Tipos De Sensores En Un Automovil Principales sensores de un vehículo moderno.
CTS o ECT (Sensor de temperatura del refrigerante) :
La información de este sensor aumenta o disminuye el tiempo de apertura de los inyectores dependiendo de la temperatura del motor. También determina cuando el sistema está listo para entrar en ciclo cerrado con el sensor de oxígeno o sonda lambda. Su rango de autoridad es alto TPS (Sensor de Posición del Acelerador) : TPS (Sensor
Aquí estamos bajando en la jerarquía de los sensores este sensor si bien es importante no agrega o quita tanto combustible a la me!cla final como lo "aría el #TS o el $A% por eso decimos que tiene menor autoridad. &eremos alguna de las funciones que cumple este dispositi'o en primera instancia le indica a la (#) cuando el sistema está en ralentí *en otros sistemas esto se "acía con un s+itc" o interruptor que se accionaba cuando el acelerador estaba en su posición de reposo,. También este sensor indica la 'elocidad de apertura de la mariposa cumpliendo una función similar a la bomba de pique en los carburadores. -tra función importante es la de indicarle a la (#) cuando se alcan!a apertura total de la mariposa con lo que la (#) en la mayoría de los sistemas deja de funcionar en L-- o ciclo cerrado con el sensor de oxígeno y enriquece la me!cla para obtener la máxima potencia que se necesita con acelerador a fondo. (Sensor de Temperatura del Aire Aspirado) : ACT (Sensor
(ste sensor reali!a un cambio menor en la dosificación final o sea que su autoridad es a/n menor sin embargo no ol'idarlo porque el fallo del mismo puede pro'ocar 0tironeos0 sobretodo en climas fríos. También la (#) lo utili!a para comprobar la racionalidad de las medidas confrontándolo con el #TS ya que por ejemplo ambos sensores deberían producir la misma tensión de salida en un motor frío. (Sensor de Masa de Aire Aspirado) : MAF (Sensor
(ste importante sensor mide directamente la masa del aire que es aspirado por el motor en cada instante y por lo tanto la (#) en base a la indicación de este sensor modifica el tiempo de inyección. La 'entaja de este sistema es que se conoce la cantidad de aire directamente y no a tra'és de cálculos de otros sensores *ej TS 1 T2 aire,. (sto "ace que en los 'e"ículos equipados con este sistema la me!cla no 'aríe con el en'ejecimiento del motor como en el caso anterior. ero posee su propia debilidad y es que se asume que todo el aire aspirado por el motor pasa por el sensor que mide su masa e informa a la (#) por lo tanto cualquier entrada de aire 0pirata0 debido por ejemplo a uniones flojas f lojas en los tubos de admisión etc afectará la relación final de la me!cla. &emos la importancia entonces de detectar fugas de 'acío en estos sistemas. La autoridad de este sensor es alta ya que es capa! de modificar la dosificación de manera importante. (Sensor de Presión en el tubo de admisión) : MAP (Sensor
(ste sensor pro'ee una indicación directa de la carga del motor. A mayor presión en la admisión *menor 'acío, mayor será la carga y por tanto más combustible será necesario. (ste también es un sensor con una capacidad grande para modoficar el tiempo final de la inyección (Sensor de giro del motor): RPM (Sensor
(l motor es básicamente una bomba de aire a mayor 'elocidad de giro más aire aspira y por lo tanto más combustible es necesario para mantener la relación 34.563 aire 6 combustible. O2 (Sensor de !"geno):
(sta es una entrada de información a la (#) importante sin dudas sin embargo está /ltimo en la jerarquía esto significa que solo después que todos los demás sensores modificaron el tiempo de apertura de los inyectores este sensor solo corrige este 'alor en un rango muy peque7o *dependiendo del fabricante, pero con gran precisión. or ejemplo si debido a una fuga de 'acío en la admisión la me!cla se empobrece esto es detectado por el sensor de oxígeno el cual informa a la (#) la cual aumenta el tiempo de apertura de los inyectores lo cual enriquece la me!cla tratando de compensar sin embargo si por ejemplo el tiempo de apertura en condiciones normales es de 8 ms el sensor de oxígeno podrá agregar o quitar a lo sumo 3 ms al tiempo final tratando de corregir luego de lo cual se alcan!ó la 0'entana0 de
operación o la autoridad del sensor. (ste sensor es el que permite el funcionamiento en L-- o bucle cerrado pro'eyendo la realimentación para que el sistema cono!ca el producto final o sea la relación aire6nafta. Tener en cuenta que solo luego de cumplir ciertos requerimientos el sistema entra en bucle el primero es que el sensor alcan!e su temperatura de operación *9o "ay salida de se7al 'álida "asta que el sensor alcan!a los 8:: a ;:: grados centígrados,. CKP (Sensor de posición del cig#e$al ) :
uede ser del tipo inducti'o o efecto "all este es el que le indica al motor el estado de giro del conjunto mó'il. La ecu luego calcula el 92 de <..$. KS (Sensor de detonacion ) :
(s equi'alente a tener un =micrófono> en el bloc? del motor en caso que se generen detonaciones la (#) deberá modificar el a'ance del encendido atrasándolo. CMP (Sensor de posición del %rbol de levas ) :
(l sensor de cmp proporciona la información sobre la posición del árbol de le'as y la se7al de 'elocidad del motor "acia el pcm *la (#), EGRT (Sensor de temperatura de la recirculación de los gases ) :
(l sensor de la temperatura de la egr es utili!ado para monitorear la proporción y flujo de la recirculación de los gases de escape "acia el sistema de admisión S (Sensor de velocidad del ve&"culo ) :
(l sensor de la 'elocidad del 'e"ículo proporciona una se7al de 'elocidad a la unidad de control del eccs. @os tipos de sensores de 'elocidad son empleados dependiendo en el tipo del 'elocímetro instalado. Los modelos con 'elocímetro del tipo de aguja utili!an un interruptor de lámina que esta instalado en la unidad del 'elocímetro y se transforma la 'elocidad del 'e"ículo en una se7al de pulso que es en'iada a la unidad de control . el 'elocímetro de tipo digital se compone de un led y un circuito para formar ondas..
Sensores Piezo-Eléctricos En el efecto Piezo-Eléctrico la energía pasa de eléctrica a mecánica. Fue descubierto en el siglo XIX (circa 1!"# por los $ermanos %urie. &u principio está basado en la fuerza o presi'n aplicada a una sustancia compuesta por cristales polarizados (piezo significa presi'n en griego". l e)ercer presi'n sobre el cristal# éste se desforma produciendo una descarga eléctrica. Esto significa *ue en los micr'fonos piezo-eléctricos# la presi'n ac+stica se transforma en ,olta)e. El efecto Piezo-Eléctrico es conmutati,o también funciona en forma opuesta contraria a su direcci'n original. Esto *uiere decir *ue al aplicar una descarga eléctrica a un cristal polarizado# el cristal se desforma produciendo un mo,imiento *ue genera presi'n ac+stica. a estructura de un cristal polarizado puede apreciarse en la figura /.
Sensor pie'oelctrico A sensor pie'oelctrico es un dispositi'o que utili!a efecto pie!oeléctrico a la medida presión aceleración tensión o fuer!a con'irtiéndolos a eléctrico se7al.
ontenido •
Teoría de operación
•
•
3 )sos
8 #aracterísticas eléctricas 4 @ise7o del sensor
•
; @etección de los materiales
•
•
•
•
B &ea también 5
C Acoplamientos externos
Usos Los sensores pie!oeléctricos "an demostrado ser "erramientas 'ersátiles para la medida de 'arios procesos. Se utili!an para garantía de calidad control de proceso y desarrollo de proceso en muc"as di'ersas industrias. @e #uriesD descubrimiento inicial en 3CC: tomó "asta los a7os ;: antes de que el efecto pie!oeléctrico fuera utili!ado para los usos de detección industriales. @esde entonces la utili!ación de este principio que medía "a experimentado un crecimiento constante y se puede mirar como
tecnología madura con una confiabilidad in"erente excepcional. Se "a utili!ado con éxito en 'arios usos críticos como por ejemplo adentro médico aeroespacial y nuclear instrumentación. La subida de tecnología pie!oeléctrica se relaciona directamente con un sistema de 'entajas in"erentes. (l colmo módulo de la elasticidad de muc"os materiales pie!oeléctricos es comparable a el de muc"os metales y 'a E de "asta 3:; 96m. Aun cuando los sensores pie!oeléctricos son los sistemas electromecánicos que reaccionan encendido compresión los elementos de detección demuestran la des'iación casi cero. Fsta es la ra!ón por la que los sensores pie!oeléctricos son tan rugosos tiene una frecuencia natural extremadamente alta y una linearidad excelente sobre un anc"o amplitud gama. Además la tecnología pie!oeléctrica es insensible a campos electromagnéticos y radiación permitiendo medidas bajo condiciones ásperas. Algunos materiales usados *especialmente fosfato del galio o tourmaline, tenga una estabilidad extrema sobre temperatura permitiendo a los sensores tener una gama de trabajo "asta de 3:::2#. @emostraciones de Tourmaline pyroelectricity además del efecto pie!oeléctricoG ésta es la capacidad de generar una se7al eléctrica cuando la temperatura de los cambios cristalinos. (ste efecto es también campo com/n a los materiales pie!oceramic.
Principio
Sensibilidad de la tensión *+,-./ Umbral *-./ Palmo al cociente del umbral
ie!oeléctrico
;.:
:.::::3
3::.:::.:::
ie!oresisti'e
:.:::3
:.:::3
;:::::
Hnducti'o
:.::3
:.:::;
::::::
#apaciti'o
:.::;
:.:::3
5;::::
)na des'entaja de sensores pie!oeléctricos es que no pueden ser utili!ados para las medidas estáticas 'erdaderas. )na fuer!a estática dará lugar a una cantidad fija de cargas en el material pie!oeléctrico. Trabajando con electrónica con'encional de la lectura los materiales aisladores no perfectos y la reducción en sensor interno resistencia dará lugar a una pérdida constante de electrones rindiendo una se7al que disminuye. Las temperaturas ele'adas causan una gota adicional adentro resistencia internaG por lo tanto en temperaturas más altas solamente los materiales pie!oeléctricos que mantienen una alta resistencia interna pueden ser utili!ados. @e todos modos sería una idea falsa que los sensores pie!oeléctricos se pueden utili!ar solamente
para los procesos muy rápidos o en las condiciones ambiente. @e "ec"o "ay los usos numerosos que demuestran medidas quasiestáticas mientras que "ay otros usos que 'an a las temperaturas lejos más allá de ;::2#. Los sensores pie!oeléctricos también se 'en en naturale!a. Seco "ueso es pie!oeléctrico y es pensado por alguno para actuar como sensor biológico de la fuer!a. I3JIJ
Teor"a de operación @ependiendo de cómo se corta un material pie!oeléctrico el modo de operación de tres ca7erías puede ser distinguidoK trans'ersal longitudinal y esquileo.I3J )n diagrama se necesita en este
Efecto transversal
)na fuer!a se aplica a lo largo de un eje neutral *y, y las cargas se
artículo
generan a lo largo *x, de la dirección perpendicular a la línea de la fuer!a. La cantidad de carga depende de las dimensiones geométricas del elemento pie!oeléctrico respecti'o. #uando dimensiones a b c apliq/ese C x d xy Fy b 6 a
donde a está la dimensión conforme al eje neutral b está conforme a la carga la generación de eje y d es el coeficiente pie!oeléctrico el corresponder.I8J Efecto longitudinal
La cantidad de carga producida es terminantemente proporcional a la fuer!a aplicada y es independiente del tama7o y de la forma del elemento pie!oeléctrico. )sando 'arios elementos que están mecánicamente en serie y eléctricamente adentro paralelo es la /nica manera de aumentar la salida de la carga. La carga que resulta es C x d xx F x n
donde d xx es el coeficiente pie!oeléctrico para una carga en la xMdirección lan!ada por las fuer!as aplicadas a lo largo de la xMdirección *en # 69,. F x es la fuer!a aplicada en la xM dirección I9J y n corresponde al n/mero de elementos apilados. Efecto de es0uileo
)na 'e! más las cargas producidas son terminantemente proporcionales a las fuer!as aplicadas y son independiente del tama7o del elemento y forma. ara n los elementos en paralelo la carga están mecánicamente en serie y eléctricamente C x
d xx F x n.
(n contraste con los efectos longitudinales y de esquileo el efecto trans'ersal abre la posibilidad finoMtempla sensibilidad en la fuer!a aplicada y la dimensión del elemento.
aracter"sticas elctricas )n transductor pie!oeléctrico tiene #.#. muy alta impedancia de la salida y puede ser modelado como proporcional fuente del 'oltaje y red del filtro. (l 'oltaje V en la fuente es directamente proporcional a la fuer!a a la presión o a la tensión aplicada. IJ La se7al de salida entonces se relaciona con esta fuer!a mecánica como si "ubiera pasado a tra'és del circuito equi'alente. )n modelo detallado incluye los efectos de la construcción mecánica y de otros nonMidealities del sensor.I8J La inductancia
Lm es
debido al sísmico masa y inercia del sensor sí mismo.
C e es
in'erso
proporcional al mecánico elasticidad del sensor. C : representa la capacitancia estática del transductor resultando de una masa de inercia del tama7o infinito. I8J Ri es el aislamiento resistencia de la salida del elemento del transductor. Si el sensor está conectado con a resistencia de la carga esto también act/a paralelamente a la resistencia del aislamiento ambas que aumentan la frecuencia de atajo "ig"Mpass. ara el uso como sensor la región plana del diagrama de la respuesta de frecuencia se utili!a típicamente entre el atajo "ig"Mpass y el pico resonante. La resistencia de la carga y de la salida necesita ser bastante grande que las frecuencias bajas del interés no se pierden. )n modelo simplificado del circuito equi'alente se puede utili!ar en esta región en la cual
C s representa
la
capacitancia de la superficie del sensor sí mismo determinada por el estándar fórmula para la capacitancia de placas paralelas.I8JI4J uede también ser modelado como fuente de la carga paralelamente a la capacitancia de la fuente con la carga directamente proporcional a la fuer!a aplicada como arriba.IJ
Dise$o del sensor @e acuerdo con 'arias cantidades físicas de la tecnología pie!oeléctrica puede ser medidoG el mas comunes son presión y aceleración. ara los sensores de la presión un fino membrana y se utili!a una base masi'a asegurándose de que una presión aplicada carga específicamente los elementos en una dirección. ara acelerómetros una masa sísmica se une a los elementos cristalinos. #uando el acelerómetro experimenta un mo'imiento la masa sísmica in'ariante carga los elementos seg/n la ley del neutonio segundo del mo'imiento F ma. La diferencia principal en el principio de trabajo entre estos dos casos es la manera que las fuer!as se aplican a los elementos de detección. (n un sensor de la presión una membrana fina se utili!a para transferir la fuer!a a los elementos mientras que en acelerómetros las fuer!as son aplicadas por una masa sísmica unida. Los sensores tienden a menudo para ser sensibles a más de una cantidad física. Los sensores de la presión demuestran la se7al falsa cuando se exponen a las 'ibraciones. Los sensores sofisticados
de la presión por lo tanto utili!an elementos de la remuneración de la aceleración además de la presión que detecta elementos. #uidadosamente emparejando esos elementos la se7al de la aceleración *lan!ada del elemento de la remuneración, es restada de la se7al combinada de la presión y de la aceleración de deri'ar la información 'erdadera de la presión.
Detección de los materiales @os grupos principales de materiales se utili!an para los sensores pie!oeléctricosK materiales de la cerámica pie!oeléctrica y del solo cristal. Los materiales de cerámica *por ejemplo NT de cerámica, tenga una constante6una sensibilidad pie!oeléctricas que sea áspero dos órdenes de la magnitud más arriba que los de los materiales del solo cristal y puede ser producido por barato sinteri!ación procesos. (l pie!oeffect en pie!oceramics =se entrena> tan desafortunadamente su alta sensibilidad degrada en un cierto pla!o. La degradación se correlaciona altamente con temperatura. Los materiales cristalinos menos sensibles *fosfato del galio cuar!o tourmaline, tenga un muc"o más alto M cuando está dirigido cuidadosamente casi infinito M estabilidad a largo pla!o.
Sensores de bio!ido de carbono
(l sensor de bióxido de circonio *Nr-, detecta la cantidad de oxigeno dentro de los gases de escape. (sta información se usa para determinar la relación AH<( #-$O)STHOL(. (l /nico sensor de Nr- utili!ado por %ord en sus sistemas es el (P- *(x"aust Pas Sensor M sensor de oxigeno de los gases de escape,. (ste sensor esta insertado en el m/ltiple de escape y detecta la presencia de oxigeno y produce un 'oltaje 'ariable. $uc"o oxigeno 0 me!cla pobre 0 Oaja salida de 'oltaje. oco -xigeno 0 me!cla rica 0 Alta salida de 'oltaje . Los gases de escape entran a tra'és de una toma de aire en el cuerpo del sensor . (sto permite a los gases de escape entrar en contacto con el exterior del dedal de bióxido de circonio mientras que el aire fresco toca la parte interna del dedal . La superficie interior del dedal es un electrodo negati'o. La superficie exterior es un electrodo positi'o el material Nr- *bióxido de circonio, atrae a los iones de oxigeno cargados negati'amente y se colectan en ambas superficies del dedal.
#uando "ay una baja concentración de oxigeno en el lado del gas de escape del dedal se genera un alto 'oltaje entre los dos electrodos. )na alta concentración de oxigeno en cambio genera un bajo 'oltaje. Se7al de Alto &oltaje mayor a :B 'olt 0 $e!cla rica Se7al de bajo 'oltaje $enor de :B 'olt 0 $e!cla pobre
Sensor de o!igeno con el t"read anterior del catali!ador me di cuenta que 'a muy de la mano con el sensor de oxigeno por ello aca les dejo info sobre el sensor S(9S-< @( -QHP(9@atos generales Las regulaciones actuales obligan a los fabricantes de automó'iles a reducir las emisiones de gases. (s por eso que "oy en día todos los 'e"ículos con motores otto están equipados con un catali!ador de tres 'ías. (l catali!ador con'ierte los gases noci'os en sustancias que no da7an el medio ambiente para que funcione correctamente. La relación aire combustible tiene que ser equilibrada cuidadosamente. La sonda lambda determina en todo momento la composición de los gases de escape. La sonda lambda en'ía una se7al de referencia a la computadora el cual determina y controla la me!cla de aire y combustible a tra'és del controlador de la me!cla. (sta regulación en circuito cerrado garanti!a una regulación optima entre el aire y el combustible simultáneamente establece la con'ersión optima de los gases y mejora la conducción del 'e"ículo. R%unción La sonda lambda mide la cantidad de oxigeno en los gases de escape y funciona de la siguiente maneraK (l lado exterior de la pie!a de dióxido de !irconio se "alla en contacto directo con los gases de escape mientras que el lado interno esta en contacto con el aire. Ambas partes están recubiertas con una capa de platino. (l oxigeno en forma de iones atra'iesa el elemento de la cerámica y carga eléctricamente la capa de platino el cual pasa a funcionar como un electrodo la se7al especial se trasmite desde el elemento "asta el cable de conexión de la sonda lambda. (l elemento de dióxido de !irconio pasa a ser conductor de los iones de oxigeno a una temperatura de aproximadamente ;:# a 8::#. #uando la concentración de oxigeno a los dos lados del elemento de dióxido de !irconio es diferente se genera una tensión debido a las particularidades del elemento. #uando la relación aireM #ombustible es pobre la tensión producida es baja si la relación es rica la tensión es alta. (l controlador de la me!cla del sistema de motor regula la relación aireM combustible. (l control del motor obtiene la información necesaria para que la sonda lambda realice esta función . La sonda solo produce una tensión cuando la temperatura operati'a supera los 8::# de modo que el elemento tarda un cierto
tiempo desde el encendido del motor "asta que los gases de escape la calienten. #aracterísticas de las diferentes conexiones eléctricas de la sonda lambda. (xisten sondas de mas de un cables en el caso de las sondas de tres conexiones eléctricas la masa del elemento del calentador es conducida "acia fuera. (n el caso de las sondas de cuatro conexiones eléctricas las masas de la se7al y del elemento calentador se separan. @e este modo se e'itan posibles a'eras que se puedan producir como consecuencia de la corrosin y obstrucción en las uniones de la masa. &alores de 'oltaje. ara que la sonda lambda alcance la temperatura de arranque de aproximadamente ;:M8::# el motor y la sonda lambda deben tener la temperatura de funcionamiento adecuada cuando el motor y la sonda están en la temperatura de ser'icio la sonda debe registrar entre :.3 y :. &olts. (l circuito cerrado de regulación se "ace 'isible de la siguiente formaK Si la sonda indica una tensión de :.3 &olts quiere decir que "ay una me!cla pobre en el tubo de gases de escape. Si la sonda indica una tensin de :. &olts quiere decir que "ay una me!cla rica en el m/ltiple de escape. $e!cla obre. :.3 :.4; &olt. $e!cla
Efectos de fallas R (xceso consumo de combustible R @ifícil arranque R &ariaciones en el motor R Lu! de a'iso encendida R Altas emisiones contaminantes
ausas de falla R Sensor de oxigeno en mal estado R Línea abierta R $ala conexión
Los Termistores son resistores térmicamente sensibles, existen dos tipos de termistores según la variación de la resistencia/coeficiente de temperatura, pueden ser negativos (NTC) o positivos (PTC).
Son fabricados a partir de los óxidos de metales de transición (manganeso, cobalto, cobre y níquel) los termistores NTC
a + 1000° C. Un
son semiconductores dependientes de la temperatura. Operan en un rango de -200º C termistor NTC
debe elegirse cuando es necesario un cambio continuo de la resistencia
en una amplia gama de temperaturas. Ofrecen estabilidad mecánica, térmica y eléctrica, junto con un alto grado de sensibilidad.
La excelente combinación de precio y el rendimiento ha dado lugar a una amplia utilización de los termistores NTCs en aplicaciones tales como medición y control de temperatura, compensación de temperatura y medición del flujo de fluidos.
Termistor PTC Un termistor PTC es un resistor que depende de la temperatura, son fabricación de titanato de bario y deben elegirse cuando se requiere un cambio drástico en la resistencia a una temperatura específica o nivel de corriente. Los termistores PTCs puede operar en los siguientes modos:
Sensores de temperatura, en temperaturas que oscilan entre 60° C a 180° C, por ejemplo, para protección de los bobinados de motores eléctricos y transformadores.
Fusible de estado sólido de protección contra el exceso de corriente, que van desde mA a varios A (25° C ambiente) a niveles de tensión continua superior a 600V, por ejemplo, fuentes de alimentación para una amplia gama de equipos eléctricos.
Sensor de nivel de líquidos.
A continuación les dejo un vídeo que encontré (no soy el autor) donde se da una explicación, muy similar a la expuesta, sobre los termistores . Además explica el circuito básico para medir temperatura a través del sensado de voltaje.
