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 utilizar un osciloscopio para solucionar problemas de una manera más rápida, sencilla y eficaz.

Conmutador de proximidad óptico en un sistema de transporte
Figura 1.Conmutador de proximidad 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. Cuanto mayor sea la velocidad de procesamiento, más importantes son las transiciones de tiempo y de señal para el buen funcionamiento. Además, mantener el correcto funcionamiento de los conmutadores se convierte en una prioridad principal.

Conmutadores de proximidad

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

Existen tres tipos básicos de conmutadores de proximidad:

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

Los contactos del conmutador 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 conmutador deja de funcionar por completo. La solución de problemas de un conmutador 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. Los fallos intermitentes o graduales en los conmutadores son los que suelen provocar quebraderos 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 conmutador de proximidad mecánico que da fallos causa, a su vez, fallos 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 conmutador de proximidad), 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 conmutador 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 conmutador 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 conmutador de proximidad 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 conmutador de proximidad (trazo inferior).
Ampliar la imagen de una forma de onda incrementando la velocidad de barrido del osciloscopio revela cómo el desplazamiento del contacto del conmutador desestabiliza la salida del controlador.
Figura 6. Ampliar la imagen de una forma de onda incrementando la velocidad de barrido del osciloscopio. El desplazamiento del contacto del conmutador 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 conmutador de proximidad 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 conmutador de proximidad) 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 conmutador de proximidad (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 es capaz 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 cierre de un sensor, pero cuando se trata de fallos pequeños 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