Sensores inductivo, características y definición

Sensores inductivo, características y definición
Juan Carlos G2020-04-05

Hola, ¿Qué tal? Mis queridos lectores, es para mí un gusto saludarte y tenerte aquí de regreso o bienvenid@ si es tu primera vez. En este pequeño post encontrarás todo lo referente al  sensor inductivo , aprenderás ¿Qué es? ¿Cómo funciona? Y las características más importantes sobre este tipo de sensor.

 

 

¿Qué veremos del sensor inductivo?

En este post viajaremos juntos a través de diversos temas que engloban todo lo referente a este detector inductivo, desde el concepto teórico, pasando por ejemplo, hasta llegar a un caso de uso real utilizando un dispositivo Arduino.

Si sigues leyendo aprenderás:

  • En que consiste un sensor inductivo.
  • La histéresis y otros conceptos teóricos.
  • La diferencia entre un sensor capacitivo y uno inductivo.
  • Ventajas y eficiencia.
  • Estados de una sonda inductiva.
  • Tipos.
  • Aplicaciones.
  • Ejemplos y casos de uso.

Espero todo lo que estamos por ver sea de tu agrado y puedas entenderlo a la perfección.
¡Vamos allá!

 

¿Qué es un sensor inductivo?

Los sensores de tipo inductivo, son dispositivos electrónicos que usan un sistema de detección de proximidad. Tienen la característica especial de percibir objetos de naturaleza metálica.

En pocas palabras, con una sonda de esta índole puedes crear un “detector de metales”.

Este sensor detecta objetos sin tener contacto alguno, lo cual es posible gracias a que en este tipo de sensores se incluye una bobina electromagnética, que es precisamente la responsable de sensar materiales metálicos e ignorar los no metálicos a distancia.

Debido a lo anterior, también son conocidos como sensores de proximidad inductivos, tienen una aplicación primordial en la industria, usados para detectar metales en áreas pequeñas o de difícil acceso.

Dentro de los sensores inductivos y sus diferentes tipos, es importante tener en cuenta algunos conceptos teóricos, para que el uso de estos sea más eficiente. A continuación, veremos esos conceptos.

 

¿Qué es la histéresis en un sensor inductivo?

Se le llama histéresis a la diferencia entre los puntos de encendido y de apagado, también se le puede definir como la diferencia entre una distancia de activación y una distancia de desactivación.

La histéresis se toma en cuenta cuando un objeto ferroso se acerca al sensor, siempre y cuando se encuentra dentro del rango de acción. Sin embargo, cuando el objeto se aleja, el sensor no lo deja de detectar de inmediato, lo deja de detectar hasta que llega a la distancia de desactivación.

Esta es una característica importante cuando elegimos tanto la posición del sensor, como la de los objetos a detectar. Este concepto influye mucho en el funcionamiento de nuestro sensor, ya que evita el rebote entre estados de funcionamiento.

 

Distancia de detección de un sensor inductivo (Activación y desactivación)

Es aquella distancia en la que el sensor inductivo es capaz de detectar un objeto de material metálico, generalmente el fabricante nos proporciona en las especificaciones técnicas la distancia de conmutación o distancia nominal (Sn), que no es más que la distancia a la que un sensor de proximidad detecta el patrón, un alcance convencional.

El patrón se puede definir como aquel objeto que se usa en la examinación de las características de dicho sensor, dicho patrón es una placa de acero de tipo ST 37 con un milímetro de espesor, no obstante, también puede aplicar con el hierro dulce.

Dentro de la distancia de sensado, también influye mucho las propiedades magnéticas que tenga el metal con el que trabajaremos. Por ejemplo, la distancia de sensado puede ser diferente en el hierro a comparación del latón o del cobre.

 

Consideraciones que debes tomar en cuenta para la detección

  • Si el tamaño del material metálico que se quiere trabajar es inferior al objeto estándar o patrón, la distancia de sensado disminuye.
  • Para poder compensar un limitado rango en la distancia de sensado, se puede utilizar diferentes formatos del sensor inductivo.
  • Las sondas inductivas, no cuentan con partes móviles, por lo tanto, presentan un desgaste limitado.
  • Los detectores inductivos presentan una pequeña distancia de sensado, pero puede variar dependiendo del tipo de sensor con el que estemos trabajando, que varia desde fracciones de milímetros, hasta aproximadamente 40mm, que es el promedio usual.
  • En la industria, gracias al diseño que hoy en día se han aplicado en los sensores inductivos, estos pueden trabajar en ambientes adversos con distintos materiales y fluidos corrosivos, lo que indica una versatilidad inmensa en su aplicación.

Sensor inductivo y capacitivo.

Debes de saber que, dentro de los sensores inductivos, también encontramos su directa comparación con los sensores capacitivos, esto no es casualidad, ya que comparten características que pueden confundir y concluir que son lo mismo. A continuación, te explico un poco más del sensor capacitivo vs el inductivo.

 

Sonda capacitiva

El detector capacitivo (KAS) es un tipo de sensor eléctrico que, al igual que el sensor inductivo, funciona sin el contacto con los objetos o superficie a trabajar, tiene una capacidad elevada de detectar objetos de todo tipo; tanto conductores como no conductores.

 

Diferencia entre un sensor inductivo y uno capacitivo

La diferencia más notoria que hay entre un sensor inductivo y uno capacitivo, es que este último puede detectar objetos no conductores, mientras que el sensor inductivo solo se limita a materiales metálicos y conductores. Además, el inductivo es más resistente a los ambientes adversos de la industria, mientras que el capacitivo es mas sensible.

Ventajas Sensor inductivo

  • Detección del objeto a trabajar sin tener contacto alguno.
  • Alta frecuencia de conmutación.
  • Tiene mayor precisión.
  • Mayor ciclo de conmutación.
  • Consumo de corriente bajo.
  • Resistencia alta a los ambientes industriales.
  • No tiene zonas ciegas.

Desventajas Sensor inductivo

  • Solo detecta materiales metálicos.
  • Rango de operación corto a comparación de otros sensores.
  • Tiene alta sensibilidad a campos electromagnéticos.

 

Ventajas sonda capacitiva

  • Detecta todo tipo de objetos: metales, no metales y líquidos.
  • Sensibilidad de detección a través de distintos materiales.
  • Tiene una versatilidad gigante en todo tipo de montajes.
  • Sensibilidad variable.

Desventajas sonda capacitiva

  • Tiene una gran sensibilidad al ambiente.
  • se tiene que tener más control sobre el entorno de trabajo, para evitar interferencias.
  • Las distancias de detección no suelen ser largas.
  • Ahora ya conoces las diferentes ventajas y desventajas de estos sensores. Cabe destacar que se debe tener en cuenta que es lo que quieres trabajar y obtener, ya que, si tienes claro tu objetivo, puedes seleccionar el sensor correcto. Más adelante veremos algunas aplicaciones reales.

Símbolo del sensor inductivo

La simbología del sensor inductivo puede variar dependiendo de dos factores:

  • El número de hilos que contiene el sensor, los cuales se distinguen por colores.
  • Si el sensor funciona con una salida normalmente abierta (LOW sin objeto a detectar), o normalmente cerrada (HIGH sin objeto a detectar).

 

Salida normalmente abierta dos y tres hilos

Simbología del sensor inductivo

 

Descripción física del sensor inductivo

El sensor inductivo, dentro de sus carcasas, consta de 7 bloques de funcionamiento, los cuales, en conjunto, hacen posible que nuestro sensor funcione correctamente.

Esos 7 bloques son los siguientes:

  • CARA ACTIVA: También se le llama zona de detección, en este bloque emerge el campo magnético creado por la bobina.
  • BOBINA: Genera un campo magnético.
  • CIRCUITO OSCILADOR: Actúa como fuente de alimentación alterna para la producción del campo magnético.
  • CIRCUITO RECTIFICADOR: Se encarga de trasformar la señal del oscilador en una señal digital.
  • CIRCUITO COMPARADOR: También llamado trigger, es el bloque que se encarga de realizar la histéresis, comparando la señal proveniente del rectificador, con una señal umbral.
  • INDICADOR DEL ESTADO DE ACTIVACIÓN: Indica el estado del sistema. Generalmente se utilizan diodos LED.
  • ETAPA DE SALIDA: Acondiciona la señal que emana el circuito comparador a los valores ajustados de tensión o corriente

Cabe destacar que, en algunos modelos de sensores inductivos, el estado de activación viene implementado en otro dispositivo, con el objetivo de reducir el tamaño.

 

¿Cómo funcionan los sensores inductivos?

Ahora que conoces los diferentes bloques que constituyen al sensor inductivo, es tiempo de platicarte cómo funcionan estos sensores y que acciones realiza el sistema para detectar los objetos de naturaleza metálica y conductora. La explicación a este principio lo basaremos en las etapas de la descripción física.

El funcionamiento y principio consiste en lo siguiente:

  • Un campo magnético es generado por la bobina (o bobinado) en el circuito de oscilación, cuando un objeto conductor o ferrosos se acerca al campo magnético generado, se produce una inducción de corriente (corriente de Foucault) en dicho objeto.
  • Lo anterior es posible al fenómeno de inducción electromagnética, entre más se acerque ese objeto al sensor, más flujo de corriente de inducción hay, lo que provoca que la carga en el oscilador crezca. Cuando esta carga decrece, el sensor detecta este cambio en el estado de oscilación mediante el circuito de detección de amplitud, finalmente, si esto sucede, se emite una señal de detección.
  • Dentro de este principio hay una ventaja que destaca para los sensores inductivos, es que el circuito de procesamiento de las diferentes señales, no tienen que colocarse cerca de lo las bobinas. Esto significa que estas bobinas de detección se pueden colocar en zonas de difícil acceso sin intervenir en el funcionamiento.

 

Estados de un sensor inductivo.

¡Muy bien! Ahora que ya sabes cómo funciona el sensor inductivo, nos vamos acercando poco a poco a las diferentes aplicaciones que este tipo de sensor tiene, sin embargo, antes de que nos adentremos a esa sección, tienes que conocer los diferentes estados que tiene un sensor inductivo. Posteriormente veremos también los tipos existentes de sensor inductivo.

El funcionamiento general del sensor inductivo consta de ciertos estados consecutivos. Estos estados son protagonizados por el material metálico que se quiere detectar y el campo magnético que genera la bobina del sensor.

 

Los tres estados básicos del sensor inductivo

  • Cuando el objeto a detectar se encuentra ausente.
    • En este estado, tenemos presente una oscilación aumentada sobre el nivel normal de operación.
    • También tenemos una salida inactiva o apagada (OFF)
  • Cuando el objeto a detectar se encuentra acercándose al sensor.
    • Nos encontramos con el fenómeno de inducción y la transferencia de energía, ya que se producen sobre el objeto acercándose las corrientes de Foucault.
    • Mientras tanto, el circuito de detección se percata de una disminución de amplitud por debajo del nivel de funcionamiento normal.
    • Finalmente, la salida se “prende” o es activada (ON).
  • Cuando el objeto a detectar de aleja y retira del sensor.
    • En este estado, cuando el objeto se aleja de la zona de detección, se elimina la inducción y las corrientes de Foucault, mientras se incrementa la amplitud de oscilación.
    • Finalmente, como se alcanzan nuevamente los niveles de operación, la salida se apaga (OFF).

Como ya has visto, estos sistemas son un continuo ON-OFF.

Te felicito, si has llegado hasta aquí, ya sabes el 80% de los sensores inductivos. ¿Quieres llegar al 100%? ¡Sigamos!

 

¿Cuantos tipos de sensores inductivos existen?

Ahora veremos los diferentes tipos de sensores inductivos que existen y están disponibles:

Sensor inductivo blindado

La parte de la bobina dedicada a la detección del objeto, está blindada con metal. Este blindaje tiene la función de limitar el campo magnético frente al sensor. Tiene varias características inherentes, pero las más destacables tratan sobre una distancia más corta de detección y un sensado deficiente.

 

Sensor inductivo no blindado

La parte de la bobina dedicada a la detección no se encuentra con un blindaje metálico extra, tiene la característica de tener una distancia mayor de sensado, pero una desventaja de esos es que se debe tener mucho cuidado con el posicionamiento y montaje, ya que es fácil que otros objetos metálicos circundantes afecten al sensor.

Sensores inductivos inmunizado.

Este tipo de sensores tienen un núcleo de aire y trabajan con un diferencial eléctrico, este tipo de sensores son comunes, ya que, basándonos en el funcionamiento básico de un sensor inductivo y sus campos magnéticos, este se puede ver afectado por campos magnéticos externos, generando falsos o nulos sensados.

La característica especial de este tipo de sensores es su inmunidad a los campos magnéticos variables.

 

Clasificación de los sensores inductivos

  • Hay de tipo autocontenido: Se caracteriza por no tener una sensibilidad ajustable.
  • De tipo amplificador separado: Se caracteriza por tener una distancia de detección más larga.
  • Y también de tipo amplificador en el cable: Se caracteriza por ser más pequeño y ajustable.

Muy bien, finalmente hemos llegado a las distintas aplicaciones que tiene un sensor inductivo.

Es muy importante esta sección ya que es la que te va a permitir conocer cuando es el momento oportuno utilizar un sensor inductivo y aplicar todo este conocimiento que estas adquiriendo.

 

Aplicaciones del sensor inductivo

  • Se utilizan primordialmente para la detección de metales. Esta aplicación reina sobre la industria automotriz y alimentaria.
  • Se pueden utilizar para detectar si una broca industrial ha sido quebrada.
  • Se puede usar un sensor inductivo para determinar el número de revoluciones y el sentido de giro de u engranaje.

Aplicación con Arduino.

Si es de tu interés usar este tipo de sensor con un dispositivo Arduino, déjame decirte que si se puede, sin embargo, ya depende de ti como deseas utilizarlo.

Puedes utilizar un sensor inductivo modelo LJ12A3-4-Z/BY, el cual se presta muy bien para la conexión hacia Arduino ya que solo dispone de 3 conexiones (GND, Vcc y la salida del sensor) y tiene 12mm de diámetro.

Estos conductores generalmente vienen identificados por colores, donde Vcc es cafe, GND es azul y la salida es de color negro.

Una pequeña aplicación que puedes realizar con un sensor inductivo es tu propio detector de metales.

 

UNO R3 Placa de desarrollo ATmega328P ELEGOO

Funciones

Realiza tus proyectos de Arduino con este estupenda tarjeta yo la uso y la verdad es que va muy bien, es barata y hasta ahorita no me ha desepcionado:

 

 PROS 

  • Es mas barata y gracias al entorno que ha creado ELEGOO permite hacer muchas pruebas facilmente.
  • Controla sensores y muchos perifericos tal y como la harias con Arduino.
  • Es de gran calidad y lo puedes encontrar en Amazon o AliExpress a super precio.

 

 CONTRAS 

  • Lo único que vería en contra es que no es el original
  • Si lo pides en AliExpress tarda en llegar un par de meses si vives en México en Europa y Asia es la mejor opción.

En fin espero que te animes a mi en lo personal me ha gustado bastante.

Características
  • Microcontrolador ATmega328P
  • Voltaje IN: 7v - 12v
    • 5v : 500mA
    • 3.3v: 50mA
  • 14 conexiones I/O Digitales (6 salidas PWM)
  • 6 Entradas analógicas
  • 32k Memoria Flash
  • 16Mhz velocidad de Reloj
  • Lista de Componentes incluidos:
    • 1pcs Placa UNOR3 de desarrollo
    • 1pcs Cable USB

 

Kit de 45 Sensores para arduino ELEGOO

Funciones

Este Kit me ha encantado por lo ilustrativo y educativo, pero lo mejor es que ya cuenta con código para que utilices cada uno de los sensores sin tener que estar investigando tanto.

 

 PROS 

  • Realmente lo mas importante es que es compatible con el Arduino original y con todo el ambiente que ha creado ELEGOO
  • En un solo paquete cuentas 45 sensores que estan listos para ser utilizado y te dan el código y librerias para que no las andes buscando en Internet.
  • Es barato, velo tu mismo da clic y mira el precio en tu moneda y sorprendete.
  • En mis tiempos de estudiante utilice únicamente PICs y FPGAs, pero con Arduino y este Kit haces cosas muy rápido y sorprendentes, descubrelo tu mismo

 CONTRAS 

  • Pues si lo pides en AliExpress tarda un poco en llegar a México.
  • Dado que los sensores ya vienen en sus propias tarjetas, es decir, no son componentes sueltos, quizá no los puedas usar en proyectos con vista al usuario, son mas para proyectos didácticos y de demostración, como lo hice anteriormente.
Características

Aquí te dejo algunos de los sensores que vienen en el Kit, no pongo todos por que se haría una lista muy larga.

  • 1 x receptor con sensor infrarrojo módulo
  • 1 x Módulo sensor de cabeza láser
  • 1 x Módulo sensor de temperatura y humedad
  • 1 x Módulo sensor de emisión infrarroja
  • 1 x módulo de relé de 5 V
  • 1 x módulo giroscópico
  • 1 x módulo detector de latidos del corazón
  • 1 x Módulo de sensor de sensibilidad de micrófono
  • 1 x Módulo de sensor táctil de Metal
  • 1 x Módulo sensor de llama
  • 1 x módulo LED de 3 colores
  • 1 x Módulo sensor de caza
  • 1 x sensores magnéticos lineale
  • 1 x Rotary módulos codificadores

Da clic para ver toda la lista completa...

 

Muy bien, te felicito por llegar al final de este documento. Ahora es de tu conocimiento todo lo referente al sensor inductivo. Ya conoces a grandes rasgos las diferentes características que este sensor trae consigo, lo que te permite saber con exactitud cuándo utilizarlo.

Creo importante recordarte un par de puntos:

  • Un sensor inductivo puede parecerse al capacitivo, pero NO son lo mismo, hay mucha diferencia entre estos dos.
  • Puedes comparar el funcionamiento del sensor inductivo con el de un detector de metales.
  • La base del funcionamiento del sensor inductivo es la inducción de corrientes de Foucault.
  • Tienes que tomar en cuenta para que vas a usar el sensor inductivo, ya que hay unos modelos que, por su tamaño, puede llegar a lugares poco accesibles.
  • Hay modelos que pueden trabajar con Arduino ¡Echa rienda suelta a la creatividad!

Excelente te esperamos en el siguiente post, deja tu correo para que te avise cuando suba nuevos temas, no olvides en compartir con tus amigos en redes sociales para que pueda seguir con este pequeño proyecto.

 


Juan Carlos G

Desarrollador de sistemas de rastreo satelital

Estudie ingeniería Eléctrica - Electrónica y me apasiona hablar de sensores, motores y programación, por eso traigo para ti esta página donde veremos la mayaría de sensores que existen. Haremos algunos proyectos con Arduino y PICs, solo tenerme paciencia con las actualizaciones es un trabajo arduo.

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