Tipos de sensores y su uso en la industria
¿Qué son los sensores?
Los sensores son dispositivos o instrumentos que se utilizan para detectar propiedades físicas, químicas o biológicas del entorno y convertirlas en valores de medición. Desempeñan un papel crucial en diversos aplicaciones, desde la automatización industrial hasta la medicina y la supervisión del medio ambiente. Los sensores de autosen se utilizan en la industria, donde contribuyen a la automatización de las instalaciones más diversas. Por ejemplo, detectan la posición de objetos, miden y supervisan valores del proceso como niveles de llenado y temperaturas o permiten una conservación eficaz y rentable mediante el control del estado de las máquinas.¿Qué es la tecnología de sensores?
La tecnología de sensores se refiere al campo de investigación que se ocupa del desarrollo, la aplicación y la evaluación de sensores. Los sensores son dispositivos o instrumentos que detectan señales físicas o químicas del entorno y las convierten en datos medibles. Estos datos pueden utilizarse para la supervisión, el control o el análisis de diversas aplicaciones.Hay muchos tipos de sensores que pueden captar distintos tipos de señales, como la luz, la temperatura, la presión, el sonido, el movimiento, la humedad y mucho más. Estos sensores se utilizan en diversos ámbitos, incluida la industria del automóvil, la medicina, la supervisión del medio ambiente, la automatización industrial, la robótica y muchos otros.
La tecnología de sensores es un campo interdisciplinar que abarca aspectos de la electrónica, la física, la química, la informática y la ingeniería. Los avances en la tecnología de sensores contribuyen a mejorar la eficacia de los procesos, reducir los costes, aumentar la seguridad y hacer posibles nuevas tecnologías.
En la industria se utiliza un gran número de sensores para supervisar diversos parámetros y garantizar el buen funcionamiento de los procesos de producción y la calidad de los productos.
Un sensor, normalmente un sensor piezoeléctrico o un sensor de presión, detecta la formación de vórtices y la separación de remolinos y mide la frecuencia de la formación de remolinos. A partir de esta frecuencia puede calcularse el valor del caudal utilizando la relación conocida entre la frecuencia de los vórtices y la velocidad del fluido.
Sensores inductivos
Los sensores inductivos utilizan el principio de inducción electromagnética para detectar objetos metálicos. Una corriente alterna que circula por una bobina genera un campo electromagnético. La presencia de un objeto metálico en las proximidades influye en este campo y el sensor emite una señal de conmutación eléctrica. En la industria, los sensores inductivos se utilizan a menudo para la detección sin contacto de piezas metálicas en instalaciones de producción, como por ejemplo en sistemas transportadores, líneas de montaje o para la detección de posición de piezas de trabajo.Sensores ultrasónicos
Los sensores ultrasónicos emiten ondas de sonido de alta frecuencia y miden el tiempo que se necesita hasta que las ondas de sonido se reflejen en un objeto y vuelvan al sensor. El tiempo medido se utiliza entonces para calcular la distancia entre el sensor y el objeto. En la industria, los sensores ultrasónicos se utilizan a menudo para la medición sin contacto de distancias, niveles de llenado en tanques o silos, así como para la detección de rejillas y objetos transparentes.Sensores ópticos
Los sensores ópticos utilizan la luz para detectar objetos o para medir la distancia hasta un objeto mediante la medición del tiempo de ejecución. En la industria, los sensores ópticos se utilizan a menudo para la detección de posición, la medición de distancia o la detección de etiquetas o códigos en los embalajes. Esto significa que los procesos pueden controlarse sin contacto y a mayores distancias.Sensores capacitivos
Un sensor capacitivo mide los cambios en la capacidad eléctrica. Cuando un objeto se acerca al sensor, la capacidad del campo eléctrico cambia, lo que es detectado por el sensor. En la industria, los sensores capacitivos se utilizan a menudo para la detección sin contacto de materiales, mediciones de nivel de líquidos y la detección de la posición de objetos en líneas de producción automatizadas. A diferencia de los sensores inductivos, los sensores capacitivos también detectan agua, aceites, polvos y mucho más.Detector para cilindros
Los detectores para cilindros, también conocidos como detectores de proximidad o detectores de final de carrera, se utilizan en la industria para detectar la presencia o la posición de pistones en cilindros. Estos interruptores suelen utilizar un principio de medición magnético. Algunos ejemplos de aplicaciones en la industria son la detección de la posición final de cilindros neumáticos o hidráulicos en máquinas, lo que es importante para el control de los procesos y garantizar la seguridad.Sensores magnéticos
Los sensores magnéticos con células GMR (Giant Magneto-Resistance) utilizan el efecto GMR, que describe un cambio en la resistencia eléctrica de un material bajo la influencia de un campo magnético externo. En un sensor magnético con células GMR se mide el cambio de la resistencia y se utiliza para detectar campos magnéticos. En la industria, estos sensores se utilizan para la detección de posición precisa, los codificadores magnéticos y la medición de velocidad en diversas aplicaciones, incluido el control de cintas transportadoras, robots y sistemas de automatización mediante un controlador.Sensores de presión
Los sensores de presión detectan los cambios de presión en un sistema y los convierten en señales eléctricas. Esto se produce con frecuencia por el uso de calibres extensométricos o materiales piezoeléctricos que cambian sus propiedades eléctricas bajo presión. En la industria, los sensores de presión se utilizan para la supervisión de fluidos en los sistemas hidráulicos, para el control del aire comprimido en las instalaciones neumáticas, en la tecnología médica para la medición de la presión sanguínea y en muchas otras aplicaciones para la medición de presión de forma precisa.Caudalímetros
Los caudalímetros miden la cantidad de líquido o gas que fluye por una tubería o un conducto. Para ello pueden utilizarse diversas tecnologías, como los principios de medición magnético-inductivo, ultrasónico, de vórtices o calorimétrico. En la industria, los caudalímetros se utilizan para la supervisión de los caudales de líquidos en tuberías para la regulación del proceso, en sistemas de calefacción y aire acondicionado, en la industria alimentaria para aplicaciones de dosificación y en la industria química para la dosificación de líquidos precisa.Sensores de nivel
Los sensores de nivel miden el nivel o la cantidad de un fluido, a menudo líquidos, granulados o polvos, en un tanque u otro tipo de recipiente. Utilizan diversas tecnologías, como la medición de presión, ultrasonidos o sensores capacitivos, para determinar el nivel de llenado. En la industria, los sensores de nivel se utilizan en aplicaciones como la supervisión de depósitos, la dosificación de materiales, la gestión de aguas residuales y la gestión de almacenes para medir y controlar con precisión el nivel de llenado de sustancias.Sensores de temperatura
Los sensores de temperatura supervisan la temperatura de un fluido y la convierten en señales eléctricas. Utilizan diversas tecnologías, como termopares, pirómetros de resistencia o radiación infrarroja, para detectar los cambios de temperatura. En la industria, los sensores de temperatura tienen una aplicación amplia, por ejemplo, en la regulación del proceso de instalaciones químicas, en el procesamiento de alimentos para la supervisión de temperatura, en la tecnología de climatización y refrigeración y en la garantía de calidad en la producción de componentes electrónicos.Sensores de humedad
Los sensores de humedad miden el contenido de humedad del aire, normalmente utilizando un principio de medición capacitivo. La capacitancia cambia en función del contenido de agua en el aire, por lo que puede emitirse una señal eléctrica que cambia con la humedad del aire. En la industria, los sensores de humedad se utilizan en aplicaciones como el control de entornos de producción, almacenamiento, sistemas de climatización y ventilación, así como en laboratorios para la supervisión de la humedad de forma precisa.Sensores de vibración
Los sensores de vibración, también conocidos como sensores de vibraciones o acelerómetros, miden las vibraciones o las aceleraciones de un objeto. Utilizan componentes internos como cristales piezoeléctricos o MEMS para convertir estos movimientos en señales eléctricas. En la industria, los sensores de vibración se utilizan para la supervisión del estado de máquinas e instalaciones para detectar irregularidades en una fase temprana, prevenir averías y optimizar el mantenimiento. Algunos ejemplos son la supervisión de rotores en centrales eólicas, motores en la industria de fabricación o máquinas de almacenamiento en la logística.Sensores de corriente alterna
Los sensores de corriente alterna, también conocidos como convertidores de corriente, detectan el flujo de corriente alterna en un conductor y lo convierten en una señal proporcionalmente medible. Estos sensores pueden basarse en distintos principios, como la bobina Rogowski o el núcleo de ferrita. En la industria, los sensores de corriente alterna se utilizan para la supervisión de las corrientes eléctricas en los cables para medir el consumo de energía, detectar sobrecargas y optimizar la eficiencia de los motores eléctricos u otros dispositivos eléctricos.Sensores de inclinación
Los sensores de inclinación, también denominados como inclinómetros o medidores de inclinación, detectan la diferencia angular entre la fuerza gravitatoria y la dirección medida. Utilizan diversas tecnologías, como por ejemplo MEMS (sistemas microelectromecánicos) o péndulos líquidos, para medir inclinaciones. En la industria, los sensores de inclinación se utilizan en aplicaciones como la orientación de máquinas de construcción, la supervisión de vehículos todoterreno, la medición de inclinación en plataformas elevadoras o la orientación de módulos solares.Sensores de velocidad de rotación
Los sensores de velocidad de rotación con funcionamiento inductivo miden la velocidad de rotación de ruedas dentadas u objetos metálicos midiendo los cambios en el flujo magnético que son provocados por la rotación. En la industria, los sensores de velocidad inductivos se utilizan para la supervisión del número de revoluciones de los motores, el control de las cintas transportadoras, en la industria del automóvil para la medición del número de revoluciones de las ruedas para los sistemas ABS y en otras aplicaciones en las que la detección de la velocidad de rotación es decisiva.Pulsador capacitivo manual
Los pulsadores capacitivos manuales funcionan por el cambio de la capacitancia cuando una persona toca el pulsador con la mano. El contacto cambia la capacitancia del pulsador, que es detectada por un sensor. En la industria, los pulsadores capacitivos manuales se utilizan a menudo para el manejo de máquinas, los controladores de procesos de fabricación mediante controladores y como elementos de mando sin contacto en entornos con requisitos especiales, como salas limpias.Tipos de sensores y su uso en la industria
En la industria se utiliza un gran número de sensores para supervisar diversos parámetros y garantizar el buen funcionamiento de los procesos de producción y la calidad de los productos.Sensores en la Industria 4.0
Los sensores desempeñan un papel fundamental en la Industria 4.0, ya que permiten la supervisión y la detección de datos en tiempo real. La Industria 4.0 hace referencia a la cuarta revolución industrial, que se caracteriza por la integración de las tecnologías digitales en la producción industrial. Los sensores son esenciales para la aplicación de los principios de la Industria 4.0, que promueven un entorno de fabricación conectado en red, flexible e inteligente.Ventajas de los sensores en la Industria 4.0:
- Adquisición de datos y supervisión en tiempo real: Los sensores miden continuamente los datos de diversos procesos de producción. Estos datos en tiempo real permiten la supervisión y el control de forma precisa de máquinas e instalaciones.
- Conexión en red y comunicación: Los sensores están conectados en red y se comunican entre sí y con otros dispositivos y sistemas. Esto permite una integración perfecta de los pasos de producción y mejora la cooperación entre las máquinas.
- Mantenimiento predictivo: Los sensores supervisan el estado de las máquinas y las instalaciones y contribuyen así a garantizar su buen funcionamiento. El análisis de los datos recopilados permite crear modelos de mantenimiento predictivo para prever las necesidades de mantenimiento y reducir los periodos de inactividad imprevistos.
- Control y mejora de la calidad: Los sensores controlan los parámetros de calidad durante el proceso de fabricación. Las desviaciones pueden detectarse y corregirse inmediatamente, lo que se traduce en una mayor calidad del producto.
- Flexibilidad y adaptabilidad: Los sensores permiten una producción flexible, ya que se adaptan rápidamente a los cambios. Esto es especialmente importante en entornos con producción individual para el cliente y tamaños de lotes pequeños.
- Automatización y robótica: Los sensores son un componente integrante de los robots y los sistemas automatizados. Permiten movimientos precisos, la detección de objetos y la colaboración segura entre personas y máquinas.
- Aumento de la eficacia: Mediante la supervisión y la optimización continua de los procesos, los sensores contribuyen a mejorar la eficacia de toda la cadena de valor.
Sensores activos y pasivos
Los sensores activos y pasivos se diferencian principalmente en su tipo de tecnología de medición y procesamiento de señales.
Sensores activos:
Fuente de energía: Los sensores activos necesitan su propia fuente de energía para generar y emitir señales.
Funcionamiento: Emiten señales de forma activa y detectan las señales reflejadas o enviadas de vuelta. La medición se basa en el retorno o cambio de la energía emitida.
Ejemplo: Un sensor ultrasónico emite ondas de sonido y mide el tiempo que es necesario para el retorno de las ondas reflejadas.
Funcionamiento: Emiten señales de forma activa y detectan las señales reflejadas o enviadas de vuelta. La medición se basa en el retorno o cambio de la energía emitida.
Ejemplo: Un sensor ultrasónico emite ondas de sonido y mide el tiempo que es necesario para el retorno de las ondas reflejadas.
Sensores pasivos:
Fuente de energía: Los sensores pasivos no necesitan una fuente de energía propia y en su lugar aprovechan los fenómenos naturales o las fuentes de energía existentes.
Funcionamiento: Miden la radiación natural o la energía emitida por objetos o entornos sin emitir señales de forma activa.
Ejemplo: Una resistencia de medición PT100 cambia su resistencia eléctrica en función de la temperatura. Una unidad de evaluación evalúa la resistencia o la convierte en una señal eléctrica normalizada.
Funcionamiento: Miden la radiación natural o la energía emitida por objetos o entornos sin emitir señales de forma activa.
Ejemplo: Una resistencia de medición PT100 cambia su resistencia eléctrica en función de la temperatura. Una unidad de evaluación evalúa la resistencia o la convierte en una señal eléctrica normalizada.
