Sistemas automáticos

ÍNDICE

1- Los sensores.

-Sistema de control.

2-Los sensores de contacto.

3- Los sensores magnéticos.

5- Los sensores de temperatura.6- Los sensores infrarrojos.7- Circuitos de sensores infrarrojos.

Los Sensores

-Definición de sensor.Los sensores son dispositivos que se encargan de detectar las condiciones del entorno: temperatura, humedad, luz, movimiento, caudal, ect. Una persona percibe las características de su entorno a través de los sentidos, y una máquina o un robot los percibe a través de los sensores.-Funcionamiento de los sensores.Los sensores están en contacto con la magnitud que tienen que detectar y los cambios en la magnitud producen variaciones muy pequeñas en el sensor. Estos cambios pueden ser el desplazamiento de un eje o el cambio de resistencia de un componente, que en la mayoría de los casos es necesario transformar en señales eléctricas y amplificarlas para poder realizar una acción de control.Una vez obtenida la señal eléctrica, esta se introduce en un circuito electrónico o en un sistema de control, el cual utilizará la señal del sensor para realizar alguna acción de control.En la industria del

automóvil utilizan varios tipos de sensores. Uno de ellos es el sensor hall que se utiliza de forma frecuente para en sensores de posición cigüeñal , en el cierre del cinturón de seguridad o en sistemas de cierres de puertas.

Transmisión con un sensor Hall.

La clasificación de sensores.

Sensor. Variable del sensor.

Magnitud que detecta.

Final de carrera. Posición de una lengüeta. Presión de contacto.

Interruptor Reed. Movimiento de un contacto. Campo magnético.

LDR. Resistencia. Intensidad lumínica.

PTC. Resistencia. Temperatura.

NTC. Resistencia. Temperatura.

Humedad. Resistencia. Humedad.

Infrarrojos. Radiación infrarroja. Luz infrarroja.

Sistemas de control.

Sistemas de control:Una vez detectada la magnitud, los sistemas de control son los encargados de

tomar esa señal para realizar una acción. Los sistemas de control se clasifican fundamentalmente en dos tipos: sistemas sin realimentación y sistemas con realimentación.

Sistemas de control sin realimentación.Un sistema de control sin realimentación no considera las variaciones del

entorno mediante sensores, al no contrastar los efectos de salida con los de entrada, estos también reciben el nombre de sistemas de lazo abierto.

Este es el caso de un semáforo controlado por un temporizados, en el que , por ejemplo, la luz roja del semáforo permanecerá encendida durante un minuto y la verde durante otro minuto. Esta secuencia se repite indefinidamente y es independiente de la cantidad de coches o peatones que circulen en cada momento.

Sistemas de

Control.Acción

Sistemas de control.

Sistemas de control con realimentación.

Un sistema de control con realimentación tiene en cuenta las variaciones del entorno mediante sensores, y contrasta los datos de salida con los de entrada. Por ello se les denominan lazo cerrado.En el ejemplo que hemos puesto antes, el semáforo puede tener unos sensores para detectar la cantidad de tráfico que hay en cada momento. Las señal de estos sensores se introduce en el sistema de control para que actúe sobre el tiempo en que el semáforo tiene encendida cada luz. De esta forma, si el tráfico es muy intenso, el sistema de control actuaría sobre las luces para que la señal verde del semáforo estuviera encendida más tiempo y la roja menos

SensorSistema

de control.

Acción.

Realimentación

Sensor de contacto Los sensores de contacto se utilizan para detectar el final del recorrido de determinados componentes mecánicos

móviles, como pueden serpuertas, barreras o ascensores, o para determinar la posición límite de elementos móviles de la máquinas. Los más comunes son llamados interruptores de final de carrera. Consta de una lengüeta metálica y tres de

contacto internos, que salen al Exterior a través de tres terminales de conexión llamados común (COM), normalmente cerrado (NC) y

normalmente abierto (NA).

Funcionamiento del interruptor de final de carrera. Los finales de carrera se disponen en los circuitos de tal manera que los mecanismos móviles, cuya posición se quiere controlar, presionen la lengüeta cuando llegan s sus posiciones límites. -Cuando la lengüeta metálica no está presionada, los contactos COM y NC estas conectados entre sí y el Na está

desconectado. -Cuando se presiona la lengüeta metálica, se conectan los contactos COM y NA, y el contacto NC se desconecta. -Al dejar presionar la lengüeta , los contactos retornan a su posición original, es decir, COM y NC conectados y

Na desconectado.Los finales de carrera se pueden construir en el taller con un trozo de latón. Dependiendo de la función que haga el final de carrera, podemos construir un final de carrera con un solo contacto, normalmente cerrado o

normalmente abierto, o con los dos, igual que están construidos los finales de carrera comerciales. Símbolo

de interruptor final de carrera

Las barreras automáticas son movidas por motores controlados por un circuito capaz de invertir el sentido de giro de un motor, con objeto de que la barrera se puede abrir y cerrar. Cuando la barrera está totalmente abierta o cerrada, es necesario que el motor no siga funcionando. La parada del motor consigue utilizando dos finales de carrera, uno que detecta que la barrera está abierta parando el motor cuando la barrera está vertical, y otro que detecta que la barrera se encuentra cerrada parando el motor cuando está horizontal.

Apertura y cierre de una barrera.Para abrir o cerrar una barrera automática se dispone del siguiente montaje eléctrico, en el que el conmutador se utiliza para invertir el sentido de giro del motor. En los siguientes circuitos se indica la posición del conmutador y el sentido correspondiente de giro del motor.Al cerrar el circuito, el motor gira hasta que la barrera presiona la lengüeta del final de carrera a y detiene el motor.Cuando se cambia la posición del conmutador doble, el motor girará en sentido contrario hasta que la barrera presione la lengüeta del final de carrera y detenga de nuevo el motor.Los finales A y C detienen el motor cuando la barrera ha cerrado C o ha abierto A totalmente, para cualquiera de los dos casos.

Intermitencia con dos bombillas.Mediante el siguiente circuito se va a diseñar un semáforo con dos luces. La intermitencia de las bombillas verde y roja se controla mediante el movimiento periódico de una leva. Las dos bombillas están conectadas a un final de carrera, de tal manera que cuando la leva presiona sobre el final de carrera, se cambia la bombilla que está encendida, como se indica en el dibujo.Al pulsar el interruptor /, gira el motor que se encarga de mover la leva y se enciende la bombilla 1. Cuando la leva pulsa el final de carrera, se apaga la luz 1 y se enciende la luz 2. Al dejar de pulsar la leva el final de carrera, se apaga la bombilla 2 y se enciende la 1. Ese ciclo se repite continuamente mientras que esté cerrado el interruptor /.

Aplicaciones

Sensor magnético. Interruptor Reed

Los sensores magnéticos detectan una variación en el campo magnético en respuesta a la variación de alguna magnitud física. Están basados en el efecto Hall, por lo que se conocen como sensores de efecto Hall. Se caracterizan principalmente por ser dispositivos de estado sólido, no tener partes móviles, compatibilidad con otros circuitos analógicas y digitales, margen de temperatura amplio, buena repetibilidad y frecuencia de funcionamiento relativamente alta (100 kHz).

Imagen de un circuito del sensor magnético.

Interruptor Reed.Reed switch (interruptor de lengüeta) es un interruptor eléctrico activado por un campo magnético. Cuando los contactos están normalmente abiertos se cierran en la presencia de un campo magnético; cuando están normalmente cerrados se abren en presencia de un campo magnético. Fue inventado por W. B. Elwood en 1936 cuando trabajaba para Laboratorios Bell.

El reed switch consiste en un par de contactos ferrosos encerrados al vacío dentro un tubo de vidrio. Cada contacto está sellado en los extremos opuestos del tubo de vidrio. El tubo de vidrio puede tener unos 10 mm de largo por 3 mm de diámetro. Al acercarse a un campo magnético, los contactos se unen cerrando un circuito eléctrico. La rigidez de los contactos hará que se separen al desaparecer el campo magnético. Para asegurar la durabilidad, la punta de los contactos tiene un baño de un metal precioso. El campo magnético puede estar generado por un imán permanente o por una bobina.

UtilidadesDefinición

Sensor humedad.La detección de humedad es importante en un sistema si éste debe desenvolverse en entornos que no se conocen de antemano. Una humedad excesiva puede afectar a los circuitos, y también la mecánica de un robot. Por esta razón se deben tener en cuenta una variedad de sensores de humedad disponibles, entre ellos los capacitivos y resistivos, más simples, y algunos integrados con diferentes niveles de complejidad y prestaciones.Para el uso en robótica, por suerte, se puede contar con módulos pequeños, versátiles y de costo accesible, como el SHT11 de Sensirion.

Sensores de TemperaturaEstos se caracterizan por detectar las variaciones en la temperatura, se construyen de materiales cuya resistencia varía en función de la temperatura.

El sensor de temperatura de aire conocido por IAT

Se utilizan en sist. de control de temperatura de sist. de calefacción y aire acondicionado, equipos electrónicos, sist. de alarmas de protección contra incendios, etc.

Termistor NTC corresponde al coeficiente de temperatura negativo, su valor de la resistencia aumenta la temperatura y disminuye la resistencia, puede hacerse viceversa.

Termistor PTC corresponde al coeficiente de temperatura positivo, su valor de la resistencia aumenta la temperatura y la resistencia.

Sensores de LuzConstruidos de selenio, sulfuro de cadmio o sulfuro de

plomo cuya resistencia varía en función de la cantidad de luz que recibe el nombre de LDR( resistencia dependiente de la luz )

La resistencia LDR tiene 2 terminales y una zona fotosensible. Su resistencia varia inversamente proporcional al nivel de luz, baja la resistencia y viceversa. Cuando esta en condiciones de baja luminosidad su resistencia es alta y viceversa.

Sensores de InfrarrojosUn sensor de rayos infrarrojos es un aparato que se utiliza para la detección de una zona del espectro electromagnético(no visible para el ojo humano).

Los sensores funcionan por parejas : un diodo emisor de luz infrarroja y un fototransistor sensible a la luz infrarroja, ambos están dentro de otro componente llamado optoacoplador.

Un optoacoplador se basa en la utilización de un haz de radiación luminosa para pasar señales de un circuito a otro sin conexión eléctrica.

Funcionamiento de los

OptoacopladoresCNY70: Sistema que funciona en que cuando la radiación infrarroja incide sobre una superficie, esta se refleja con mayor o menor intensidad dependiendo del color de la superficie.

TSC2000: funciona de tal manera que el rayo infrarrojo deja de llegar al receptor cuando se introduce algún elemento opaco entre el emisor y receptor

APLICACIONES

Los detectores de infrarrojos se utilizan en multitud de aplicaciones como:

Control remoto

Domótica

Robótica

Detector de infrarrojos con emisor y receptor independientesFotodiodo es un semiconductor construido con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz.

Fototransistor: a un transistor sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la región de base, generando carga en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor.

Boceto de circuito Infrarrojo

Diseño y construcción de un circuito impresoAhora observamos como se realiza la construcción de un

circuito impresoDibujar: el esquema del circuito electrónico.

Reunir: todos los componentes del circuito.

Probar: el circuito en una tabla.

Dibujar: el circuito impreso en papel milimetrado

Diseño y construcción de un circuito impresoAhora observamos como se realiza la construcción de un

circuito impresoObtener la imagen inversa del circuito escaneando e invirtiéndola

Colocar la imagen inversa en la parte metálica y marcar los terminales de los componentes.

Dibujar el negativo del circuito sobre la parte metálica de la placa

Taladrar la placa del circuito impreso con una boca fina.

Ahora observamos como se realiza la construcción de un circuito impreso

Introducir la placa en acido clorhídrico y perborato sódico.

Limpiar con alcohol las marcas de rotulador.

Soldar: correctamente los terminales de los componentes.

Circuito Terminado

Diseño y construcción de un circuito impreso

CREDITOS.