Cómo medir la posición de un cilindro hidráulico o neumático

Guide technique · GUEMISA

Las dos familias de solución

Sensor integrado en el cilindro

Es una varilla de acero inoxidable que entra en un taladro hecho a lo largo del vástago. En el émbolo se coloca un marcador de posición, normalmente un imán anular. El sensor emite un impulso, lee el instante en que la señal vuelve desde el marcador y calcula la posición a partir del tiempo transcurrido. Es el principio magnetostrictivo, y no hay ninguna pieza que roce con otra.

La brida del sensor cierra el cilindro y soporta la presión de trabajo, por lo que hace falta mecanizar el vástago y prever el alojamiento en la tapa o en el fondo. Es la solución habitual en maquinaria móvil y en prensas, donde un sensor exterior sufriría golpes, suciedad o proyecciones.

Sensor exterior

Se monta fuera del cilindro y sigue el movimiento del vástago. Hay dos variantes frecuentes:

• Potenciométrico de vástago o con rótulas. El vástago del sensor se une al elemento móvil mediante rótulas en los dos extremos, que absorben pequeños errores de alineación. Mide el recorrido de forma directa.
• Por hilo. Un cable de acero enrollado en un tambor se engancha al elemento móvil. Admite carreras largas y tolera cierta desalineación, pero el hilo tiene que quedar tenso y protegido.

Estos sensores no tienen que soportar la presión del fluido, de modo que no condicionan el diseño del cilindro y se pueden añadir a un cilindro ya construido.

Criterios para elegir

Pression de service

Solo cuenta para el sensor integrado. Hay que comparar la presión máxima del circuito, incluidos los picos, con la presión de trabajo y los picos admisibles del sensor. El Novotechnik TH1 admite 350 bar de trabajo, picos de hasta 600 bar y presión de rotura superior a 700 bar. El TM1 admite 350 bar de trabajo y picos de hasta 450 bar. En neumática, con presiones de unos pocos bar, esta condición deja de ser un problema.

Carrière

El rango eléctrico del sensor debe cubrir la carrera del cilindro. Las fichas dan estos márgenes: el TH1 llega de 50 a 4250 mm, el TM1 de 50 a 2000 mm, los potenciométricos con rótulas TX2 de 25 a 300 mm y LWX-003 de 50 a 750 mm, y los de hilo cubren de 1000 a 4000 mm en el modelo HPS-M. Con un sensor integrado hay que tener en cuenta que el marcador no llega a los extremos de la varilla; las zonas muertas figuran en la ficha del modelo.

Tipo de señal de salida

La salida depende de lo que lea el control:

• Analógica de tensión o de 4…20 mA, para un PLC con entradas analógicas. En el TH1 son 0,1…10 V o 4…20 mA.
• Bus de campo, para un controlador de máquina móvil. El TM1 existe con CANopen (perfil DS-406) y con SAE J1939.
• Divisor de tensión en los potenciométricos: el control o un acondicionador convierten la relación de tensión en posición.

Protección IP y entorno

Un sensor exterior queda a la vista, por lo que su protección importa más. El TX2 y el LWX-003 son IP67, el LWG es IP65 y el TEX es IP54. De los integrados, el TH1 es IP67 con conector e IP68 con cable, y el TM1 es IP67, con IP69 en su sistema de conector M12 una vez fijado al cilindro. La temperatura de trabajo del TH1 va de -40 a +85 °C y la del TM1 de -40 a +105 °C (de -40 a +85 °C con el sistema de conector M12).

Vida y desgaste

El sensor magnetostrictivo no tiene contacto y su vida mecánica es ilimitada según las fichas del TH1 y del TM1. Los potenciométricos tienen un cursor sobre una pista, con una vida de hasta 50 millones de movimientos en TX2 y LWX-003, según la aplicación.

Tabla comparativa

Cómo decidir en la práctica

• Si el cilindro es hidráulico, se puede mecanizar y el sensor va a estar sometido a golpes o suciedad, conviene el magnetostrictivo integrado.
• Si el cilindro ya está fabricado, o la carrera es corta, un potenciométrico con rótulas se instala sin tocar el cilindro.
• Si la carrera es larga y no interesa mecanizar, el sensor por hilo resuelve la medida con un montaje sencillo.
• Si la señal va a un controlador móvil, hay que buscar la versión con bus de campo.

Aspectos de instalación a tener en cuenta

En los sensores con rótulas, el eje del sensor debe ir paralelo al del cilindro; las rótulas toleran un giro de hasta ±12,5°, pero un montaje desalineado desgasta el cursor. En los integrados se debe comprobar la junta de la brida y la rosca de montaje: el TH1 usa M18x1,5 según ISO 6149 o 3/4″-16UNF según SAE J475. En todos los casos, el cable apantallado y la puesta a tierra de la pantalla evitan interferencias, sobre todo en máquinas con motores y válvulas proporcionales.

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Más opciones en las categorías de transductores magnetostrictivos, capteurs linéaires potentiométriques et sensores por hilo.

Documentación y casos relacionados

• Sensores de posición y desplazamiento (informe, PDF)
• Catálogo Novotechnik: sensores de posición (PDF)
• LVDT: qué es y cómo funciona (PDF)
• Toda la información técnica de GUEMISA

Foire aux questions

¿Se puede poner un sensor magnetostrictivo en un cilindro ya fabricado?

Solo si el vástago admite el taladro y la tapa tiene sitio para la brida. En un cilindro cerrado y sin taladrar es más práctico un sensor exterior.

¿Qué presión soporta un sensor integrado?

Depende del modelo. El TH1 de Novotechnik soporta 350 bar de trabajo y picos de 600 bar; el TM1, 350 bar y picos de 450 bar. Hay que comparar siempre con los picos del circuito.

¿Vale el mismo sensor para un cilindro neumático?

Sí, la presión neumática es muy inferior a los límites de estos sensores. En neumática suele decidir el espacio y la carrera, y los sensores exteriores resultan habituales.

¿Qué salida elijo para un PLC?

Una salida de 4…20 mA o de 0…10 V si el PLC tiene entradas analógicas; un bus como CANopen o J1939 si el control es un controlador de máquina móvil.

¿Qué ocurre si el sensor exterior no queda alineado?

Las rótulas absorben pequeños errores, hasta un ángulo de ±12,5° en los modelos Novotechnik con rótulas, pero una desalineación mayor genera esfuerzos laterales y desgaste prematuro.