CARACTERISTICAS DE LOS DETECTORES SIN CONTACTO. TIPOS DE SALIDA

 CARACTERÍSTICAS DE LOS DETECTORES SIN CONTACTO. TIPOS DE SALIDA

El final de carrera es el único elemento que necesita que el objeto a detectar contacte fısicamente con el sensor. Los demás tipos detectan el objeto sin contacto f´ısico. Para estos detectores sin contacto se definen dos conjuntos fundamentales de caracterısticas:

• Caracterısticas de detecci´on. Materiales que puede detectar, distancia de detecci´on, hist´eresis. Estas caracter´ısticas dependen mucho del tipo de detector, por lo que se describirán para cada tipo por separado. 
• Caracterısticas de salida y alimentación. Tipo de se˜nal de salida que proporcionan (transistor, relé, triac, etc.), frecuencia (o retardo) de conmutación, tensión de alimentación. Estas caracter´ısticas son comunes para todos los tipos (excepto los finales de carrera).

Respecto a las caracterısticas de salida y alimentación, ´estas est´an relacionadas con la forma de conexi´on de la carga sobre la que act´ua la salida del detector. En el mercado hay muchos modelos con salidas y alimentación diferentes. Los siguientes tipos son los más utilizados: 

• 3 hilos NPN, con alimentación continua (normalmente 24 V). 
• 3 hilos PNP, con alimentación continua (normalmente 24 V). 
• NPN / PNP programable con alimentación continua. 
• 2 hilos con alimentación continua o alterna. 
• Con salida a relé. Alimentación alterna o continua. 
• Salida anal´ogica. 
• 2 hilos NAMUR. 
• Otros. Salida triac, salida MOSFET, etc.

Esta característica permite que un detector proximidad tenga una gran utilidad tanto a nivel comercial, como industrial, su uso es tan generalizado que han sido usados tanto en misiones militares como en electrodomésticos, coches e incluso teléfonos celulares.

Un sensor de presencia tiene un funcionamiento sencillo de explicar, básicamente es un artefacto que emite ondas, cuando estas se topan o “chocan” contra algún material u objeto, las mismas retornan a su emisor.

3 hilos NPN, con alimentación continua

La carga se conecta tal y como muestra la figura 2.7 entre el colector del transistor y Vcc (que suele ser 24 Vdc), de forma que cuando el transistor est´a cortado, la carga esta en circuito abierto, mientras que cuando el transistor satura, la carga queda sometida prácticamente a la tensión de alimentación (la ca´ıda de tensi´on del transistor es menor de 1 V en saturaci´on). 

Normalmente suele ser NO. En ese caso el transistor satura cuando se detecta el objeto, estando en corte cuando no se detecta. También puede ser NC, actuando al contrario, o tener dos salidas (en ese caso tiene 4 hilos), una NO y otra NC. 

El tiempo de retardo de este tipo de salida (tiempo transcurrido entre que se detecta el objeto y se satura el transistor) es muy bajo, estando en el rango de 30 µs a 1 ms.

La corriente máxima que puede conducir el transistor en saturación suele ser del orden de 100 mA. Evidentemente la carga debe consumir una corriente inferior a ´esta. 

La ca´ıda de tensi´on en saturación es muy baja (menor de 1 V), por lo que a efectos de la carga se puede considerar como un cortocircuito.

3 hilos PNP, con alimentación continua

La carga se conecta tal y como muestra la figura 2.8 entre el colector del transistor y masa, de forma que cuando el transistor esta cortado, la carga est´a en circuito abierto, mientras que cuando el transistor satura, la carga queda sometida prácticamente a la tension de alimentacion, normalmente de 24 Vdc (la ca´ıda de tensi´on del transistor es menor de 1 V en saturacion). 

Existen modelos NO, NC y ambos (con 4 hilos), exactamente igual que en los NPN. 

Las dem´as caracter´ısticas (tiempo de retardo y corriente máxima) son iguales a los NPN.

NPN / PNP programable con alimentación continua

Tiene dos transistores de salida, uno NPN y otro PNP, de forma que se puede seleccionar cu´al de ellos se satura cuando se produce la detecci´on. Tiene 4 hilos: los 2 de alimentaci´on, el de salida y el de configuraci´on. En función de que el hilo de configuración se conecte a masa o a tensi´on, se posibilita la activación del transistor NPN o del PNP, con lo que la salida es NPN o PNP.

2 hilos con alimentación continua o alterna 

La carga se conecta tal y como se muestra en la figura 2.9 en serie (en el hilo que va a tensi´on o en el hilo que va a masa, indistintamente). El detector a 2 hilos trata de asemejarse al máximo a un contacto que se abre o se cierra (como el final de carrera). La diferencia con aquel es que cuando está en estado abierto (no detecta objeto) necesita consumir una corriente residual para que los circuitos electrónicos internos de detecci´on funcionen. Por otra parte, cuando está en estado cerrado (se detecta un objeto) necesita tener una ca´ıda de tensi´on m´ınima para que los circuitos funcionen. De esta forma se define:

• Corriente residual en estado abierto: suele ser del orden de 1 a 2 mA.
•  Tensión residual en estado cerrado: suele ser del orden de 4 a 10 V.

Hay que comprobar que tanto la tensión como la corriente residual son compatibles con la carga, es decir, si el detector est´a abierto, la corriente residual no debe activar la carga, mientras que si est´a cerrado, la tensión residual debe ser lo bastante baja para que la carga se active con la tensi´on que le queda (la alimentación menos la tensión residual en estado cerrado). En el caso de alimentación alterna a 240 Vac, eso no suele ser un problema. Cuando la alimentación es de 24 Vdc, podr´ıa haber un problema, por lo que es necesario comprobar que lo anterior se cumple. 

El elemento interno que produce la conmutación puede ser un transistor, en cuyo caso el tiempo de respuesta es rapido (menor de 1 ms). Si el detector se alimenta en alterna a 240 V y el elemento que conmuta es un triac o un tiristor, el retardo es mayor (del orden de 10 ms) debido a que la conmutación se produce en el paso por cero (retardo máximo de medio ciclo).

Con salida a relé. Alimentación alterna o continua 

Suele tener 5 hilos, 2 de ellos son para la alimentación del sensor, y los otros 3 son los terminales del contacto del relé (que está aislado de la alimentaci´on). Cuando se detecta el objeto, el contacto del relé conmuta. La carga se puede conectar como en una salida PNP (figura 2.11) o como en una salida NPN (figura 2.10). Adem´as, se puede elegir conectarlo como NO o NC. 

Una caracter´ıstica importante es el aislamiento galvánico que hay entre la salida y la alimentación. La ventaja de este tipo de salida es que puede conmutar corrientes de intensidad elevada (t´ıpicamente hasta 5 A a 240 V), por lo que puede atacarse directamente una carga de bastante potencia. El inconveniente fundamental es que el n´umero de operaciones est´a limitado por el desgaste de los contactos, por lo que se debe sustituir cada cierto tiempo. Otro inconveniente es el elevado tiempo de retardo, que es del orden de 15 ms.

Salida analogica 

La salida var´ıa de forma continua según cambia la magnitud detectada (que depende del tipo de sensor). Seg´un esto, ya no se tratar´ıa de un detector sino de un captador. Sin embargo, se clasifican dentro de los detectores porque su objetivo no es medir la magnitud (no tienen precisi´on para ello), sino simplemente dar una salida variable que permita distinguir entre varios objetos detectados. Por ejemplo, un detector inductivo con salida analogica da una salida mayor cuanto más cerca esté el objeto a detectar. Esta salida se puede utilizar para distinguir si se trata de un objeto u otro. 

La salida puede ser en tensión o en corriente: 

• Tensión 0 -10 V. La salida requiere una impedancia de carga m´ınima. Un valor t´ıpico m´ınimo puede ser de 1 KΩ. El esquema de conexi´on es el indicado en la figura 2.12.
  
  
  
• Corriente 4 - 20 mA. La salida en corriente requiere una impedancia de carga menor que un valor máximo admisible. Un valor tıpico m´aximo es de 500 Ω. El esquema de conexi´on es el indicado en la figura 2.13.

Otros. Salida triac, salida MOSFET, etc. 

Se utilizan menos. La salida triac requiere alimentación alterna de 240 V, y permite conmutar una carga alterna con bastante corriente. La salida MOSFET suele ir acompa˜nada de alimentación continua, y permite conmutar una corriente mayor que las salidas NPN o PNP.

2 hilos NAMUR 

Es un detector a 2 hilos especial, que no conmuta, sino que simplemente var´ıa la corriente que absorbe en función de la cantidad de magnitud f´ısica detectada. Se utiliza para aplicaciones especiales, fundamentalmente para ambientes con riesgo de incendio o explosión. Necesita una etapa electrónica de amplificación para dar lugar a una salida de alguno de los tipos descritos.