Un sensor magnético de cilindro cambia de estado cuando el imán del pistón entra en su ventana de detección. Los modelos Reed mueven un contacto mecánico sellado. Los modelos de estado sólido utilizan un elemento de detección magnética, un circuito de umbral y una salida electrónica. El elemento puede ser Hall, MR, AMR o GMR; por tanto, «estado sólido» y «Hall» no son términos de catálogo intercambiables.
La interfaz eléctrica importa tanto como el principio de detección. Antes de sustituir un sensor, deben coincidir el cilindro y el imán aprobados, la ranura de montaje, la ventana de funcionamiento, la topología de dos o tres hilos, la salida PNP o NPN, la función normalmente abierta o cerrada, la tensión, la corriente, el pinout del conector y la entrada del PLC.
Puntos clave
- Un ejemplo actual de SMC de dos hilos admite hasta 0,8 mA de fuga y 4 V de caída interna.
- Un sensor Reed encapsulado puede contener LED o circuito de protección aunque el contacto Reed sea pasivo.
- Hall, MR, PNP, NPN, dos hilos e IO-Link describen capas de diseño distintas.
- La puesta en marcha debe verificarse en el PLC, con el movimiento y la carga de producción.
Esta guía se limita a sensores magnéticos discretos para cilindros y a su comportamiento eléctrico. Para estudiar conjuntamente tecnologías de final de carrera, zona, analógicas, encoder y posición continua, consulte la guía general de detección de posición en cilindros neumáticos.
Contenido de la guía
- Los sensores Reed para cilindros cierran un contacto mecánico
- ¿Cómo funcionan los sensores de estado sólido Hall y MR?
- ¿Por qué las salidas de dos y tres hilos no son intercambiables?
- Reed frente a estado sólido: seleccionar por ficha, no por etiqueta
- ¿Cómo debe montarse y ponerse en marcha el sensor?
- ¿Qué causa señales falsas, ausentes o inestables?
- ¿Puede un sensor de cilindro servir como dispositivo de seguridad?
- Preguntas frecuentes sobre sensores Reed y de estado sólido
Los sensores Reed para cilindros cierran un contacto mecánico
SMC indica un tiempo de funcionamiento de 1,2 ms, una resistencia a impactos de 300 m/s² y ausencia de corriente de fuga para las familias Reed de una de sus guías. Son cifras específicas de esas familias, pero muestran el comportamiento definitorio: el imán del pistón cierra físicamente contactos ferromagnéticos sellados dentro de la cápsula Reed (guía de sensores de SMC).
Un sensor Reed es un contacto mecánico accionado magnéticamente. Dos láminas ferromagnéticas flexibles se solapan dentro de una ampolla de vidrio sellada. Cuando el campo en el sensor alcanza el umbral de activación, las láminas se atraen y completan el circuito. Al alejarse el pistón y caer el campo por debajo del umbral de liberación, las láminas se separan.
La diferencia entre los puntos de activación y liberación es la histéresis. Evita cambios rápidos cerca de un único umbral, pero también significa que las posiciones ON y OFF no son la misma coordenada. La dirección de aproximación debe formar parte de cualquier ensayo del punto de conmutación.
El contacto es pasivo; el sensor encapsulado puede no serlo
Un contacto Reed normalmente abierto sin componentes adicionales puede conmutar una carga compatible sin alimentación electrónica independiente. Sin embargo, un sensor de cilindro encapsulado puede incluir un LED indicador, supresor de sobretensiones, conector, resistencia o red de protección. Estos elementos imponen restricciones de polaridad, tensión, corriente y carga.
Por eso, afirmar que «un Reed no necesita alimentación» es demasiado amplio. Deben consultarse el circuito completo del sensor y la ficha técnica. Un Reed luminoso de dos hilos se instala en serie con su carga, por lo que la tensión y la corriente disponibles en la carga siguen determinando si la entrada del PLC se activa de forma fiable.
La carga del contacto determina la vida útil
La vida del contacto mecánico depende de la carga conmutada. La corriente de irrupción, las entradas capacitivas, las bobinas de relé, la capacitancia del cable y los picos inductivos pueden someter a esfuerzo un Reed aunque la corriente estable parezca admisible. Deben utilizarse la tabla de cargas y el circuito de protección recomendados por el fabricante, no un límite genérico en vatios.
El rebote de contacto también importa. El filtro de una entrada PLC puede ocultar un rebote breve, mientras que un contador rápido puede registrarlo. Si una pasada del pistón produce varios conteos, conviene comparar la tarea y el filtro de entrada con la forma de onda antes de sustituir el cilindro.
La distinción útil no es «sencillo frente a avanzado», sino dónde reside la carga de conmutación. En un dispositivo Reed, una parte recae en el contacto mecánico y el circuito de carga externo. Un sensor de estado sólido la traslada a las etapas de detección, umbral y salida con transistor.
¿Cómo funcionan los sensores de estado sólido Hall y MR?
Texas Instruments separa los dispositivos Hall en interruptores, enclavamientos y sensores lineales, mientras que SMC describe sensores de cilindro de estado sólido habituales que utilizan un elemento MR. Estos dos hechos evitan un error frecuente: un sensor sin contacto no es necesariamente Hall y un elemento Hall no proporciona automáticamente salida analógica, PWM o IO-Link (descripción de sensores Hall de TI; guía de sensores de SMC).
Un sensor de estado sólido para cilindro utiliza un elemento de detección magnética y un circuito electrónico de decisión en lugar de un contacto eléctrico móvil. Un dispositivo digital compara el campo detectado con umbrales internos de activación y liberación y acciona una salida electrónica. La histéresis se incorpora deliberadamente para impedir cambios rápidos por ruido cerca del umbral.
Los elementos Hall generan una pequeña tensión cuando interactúan una corriente y un campo magnético perpendicular. El acondicionamiento amplifica esa tensión antes de que la utilice un comparador o convertidor. Los elementos de la familia MR cambian su resistencia eléctrica en respuesta al campo. El encapsulado puede parecer idéntico desde fuera; la referencia y la ficha determinan la tecnología interna.
La conmutación digital no es realimentación continua de posición
Un sensor digital Hall o MR informa de que el imán cruzó su umbral; no mide toda la carrera del cilindro. Un sensor magnético lineal puede proporcionar un valor relacionado con la posición, pero el perfil del imán, el intervalo de medida, el procedimiento de aprendizaje, la linealidad, la repetibilidad y la compatibilidad del accionamiento dependen del producto.
El MPS-G de SICK ilustra este límite. Una variante actual ofrece un intervalo de medida de 50 mm, dos salidas push-pull, IO-Link y puntos de conmutación programables. Estas funciones pertenecen a ese producto configurado de cuatro hilos, no a todos los sensores Hall o de estado sólido (ficha MPS-G de SICK).
Para conocer la relación entre el imán, el intervalo de funcionamiento, la histéresis y la posición de máquina, consulte cómo afecta el diseño interno del imán a la precisión del sensor.
¿Por qué las salidas de dos y tres hilos no son intercambiables?
El ejemplo D-M9 de SMC no tiene terminal de alimentación separado en su versión de dos hilos, pero admite hasta 0,8 mA de fuga y 4 V de caída interna. Sus versiones PNP/NPN de tres hilos utilizan conductores separados para alimentación y salida, con hasta 100 µA de fuga y 0,8 V de caída a 10 mA (guía D-M9 de SMC).
Los sensores de dos hilos comparten corriente con la carga
Un sensor de dos hilos se conecta en serie con la entrada PLC o el relé. Los mismos conductores alimentan el circuito del sensor y conducen la corriente de carga. En estado ON, la caída interna reduce la tensión disponible en la carga. En estado OFF, todavía puede circular corriente de fuga por la entrada.
Esto exige dos comprobaciones prácticas:
- Comprobación en estado ON: la tensión de alimentación menos la caída del sensor y del cable debe superar la tensión ON garantizada de la entrada.
- Comprobación en estado OFF: la fuga del sensor más el ruido acoplado debe quedar por debajo de la corriente o tensión OFF garantizada de la entrada.
Si una entrada PLC nunca se desactiva completamente, es prematuro desconectar el sensor y culpar al imán. Primero debe compararse la fuga máxima del sensor con el umbral OFF del módulo.
Las salidas de tres hilos separan alimentación y señal
Un sensor DC de tres hilos suele emplear marrón para el positivo, azul para 0 V y negro para la salida, pero deben verificarse el pinout y los colores. La salida puede ser PNP, NPN, push-pull, normalmente abierta o normalmente cerrada.
| Salida | Qué hace la salida activa | Asociación habitual con PLC | Incompatibilidad frecuente |
|---|---|---|---|
| PNP | Suministra tensión/corriente positiva a la entrada | Entrada PLC receptora con común a 0 V | Instalada en un sistema de entradas suministradoras |
| NPN | Deriva la entrada hacia 0 V | Entrada PLC suministradora con común al positivo | Instalada en un sistema de entradas receptoras |
| Push-pull | Acciona activamente ambos estados lógicos | Entrada digital compatible definida por el fabricante | Se supone universal sin comprobar límites |
| Dos hilos | Cambia la impedancia en serie del circuito de carga | Entrada o relé dentro del intervalo de tensión/corriente | La fuga o caída interna cruza los umbrales |
PNP y NPN describen el comportamiento del transistor de salida. No identifican si el elemento magnético es Hall, MR u otra tecnología. Un sensor puede encajar perfectamente en la ranura y ser eléctricamente incompatible con el controlador.
La sustitución debe tratarse como una aprobación con dos claves. La clave mecánica es cilindro, imán, ranura, soporte y ventana de funcionamiento. La clave eléctrica es topología, polaridad, lógica, tensión, corriente, conector y umbral del PLC. Ambas deben coincidir para que el repuesto sea equivalente.
Reed frente a estado sólido: seleccionar por ficha, no por etiqueta
En una comparación de familias de SMC, los modelos Reed figuran con 1,2 ms y 300 m/s² de resistencia a impactos, y los de estado sólido ordinarios con un máximo de 1 ms y 1.000 m/s². La diferencia es relevante para esos productos, pero no respalda una regla universal de «200 veces más rápido» (guía de sensores de SMC).
Utilice los requisitos de la aplicación y las fichas exactas:
| Pregunta de selección | Sensor Reed | Sensor de estado sólido | Evidencia de aprobación |
|---|---|---|---|
| ¿Qué carga se conmuta? | Capacidad del contacto, irrupción, protección | Límites de tensión y corriente de salida | Datos de carga y entrada PLC |
| ¿Es admisible el rebote? | Comprobar rebote y filtro de entrada | Transición electrónica normalmente más limpia | Osciloscopio o ensayo de eventos PLC |
| ¿La conmutación es frecuente? | La vida depende de la carga eléctrica | Sin desgaste de contacto mecánico | Producto nominal más ensayo de ciclos |
| ¿Hay impactos o vibraciones intensos? | Verificar contacto y encapsulado | Suele tener mayor capacidad de producto | Valores de ensayo específicos |
| ¿Es crítica la fuga en OFF? | El contacto desnudo puede no tener; el circuito encapsulado varía | La fuga difiere entre dos y tres hilos | Comprobación del peor umbral de entrada |
| ¿La temperatura es inusual? | Comprobar contacto, cable, LED y carcasa | Comprobar electrónica, cable y carcasa | Capacidad completa del sensor |
| ¿Hay corriente de soldadura próxima? | El modelo estándar puede alterarse | El modelo estándar puede alterarse | Modelo resistente a campos aprobado |
El estado sólido elimina el desgaste del contacto, pero no proporciona vida ilimitada. La flexión del cable, la entrada de contaminantes, la sobretensión, el cortocircuito de salida, el calor, el fallo de sellado y la sobreexposición magnética aún pueden detener la señal. Reed puede seguir siendo la mejor opción si el circuito de contacto, la velocidad, el entorno y los ciclos previstos quedan dentro de su capacidad.
No debe decidirse solo por el precio de compra. El coste de recablear un armario PLC, cambiar tarjetas de entrada, sustituir conectores o diagnosticar fallos por corriente de fuga puede superar el precio del sensor. Deben compararse la interfaz instalada y la consecuencia del fallo.
Efecto Hall no significa automáticamente mayor precisión
Un sensor Hall digital detecta un umbral magnético. Su repetibilidad de conmutación no equivale a precisión de posición del pistón, y esta no equivale a precisión del útil. Compresibilidad del aire, fricción de juntas, carga, holgura de guía, movimiento del soporte y topes mecánicos quedan fuera del circuito integrado.
En un eje rápido, el tiempo de conmutación es solo una parte de la cadena temporal. El filtro de entrada, el ciclo del PLC, la tarea del programa, el retardo de la válvula, la velocidad del cilindro y el recorrido adicional del pistón contribuyen al resultado. La lista de comprobación para cilindros neumáticos de alta velocidad cubre la parte mecánica y neumática.
¿Cómo debe montarse y ponerse en marcha el sensor?
SMC proporciona como referencia una histéresis de 2 mm o menos para los Reed incluidos y de 1 mm o menos para los de estado sólido, y advierte que el entorno puede modificarla. La puesta en marcha debe probar ambos sentidos de aproximación y las condiciones de producción, no solo una posición LED obtenida moviendo a mano (guía de sensores de SMC).
Comience con la tabla exacta de compatibilidad de cilindro y sensor. Confirme diámetro, opción de imán integrado, ranura, soporte, orientación de carcasa, salida de cable y tornillo de montaje. Que un sensor entre físicamente en la ranura no significa que esté aprobado para el sistema magnético.
Utilice esta secuencia:
- Registre referencias de cilindro y sensor, esquema, pinout y modelo de entrada PLC.
- Aísle la máquina de forma segura antes de montar o mover el sensor.
- Mueva lentamente el pistón desde ambos sentidos y marque posiciones ON y OFF.
- Sitúe el sensor dentro de la zona estable indicada, no en el primer punto de parpadeo.
- Verifique por separado el LED y la entrada PLC.
- Pruebe a velocidad mínima y máxima con carga y amortiguación reales.
- Pruebe cilindros adyacentes, solenoides, motores, soldadoras y conmutaciones normales.
- Compruebe alivio de tracción, radio de curvatura, sellado y separación de partes móviles.
- Pruebe encendido, descarga de aire, parada de emergencia y recuperación.
- Guarde la posición final del sensor y los resultados de aceptación.
El LED solo demuestra que el circuito local cree haber cambiado de estado. No demuestra que el PLC recibiera el estado, que el programa lo utilizara correctamente ni que el útil alcanzara su referencia de proceso.
Los grados de protección dependen de la aplicación
IP67 es frecuente, pero no es un mínimo universal ni prueba resistencia química, a refrigerante, vapor o flexión repetida. Debe comprobarse todo el entorno: temperatura, presión de lavado, compatibilidad de fluidos, campo de soldadura, residuos metálicos, flexión del cable, orientación del conector y acero próximo.
SMC también señala que un sensor bicolor puede volverse inestable aun estando fijado en su intervalo indicado si el montaje, campos externos, cilindros adyacentes o temperatura reducen el margen magnético. La prueba final de máquina sigue siendo necesaria.
¿Qué causa señales falsas, ausentes o inestables?
SMC advierte que la fuga de un sensor de estado sólido de dos hilos puede rearmar o mantener falsamente una entrada PLC cuando supera la corriente de detección. La misma guía define el intervalo de funcionamiento como el recorrido durante el cual permanece ON y señala que fuerza magnética, sensibilidad y entorno pueden modificarlo (guía de sensores de SMC).
Separe los puntos de comprobación antes de sustituir piezas:
| Síntoma | Primeras comprobaciones eléctricas | Primeras comprobaciones magnéticas/mecánicas |
|---|---|---|
| Sin LED ni entrada PLC | Alimentación, polaridad, cable abierto, conector, salida cortocircuitada | Familia incorrecta, pistón fuera del intervalo, imán ausente |
| LED ON, entrada PLC OFF | PNP/NPN incorrecto, común erróneo, caída de tensión, hilo de salida roto | Normalmente no es problema del imán |
| LED OFF, entrada PLC ON | Fuga de dos hilos, tensión acoplada, entrada atascada, corto de cableado | Campo externo si el LED es anómalo |
| Señal solo en un punto estrecho | Verificar alimentación y umbrales | Margen débil, ranura incorrecta, desalineación, acero próximo |
| Varios conteos por pasada | Filtro, tarea de contador, rebote Reed, ruido de cable | Rebote del pistón o vibración en la zona |
| Punto desplazado tras reparación | Repuesto o conexión incorrectos | Sensor movido, orientación del imán cambiada, soporte suelto |
| Fallo cerca de una soldadora | Conducción del cable y valor PLC | Campo externo y compatibilidad del sensor |
Utilice un multímetro para alimentación y salidas estáticas. Use osciloscopio o traza PLC solo cuando el fallo requiera evidencia temporal o de ruido. Una prueba trimestral general con osciloscopio añade trabajo sin definir qué constituye fallo.
Compruebe el circuito de carga antes que el imán
Los contactos Reed pueden fallar por sobrecorriente, irrupción o pico inductivo. Las salidas de estado sólido pueden dañarse por inversión, cortocircuito o exceso de tensión/corriente. SMC advierte que ciertas variantes D-M9 no incluyen protección contra cortocircuito, por lo que un fallo de salida puede dañar el sensor de inmediato (instrucciones D-M9 de SMC).
Si todos los sensores de una tarjeta PLC se comportan mal, investigue el común, umbrales, alimentación y puesta a tierra antes de cambiar todos los imanes. Si uno cambia al flexionar el cable, inspeccione conductor y conector. Si LED y PLC son estables pero la pieza es incorrecta, traslade el diagnóstico a guías, topes, acoplamiento y movimiento neumático.
La división de diagnóstico más rápida es indicación local, entrada del controlador, estado del pistón y estado del útil. Estas cuatro observaciones separan un vago «fallo del sensor» en ramas eléctricas, magnéticas, neumáticas o mecánicas sin adivinar.
¿Puede un sensor de cilindro servir como dispositivo de seguridad?
OSHA documentó un incidente de 2018 en el que un trabajador ajustó un sensor neumático de posición sin bloquear la máquina; un movimiento inesperado le fracturó el brazo. La lección no es que el tipo de sensor fuera incorrecto, sino que el ajuste y la seguridad requieren aislamiento controlado y funciones validadas (informe OSHA 108887.015).
Un sensor estándar debe considerarse realimentación de proceso salvo que la función completa tenga la clasificación y validación exigidas. Un sensor PNP, NPN o de dos hilos no se convierte en enclavamiento, sensor seguro de posición o dispositivo redundante porque el programa lo compruebe dos veces.
La evaluación de riesgos puede exigir sensores de seguridad, canales redundantes, supervisión de discrepancia, lógica segura, liberación controlada de energía neumática, bloqueo mecánico u otras medidas. Deben aplicarse las normas de maquinaria y seguridad funcional correspondientes.
Bloquee las energías eléctrica, neumática, hidráulica, mecánica y almacenada antes de entrar en una zona peligrosa o ajustar un sensor donde un movimiento pueda lesionar. OSHA indica expresamente que el aire comprimido almacenado en un cilindro forma parte del plan de control de energías de mantenimiento (mantenimiento de máquinas OSHA).
Las zonas peligrosas necesitan un conjunto certificado
«Efecto Hall» y «estado sólido» no son aprobaciones para zonas peligrosas. Verifique certificación exacta, parámetros de entidad, cable, conector, barrera o aislador, método de instalación, clase de temperatura, grupo de gas/polvo y configuración del cilindro. Un código ATEX o IECEx en un producto no autoriza un sensor estándar visualmente similar.
Preguntas frecuentes sobre sensores Reed y de estado sólido
Una familia D-M9 de SMC especifica 0,8 mA de fuga máxima y 4 V de caída máxima para dos hilos, frente a 100 µA y menor caída para tres hilos. Estos valores explican por qué las preguntas de sustitución deben incluir la entrada PLC y la topología, no solo el elemento sensor (guía D-M9 de SMC).
¿Puedo sustituir directamente un sensor Reed por uno Hall o MR?
Solo después de comprobar compatibilidad de cilindro e imán, ranura, posición, topología, lógica PNP/NPN, tensión, corriente, fuga, caída interna, pinout y umbrales PLC. Un modelo de estado sólido puede encajar en la misma ranura pero necesitar otro común o un conductor adicional. Pruebe el conjunto final con movimiento de producción.
¿Todos los sensores de estado sólido son de efecto Hall?
No. Los fabricantes también usan MR, AMR, GMR y tecnologías relacionadas. SMC describe sensores basados en MR, mientras Festo distingue modelos SMT magnetorresistivos y SME Reed magnéticos. Utilice la ficha exacta. «Estado sólido» indica ausencia de contacto de conmutación, no el elemento magnético interno.
¿Cuál es la diferencia práctica entre PNP y NPN?
Una salida PNP suministra corriente a una entrada activa; una NPN deriva la corriente hacia 0 V. La tarjeta PLC y su común deben admitir el comportamiento. PNP/NPN no identifica detección Reed, Hall o MR. Verifique esquema y pines en vez de confiar solo en el color.
¿Por qué un sensor de dos hilos puede mantener ON una entrada cuando el pistón está lejos?
Puede conducir corriente de fuga OFF a través de la entrada. Si supera el umbral OFF garantizado, la entrada puede permanecer activa o inestable. Compruebe fuga máxima, acoplamiento y especificaciones. Un dispositivo de derivación u otro sensor solo ayudan si los fabricantes aprueban el circuito.
¿Puede utilizarse un sensor estándar para proteger a las personas?
No de forma predeterminada. Normalmente proporciona realimentación de proceso. La protección de personas necesita evaluación de riesgos y una arquitectura de seguridad con sensor, lógica, diagnósticos, control de energía neumática, instalación y validación adecuados. Aísle siempre la energía neumática y eléctrica almacenada antes de ajustar un sensor dentro de una zona peligrosa.
Fuentes y referencias técnicas
- Guía de sensores de SMC
- Guía de sensores D-M9 de SMC
- Instrucciones de instalación y mantenimiento D-M9 de SMC
- Datos de sensores de proximidad SME/SMT de Festo
- Texas Instruments: ¿qué es un sensor de efecto Hall?
- Texas Instruments: sustitución de sensores Reed y MR por Hall
- Tutorial de umbrales de sensores Hall de Texas Instruments
- Datos del sensor de cilindro MZT8 de SICK
- Datos del sensor programable MPS-G de SICK
- Control de energías en mantenimiento de máquinas, OSHA