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Más allá del multímetro, parte 4: solución de problemas de un sensor de presencia con un multímetro y un osciloscopio

El multímetro digital es el pilar de la solución de problemas eléctricos y la herramienta a la que todos recurrimos al principio. En “Más allá del multímetro”, veremos cinco ejemplos de cómo usar un osciloscopio para solucionar problemas de una manera más rápida, sencilla y efectiva.

Sensor de presencia óptico en un sistema de transporte
Figura 1. Sensor de presencia óptico en un sistema de transporte.

La parte 4 describe la solución de problemas del funcionamiento errático de un sistema de transporte usando un multímetro digital y un osciloscopio. Mientras mayor sea la velocidad de procesamiento, más importantes son las transiciones de tiempo y de señal para un buen funcionamiento, y garantizar el funcionamiento correcto de los sensores se convierte en una prioridad principal.

Sensores de presencia

Las fábricas y plantas procesadoras suelen usar sensores de presencia (véase la figura 1) para controlar la posición y el flujo de los artículos en el proceso de fabricación.

Hay tres tipos básicos de sensores de presencia:

  • Sensores ópticos: se activan cuando un objeto entra en contacto con un haz de luz.
  • Sensores magnéticos: usan un campo magnético con el que se entra en contacto.
  • Sensores mecánicos: se activan por contacto físico con el objeto.

Los contactos del sensor mecánico se deterioran con el paso del tiempo. Estos están sometidos al desgaste mecánico y los arcos eléctricos pueden provocar la erosión de las superficies de contacto. Normalmente, estos problemas se agravan lenta y progresivamente hasta que el sensor deja de funcionar por completo. La solución de problemas de un sensor mecánico que ha dejado de funcionar por completo (un "error insalvable") a menudo se puede llevar a cabo con una simple inspección visual o con mediciones hechas con un multímetro digital. Las fallas intermitentes o graduales en los sensores son las que suelen provocar dolores de cabeza.

Multímetro que muestra las tensiones de los pulsos de control cuando están encendidos y apagados
Figura 2. Multímetro que muestra las tensiones de los pulsos de control cuando están encendidos y apagados.

Solución de problemas con un multímetro digital

En este ejemplo, un sensor de presencia mecánico que da fallas causa, a su vez, fallas de funcionamiento en un sistema de transporte.

Cuando un multímetro se conecta a la salida del controlador de la cinta transportadora (que recibe corriente del sensor de presencia), las lecturas de tensión máxima ("Voltage Peak Max") y de tensión mínima ("Voltage Peak Min") muestran que el sensor se enciende y se apaga como se espera (véase la figura 2).

Un multímetro digital con medición de frecuencia también puede revelar la frecuencia con la que el sensor cambia de estado (véase la figura 3).

Multímetro que muestra la frecuencia de los pulsos de control
Figura 3. Multímetro que muestra la frecuencia de los pulsos de control.

Sin embargo, toda esta información no ayuda a diagnosticar el problema.

En este punto, podríamos cambiar el controlador y confiar en que salga bien, o podemos indagar un poco más.

Solución de problemas con un osciloscopio

Un osciloscopio digital moderno puede ofrecerle gran parte de la información numérica que le ofrece un multímetro digital, donde se incluyen la tensión de los pulsos y la información de la frecuencia mostrada anteriormente. Sin embargo, con un osciloscopio también puede examinar visualmente la información de la señal. Esto le permite ver el tiempo de encendido/apagado y las relaciones temporales entre la señal de entrada y de salida (la salida tanto del sensor como del controlador del ejemplo se muestran en el siguiente ejemplo).

Osciloscopio que muestra los pulsos de salida desde un controlador
Figura 4. Osciloscopio que muestra los pulsos de salida desde el controlador.
Osciloscopio que muestra la señal de un sensor de presencia y los pulsos de salida del controlador resultantes
Figura 5. Osciloscopio que muestra el pulso de salida del controlador (trazo superior) y la señal del sensor de presencia (trazo inferior).
Figura 6. "Ampliar" la imagen de una forma de onda incrementando la velocidad de barrido del osciloscopio. El "rebote del contacto" del interruptor en el trazo más bajo desestabiliza la salida (trazo superior).

Cuando se conecta el osciloscopio a la salida del controlador, este no revela nada fuera de lo normal sobre los pulsos de salida del mismo. Las formas de onda de los pulsos se forman correctamente y no tienen "ruido" eléctrico. (Figura 4)

¿Y qué pasa con el tiempo? Luego, conectamos el osciloscopio de forma que capture las señales del sensor de presencia en el primer canal y el pulso de salida del controlador en el segundo canal (figura 5). Cuando examinamos los resultados, vemos enseguida que algo no va bien. El trazo inferior (la salida del sensor de presencia) no es estable en relación con el trazo superior (la salida del controlador).

Un osciloscopio muestra las distintas tensiones como una línea (llamada "trazo") que se extiende a lo largo de la pantalla de izquierda a derecha. Si esta línea se traza más rápido (es decir, si aumentamos la velocidad de barrido del osciloscopio), obtendremos una vista más detallada de cómo la tensión cambia en cada instante (o en cada milisegundo).

Aumentar las señales de esta forma (figura 6) revela que la salida del sensor de presencia (trazo más bajo) no cambia de encendido a apagado en una sola transición (círculo rojo). En su lugar, los contactos defectuosos del sensor saltan de encendido a apagado unos cinco milisegundos antes de la estabilización de la salida. El controlador no tiene la capacidad de leer correctamente la tensión irregular, por lo que su salida varía ampliamente (por encima del rango de tiempo que muestran las barras rojas en el trazo superior). Eso es lo que provoca el error.

Conclusión

Un multímetro digital muestra mediciones de tiempo y amplitud precisas e indica el error de apertura o el cierre de un sensor pero, cuando se trata de fallas sutiles o intermitentes, un osciloscopio le puede ofrecer la información adicional que necesita para diagnosticar el problema. Una imagen vale más que mil palabras.

A continuación: Más allá del multímetro, parte 5: solución de problemas de una fuente de alimentación de CC con un multímetro y un osciloscopio.