Sensores ultrasónicos de fácil uso

Los avances en la tecnología han dado hoy a los sensores ultrasónicos capacidades de detección precisa y sólida con la que no se contaba hace algunos años. Estas nuevas tecnologías han hecho que su uso sea más fácil, flexible y económico. Las mejores características de los sensores ultrasónicos abren una nueva gama de aplicaciones que va mucho más allá de las capacidades de los diseños anteriores. Los sensores ultrasónicos de hoy permiten a los diseñadores de máquinas encontrar soluciones nuevas y creativas en el mercado industrial.

Años atrás, los sensores ultrasónicos eran a menudo una opción tecnológica secundaria. Los diseñadores elegían los dispositivos ultrasónicos sólo cuando otras tecnologías de detección no funcionaban. Las aplicaciones aceptables comprendían por lo general objetos transparentes, largas distancias de percepción, o cambios en los colores objetivos.

La nueva tecnología brinda a los sensores ultrasónicos de hoy sólidas capacidades para soportar a los entornos más rigurosos:

El lanzamiento de las carcasas IP67 y IP69K permite que los sensores ultrasónicos se utilicen en ambientes húmedos de detección, tal como máquinas para lavado de botellas.

La red de circuitos integrada para compensación de la temperatura, recompone los cambios significativos en la temperatura que pueden presentarse durante la operación normal de un día o un turno.

Un recubrimiento especial en la cara del sensor protege el transductor del daño ocasionado por sustancias químicas fuertes.

Circuitos avanzados de filtración permiten a los sensores ultrasónicos hacer caso omiso del ruido ambiente de la fábrica.

Nuevos diseños de transductor ofrecen una protección mucho mayor ante el daño físico y los ambientes con suciedad.

• Mayor facilidad de uso
  Entre las características de la nueva generación de sensores ultrasónicos que hacen más fácil su uso se incluyen la configuración con botones, la programación con interruptores de interfaz paralela (DIP-switch), y opciones múltiples de programación.


• Los botones integrados en la carcasa del sensor facilitan la configuración del rango de límites cercano y distante del sensor. El dispositivo aprende automáticamente el tamaño de la ventana y la distancia de objetivo. La fácil configuración significa que el mismo sensor se puede utilizar en muchas aplicaciones diferentes.


• La programación con interruptores de interfaz paralela significa que un solo sensor se puede personalizar para aplicaciones específicas. Algunas características que se pueden programar son el tiempo de respuesta, el tipo de salida, análoga o discreta, y configuraciones especiales para aplicaciones de nivel de llenado.


• Los sensores ultrasónicos tienen por lo general múltiples salidas incluidas en un solo modelo. Un sensor puede tener dos salidas discretas separadas para permitir la percepción en dos distancias diferentes con el mismo sensor. Otros tienen salidas tanto discretas como análogas en el mismo sensor, de modo que un solo dispositivo puede medir y proporcionar a la vez la salida de alarma.

Estas características hacen de los sensores ultrasónicos una alternativa muy flexible y viable frente a otras tecnologías de detección. Debido a su facilidad de uso y flexibilidad de aplicación, los sensores ultrasónicos contribuyen a producir significativos aumentos de productividad y calidad en la automatización industrial.

Los fundamentos en el uso de los sensores ultrasónicos 
Un sensor ultrasónico alberga un transductor que emite en una dirección ondas acústicas, inaudibles y de alta frecuencia, cuando el elemento del transductor vibra. Si las ondas golpean y rebotan desde un objeto, el transductor recibe la señal resonada. El sensor determina entonces su distancia desde el objeto basado en el lapso transcurrido entre la emisión inicial del sonido y el regreso del eco. Comúnmente, un sensor tiene un límite cercano y uno distante que se configuran mediante una programación realizada con botones. El dispositivo determina si un objeto se halla presente dentro de esos límites.

Por ejemplo, cuando un sensor ultrasónico montado encima de un tanque de líquido o un recipiente con pastillas emite ondas hacia el interior del contenedor, el lapso que le toma al eco retornar indica si el contenedor está lleno, vacío, o parcialmente lleno.

Algunos sensores ultrasónicos utilizan un transductor separado de emisión y recepción. Estos dispositivos ultrasónicos de modo opuesto funcionan bien en las aplicaciones que requieren detección de borde, tiempos de respuesta más rápidos o que se emplean en ambientes húmedos.

Los sensores ultrasónicos deben ser una primera elección para detectar objetos transparentes, líquidos, materiales densos de cualquier tipo de superficie (áspero, liso, brillante), y objetos con formas irregulares. Los sensores ultrasónicos no son convenientes para su uso al aire libre, en ambientes muy calientes, ni en tanques de presión; ni pueden tampoco detectar objetos de espuma.

• Las siguientes son consideraciones claves para elegir un sensor ultrasónico para una aplicación:


• Rango y tamaño. El tamaño del objeto que se detecta afecta el rango máximo de los sensores ultrasónicos. El dispositivo debe detectar un cierto nivel del sonido para activar su salida. Una parte grande refleja la mayor parte del sonido al sensor ultrasónico, así que el dispositivo puede detectar la parte a su máximo distancia de percepción. Una parte pequeña refleja una porción mucho más pequeña del sonido, lo que trae como resultado una reducción significativa en el rango de detección.


• • Objeto a detectar. El objeto ideal para una aplicación ultrasónica es un objeto grande, plano y denso, perpendicular a la cara del transductor. Los objetos más difíciles de detectar son pequeños, o hechos de un material que absorba el sonido tal como goma de espuma, o los que están en ángulo con respecto al transductor. Algunos objetos difíciles pueden ser detectados enseñando el sensor a identificar una superficie del fondo y responder luego ante un objeto que se encuentre entre el dispositivo y el fondo.


• Detectar líquidos es fácil si éstos tienen una superficie plana perpendicular a la cara del sensor. Para compensar una superficie turbulenta, el dispositivo se puede programar para un tiempo de respuesta más largo, que promedia los cambios de turbulencia para una lectura más consistente. No existe una buena solución para ayudar a que un sensor ultrasónico perciba con precisión un líquido de superficie espumosa, porque la espuma desvía el sonido en direcciones diferentes.

La percepción de objetos con formas irregulares es posible usando un sensor ultrasónico en modalidad retrosónica. En ésta, el dispositivo detecta un fondo plano, tal como una pared. Cualquier objeto que pasa entre el sensor y la pared bloquea las ondas sonoras. El dispositivo detecta la interrupción y reconoce la presencia de un objeto.

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Vibración. La vibración puede afectar a veces la exactitud de una medida de distancia, bien sea que vibre el sensor o una máquina cercana. Utilizando como parte de la montura del dispositivo un elemento anti-vibración de caucho se reduce este efecto. Los rieles de guía se utilizan también a veces para eliminar o reducir una parte de la vibración.

Atenuación. La compensación de la temperatura diseñada en un sensor puede ajustarse para cambios lentos a la temperatura del ambiente. No se ajusta para gradientes de temperatura o cambios rápidos en la temperatura del ambiente.

Resultados falsos. Las ondas sonoras pueden reflejarse desde objetos cercanos, tales como un riel o un paral. Para detectar con seguridad el objeto deseado, es necesario reducir o eliminar los efectos de las superficies cercanas que reflejen el sonido. Para evitar una falsa detección de objetos cercanos, muchos sensores ultrasónicos tienen un indicador LED que guía al operario durante la instalación, asegurando que el dispositivo se monte correctamente y reduciendo el riesgo de resultados falsos.

Aplicaciones
Los costos más bajos y la facilidad de uso han llevado a los diseñadores de máquinas a incorporar sensores ultrasónicos en aplicaciones que antes se consideraban demasiado difíciles o muy costosas. Las aplicaciones industriales para sensores ultrasónicos incluyen la detección del nivel de llenado; la detección de objetos y materiales transparentes; el control de la tensión del bucle; y la medición de la distancia. Entre las industrias que utilizan sensores ultrasónicos se encuentran las de empaques, botellas, manejo de materiales, automotriz, entre otras. Aquí se muestran apenas unos cuantos ejemplos de aplicación:

En una planta embotelladora, para detectar botellas.

En una planta de procesamiento de alimentos para detectar y controlar el nivel de llenado de líquido en un tanque.

En una línea de empaque para controlar la velocidad de la banda de un material al supervisar la tensión del bucle entre dos rodillos.

Hoy, el uso industrial de sensores ultrasónicos se está extendiendo rápidamente. Una tecnología que alguna vez fue costosa y poco confiable es ahora económica y fácil de usar. Los sensores ultrasónicos se utilizan rutinariamente para mejorar la calidad del producto en la supervisión del proceso, para detectar los defectos, determinar la presencia o la ausencia de elementos, y para otras aplicaciones. Los sensores mejoran también la productividad al reducir el desperdicio y el tiempo de inactividad de las máquinas ocasionadas por las partes malas. El desarrollo de producto futuro en esta tecnología continuará esta tendencia. El desafío consiste ahora en lograr que la industria comprenda el potencial de los sensores ultrasónicos en todas las áreas de la fabricación, incluyendo el control de calidad, el control de proceso y la inspección.

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