C E T a Tech Training SENSORES Y ACTUADORES. C E T a Tech Training Los sistemas controlados por...

C E T aTech Training

SENSORES Y ACTUADORES


Los sistemas controlados por computador monitorean continuamente la condición de operación en los vehículos modernos. A través de sensores, el computador recibe información vital sobre un numero de condiciones, permitiendo que se hagan ajustes menores más rápidamente y más precisamente que en los sistemas mecánicos. Los sensores convierten temperatura, presión, velocidad, posición y otros datos en señales eléctricas digitales y análogas.


• La señal digital es la más fácil de entender por parte del

computador, ya que lee la señal como un 0 o como un 1. La señal análoga debe ser condicionada o convertida a digital , para que el computador la pueda entender


E

C

M

1. Injectors

2. Spark timing

3. MTIA motor

4. A/C clutch relay

5. Fuel pump relay

6. MIL

7. Cooling fan(HI, LOW)

8. Canister purge solenoid

9. EGR solenoid

10. VGIS

11. Fuel gage (PWM)

12. Tachometer

13 Coolant Temp gage

14. Serial data (DLC)

15. CAN (Hi & Lo)

ENTRADAS SALIDAS

1. Power supply(B+)

2. Main Relay(B+)

3. IG power

4. MAP

5. TPS (MTIA)

6. Motor position sensor

(MTIA)

7. Idle switch (MTIA)

8. ECT

9. O2 sensor

10. IAT

11. ACP

12. VSS (M/T)

13. CKP

14. CMP

15. Knock sensor

16. Fuel level sensor

17. Octane select

18. A/C request signal

19. Power steering S/W

20. Ground


Calculo de la cantidad de Aire – combustibleSensores que intervienen

RPM se miden con el CKP o CMP

La densidad depende de la Presión y de la temperatura

La presión se mide con el MAPLa temperatura del aire con el IAT

Estos sensores son los básicos para el cálculo inicial


Compensaciones

Arranque: Se cambia la relación en 2 punto enriqueciéndola (12,5 a 1).Sensor usado: RPM, MAP y IAT

Arranque en frió: Se cambia la relación en 2 punto enriqueciéndola, mas la compensación por temperatura ( A 20°C es de 7,0 a 1 ), en total el quedaría a 20°C en 5,0 a 1.Sensor usado: RPM, MAP, IAT y ECT

Arranque ahogado: Esta condición se da si tratamos de arrancar el vehículo con el acelerador presionado y el TPS indica mas del 80%, entonces la relación aire combustible se colocara en 20,0 a 1Sensores utilizados: RPM, MAP, IAT y TPS


Compensaciones

Marcha normal: Lazo abiertoLazo abiertoEn frió habrá compensación por temperatura hasta alcanzar los 80°C donde la relación será 14,7 a 1Sensores usados: RPM, MAP, IAT y ECT

Lazo cerradoLazo cerrado: Si el vehículo cuenta con sensor de oxigeno este empezara a actuar cuando este caliente alcanzado la relación 14,7 a 1 incluso antes de alcanzar los 80°CSensores usados: RPM, MAP, IAT , ECT y O2

Aceleración: Solo cuando hay un incremento en la aceleración (voltaje del TPS aumenta) y dependiendo de la velocidad con que se incremente el voltaje, va a cambiar la relación aire combustible (Entre 12.5 a 14.7 a 1)Sensor usado: RPM, MAP, IAT , ECT y TPS


Compensaciones

Potencia: Si mantengo presionado el pedal del acelerador por encima de un valor determinado (> al 80%) la relación aire combustible se mantendrá rica (12.5 a 1)Sensor usado: RPM, MAP, IAT , TPS y ECT

Corte de combustible: Esta condición se da cuando el TPS registra un cierre total, pero las revoluciones en el motor son superiores a 1500 RPMSensores usados: RPM y TPS

Desaceleración: Solo cuando hay un decrecimiento en la aceleración (voltaje del TPS disminuye). La relación se mantendrá en 16.5 a 1 siempre y cuando el valor del TPS no llegue al mínimo, o si esto pasara las RPM deberán estar entre la mínima y 1500.Sensor usado: RPM, MAP, IAT y TPS


Compensaciones

Corrección por voltaje de batería: Como la capacidad del campo magnético que actúa en el inyector depende de la corriente que circula por la bobina de este, y de esta capacidad del campo depende la velocidad con que abre el inyector, un cambio en el voltaje traerá como consecuencia un cambio en el amperaje y por tanto en el campo.Si se incrementa el campo entonces habrá mas entrega de combustible. Por lo tanto deberá haber una compensación a los cambios de voltaje Sensor usado: RPM, MAP, IAT , TPS, voltaje y ECT


CompensacionesMarcha mínima.

Condiciones:

1. Relación aire combustible

2. RPM predeterminadas

Elementos a tener en cuenta:

1. Básicos: RPM, TPS, IAT

2. Complementarios:

• ECT porque las RPM pueden variar dependiendo de la temperatura.

• TPS es el elemento que nos indica si debemos controlar o no la IAC y el valor de RPM que se van a fijar.

• O2 para mantener la relación aire/combustible en 14.7:1

• VSS determina los pasos de la IAC acorde con la velocidad.

• RPM se requiere un valor mínimo para iniciar control.

• A/C genera carga de motor en marcha mínima y debe ser compensada aumentando los pasos de la IAC.

• Carga Eléctrica: luces, desempañador trasero, ventilador del calefactor, otros con alto consumo.

• PSPS para compensar la carga generada por la bomba hidráulica.


Características básicas de los sensoresProcesos de

medidaPrecisiónError máximo esperado.

Offset Desviación del cero.

Linealidad Desviación respecto de una línea recta en la curva de respuesta.

Sensibilidad Variación de la magnitud de salida al variar la magnitud a medir.

Margen de medida

Rango de variación de la magnitud a medir en el que se asegura una cierta precisión.

Resolución Mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida.

Rapidez de respuesta

Capacidad del sistema de medida para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.

Histeresis Las medidas pueden ser diferentes en avance que en retroceso

Repetitividad Error esperado al repetir varias veces la misma medida.


Tipos de sensores

Activos y pasivos

Directos y de accionamiento

intermedio

Analógicos y Digitales

Activos: Generan una señal eléctrica.

Pasivos: Modifican una característica eléctrica (interruptor, capacidad, resistencia

,etc)

Directos: La magnitud de salida se obtiene directamente.

Con accionamiento intermedio: La magnitud de entrada se convierte en otra

que es medida directamente.

Analógicos: Devuelven una señal de tipo continuo.

Digitales: Devuelven una señal de tipo discreto


Un transductor es un elemento que convierte una

magnitud física en otra.

Un sensor es un tipo de transductor que convierte la magnitud a medir en una característica eléctrica.

Ejemplo: Un termómetro de mercurio es un transductor que da una desplazamiento proporcional a la temperatura.


Sensores de presiónSe puede dividir en 5 áreas básicas

• Presión manométrica

• Presión absoluta

• Presión diferencial

• Nivel de líquido

• Interruptor de presión


Aplicaciones• Multiple, Barométrica y Refuerzo

• Tanque de combustible

• Presión de aceite

• A/C

• Presión de inflado

• EGR

• Cabina


TECNOLOGIA

• DIAFRAGMA Y POTENCIOMETRO

• TRANSF. LINEAL DIFF. VARIABLE

• ANAEROIDE

• CAPACITOR CERAMICO O SILICIO

• GALGA PIEZOELECTRICA

• CERAMICA O PELICULA PIEZOE.

• CAMBIO DE FASE OPTICO


Sensores de presión


Presión Manométrica

• Generalmente indicado por psig

• Es aquella cuyo cero no se ve afectado por condiciones atmosféricas

• Es la que utilizamos cuando vamos a tomar por ejemplo la presión de aceite o la de la bomba de combustible.


psi In H2O In Hg Kpascal milibar cm H2O mm Hg

psi 1 27,68 2,03 6,89 68,94 70,38 51,71

In H2O 0,03 1 0,07 0,24 2,49 2,54 1,86

In Hg 0,49 13,59 1 3,38 33,86 34,53 25,4

Kpascal 0,14 4,01 0,29 1 10,0 10,19 7,5

milibar 0,014 0,40 0,02 0,1 1 1,01 0,75

cm H2O 0,014 0,39 0,02 0,098 0,98 1 0,73

mm Hg 0,019 0,53 0,03 0,13 1,33 1,35 1


Presión absoluta

Es realizada con respecto a una referencia fija (usualmente vacío), sellada dentro del sensor.

El chip de silicón flecta con los cambios de presión, esto determina el nivel de voltaje de salida

La presión absoluta es indicada en

psia


Sensor de presión

Cámara de vacío

Chip silicon

filtro

Presión de admisión

Chip silicon

Cámara de vacío

Presión de admisión


El sensor MAP

• El sensor MAP utiliza un perfecto vacío como presión de referencia. La diferencia entre la presión de vacío y la presión de admisión, cambia la señal de voltaje. El sensor MAP convierte la presión de admisión en una señal de voltaje.


Sensor MAP

Cuando la presión en el múltiple incrementa, el voltaje de salida aumenta

Presión en el múltiple de admisión


Diagnóstico sensor MAP

• El sensor MAP puede originar una variedad de problemas de manejabilidad, ya que es un sensor importante para determinar la inyección de combustible y el tiempo de encendido.

• Revisar visualmente los sensores, conexiones y mangueras de vacío. La manguera de vacío no debe tener grietas, obstrucciones y conectada al puerto apropiado.

• El sensor necesita un voltaje aproximadamente 5 voltios y el cable de tierra no debe tener resistencia.

• La calibración del sensor y su desempeño deben ser chequeados aplicando diferentes presiones y comparándolas con las caídas de voltaje especificadas.


Sensor de presión barométrica

• El sensor de presión barométrica, algunas veces llamado un Compensador de altitud (HAC), mide la presión atmosférica. La presión atmosférica varía con el clima y con la altitud. A grandes elevaciones el aire es menos denso, por lo tanto, hay menos presión. Este sensor opera de la misma manera que el MAP excepto que mide presión atmosférica. Se localiza generalmente dentro del ECM. Si se daña, el módulo completo debe ser reemplazado.


Sensor de presión de vapor

• El sensor de presión de vapor (VPS) mide la presión de vapor en el sistema de control de evaporaciones EVAP. Puede estar localizado en el tanque de combustible, cerca al canister o en una posición remota


VPS

La presión dentro de la cámara de referencia cambia con la presión atmosférica, esto hace que la presión de referencia incremente con un incremento en la presión atmosférica.

Es extremamente sensible a cambios en la presión


Sensor piezoeléctrico


Sensor Piezoeléctrico

• Produce un cambio en la corriente eléctrica cuando una carga es aplicada en una de las caras de un cristal o una película piezoeléctrica

• su inherente habilidad para sensar vibraciones ha sido tenida en cuenta para diseñar los nuevos sensores

• Se utilizan para sensar presión en A/C


• Es logrado montando un contacto eléctrico sobre un diafragma de material flexible, la aplicación de suficiente presión sobre un lado del diafragma hace que los contactos se unan y cierren el circuito.

• O también con las técnicas anteriormente descritas

Interruptor por presión


Sensores de posición• Pueden ser agrupados en dos categorías

básicas:

• Incrementales o absolutos

• De contacto o proximidad


Sensor de posición • TECNOLOGIA

- Micro interruptores - Ópticos

- Potenciómetros - Magnéticos

- Efecto Hall - Inductivos

- Magneto resistivo - Magnetostrictivo


Micro interruptores• La forma mas simple de un sensor de

contacto es un interruptor

• Una característica indeseable de estos es su tendencia a rebotar


Ópticos• Codificadores ópticos para detectar la posición

angular, son construidos de un disco con sectores, opacos y transparentes igualmente espaciados

• Este disco puede ser construido de vidrio para aplicaciones de gran precisión

• Película de Mylar y metal ofrecen rangos de alta y media resolución, respectivamente


Potenciómetros• Son ampliamente usados como sensores

de posición, tales como posición de acelerador y posición de pedal.

• La industria del automóvil demanda sensores de bajo costo.

• Esto ha resultado en el desarrollo de potenciómetros que tienen un promedio de vida mayor que la del mismo vehículo


• Son usados como divisores de voltaje

• Un voltaje de referencia es aplicado al elemento resistivo

• Y la caída de tensión es usada como una medida de la posición absoluta

• Tienen restricción de 355 grados

• Ratiometricidad: es una característica deseable cuando es usado con CA/D

Potenciómetros


• Están sujetos a errores, de los cuales la linealidad es el más importante.

• Es la diferencia entre la función de transferencia actual y la ideal

• Ratiometricidad, linealidad y Offset pueden ser causador por carga inapropiada sobre la escobilla del sensor

• El máximo error se encuentra en el centro del recorrido

Potenciómetros


Sensores de posición Magnéticos

• Tienen algunas ventajas sobre otros tipos de Sensores

• Este tipo de Sensores responde a cambios en la posición relativa de un componente en un circuito magnético

• Los componentes están separados por aire y no sufren a desgaste por fricción


• Se pueden clasificar en

• Reluctancia variable

• Efecto Hall

• Inductivos

• Magnetoresistivos

• Magnetostrictivo

• Otros

Sensores de posición Magnéticos


Reluctancia variable

• Operan sensando los cambios de reluctancia en un campo magnético

• En alguna casos el cambio de reluctancia se causa por cambios en la longitud del calibre de aire

• El cambio en la reluctancia causa una variación en el flujo magnético, el cual induce un voltaje en una bobina de salida



• Son usados para detectar la posición y la velocidad de una rueda dentada.

• Esta formado por un núcleo magnético con una bobina enrollada

• La terminación sensora es colocada muy cerca del diente de la rueda

• El cambio de flujo magnético que ocurre cuando un diente pasa, induce un voltaje en la bobina



• Son susceptibles a fuentes de error

• Vibraciones o resonancia producidas por las fuerzas de atracción entre el sensor y el objetivo pueden degenerar la señal a ruido

• Corrientes parásitas pueden ser generadas por el movimiento de la rueda dentro del campo magnético del sensor



• Ventajas

• Construcción simple• Bajo costo• Amplio rango de temperatura de operación• Requiere solo dos cables• Pueden ser usados como sensores de

inductancia variable


CMP


CARACTERISTICAS

• El voltaje generado puede depender de muchos factores

• La velocidad de rotación

• La proximidad del sensor

• La fuerza del campo magnético

• La característica de un buen sensor, es la onda seno que incrementa en magnitud con la velocidad


EFECTO HALL


Sensor de desplazamiento inductivo


• Consiste de un núcleo en forma de E con una bobina en la terminal central de la E

• Esta bobina es excitada con corriente alterna de alta frecuencia

• Un anillo de material conductor (Al, Cu), se desliza en la terminal central de la E, permitiendo tener un aislante de aire

• Este anillo se une al componente al cual se le quiere conocer su posición


• Este anillo tiene un efecto de sombra, evitando que haya un acoplamiento de flujo entre las terminales del núcleo, desde esta posición y la terminal central del núcleo

• Un cambio en la inductancia puede ser medido en los terminales de excitación de la bobina

Sensor de desplazamiento inductivo


LVDT

• Sensor inductivo de desplazamiento lineal

• Linear variable displacement transformer

• Son fuertes, confiables y capacitados para trabajar en ambientes hostiles

• Apropiado para aplicaciones automotrices, incluyendo montajes dentro de cilindros hidráulicos, en sistemas de control de suspensión


• Esta formado por una bobina primaria montada centralmente sobre un cilindro

• Dos bobinas secundarias, idénticas son posicionadas a cada lado de la primaria

• Las bobinas tienen un núcleo común el cual se puede desplazar libremente dentro del cilindro

• Las bobinas secundarias son conectadas en serie, con fases opuestas, tal que con el núcleo posicionado en el centro, el voltaje en el nodo común sea cero

LVDT


• Con esta conexión, cuando el núcleo es movido desde un extremo pasando por cero hasta el otro extremo, la señal de salida puede variar desde un máximo valor en fase con la excitación pasando por cero hasta un máximo valor en contra fase con la excitación

LVDT


• Están diseñados para dar una respuesta lineal dentro de alguna tolerancia ± 0,25%

• La distribución de la vueltas del secundario debe ser arreglada muy cuidadosamente para maximizar la linealidad sobre un amplio rango

• El rango de excitación del primario puede ser desde 20Hz hasta 20KHz

LVDT


Magnetoresistivo

• Un interesante grupo de sensores utiliza la propiedad de algunas aleaciones de FeNi

• Su resistividad es fuertemente afectada por la presencia de un campo magnético

• Permalloy compuesto de 81%Ni y 19%Fe

• La resistencia disminuye con el incremento del campo magnético


• La relación entre campo magnético y resistividad no es lineal

• Son sensores de alta sensibilidad

• Pero son muy sensibles a interferencias por otros campos no deseados

• Por lo cual son inadecuados para algunas aplicaciones

Magnetoresistivo


Magnetostrictivo

• Es una propiedad de los materiales que responde a un cambio de flujo magnético, desarrollando una deformación elástica de su estructura cristalina

• El sensor envía una onda usando un medio electromagnético, usualmente un pulso de corriente

• La onda pasa a un anillo magnético móvil distante del anillo receptor

• La onda viaja aprox. a 2800m/s generando un cambio de flujo magnético, induciendo un pulso de voltaje en la bobina sensora


Sensor de flujo

• La medición del flujo de aire es importante para optimizar el desempeño de muchos puntos claves de control de subsistemas del motor

• estos reemplazan la medición indirecta de la masa de aire, mejorando el desempeño, manejabilidad y economía

• el ECM necesita conocer el volumen de aire para saber la carga sobre el motor


• Esto es necesario para saber:

• cuanto combustible ha de ser inyectado

• avance de encendido

• momento de realizar el cambio en la transmisión

se encuentra ubicado entre el filtro de aire y el cuerpo de aceleración

Sensor de flujo


Clasificacion

• Se pueden clasificar en:

• Aditivos o extractores de energía

• Medidores de masa o volumen de flujo


Aditivos

• El paso de un fluido posee energía, tanto potencial como cinética

• Un sistema de medición extrae energía del fluido

• De otra forma, energía puede ser adicionada al flujo y observar su efecto

• La energía adicionada no debe ser intrusiva, tal que el acto de medir no afecte el proceso


Masa o Volumen

• La presión y la temperatura del aire deben ser medidos para calcular la masa de un volumen medido.

• ma = Va ρ

• Donde: ρ = densidad del aire

Va = rata de flujo volumétrico


• La densidad es calculada así:

• ρ = P/(ZRaTa)

• Donde: P = presión del aire Z = factor de compresibilidad

Ra = constante del gas para el aire

Ta = temperatura del aire


Tecnología

• Cortina

• Térmico

• Presión diferencial

• Turbina

• vortice


Cortina

deslizante potenciómetro

Plato de compensación

Cuerpo aceleración

Ajuste de ralenti

Passaje bypass

Plato de medición

Filtro de aire

resorte

IAT


Cortina

• Consiste de una cortina la cual esta localizada en el ducto del flujo y es retenida por un resorte, para bloquear el paso del aire

• La deflexión de la cortina es proporcional al flujo

• La deflexión es leída por un potenciómetro


Cortina


• Problemas;

• Generalmente presenta una reducción de la eficiencia volumétrica

• Fue utilizado en los primeros sistemas de control, ahora ha sido reemplazado por otras tecnologías que ofrecen menor

caída de presión

Cortina


TERMICO

• Dependiendo del diseño, provee un medición directa del flujo de aire muy acertada que simplifica las estrategias de control del motor

• Existe una gran variedad de diseños desde el de hilo caliente hasta esquemas mas complejos


Hilo Caliente

• La idea básica es calentar un hilo muy fino, entonces el aire que pasa por este remueve calor por conveccion.

• La cantidad de calor removido puede ser medido con un circuito electrónico y es proporcional a la rata de masa de flujo de aire


MAF

• Los principales componentes del MAF son:

• Termistor

• Alambre de platino

• Circuito de control electrónico


• El termistor mide la temperatura del aire que entra

• El hilo caliente es mantenido a una temperatura constante en relación con el termistor por medio de un circuito de control

• Un incremento en el flujo de aire produce una perdida de calor, al pasar aire por el hilo caliente este pierde calor rápidamente, el circuito electrónico trata de compensar esto enviando mayor cantidad de corriente al alambre


• El circuito de control electrónico simultáneamente mide la corriente y envía una señal de voltaje proporcional al flujo de corriente

• uno de los problemas con estos sensores es que pequeñas partículas de polvo pasan a través del filtro aire adhiriéndose al hilo perdiendo eficiencia, en WOT, la velocidad de las partículas puede romper el hilo


• Algunos sistemas incorporan un canal de desviación o implementan un ciclo de quemado en el momento de inicio.

• Otros sistemas utilizan un alambre de platino recubierto en vidrio para aislarlo de las partículas de polvo

• Otros utilizan una malla para direccionar el flujo


FUNCION DE TRANSFERENCIA


PRESION DIFERENCIAL

• Una manera simple de medir el flujo volumétrico es colocando una obstrucción en el canal de flujo y medir la presión diferencial

• El flujo es proporcional a la raíz cuadrada de la presión diferencial

• Para aplicaciones automotrices es supremamente costoso

• Un gran ventaja es su resistencia a la contaminación


TURBINA

• Una turbina instalada en el canal del flujo ofrece baja resistencia a este, midiendo la velocidad de rotación se puede medir el flujo.

• Es muy susceptible al desgaste

• Se utiliza para medir el flujo de combustible


Vortex

• Oscilaciones pueden ser inducidas en un fluido, colocando una obstrucción en el camino del fluido.

• Las oscilación puede ser medida térmicamente, por cambios de presión o por ultrasonido.

• No trabajan bien en flujos bajos, debido a la inestabilidad del mecanismo


Vortex


Temperatura, Calor, Humedad

• Teniendo en cuenta los efectos de la temperatura en el desempeño y fiabilidad de los componentes del automóvil, son muy importantes los componentes que están encargados de medir y controlar la temperatura en el automóvil


Conducción, Convección y Radicación

• La energía calórica es transferida con sus correspondientes cambios de temperatura.

• Conducción ocurre por difusión a través de materiales sólidos o en líquidos y gases estacionarios

• Convección envuelve el movimiento de un liquido o gas entre dos puntos

• La radiación ocurre por medio de ondas electromagnéticas


Fuentes de calor

• Además del aumento de temperatura que puede ser generada por la luz solar sobre el metal y vidrio que forman la carrocería del vehículo, existen una gran variedad de generadores de calor, pero la principal fuente es el motor de combustión, el cual puede llegar a temperaturas superiores a los 1000 ˚C en la cámara de combustión


• Adicionalmente a los rangos de temperatura a medir se deben tomar en consideración otros factores de selección, tales como linealidad, tiempo de respuesta, presentación, confiabilidad y costos.

• Los sensores pueden ser tan simples como un termómetro de mercurio o tan complejos como sensores infrarrojos usados en visión nocturna

Sensores de temperatura



Técnica Rango de temperatura`



Termómetros resistivosTermómetros resistivos

TermoparesTermopares

SemiconductoresSemiconductores

PRT (Platinum Resistence Thermometer)PRT (Platinum Resistence Thermometer)

NTC (Negative Temperature Coefficient)NTC (Negative Temperature Coefficient)

PTC (Positive Temperature Coefficient)PTC (Positive Temperature Coefficient)TermistoresTermistores

Se basan en el efecto SeebeckSe basan en el efecto Seebeck

EconómicosEconómicos


Termómetros resistivos

PRT (Platinum Resistence Thermometer)PRT (Platinum Resistence Thermometer)

Se basan en la variación de resistencia con la temperatura

Margen de medida -200°C hasta 850°C

Características

Tienen problemas de sensibilidad

Son muy precisas

Son costosos

Tienen buena linealidad, fáciles de calibrar

Alto margen de medida

Bajas derivas


RTDs

• Un Detector Resistivo de Temperatura, fabricado de platino, es el sensor de mayor precisión

• Una corriente constante es aplicada al RTD para obtener un voltaje de salida, sobre un rango de -200˚C a 850˚C

• la linealidad puede estar dentro del 3.6%• Ni, Ni-Fe, Cu, Al • Delgadas películas pueden ser aplicadas a

sustratos de cerámica o Silicio


• Es una clase especial de resistencia sensible a la temperatura, basado en un tipo de material semiconductor que exhibe un amplio rango de coeficiente de temperatura

• La resistividad depende del material del que esta construido el termistor

• Se puede tener NTC y PTC

Termistores


Termistores

Tienen coeficientes más altos, aunque con peor linealidadTienen coeficientes más altos, aunque con peor linealidad

NTC (Negative temperature coefficient)NTC (Negative temperature coefficient) PTC (Positive temperature coefficient)PTC (Positive temperature coefficient)


• Como se puede observar, su respuesta es no lineal, pero esto puede ser soportado en muchas aplicaciones automotrices o corregidas por un circuito.

• Por ejemplo la resistencia del termistor se hace coincidir con el punto de operación normal del medidor

• El rango va desde -250˚C hasta 650˚C

Termistores


• Se usan con frecuencia en la fase de desarrollo del vehículo por su bajo costo

• Tienen un amplio rango de medición de temperaturas que son posibles desde una simple termocupla de Hierro-Constantan, fácilmente extiende el rango con otros materiales.

• Formas pequeñas

Termopares


Termopares o TermocuplasSe basan en el efecto “Seebeck”:

“Si dos metales distintos se unen por los puntos a diferentes temperaturas, se produce una circulación de corriente eléctrica”

Si se abre el circuito por uno de los metales, se tendrá una tensión proporcional a la diferencia de temperaturas (potencial termoeléctrico)


Bimetálico

• El interruptor bimetálico utiliza dos tiras de metal con diferentes coeficientes de expansión lineal, que se encuentran soldados juntos

• El punto de interrupción puede ser establecido por una calibración inicial que indica que una temperatura crítica ha sido alcanzada y da una entrada a una unidad de control o una lampara


• El uso de interruptores no requiere conversión A/D en sistemas de control con microcontroladores

• Provee información limitada del sistema

• Los primeros sistemas usaron bimetálico en la carcaza del filtro de aire para indicar temperaturas inferiores a 13˚C

Bimetálico


Potenciómetro

• Un actuador bimetálico puede ser combinado con un potenciómetro de alta resolución

• El movimiento lineal de una pila bimetálica es transmitida por tubo de acero y medida como una distancia, dando una indicación lineal de temperaturas hasta de 650˚C


• Muchos parámetros de los semiconductores varían linealmente sobre el rango de temperatura de operación

• El más común factor de referencia es la relación Temperatura vs. VBE

• Un sensor que utiliza este efecto tiene una salida nominal de 730mv a -40˚C y de 300mv a 150˚C

Semiconductores


SemiconductoresEn un diodo, con una corriente fija, la tensión entre los terminales varía

2mV/°C aproximadamente.

Son baratos y fáciles de usarSon baratos y fáciles de usar

Tienen un margen de medida bajo (-50° 150°C

Tienen un margen de medida bajo (-50° 150°C

Características Características


• La precisión esta entre ±3mv• Una corriente constante (colector) de 0,1

mA, pasa a través del dispositivo para minimizar el efecto de auto calentamiento de la unión

• El coeficiente de un diodo es de 1,9mV/˚C, diodos en serie aumentan la salida

• El tiempo de respuesta de un diodo es menor de 100μs

Semiconductores


Termostato

• Sensor mecánico de temperatura

• El método mas antiguo de regulación de temperatura usado en los vehículos y usado aun es el termostato


Fibra Óptica

• Sensores de alta temperatura, capaces de medir hasta 1800˚C

• Tiempo de respuesta del orden de 500ms• La precisión esta dentro del ±0,5%• Sensor de no contacto• Diámetro de salida de 0,5 a 1mm • Soporta hasta 4000˚C• Se ha utilizado para detectar detonación y

estudiar el frente de llama


Indicadores de Temp.

• Materiales diseñados con puntos de fusión que pueden ser calibrados a ±1˚C

• Cuando la temperatura del dispositivo se excede, ocurre un cambio de fase y el material cambia de color

• El material esta disponible en pintura, parches, barras de aplicación

• En rangos desde 38˚C hasta 1371˚C


Infrarrojo

• La emisión de los cuerpos negros es la base de la termometría IR

• Objetos a temp. superiores a -273˚C emiten energia radiante la cual es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura

• Un sensor IR consiste de una colección de lentes o fibra óptica, filtro espectral y un detector


• La característica primaria, es el campo de visión, el cual permite un objetivo especifico a una distancia prescrita

• Sensores IR usan las variaciones de temperatura para producir una imagen monocromática en sistemas de visión nocturna

• Identifican potenciales puntos de falla

Infrarrojo


Humedad

• Sensores de humedad son ampliamente usados durante la fase desarrollo

• El desempeño del motor puede ser afectado por la humedad

• El sistema HVAC puede ser muy beneficiado con esta medición

• No son utilizados en los vehículos producidos en la actualidad


• La técnica mas conocida es la lectura de termómetro de bulbo seco y húmedo interpretada por el cuadro sicrométrico

• Tres técnicas tienen potencial aplicación en el futuro

• Capacitiva

• Resistiva

• Oxido de Silicio poroso

Humedad


• La constante dieléctrica de delgadas películas de polímero cambian linealmente con los cambios en la humedad relativa en la atmósfera

Capacitivo


Resistivo

• En una película gruesa de polímero, hay movimiento de iones con la variación de la HR, resultando en un cambio de la resistividad

• Un diodo compensador de temperatura es usado para mejorar la precisión

• Con una excitación de AC a 1 kHz, un cambio de 10 a 100% de HR produce una variación de 2*107 a 2*103 Ώ


Oxido de silicio

• Un sensor de tipo capacitivo ha sido desarrollado utilizando OPS, como un dieléctrico absorbente de humedad, entre los electrodos de un capacitor

• Un proceso de electrolisis ha sido usado para crear una delgada capa porosa sobre la parte superior de una galleta de silicio


• El silicio es oxidado por medio de un proceso a alta temperatura en presencia de oxigeno o de vapor

• Electrodos metálicos son depositados en ambas caras del OPS para completar la estructura capacitiva

• Cuando el vapor de agua contacta al sensor, este permea a través de la estructura porosa entre los electrodos.

Oxido de silicio


• La respuesta de un sensor típico, incrementa 800% cuando es expuesto a un cambio de HR entre 1 y 40%

Oxido de silicio


Sensor G

• Los sensores de aceleración varían ampliamente en su fabricación y operación

• Los hay mecanicos

• Piezoelectricos

• Piezoresistivos

• Capacitivos


Mecánicos

• El interruptor mecánico es un dispositivo que contiene

un resorte

una esfera metálica

y un contacto eléctrico en un tubo

tienen altas tolerancias de maquinado y dan amplia variación en el punto de disparo


aceleración

Mecánicos


Piezoeléctrico

Masa sísmica

Elemento piezoeléctrico

salida

soporte


• Son efectivos en algunas aplicaciones, pero no son capaces de sensar 0 o bajas frecuencias de aceleración, menores de 5Hz y tienen efecto piro eléctrico.

• Tienen una alta ganancia, bajo amortiguamiento y muy alta impedancia de salida, la gran ventaja es su amplio rango de temperatura (300˚C) y alta frecuencia de operacion (100Hz)

Piezoeléctrico


Capacitivo

• Tiene grandes ventajas con respecto a otros métodos

• Fácil implementación de auto prueba

• Insensible a la temperatura

• Tamaño reducido (500μ x 500μ )

• Opera a bajas frecuencias


• Se puede aplicar voltaje a sus placas para producir cargas electrostáticas y balancear el sistema en aceleración

• Espacio entre las placas de 2μ

• Respuesta lineal

• Buen amortiguamiento

• micromaquinados

Capacitivo


Aplicación

• Como sensor de impacto en Air Bag

• Suspensión inteligente

• ABS

• Control de tracción


Air Bag

• Los interruptores mecánicos se deben localizar a ±40 cm del punto de impacto

• Por lo cual se deben usar múltiples sensores (de 3 a 5)

• Los sensores únicos localizados centralmente pueden ser PzE, PzR o Capacitivos


• A 48 KPH, el sensor tiene 20ms para detectar un impacto y disparar la bolsa de aire

• Esto resulta en una activación de la bolsa 50ms después del impacto

• En este tiempo el ocupante se ha desplazado Aprx. 18 cm

• Durante los 20ms iniciales se puede llegar a 20g pero el promedio es 5g

Air Bag


• Los sensores centrales tienen ventajas sobre su contraparte mecánica

• Menos sensores, por lo cual menor costo• Mejoramiento en sensado y precisión en

el procesamiento de la señal• Mejor punto de disparo en diferentes tipos

de chasis • Puede ser usado como bloqueo de

cinturon

Air Bag


Suspensión inteligente

• Se puede tener suspensión activa, semiactiva y adaptativa

• Los resortes son remplazados por estaciones de rueda, las cuales están formadas por cilindros llenos de aceite, con un pistón que mantiene la distancia del chasis sobre los ejes

• Detecta los incrementos de carga


• La adaptativa es una alternativa de la anterior

• La información de las ruedas delanteras es utilizada para predecir las condiciones del terreno y controlar la suspensión trasera

• Usa menos sensores que la activa



• Utiliza los siguientes sensores

• Acelerómetros (2g)

• Sensor de velocidad de rueda

• Distancia de chasis a tierra

• Recorrido de pistón



Detonación

• 2khz a 17khz

• La ubicación depende de cada diseño de motor

• Los primeros usados fueron jerk

• Tienen muchos componentes para ser economicos

• pasoaltos


• Piezoeléctricos

• El cristal seleccionado es el cuarzo

• La señal se puede contaminar fácilmente

• Piezocerámico

• Plomo – Zirconio – Titanio

• Cuando se encuentran en temperatura de fusión, se hacer pasar una corriente a través de los electrodos, y se polarizan

Detonación


• Silicio

• No es un piezoeléctrico, pero con micro maquinado se puede fabricar un acelerómetro

• Reemplaza a los piezoceramicos, todo es cuestión de costos

Detonación


ION sensor


• Hidrofono

• Como las ondas de la detonación se trasmiten a todas las partes de motor, entonces se instalaron micrófonos en el refrigerante, usando esto como sensor de detonación.


Gas de escape

• Los productos de una combustión completa son sustancias no toxicas, como dióxido de carbono y agua

• Los requerimientos teóricos de aire son de aproximadamente 10m3 por litro de combustible

• λ = AF/14.7

• λ< 1 exceso de combustible


ZrO2

• Un elemento cerámico consistente de ZrO2 y oxido de yitrium es empleado como un electrolito sólido impermeable a gas

• Esta mezcla de óxidos son más o menos perfectos conductores de iones de oxigeno sobre un amplio rango de temperaturas

• sensor


Semiconductor

• TiO2 y SrTiO3 adquieren un rápido equilibrio a temperaturas relativamente bajas

• Al cambiar las concentraciones de oxigeno, cambia la conductividad

• La resistencia eléctrica y el tiempo de respuesta son inversamente a la temperatura


Principio de operación

• Un voltaje es aplicado a la resistencia RT TiO2, instalada en serie con otra de referencia

• La caída de tensión sobre la serie depende de RT, respectivamente λ

• En versiones de tres terminales el voltaje es tomado del calentador


Factores que afectan

• Debido a la capa porosa protectora alrededor del electrodo, que se puede saturar, la curva del sensor se puede desplazar hacia el rango de pobreza

• Este desplazamiento se pude deber a depósitos de aceite y SiO2, los cuales taponan parcialmente los poros de la capa protectora y reducen la temperatura del sensor


• Fracturas de la capa protectora disminuyen el tiempo de respuesta del sensor llevando su curva característica hacia riqueza

• La desactivación del electrodo debido a contaminación con plomo, puede producir una respuesta muy plana

• Un efecto similar se presenta cuando la referencia atmosférica se contamina con agua o gases



• Tensión mecánica producida por vibración por la pulsación de los gases, golpes de piedras y tensión del cable

• El cable del sensor debe estar sellado para prevenir penetración de agua en su interior, causando distorsión de la referencia, al mismo tiempo este sello debe ser flexible.



Sensores de luzLos Sensores que miden la intensidad de la luz se pueden clasificar en

dos tipos:

•Los que generan electricidad al recibir iluminación.

•Los que cambian alguna de sus propiedades al ser iluminados.

FotovoltaicosFotovoltaicos

Fotodiodo

LDR (Light dependent resistor)FotoconductoresFotoconductores

Opto interruptor reflexivo

Opto interruptor ranuradoOpto interruptoresOpto interruptores


Fotovoltaicos

Al incidir luz sobre una unión PN se genera una tensión eléctrica que es función de la intensidad

de la radiación (principio de celdas solares)


Opto interruptoresDispositivo para medir otras magnitudes (longitudes, ángulos, etc) o para

detectar la presencia o ausencia de un objeto

Consiste en un sensor de luz (fototransistor) y una fuente de luz (LED)

ReflexivoReflexivo RanuradoRanurado


FotoconductoresAl incidir luz sobre ellos , cambian sus propiedades de conducción

eléctrica

FotodiodoFotodiodo

Al incidir la luz sobre él, se producirá una circulación de corriente que es proporcional a la intensidad de la luz.

Su sensibilidad es baja. Se utilizan los fototransmisores para incrementarla.

Velocidad de respuesta alta (1μs o menos)

LDR LDR

Dispositivo resistivo que disminuye el valor de su resistencia al incrementar la luz.

Se hacen con sulfuro de cadmio (SCd)

Velocidad de respuesta baja (10 ms)

Longitudes de onda entre 380 nm y 750 nm


Sensores de fuerza

Galga extensiométrica: Miden deformaciones variando su resistencia

Dispositivos piezoeléctricos: Se usan para medir fuerzas. Se caracterizan por generar una salida eléctrica al someterlos a un esfuerzo mecánico


Sensores de desplazamiento

Potenciómetros : Producen una señal eléctrica proporcional a su posición


Sensores de velocidad

Inductivos : La inductancia de una bobina se ve afectada por la presencia de un material ferromagnético.


Generadores de voltaje

• Piezo eléctricos

• Dióxido de zirconio

• Inductancia magnética


Resistivos

Potenciómetros

Termistores

Piezoresistivos


Interruptores

Fototransistores y LEDs Sensores de velocidadSensores G


Actuadores

• MOTORES PASO A PASO• MOTORES D.C.• SOLENOIDES• RELES• BIMETALICOS• PIEZOACTUADORES• ELECTROSTATICOS• ELECTROELOHICAL (particulas, viscosidad)


Señal Análoga


Señal Digital


LEDs y Fototransistores

• Un fototransistor es un transistor que se activa con luz. Cuando se combina con un LED y entre ellos se coloca una rueda ranurada en un sensor de velocidad, un fototransistor puede proveer datos al computador acerca de la velocidad del vehículo.

• En este tipo de sensor el LED es apuntado al fototransistor. Cuando la rueda ranurada es girada por el cable del velocímetro, rompe el haz de luz.

• El ECU suministra un voltaje de referencia al colector del fototransistor y el emisor es conectado a tierra. Cada vez que la luz actúa sobre el fototransistor se activa, como si fuese un interruptor de palanca. Cada vez que el fototransistor es encendido, la línea desde el ECU es puesta a tierra y el voltaje se cae a 0 voltios. El ECU puede contar estos pulsos y calcular la velocidad del vehículo.


FOTOTRANSISTOR

Rueda ranurada

Cable de velocimetro

fototransistor

fotoacoplador

led


FOTOTRANSISTORES

• Este tipo de sensor se usa también como un sensor G o de desaceleración en vehículos con ABS. Este sensor tiene dos LEDs apuntados a dos fototransistores que están separados por una placa ranurada sobre un eje de oscilación. Cuando el vehículo se desacelera, la placa pivota sobre el eje y las ranuras alinean, uno u otro o ambos LEDs y fototransistores dependiendo de la desaceleración. Estas señales son enviadas al computador para determinar el nivel de desaceleración para una correcta operación del ABS


En un proceso puede haber errores: diferencias entre el resultado obtenido y el valor real.

La linealidad refleja si hay o no una relación lineal entre el valor real y el medido. La no linealidad es difícil de corregir, y por tanto es un parámetro importante.

El offset o desviación cero refleja el valor medido cuando el sensor debería volver a cero. Genera un error pero es más fácil de corregir

Procesos de medida


LVDT

• Uno de los primeros sensores utilizados para los sistemas de control


Sensor capacitivo de silicio


Piezoresistivo


Interruptores de láminas

• Son habitualmente usados como sensores de posición o velocidad. Consisten de un conjunto de contactos que abren, adyacente a un imán. En la aplicación del sensor de velocidad, el magneto es unido a un cable de velocímetro y gira con el cable. Cada vez que uno de los polos pasa, el contacto del interruptor abre o cierra. Un voltaje es suministrado a un contacto del interruptor y el otro contacto es puesto a tierra. Cada vez que el interruptor se cierra, el voltaje es aterrizado a 0 voltios, como el sensor de velocidad de fototransistor.


REED SWITCH


Piezoelectrico


Sensor MAFF

iltro

de

a

ire

Sensor De

Flujo De Aire C

uerp

o de

ac

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ació

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Cam

ara

de

aire

Mul

tiple

de

ad

mis

ion

cilin

dros


El actuador

• Es un mecanismo electromecánico tal como un relé, solenoide o un motor.

• Un actuador puede ajustar la velocidad de ralentí del motor, cambiar la altura de la suspensión o regular la entrada de combustible al motor.

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