Qué sensor de posición elegir

Los sensores de posición son dispositivos que permiten determinar la posición lineal o angular de un objeto y convertirla en una señal transmitida a la unidad de control a través de un bus de campo.

La posición es la segunda magnitud física más medida en la Industria, después de la temperatura. Los sensores de posición tienen una amplia variedad de aplicaciones industriales y comerciales.

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¿Cómo elegir un sensor de posición?

Sensor de posición de marca MTS Sensor Technologie GmbH & Co. KG
Sensor de posición de marca MTS Sensor Technologie GmbH & Co. KG

Para elegir un sensor de posición, o sensor de desplazamiento, se deberá determinar de antemano si se necesita un sensor lineal o un sensor rotativo, el rango de medición, la resolución requerida y el nivel de repetibilidad.

También habrá que atender a su forma según el tipo de montaje. Asimismo, será importante pensar en cómo se utilizará la señal de salida y si la aplicación requiere el uso de un sensor específico con protección para entornos húmedos o polvorientos, bajo normativa ATEX para entornos explosivos, etc.

Criterios de elección

  • Lineales o rotativos.
  • Tamaño/montaje.
  • Rango de medición.
  • Señal de salida.
  • Grado de protección IP, norma ATEX.

¿Qué tipos de sensores de posición existen?

Existen cinco tecnologías de sensores de posición, cada una con sus propias ventajas y desventajas:

Tipo de sensor Sin contacto Ventajas Desventajas Observaciones
Potenciométricos
  • Alta precisión
  • Precio reducido
  • Desgaste importante
  • Sensibles al polvo
  • Sensibles a temperaturas extremas
  •  Lineales o angulares
LVDT o RVDT
  • Alta precisión
  • Robustez
  • Poco alterables en entornos hostiles
  • Precio bastante elevado
  • Voluminosos y pesados
  • RVDT: rotación limitada a +/- 40°
Ópticos
  • Alta precisión
  • Alta resolución
  • Frágiles
  • Sensibles al polvo
  • Sensibles a las temperaturas extremas
  • Precio superior al de los sensores magnéticos
Magnéticos
Efecto Hall
X
  • Robustez
  • Poco alterables frente a los líquidos
  • Alterables frente a los golpes
  • Alterables frente a interferencias magnéticas y cables eléctricos
  • Histéresis
Magnetostrictivos X
  • Robustez
  • Alta precisión en longitudes largas
  • Alterables frente a los cambios de temperatura
  • Baja precisión en longitudes cortas
  • Precio bastante elevado

¿Por qué elegir un sensor de posición potenciométrico?

Sensor rotativo potenciométrico de la marca Siko
Sensor rotativo potenciométrico de la marca Siko

Los sensores de posición potenciométricos, también llamados sensores resistivos, miden la resistencia de una pista conductora entre un punto de referencia y un cursor conectado a una pieza móvil —o a su soporte—. La resistencia medida por el sensor permite calcular la posición de la pieza.

Estos sensores suelen ser económicos ya que su tecnología es sencilla y precisa. Sin embargo, a menudo se ven afectados por el desgaste, las vibraciones, los cuerpos extraños y las temperaturas extremas.

Puntos fuertes

  • Tecnología sencilla.
  • Medición precisa.
  • Precio económico.

¿Por qué elegir un sensor de posición LVDT o RVDT?

Sensor de desplazamiento LVDT de la marca TRANS-TEK
Sensor de desplazamiento LVDT de la marca TRANS-TEK

Los sensores de posición LVDT —Linear Variable Differential Transformer— y RVDT —Rotary Variable Differential Transformer— están formados por dos transformadores que comparten un único núcleo magnético conectado a la pieza cuya posición se desea determinar —o a su soporte—. Cuando el núcleo magnético se mueve, la tensión eléctrica varía entre los dos transformadores, lo que permite calcular la posición de la pieza.

Estos sensores se caracterizan por su precisión. Son confiables, robustos y resistentes en entornos extremos, además de permitir distanciar el sistema de procesamiento de señales del sensor. Sin embargo, suelen ser caros, voluminosos y pesados.

Puntos fuertes

  • Alta precisión.
  • Confiables.
  • Robustez.
  • Resistentes en entornos extremos.

¿Por qué elegir un sensor de posición óptico —codificador—?

Sensor de desplazamiento óptico de la marca Micro-Epsilon
Sensor de desplazamiento óptico de la marca Micro-Epsilon

Los sensores de posición ópticos se utilizan para determinar la posición y el desplazamiento angular o lineal de una pieza.

  • Sensores incrementales: funcionan en relación con una posición de referencia. Tras un fallo de alimentación, el sistema de tratamiento de datos debe esperar a que el encoder envíe la información correspondiente a la posición de referencia para explotar correctamente la información de desplazamiento angular.
  • Sensores absolutos: funcionan en cuanto se enciende el dispositivo. Los codificadores absolutos multivuelta también permiten contar el número de vueltas realizadas.

Los sensores de posición rotativos ópticos incorporan diodos emisores de luz (LED) que permiten «leer» el movimiento de un disco opaco perforado periféricamente. Los sensores de posición lineales pueden ser sensores rotativos de cable —el cable, montado en un carrete, está conectado a la pieza cuya posición se va a determinar— o también pueden consistir en una escala graduada y un cabezal de lectura para leer la posición.

Estos sensores ofrecen por lo general una alta resolución. La resolución corresponde al número de señales enviadas por vuelta de eje. Son muy precisos. La precisión corresponde a la tolerancia para cada señal enviada. Su tiempo de respuesta es rápido.

Se puede elegir un sensor de posición óptico cuando sea necesario asegurarse de que las mediciones no se vean perturbadas por un campo magnético. Además, los sensores ópticos no presentan histéresis. Si bien, son frágiles, alterables frente a los impactos, las vibraciones, los cuerpos extraños —polvo, aceite, etc.— y las temperaturas extremas.

Los sensores ópticos se utilizan sobre todo cuando se requiere una alta precisión, por ejemplo para la fabricación de componentes electrónicos o para análisis médicos.

Puntos fuertes

  • Alta resolución.
  • Alta precisión y disponibilidad.

¿Por qué elegir un sensor de posición magnético?

Sensor de posición magnético de la marca Curtiss-Wright
Sensor de posición magnético de la marca Curtiss-Wright

Los sensores de posición magnéticos , también conocidos como sensores de efecto Hall, se utilizan para determinar una posición midiendo el campo magnético de un imán o de una banda magnética. Se puede utilizar este tipo de sensor para medir, por ejemplo, la posición de un pistón en un cilindro.

Estos sensores son robustos y poco alterables frente a la presencia de líquidos o polvo. Sin embargo, son alterables frente a los impactos y pueden verse influidos por interferencias magnéticas, especialmente las causadas por la proximidad de cables eléctricos. La precisión de estos sensores puede verse modificada por la histéresis en función del sentido del desplazamiento.

Puntos fuertes

  • Robustez.
  • Poco alterables frente a la mayoría de los líquidos.

¿Por qué elegir un sensor de posición magnetostrictivo?

Sensor magnetostrictivo de la marca Eltra
Sensor magnetostrictivo de la marca Eltra

Los sensores magnetostrictivos incorporan una guía de onda a la que se envía un impulso eléctrico que genera un campo magnético. Cuando este campo magnético se encuentra con el de un imán externo, una onda mecánica elástica se propaga por reflexión hasta el cabezal de lectura integrado en el sensor. Esto  permite determinar la posición del campo magnético externo en función del tiempo de respuesta de la onda mecánica elástica.

Estos sensores son robustos y su precisión aumenta con la longitud de la guía de onda. Por tanto, son más precisos para medir posiciones con carreras de varios metros. Los sensores magnetostrictivos son poco alterables frente a temperaturas de hasta 100 °C, vibraciones e impactos. Sin embargo, su precisión puede verse influenciada por los cambios de temperatura y son relativamente caros.

Puntos fuertes

  • Robustez.
  • La precisión aumenta con la longitud del sensor.