ABSTRACT Objective
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Sensores magnéticos
Tarea 1 ¿Cuáles son los materiales magnéticos duros y blandos?
Los ferro magnéticos duros caracterizan un amplio ciclo de histéresis. Esto incluye: Aleaciones Fe-Co y Ni-Co y una ferrita dura xxx. Esto significa que un ferro magnético es difícil para la magnetización y des magnetización. Es usado para imanes permanentes. Los ferro magnéticos blandos caracterizan una limitada histéresis y puede ser magnetizado y desmagnetizado rápidamente. Por lo tanto, se pueden usar para nú- cleos magnéticos. Los materiales magnéticos blandos incluyen hierro, aleaciones Fe-Si y Fe-Al, ferritas blandas y aleaciones amorfas.
¿Cuál es el principio subyacente del efecto Hall?
El efecto Hall consiste en la creación de un área magnética adicional en una placa de soporte de corriente directa (DC) hecha de un conductor o semiconductor y expuesta a un área magnética externa. La influencia de este área magnética externa en estas cargas resulta en su acumu- lación en un margen de la placa. Una diferencia de potencial en los dos márgenes de la placa es la llamada Voltaje de Hall Vh.
¿Por qué cambia el área magnética la magneto resistencia de los se- miconductores?
El área magnética incrementa la magneto resistencia de los semicon- ductores porque provoca deviación en la dirección de la corriente fluida. Esto es debido al incremento de la trayectoria de las cargas eléctricas. El valor del ángulo de deviación se incrementa con un incremento en la intensidad del campo magnético alargando la trayectoria de un margen al otro.
¿Cuál es la función de los electrodos cubiertos con cinta magneto resi- stente?
Los electrodos de oro y aluminio de la corriente fluida modifican su di- rección y, como resultado, la trayectoria de la carga eléctrica se vuelve más larga causando, así, un incremento adicional en la resistencia del micro conductor.
¿Cuáles son las principales características de los “conductores de im- pulso”?
Un “conductor de impulso” tiene dos áreas magnéticas diferentes: el núcleo y la carcasa. El núcleo tiene las propiedades de un material ma- gnético blando (histéresis estrecha) y la carcasa tiene las propiedades de un material magnético duro (histéresis ancha).
Tarea 2 ¿Qué elementos responden a los cambios en el área magnética? Los elementos que responden al área magnética pueden ser copulan- tes herméticos eléctricos (sensor de caña), un elemento semiconductor (Efecto Hall), un magneto resistor o una bobina con un “conductor de impulso”.
¿Qué ventajas tienen los sensores magnéticos?
Los sensores magnéticos ofrecen un diseño hermético, variedad de for- mas de carcasa y altos rangos de operación que van junto a pequeñas dimensiones. Las modificaciones básicas de estos sensores no requieren suministro eléctrico y pueden ser directamente acoplados a salidas de conductores y pueden controlar la operación de la maquinaria indepen- dientemente. Una ventaja adicional de estos sensores es la amplia gama de voltaje de cambio y niveles de corriente, incluso por encima de 100V y menos A.
¿Pueden los sensores magnéticos detectar objetos que están detrás de una pared de plástico?
Sí, pueden cuando el área magnética penetra en los materiales no mag- néticos; de ahí la detección de objetos pueden ser llevados a cabo incluso si hay obstáculos diamagnéticos, por ejemplo un tubo o un conteiner de plástico entre un objeto y el sensor.
¿Cuáles son los principales componentes de los sensores magnéticos? Los principales componentes de los sensores magnéticos son: un ele- mento que responde a los cambios en el área magnética, un sistema de detección de la señal de salida de control y un sistema de salida. Los sensores pueden estar provistos con un diodo que señala el estado de salida.
¿Cuál es el principio de operación de un sensor magnético con un sensor de caña?
Un sensor magnético con un contacto de caña de sensor responde al imán que se acerca. En el área magnética generada por este imán, los contactos de un contacto de caña de sensor se magnetizan. Si la fuerza de atracción del contacto vence a la fuerza de elasticidad, entonces el sensor cambiará su estado de abierto a cerrado. En virtud de esto, el cir- cuito eléctrico completo también será cerrado junto a la carga conectada.
5.2
Tipos fundamentales de sensores magnéticos
enroscado de uno en uno en un impulso conductor como resultado de los cambios en la dirección del área magnética exterior.
¿Cuál es el estado de salida de un sensor de caña cuando no está sujeto a un área magnética?
Depende del tipo de sensor de caña usado en el sensor. Los contactos del sensor de caña, cuando no están en campos magnéticos, dependiendo del tipo, pueden estar abiertos (NO) o en uno de los posibles estados NO o NC (normalmente cerrado).
¿Tienen los sensores con sensores de caña sólo una superficie activa? Puede haber más de una superficie activa en un sensor de caña. Esta gobernado por la forma de la carcasa así como sus áreas de definición ya que define las áreas de traducciones posibles para el imán. Hay sensores en los que la única traducción posible del imán es a través de la cara del sensor y hay sensores en los que las traducciones de los imanes son posibles también con respecto a su superficie de un lado del sensor. Sensores de caña de contacto magnético tienen formas diver- sas de carcasas, empezando por las simples (cilíndricas, prismáticas) y terminando en las formas geométricas más complejas.
¿Qué factores influencian el rango máximo de operación de un sensor de caña de contacto?
El rango máximo de operación Smax de un sensor de caña es gobernado por la fuerza de atracción del campo magnético. Esta fuerza depende del tamaño y propiedades del imán, por un lado, y de la distancia entre la superficie activa del sensor y el imán, por otra. Adicionalmente, de acuerdo con la característica de operación de un sensor de caña, el rango de operación depende de la ubicación del imán con respecto a los elementos activos del sensor.
¿Cuántas pistas hay en la salida del sensor de contacto de caña mag- nético?
Los sensores de contacto de caña hay tres pistas: las que no tienen un dioido señalizando el estado del sensor tienen sólo dos pistas.
¿Cuál es el principio de operación de un sensor magnético de Efecto Hall? Los sensores magnéticos de efecto Hall son suministrados con una cor- riente DC que fluye a través de una placa semiconductora (un halotrón). Mientras que el imán esté fuera del rango de operación del sensor, la corriente fluye sin impedimento a través del halotrón. La diferencia de potenciales en el margen del halotrón es igual a cero (V=0). Cuando aparece un imán en el rango de operación de un sensor, su campo magnético genera un voltaje Hall (V=Vh) en los márgenes del halotrón. Este voltaje es una señal que controla el transistor de salida del sensor.
Tarea 3 ¿Cuál es la regla de operación de los sensores Wiegand?
La regla de operación de un sensor magnético Wiegand consiste en el registro de cambios en la dirección del campo magnético (polarización) del núcleo del “conductor de impulso”. La polarización de la magneti- zación del núcleo puede ser invertida si el campo magnético externo cambia su dirección.
¿Cómo es posible hacer cambios en la dirección del campo magnético en los sensores Wiegand?
Hay tres posibles métodos para hacer cambios en la dirección del campo magnético que actúa en el conductor de impulso:
- Los imanes con una polarización variable se mueven de uno en uno en frente de sensores estacionarios que albergan un conductor de impulso con una bobina
- Los conductores de impulso se mueven de uno en uno en frente de un sensor estacionario que alberga dos imanes y una bobina
- Los objetos ferro magnéticos se mueven de uno en uno en frente de un sensor que alberga dos imanes y una bobina juntos a un conductor de impulso.
¿Cómo se hace la detección de imanes magnéticos con sensores Wie- gand?
En la primera fase, el “conductor de impulso” se expone al campo mag- nético de un imán polarizado N/S y luego, al campo del siguiente imán con la polarización invertida (S/N). Este cambio del campo magnético polarizado exterior genera un impulso de voltaje en la bobina alrededor del conductor de impulso. El impulso, después de la transformación, es la señal de salida del sensor.
¿Cómo se lleva a cabo la detección de la translación de un “conductor de impulso”?
Como resultado de la moción de translación de un conductor de impulso en frente de un imán estacionario con una polarización N/S, y luego en frente del segundo imán con la polarización invertida (S/N), la dirección de la magnetización en el núcleo del conductor de impulso cambia. Esto produce un impulso de voltaje, el cuela, tras la transformación, es la señal de salida.
¿Necesitan los sensores Wiegand suministro de voltaje?
Tarea 4 ¿Influencia el tipo de material en el que un sensor magnético ha sido instalado en su operación?
Sólo si el material es ferromagnético. Es ventajoso en situaciones para alzarlo alto por encima del material ferromagnético. También se recomi- enda introducir una capa de asolación hecha de de materiales no mag- néticos (dieléctricos) separando el sensor del material ferromagnético. ¿Puede la introducción de un elemento delgado entre el sensor y el imán transigir la operación del sensor?
La introducción de un material no ferromagnético entre el sensor y el imán no influye en el comportamiento del sensor magnético. Por otra parte, su comportamiento cambiará si aparece un elemento ferromagnético entre el sensor y el imán. Esto puede acabar con un estado cargado de la salida del sensor, es decir, con una interferencia en su operación.
5.4
Condiciones de instalación y aplicaciones
¿Qué elemento en los sensores con imán reaccionan al campo mag- nético?
El elemento que reacciona al campo magnético es la bobina que está directamente en un imán permanente.
¿Qué situaciones pueden detectar los sensores con imán?
Este tipo de sensores magnéticos detectan la moción de los objetos ferro magnéticos. De todas formas, no pueden ser usados para la detección de objetos estacionarios porque el voltaje de salida depende de la velocidad con la cual el objeto detectado se aproxima al sensor.
¿Requieren los sensores magnéticos con imán suministro de voltaje? Los sensores magnéticos con imán no requieren suministro eléctrico porque los objetos ferro magnéticos que se acercan al sensor cambian el flujo magnético penetrando en la bobina y generando al mismo tiempo un voltaje en las terminales de la bobina. Este voltaje, tras la transfor- mación, constituya la señal de salida.
¿Qué factores influencian el valor del voltaje de salida en los sensores magnéticos con imán?
El voltaje de salida en sensores magnéticos con imán depende de la velocidad con la cual el objeto que se detecta se aproxima al sensor. Los valores de este voltaje son bajos y necesitan amplificación adicional para conmutar el estado del sistema de salida. Cuando a velocidad de un objeto disminuye, el voltaje de salida también. Para un objeto esta- cionario, el voltaje baja a cero.
¿Cuáles son las principales aplicaciones de los sensores magnéticos? Las aplicaciones de los sensores magnéticos son, entre otras:
- La detección de objetos situados fuera de la pared de plástico, por ejemplo un tuvo interno o un contenido.
- La detección de objetos en ambientes agresivos a través de separados protectores.
- La detección de objetos en áreas de elevadas temperaturas gracias a la posibilidad de retirada del campo magnético por el uso de elementos magnéticos.
6
Funciones de los sensores en sistemas
Tarea 1 ¿Cuáles son las principales tareas desempeñadas por sensores en sistemas mecatrónicos modernos?
Los sensores se usan para identificar:
- La ejecución de sistemas en sus condiciones de operación - La forma correcta del proceso de control de parámetro - Alteraciones en las operaciones
- La degradación de las propiedades de operación y defectos
¿Qué parámetros de operación de los sistemas mecatrónicos son revi- sados por medio de los sensores?
Los parámetros estructurales de los módulos /sistemas que están sujetos a una revisión son tales como:
- Velocidad clasificada y aceleración de moción de concurrencia de trabajo;
- Posiciones, posicionamiento y orientación de concurrencia y objetos, - Trayectoria de moción (distancias)
- Velocidad de moción clasificada de elementos auxiliares;
- Cargas transmitidas y aplicadas (clasificadas) (fuerza, presión, corriente, fuerza eléctrica, par);
- Condiciones de operación permisibles en sistemas termales; - Habilidades de moción integrada;
- Propiedad de energía (fuerza, par) del sistema y sus módulos.
¿Qué funciones de sistemas mecatrónicos requieren la participación de sensores?
La señal para sensores se necesitan para:
- Reconocimientos de la salida para la representación de funciones, - Evaluación de preparación para la activación de la representación de funciones,
- Activación de la representación de funciones, - Observación de la representación de funciones,
- Decisión en determinación de la representación de funciones, - Desactivación de la representación de funciones
- Transmisión de información sobre la terminación de la representación de funciones.
¿A qué se reduce el papel de los sensores en el diagnóstico de sistemas mecatrónicos?
El papel de sensores en el diagnóstico se reduce a la exacta y fiable medición de parámetros teniendo una demora en la forma correcta de la operación de los sistemas mecatrónicos
Tarea 2 ¿Qué información pueden suministrar los sensores para el diagnóstico de maquinado?
En sensores de sistemas de fabricación se puede suministrar informa- ción sobre:
- El modo correcto del ciclo de trabajo que se lleva a cabo;
- El estado de las herramientas, por ejemplo las herramientas de corte; - El estado de los chips;
- La continuidad de la refrigeración de las herramientas y piezas; - El estado de la capa de la superficie;
- La dimensión etc.
¿Cuál es el papel de la señal de medición recibida por los sensores en la supervisión de las operaciones de sistemas mecatrónicos?
Las señales de medición de los sistemas mecatrónicos recibidas por sensores, son procesadas y comparadas con los valores requeridos. Cualquier diferencia entre las dos series de valores constituye una señal de ajuste en el sistema de control o un error instantáneo compensado de un buen modo.
¿Qué se evalúa por medio de los sensores en el diagnóstico de mante- nimiento de los sistemas mecatrónicos?
El estado de desgaste de los sistemas mecatrónicos es indirecta o di- rectamente evaluado por medio de los sensores para reparar o corregir los parámetros de operación relevantes. La evaluación se hace a través de mediciones de los parámetros indicando el desgaste de los compo- nentes del sistema.
Mecatrónica
Módulo 8: Mantenimiento y
diagnóstico
Solución
(Concepto)
Jerzy Jędrzejewski
Universidad Técnica de Wroclaw,
Polonia
Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la
calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la
producción industrial globalizada
Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007
Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“,
Plazo: 2008 hasta 2010
El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación
(comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.
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Aims and tasks of remote diagnostics and servicing
Problem 1 What are the reasons for taking diagnostic measures?
Malfunctions of and damage to machines during their operation result in high costs of production delays, standstills and repairs for the users. Therefore it has become necessary to continuously monitor machines and processes, forecast disturbances, take measures preventing proc- ess quality deterioration and take necessary remedial actions based on the forecasts.
What is the task of remote diagnostics?
The task of remote diagnostics is to wirelessly transmit (for a short or considerable distance) diagnostic signals with the required informa- tional content from the diagnosed object to a near or far receiver, a monitoring station or a monitoring centre. A proper inference system, an intelligent advisory system or an expert will assess the disturbances and will take appropriate service decisions, remotely generating fore- casts, evaluating the deviations and identifying the degradation of the operating parameters with a required accuracy and probability.
What is the task of a remote servicing system?
The tasks of a remote servicing system include:
- preventing excessive deterioration of mechatronic system (machine and equipment) operating parameters by reducing disturbances and compensating errors;
- predicting excessive errors and defects before they occur, whereby remedial action can be taken in a planned and prepared way to keep adverse economic consequences to minimum (intelligent action); - optimum planning of service tasks for operating periods most conven- ient to the user.
What are the advantages of remote connection of sensors to commu- nication networks?
The remote connection of sensors to communication networks has re- sulted in almost limitless possibilities of controlling the diagnosis proc- ess using not only single sensors but also groups of sensors. As a re- sult, information from sensors can be used by control, diagnostic and forecasting systems.
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Idea, components and operation of diagnostic system
Problem 2 What are the input data for object diagnostics?
The input data for object diagnostics are:
- diagnostic signal properties and acquisition points (sensor locations, the rate of changes and availability for service),
- the boundary values of controlled quantities,
- dependencies between the generated signal and the disturbances in the performance of an object or a process,
- sensors and measuring instruments (sensitivity, complexity, adapta- bility, numerousness, cost, the degree of automation),
- the form of acquired information, - the methods of processing signals, - verification methods,
- the method of communicating with receivers, - the strategy of diagnosis,
- inference methods.
What are the criteria for designing diagnostics?
The criteria for designing diagnostics are:
- diagnostic signal sensitivity to changes in machine/process perform- ance and information capacity,
- the degree of machine/process degradation, - the level of service personnel qualifications, - reliability,
- operating costs.
What do typical units for diagnosing mechatronic objects consist of?
A typical unit for diagnosing mechanical objects consists of the follow- ing assemblies and components:
1. A measuring system (sensors, matching systems – responsible for energy and information matching of signals, diagnostic sockets for re- trieving information from the object).
2. Instrumentation amplifiers, a/d converters, channel selectors, I/O ports and other.
3. A digital signal processor (used for calculating diagnostic symp- toms).
4. A decision system (incorporating logic converters, voltage level translators, digital comparators and other).
5. An information display system which decodes information and pre- sents it in the form most convenient for the user (monitor, printer, ana- logue indicators, digital indicators and other).
6. An information storage system (memory: RAM, RAM-DISK, VDISK). 7. Software (operating system, signal processing and analysis, state diagnosis and prediction, functions performed by the diagnostic unit, communication between system layers, system operation manage- ment).
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Idea, components and operation of service diagnosing system
Problem 3 What is the purpose of and what does service diagnostics consists in?
As opposed to the general diagnosing of the operation of an object and the work processes the latter carries out, which informs the user if the disturbances are within permissible limits and if sufficient product accu-