC a través de un bus de campo y la comunicación entre dispositivos de este nivel y su correspondiente PLC está basada normalmente en una conexión punto a punto. (point-to-point).

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Estos sensores también desempeñan un papel fundamental en la predicción y prevención de numerosos procedimientos potenciales, por lo que satisfacen los requisitos de muchas aplicaciones de detección.

Funcionan de diversas maneras según la aplicación y pueden incluir campos electromagnéticos u ópticos, entre otros. Muchas de las aplicaciones en una amplia variedad de industrias utilizan sensores, detectores y transductores de muchos tipos para probar, medir y controlar diversos procesos y funciones de las máquinas.

El sensor también desempeña un papel fundamental en la predicción y prevención de numerosos aspectos, satisfaciendo las necesidades de muchas aplicaciones de diagnóstico.

sensor industrial en la automatización industrial
Niveles de la Automatización Industrial

Características de los sensores en la automatización industrial

Los sensores industriales se caracterizan dependiendo del valor de algunos de los parámetros. A continuación se detallan las características más importantes de los sensores industriales

  • Rango: Es el valor mínimo y máximo de la variable física que el sensor puede percibir o medir
  • Amplitud: Es la diferencia entre los valores máximos y mínimos de entrada
  • Exactitud: El error en la medición se especifica en términos de precisión. Se define como la diferencia entre el valor medido y el valor real. Se define en términos de % de la escala completa o % de la lectura.
  • Precisión: Se define como la cercanía entre un conjunto de valores. Es diferente de la exactitud.
  • Sensibilidad: Es la relación entre el valor de la salida y el valor de la entrada.
  • La alineación: es la máxima desviación entre los valores medidos de un sensor de la curva ideal.
  • Histéresis: Es la diferencia en la salida cuando la entrada se varía de dos maneras: aumentando y disminuyendo.
  • Resolución: Es el cambio mínimo en la entrada que puede ser detectado por el sensor.
  • Reproducibilidad: Se define como la capacidad del sensor de producir la misma salida cuando se aplica la misma entrada.
  • Repetibilidad: Se define como la capacidad del sensor de producir la misma salida cada vez que se aplica la misma entrada y todas las condiciones físicas y de medición se mantienen iguales, incluyendo el operador, el instrumento, las condiciones ambientales, etc.
  • Tiempo de respuesta: Se expresa generalmente como el tiempo en que la salida alcanza un cierto porcentaje (por ejemplo, el 95%) de su valor final, en respuesta a un cambio de paso de la entrada.

¿Cómo funcionan los sensores en la automatización industrial?

Los sensores reaccionan a los cambios de las condiciones físicas alterando sus propiedades eléctricas. Por lo tanto, la mayoría de los sensores industriales dependen de sistemas electrónicos para capturar, analizar y transmitir información sobre el medio ambiente.

Estos sistemas electrónicos se basan en los mismos principios que los circuitos eléctricos para funcionar, por lo que la capacidad de controlar el flujo de energía eléctrica es muy importante.

En pocas palabras, un sensor convierte los estímulos como el calor, la luz, el sonido y el movimiento en señales eléctricas. Estas señales se pasan a través de una interfaz que las convierte en un código binario y lo pasa a una computadora para ser procesado.

Muchos sensores actúan como un interruptor, controlando el flujo de cargas eléctricas a través del circuito. Los interruptores son una parte importante de la electrónica ya que cambian el estado del circuito.

Los componentes de los sensores como los circuitos integrados (chips), transistores y diodos contienen material semiconductor y están incluidos en los circuitos de los sensores para que actúen como interruptores. Por ejemplo, un transistor funciona utilizando una pequeña corriente eléctrica en una parte del circuito para encender una gran corriente eléctrica en otra parte del circuito.

Tipos de sensores industriales

sensor de temperatura industrial 1. Sensores de temperatura

Un sensor de temperatura es un dispositivo que recoge información sobre la temperatura de un fuente y la cambia a una forma que pueda ser comprendida por otro dispositivo. Se trata de una categoría de sensores de uso común que detectan la temperatura o el calor y también mide la temperatura de un medio.

Entre los principales sensores de temperatura utilizados en la automatización destacan los sensores digitales de temperatura y los sensores de humedad y temperatura.

Sensores digitales de temperatura

Estos sensores digitales de temperatura son circuitos integrados de detección de temperatura fabricados con silicio que proporcionan una salida precisa a través de los datos digitales de las temperaturas que están midiendo. Esto simplifica el diseño del sistema de control, en comparación con los métodos que implican el acondicionamiento de la señal externa y un convertidor analógico a digital (ADC).

Sensores de temperatura y humedad

Los sensores de temperatura y humedad proporcionan un sistema con una salida de señal digital de medición. Utilizando la técnica y la tecnología de detección de temperatura y humedad con captura limitada de señales digitales, asegura una alta consistencia y una estabilidad excepcional a largo plazo.

Aplicaciones de los sensores de temperatura:

  • Son resistentes a la intemperie y diseñados para la medición continua de la temperatura en el aire, el suelo o el agua.
  • Precisión y estabilidad excepcionales.
  • Para las mediciones en aplicaciones industriales complejas.
  • Para las mediciones en condiciones operativas difíciles.

sensor de presión 2. Sensores de presión

Un sensor de presión es un dispositivo que capta la presión y cambia su cantidad en una señal eléctrica dependiendo de la presión a la que se aplica.

Los sensores de presión (giratorio) y los sensores de vacío son algunos de los principales sensores de presión utilizados en la automatización industrial.

Sensores de presión (giratorio)

Este es un sensor de automatización industrial de alta presión que se utiliza con mucha frecuencoa en sistemas industriales e hidráulicos y también en sistemas de control del clima.

Sensores de vacío

Los sensores de vacío se utilizan cuando la presión del vacío está por debajo de la presión atmosférica y puede ser difícil de detectar por métodos mecánicos.

Este sensor por lo general se compone de un cable con resistencia eléctrica que está relacionado con la temperatura. A medida que la presión de vacío aumenta, la condensación disminuye y la temperatura del cable aumenta.

La resistencia eléctrica aumenta proporcionalmente y está calibrada adyacente a la presión para medir eficazmente el vacío.

Aplicaciones de los sensores de presión

  • Se utiliza para medir la presión por debajo de la presión atmosférica en una posición determinada.
  • Utilizado para la instrumentación meteorológica, aeronaves, vehículos y todas las demás máquinas con función de presión.
  • En el sistema, los sensores de presión pueden utilizarse para medir otras variables, como el flujo de fluidos/gas, la velocidad, el nivel del agua y la altitud.

sensor industrial mems 3. Sensores MEMS

Este sensor MEMS (Sistemas Micro-Electro-Mecánicos) de automatización industrial convierte las señales mecánicas medidas en señales eléctricas.

Los MEMS de aceleración y movimiento son algunos de los sensores importantes que se utilizan en la automatización industrial.

Sensores de aceleración

Los sensores de aceleración MEMS son uno de los principales sensores de inercia. Sensores dinámicos con una gama más amplia de capacidades de detección.

Sensores de movimiento

Los sensores de movimiento integran los datos de los sensores de movimiento MEMS con la tecnología inalámbrica, utilizando algoritmos de procesamiento de datos diseñados en plataformas de interacción de movimiento que funcionan con máquinas para realizar intercambios personalizados.

Los sistemas de procesamiento de señales de los sensores resuelven principalmente el rechazo de ruidos. Así como, el suavizado de la señal, la división de la influencia de la intensidad, el cambio de sistema de coordenadas y la recuperación de la información de posición.

Muy utilizado en la industria automotriz con la tecnología ABS.

Aplicaciones de los sensores MEMS

  • Hay muchas aplicaciones aquí, desde la industria, el entretenimiento y los deportes hasta la educación. Por ejemplo, desencadenar el despliegue de airbags o la monitorización de reactores.
  • Se utiliza para medir la aceleración estática (gravedad), la inclinación del objeto, la aceleración dinámica de la aeronave, el impacto en el objeto del coche, la vibración del objeto.
  • También se utiliza para detectar el movimiento.

sensor industrial de par 4. Sensores de par

El sensor de par tiene la función de parada mecánica necesaria, aumenta la capacidad de sobrecarga y proporciona una protección adicional durante la instalación y el funcionamiento.

Los sensores de par rotativo y los transductores de par son algunos de los sensores importantes que se utilizan en la automatización industrial.

Sensores de par rotativo

Este sensor de automatización de par rotativo industrial se utiliza para medir la respuesta del par rotativo. Equipado con los topes mecánicos necesarios, este torquímetro aumenta el exceso de capacidad y proporciona una seguridad adicional durante el montaje y el funcionamiento.

Transductores de par

El transductor de par utiliza una tecnología de medición de la tensión superior para satisfacer las necesidades más exigentes en aplicaciones de sensores estáticos y dinámicos.

Aplicaciones de los sensores de par

  • Se utiliza para medir la velocidad de rotación y las necesidades de mantenimiento.
  • Se utiliza para medir la masa y los momentos de inercia de la masa.
  • La cantidad de torsión a calcular en términos de un proceso semiestático.
  • Velocidad máxima de rotación, usada para la medición del par de vibración.

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