Servicio
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GESTIONES ELECTRÓNICAS
SENSORES Y ACTUADORES
CUADERNOS DIDÁCTICOS BÁSICOS
No se permite la reproducción total o parcial de este cuaderno, ni el registro en un sistema informático, ni la transmisión bajo cualquier forma o a través de cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por grabación o por otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del copyright. TÍTULO: Gestiones Electrónicas. Sensores y Actuadores (C.B. n.º 6) - AUTOR: Organización de Servicio - SEAT, S.A. Sdad. Unipersonal. Zona Franca, Calle 2 Reg. Mer. Barcelona. Tomo 23662, Folio 1, Hoja 56855 1.ª edición - FECHA DE PUBLICACIÓN: Feb. 98 - DEPÓSITO LEGAL:B-3071/98 Preimpresión e impresión: TECFOTO, S.L. - EDIFICI OU GRÀFIC - Ciutat de Granada, 55 - 08005 Barcelona - Diseño y compaginación: WIN&KEN
Í
N
D
I
C
LOS SENSORES
E 4-5
SENSORES
POR
MAGNETISMO
6-7
SENSORES
POR
EFECTO HALL
8-9
SENSORES
POR
CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA
10-11
SENSORES TERMOELÉCTRICOS
12-13
SENSORES FOTOELÉCTRICOS
14-15
SENSORES PIEZOELÉCTRICOS
16-17
SENSORES
18-19
POR
ULTRASONIDOS Y RADIOFRECUENCIA
SENSORES: INTERRUPTORES Y CONMUTADORES
20-21
ACTUADORES
22-23
ACTUADORES ELECTROMAGNÉTICOS
24-25
ACTUADORES CALEFACTORES
26-27
ACTUADORES: ELECTROMOTORES
28-29
ELECTROMOTORES: MOTOR PASO A PASO
30-31
ACTUADORES ACÚSTICOS
32-33
ACTUADORES: PANTALLAS
DE
CRISTAL LÍQUIDO
34-35
UNIDAD
DE
CONTROL:TÉCNICAS DIGITALES
36-37
UNIDAD
DE
CONTROL: PUERTAS LÓGICAS
38-39
UNIDAD
DE
CONTROL: ESTRUCTURA INTERNA
40-41
EJERCICIOS
DE
AUTOEVALUACIÓN
42-46
Amigo lector, para una mejor comprensión de este cuaderno, te recomiendo repasar los números 1 y 3 de esta colección con los títulos de: CONCEPTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD y COMPONENTES BÁSICOS DE ELECTRÓNICA.
“Los sensores son los dispositivos que convierten (traducen) una magnitud física en una señal eléctrica. Se utilizan muchos tipos de sensores y su clasificación depende del principio de funcionamiento en que se basan.”
LOS SENSORES Transmisión de señales
por ejemplo los sensores piezoe-
En un sistema electrónico, el sen-
léctricos o magnéticos.
sor es el elemento dispuesto
cuando la magnitud a
expresamente para obtener infor-
detectar se limita a modificar
mación. La palabra sensor es el
algunos de los parámetros eléc-
nombre popular con el que se
tricos característicos del ele-
conocen los “transductores”.
Se
mento sensor, tales como resis-
fabrican gran variedad de transduc-
tencia, capacidad, reluctancia,
tores, capaces de convertir cual-
etc.
quier parámetro físico, químico o
Casi siempre es necesario algún
biológico en una magnitud eléctri-
tipo de acondicionamiento de la
ca. El fenómeno de la transducción
señal eléctrica, aunque no se pre-
puede darse de dos modos:
cise alimentación. Determinados
· Activo: cuando la magnitud físi-
sensores suministran la señal de
ca a detectar proporciona la
salida en modo digital, no obstan-
energía necesaria para la genera-
te lo más habitual es encontrar
ción de la señal eléctrica, como
que la magnitud eléctrica que pro-
SENSORES
Cuadro sinóptico de la gestión electrónica del motor Los sensores proporcionan las señales para que la Unidad de Control pueda accionar los actuadores.
· Pasivo:
UNIDAD DE CONTROL
ACTUADORES
B6-01
porciona sea de tipo analógica.
principio de funcionamiento se
Un ejemplo sencillo de sensor
han clasificado en los siguien-
lo compone el aforador de com-
tes tipos:
bustible , el cual
· Magnético. · Por efecto hall. · Por conductividad eléctrica. · Termoeléctricos. · Fotoeléctricos. · Piezoeléctricos. · Por ultrasonidos. · Por radiofrecuencia. · Interruptores y conmutadores.
transforma el
nivel del depósito en una señal eléctrica.
Clasificación de los sensores La respuesta que proporciona un sensor depende de la magnitud física que puede ser detectada y “traducida” en una variación eléctrica y
Generalmente los sensores van
del principio físico en que se base.
asociados a alguna Unidad de
Existen numerosos sensores que
Control Electrónico, donde se
miden parámetros muy diversos.
produce el acondicionamiento
Para su estudio atendiendo al
de la señal.
Entrada de la señal
Acondicionamiento y procesamiento de la señal
Aplicación de la señal
La señal proporcionada por el sensor generalmente es acondicionada electrónicamente para que la Unidad de Control pueda entender e interpretar los datos.
B6-02
5
“Los sensores magnéticos se basan en el fenómeno del magnetismo de un imán o una bobina. Su campo de aplicación se extiende desde la medición de revoluciones hasta la detección del campo magnético terrestre en los sistemas de navegación por satélite.”
SENSORES
POR
TRANSMISOR DE RÉGIMEN
M AG N E T I S M O Fundamentos
ción. La corriente así generada es
El fenómeno electromagnético
de tipo alterna.
explica la relación que existe
B6-03
Símbolo del TRANSMISOR DE RÉGIMEN
entre el magnetismo y la elec-
Aplicaciones
tricidad.
· Transmisor de régimen
Cuando gira la rueda dentada se
Entre la aplicaciones más comu-
produce una distorsión del flujo
nes de los sensores magnéticos
magnético y se induce en la bobina
se encuentra el transmisor de
una corriente alterna senoidal.
régimen de revoluciones. La
Un cable arrollado a un soporte,
señal se obtiene por efecto de
formando una bobina de espiras,
la inducción electromagnética y
se comporta como un imán cuan-
el elemento sensor lo compone
do circula corriente eléctrica por
una bobina arrollada a un núcleo
ella: alrededor de las espiras de la
imantado.
bobina se forma un campo magné-
La señal se obtiene gracias a la
tico similar al creado por un imán.
variación del campo magnético
Este fenómeno es reversible, ya
que produce una rueda dentada
que si una bobina es sometida a la
(de material ferromagnético) que
variación de un campo magnético,
al girar frente a la bobina imanta-
se produce en ella una corriente
da hace variar el flujo que la
eléctrica por efecto de la induc-
atraviesa, lo que induce en su
Campo magnético
Transmisor de régimen Cuando gira la rueda dentada se produce una distorsión del flujo magnético y se induce en la bobina una corriente alterna senoidal.
B6-04
interior una corriente alterna.
se desplaza, los contactos cie-
Cuando gira la rueda dentada los
rran el circuito eléctrico. Un
dientes pasan cerca del imán y la
muelle mantiene el cilindro en
“reluctancia”, es decir, el camino
una posición que impide el dispa-
que sigue el flujo magnético
ro involuntario.
TRANSMISOR DE NIVEL DE LÍQUIDO DE FRENOS
entre la bobina y el imán varía y esta variación provoca la apari-
Otras aplicaciones
ción de una tensión inducida en
Los sensores de tipo magnético
la bobina. La frecuencia de la corriente de salida de la bobina es proporcional a la velocidad de la rueda.
· Interruptor de seguridad El interruptor de seguridad, también denominado contacto
encuentran muchas aplicaciones dentro del automóvil, apareciendo cada día nuevas funciones, entre
B6-06
· Transmisor de la posición de la corredera de regulación (TDi, SDi).
· Transmisor de la carrera de aguja
tor electromecánico en los siste-
de inyector en los sistemas TDi.
· Sensor
de
campo
Símbolo del TRANSMISOR DE NIVEL DE LÍQUIDO DE FRENOS
magnético
Se compone de una ampolla de
(brújula) en sistemas de navega-
cristal en cuyo interior se hallan
ción por satélite (GPS).
dos contactos metálicos separa-
Los sensores basados en el tipo
dos; al someter a la ampolla a un
“reed” se utilizan también como:
campo magnético, proporciona-
· Transmisor de nivel de líquido de
do por un cilindro imantado que
Soporte con interruptor “reed”
las que cabe destacar:
“reed”, se utiliza como interrupmas Airbag.
Flotador magnético
frenos.
Funcionamiento del interruptor de seguridad tipo “reed” Cuando se desplaza el anillo imantado, se cierra el contacto eléctrico.
B6-05
7
“Gracias a las características eléctricas de los sensores hall, su campo de aplicación se extiende desde los clásicos detectores de posición y velocidad del motor, hasta otras aplicaciones más sofisticadas y menos conocidas como el transmisor de aceleración en sistemas electrónicos de estabilidad programada (ESP).”
SENSORES
POR
TRANSMISOR HALL
B6-07
Símbolo del SENSOR HALL*
* El símbolo del sensor hall es genérico para todos los dispositivos de su naturaleza.
E F E C TO H A L L Fundamentos
la intensidad del flujo magnético.
Los sensores hall se basan en el
La pastilla hall va montada sobre
denominado efecto hall que se pro-
un
duce cuando un cierto tipo de semi-
encarga de conformar la señal.
conductor al ser recorrido por una
Las cualidades del sensor hall posibili-
corriente y sometido a un campo
tan que pueda utilizarse para un gran
magnético, genera en sus extremos
número de aplicaciones donde se
una diferencia de tensión.
requiere una respuesta rápida y per-
La ilustración representa el funcio-
fectamente cuadrada.
namiento de un sensor de efecto
Pero también se aprovecha el
hall. Una pequeña pastilla contiene
principio de funcionamiento para
el material semiconductor. Cuando
medir la intensidad de un campo
es sometido a la acción de un
magnético, siendo éste el princi-
campo magnético, las líneas de fuer-
pio en que se basan el transmisor
za producen un desplazamiento
de aceleración transversal y tam-
interno de cargas eléctricas, lo que
bién las pinzas amperimétricas,
origina que aparezca una diferencia
que miden la corriente que circu-
de cargas, y por lo tanto de tensión,
la por un cable a partir del campo
entre los extremos del elemento
magnético detectado alrededor
sensor, con un valor proporcional a
del cable.
circuito
integrado
que
se
Campo magnético
Pastilla hall
Funcionamiento interno de sensor hall El campo magnético modifica el flujo de electrones y hace aparecer una diferencia de tensión en extremos de la pastilla hall.
-
+
Flujo de electrones
B6-08
Aplicaciones
muchas aplicaciones, entre las que
· Transmisor hall
se encuentran:
El transmisor hall se utiliza
· Transmisor de aceleración trans-
como detector de revolucio-
versal en el sistema electrónico
nes y de posición angular del
de
cigüeñal.
(ESP).
estabilidad
programada
En determinados sistemas el
· Detección del nivel del vehículo
transmisor va alojado en el dis-
para proceder a la nivelación de
tribuidor. Un rotor dotado con
altura.
ventanas gira interrumpiendo el
· Regulación de la posición de los faros de tipo Xenón.
campo magnético que incide sobre él, lo cual produce impul-
· Sensor de revoluciones para el cuentakilómetros.
sos eléctricos que serán utilizados por los sistemas de gestión electrónica del motor.
·
E N
P R O F U N D I D A D
El corazón de un emisor hall lo constituye un pequeño circuito integrado que contiene, además de la célula o pastilla sensible al campo magnético, la electrónica asociada para proporcionar una señal cuadrada. La célula hall, cuando detecta el campo magnético, genera una pequeña tensión que alimenta la base de un transistor, de modo que el transistor montado con el emisor a masa conduce y pone el colector a masa. Por esta razón al comprobar la señal de mando de un transmisor hall, cuando la célula está sometida al campo magnético, la onda cuadrada se encuentra a nivel bajo (transistor conduciendo a masa).
Tr a n s m i s o r d e p o s i c i ó n d e l actuador de mariposa (Monomotronic).
Otras aplicaciones
· Transmisor goniómetro para medir
Los sensores de efecto hall resul-
el ángulo de giro de la dirección en
tan muy apropiados para otras
sistemas ESP. B6-10
Pastilla hall
Funcionamiento interno del transmisor de aceleración transversal El movimiento de la masa sísmica debido a la fuerza transversal del vehículo, produce sobre la pastilla hall una tensión eléctrica que es proporcional al grado de aceleración
Masa sísmica
del vehículo.
B6-09
9
“Los sensores por conductividad eléctrica agrupan a los que modifican su resistencia eléctrica o su conductividad; tal es el caso de los potenciómetros que varían su resistencia o la sonda lambda que modifica su conductividad eléctrica.”
SENSORES
POR
SONDA LAMBDA
C O N D U C T I V I DA D E L É C T R I C A Fundamentos
ductividad alcanza valores casi infi-
La conductividad define la facilidad
nitos (resistencia nula) para algu-
con que circula la corriente por
nos metales, fenómeno que se
una sustancia cuando se halla some-
conoce con el nombre de super-
tida a determinadas condiciones
conductividad.
físicas. B6-11
Símbolo de la SONDA LAMBDA
La conductividad de un material
Aplicaciones
puede originarse por un cambio en
· Sonda lambda
su estructura atómica, en la cual
La sonda lambda (también denomina-
se permite que los electrones pue-
da sonda de oxígeno) mide la propor-
dan circular libremente o bien
ción de oxígeno en el tubo de escape.
facilitar el paso de iones de otras
La sonda está compuesta por un
sustancias (los iones son átomos
cuerpo cerámico recubierto de un
cargados eléctricamente).
electrodo permeable a los gases (pla-
La conductividad depende del
tino). La parte exterior de la sonda se
número de electrones libres, y en
halla en contacto con el flujo de gases
los metales es función inversa de
de escape, mientras que la parte inte-
la temperatura. A temperaturas
rior está en contacto con el aire
próximas al cero absoluto la con-
ambiente.
O2 O2 O2 O2 Sonda lambda
Tubo de escape
O2 O2 O2
O2
O2
O2
La sonda lambda mide la proporción de oxígeno de los gases de escape.
Interior del tubo de escape
B6-12
A partir de una elevada tempera-
cia) por accionamiento mecánico.
tura (300 ºC) la cerámica se vuel-
El potenciómetro de la mariposa
ve conductora para los iones de
(G69) está en el cuerpo de la uni-
oxígeno. Si la proporción de oxíge-
dad central de inyección. Posee
no es diferente en ambos lados de
una pista por la que se desliza el
la sonda, exterior e interior (por
cursor y proporciona una señal
ejemplo con mezcla pobre hay
lineal en función de la posición
mucha cantidad de oxígeno), se
de la mariposa; de este modo la
produce una tensión eléctrica del
Unidad de Control reconoce cuál
orden de 100 mV, por el contrario
es la posición de la mariposa en
si la diferencia de oxígeno es gran-
cada momento así como la velo-
de (con mezcla rica hay escasez de
cidad en que varía la posición.
B6-14
Símbolo del POTENCIÓMETRO
oxígeno) la tensión generada por la cerámica es de 900 mV.
Otras aplicaciones
Gracias a la señal proporcionada
Hay también algunas otras aplica-
por la sonda lambda la Unidad de
ciones que se basan en la varia-
Control corrige el tiempo de
ción de la conductividad eléctrica,
inyección para mantener la com-
como por ejemplo las siguientes:
posición de la mezcla en valores
· Transmisor
cercanos a lambda = 1.
de nivel del líquido
refrigerante.
· Potenciómetro de la mariposa El potenciómetro es un tipo de sensor que varía su conductividad (variación de la resisten-
Testigo Electrónica de control
POTENCIÓMETRO
· Transmisor de nivel del limpiaparabrisas.
· Potenciómetro del acelerador TDi. · Aforador de combustible.
Transmisor de nivel
El transmisor de nivel del líquido refrigerante utiliza el principio de conductividad eléctrica. Líquido refrigerante B6-13
11
“Los sensores termoeléctricos proporcionan una variación eléctrica cuando existe una alteración en la temperatura. Constituyen el principio de funcionamiento del transmisor de temperatura, pero también del medidor de masa de aire.”
SENSORES TERMOELÉCTRICOS TRANSMISOR DE TEMPERATURA DEL LÍQUIDO REFRIGERANTE
Fundamentos
Un caso particular de termorresis-
Los metales, así como algunos
tencia, muy precisa y de respuesta
otros compuestos, presentan una
lineal, es la que utiliza como elemen-
clara sensibilidad a los cambios de
to sensor el platino puro que posee
temperatura.
una resistencia de 100 Ω a 0 ºC.
El aumento de temperatura dilata
B6-15
Símbolo del TRANSMISOR DE TEMPERATURA
los cuerpos y, en el caso de los
Aplicaciones
metales, modifica su resistencia
· Transmisor de temperatura
eléctrica. Esta característica es el
del líquido refrigerante
fundamento de las termorresisten-
Se
cias: sensores cuya variación de
hueco, en cuyo interior se halla
resistencia guarda proporción con
colocada la resistencia tipo NTC;
la temperatura a la que están
cuando aumenta la temperatura a
sometidas.
la que es sometida, su resistencia
Algunos compuestos se fabrican
experimenta una disminución en
especialmente para conseguir
su valor y esta alteración conver-
un coeficiente de temperatura
tida en una variación de tensión
negativo o positivo, dando origen
es lo que se transmite al elemen-
a las resistencias tipo PTC o
to asociado para que pueda
NTC.
conocerse la temperatura.
construye
en
un
cuerpo
Resistencia NTC
Funcionamiento de una resistencia NTC Al aumentar la temperatura disminuye la resistencia al paso de los electrones, facilitando así un mayor flujo de los mismos.
Flujo de electrones
B6-16
· Medidor de masa de aire
nitud que llevada a la Unidad de
El medidor de masa de aire se uti-
Control, servirá para determinar
liza en los sistemas de gestión
los valores de masa de aire aspira-
electrónica del motor. Se intercala
do por el motor.
en el conducto de aspiración para
Una resistencia NTC, colocada antes
medir el caudal másico de aire que
del elemento sensor, sirve para
entra al motor y poder así deter-
registrar la temperatura del aire
minar los parámetros de funciona-
aspirado y establecer así la regula-
miento que correspondan. El sen-
ción de la corriente del filamento
sor lo compone un hilo de platino
según la temperatura ambiente, de
(resistencia tipo PTC) o película
modo que la medida de masa de aire
caliente que modifica su resisten-
aspirado se inicie siempre tomando
cia al paso del aire.
como referencia la temperatura
Un circuito electrónico regula la
ambiente.
MEDIDOR DE MASA DE AIRE
B6-18
Símbolo del MEDIDOR DE MASA DE AIRE
corriente del elemento sensor provocando una sobretemperatura
Otras aplicaciones
superior a los 100 ºC con respec-
Otros sensores de temperatura
to a la temperatura ambiente; la
también utilizados en el automóvil
corriente necesaria para mantenerlo
y que cabe resaltar son:
caliente es proporcional al enfria-
· Transmisor
miento que experimenta el filamento por el flujo de aire de entrada
de temperatura del
aceite del motor.
· Transmisor
de temperatura del
al motor. La corriente que atravie-
aire de admisión en sistemas de
sa el elemento sensor es propor-
gestión del motor SPI.
cional a la masa de aire aspirada
· Transmisor de temperatura exte-
por el motor y constituye la mag-
rior en sistemas de climatización.
Resistencia NTC
Funcionamiento de un medidor de masa de aire El sensor lo compone generalmente un hilo
Entrada de aire
de platino caldeado que modifica su resistencia al enfriarse por el paso del aire, lo que se traduce en una variación de tensión.
Hilo de platino caliente
B6-17
13
“Los sensores fotoeléctricos se utilizan en aplicaciones donde se aprovecha la energía solar o bien se pretende transmitir información a través de infrarrojos.”
S E N S O R E S F OTO E L É C T R I C O S FOTOSENSOR PARA RADIACIÓN SOLAR
B6-19
Símbolo del FOTOSENSOR
Fundamentos
eléctrica, como es el caso de las
Los sensores fotoeléctricos abar-
fotorresistencias.
can a varios tipos de elementos
Otro elemento sensible a la luz
que son sensibles a diferentes for-
solar lo constituye el fotodiodo;
mas de radiación luminosa: visible,
se trata de un semiconductor que
infrarroja, ultravioleta, etc.
en ausencia de luz deja pasar una
Hay sensores que transforman la
reducida corriente. A medida que
energía luminosa que reciben en
aumenta la radiación solar, crece
energía eléctrica, como las células
el flujo de corriente y cuanto más
solares, cuyo funcionamiento se
intensa es la radiación mayor el
basa en el hecho de que cuando
flujo de corriente.
incide luz sobre un material semi-
Hay fotodiodos sensibles a otro
conductor, algunos electrones reci-
espectro de la luz como son los
ben la energía suficiente para esca-
infrarrojos o ultravioleta.
par de la órbita que ocupaban en el átomo, transformándose en elec-
Aplicaciones
trones libres capaces de crear una
· Células solares
corriente eléctrica.
Las células solares se emplean
Hay otros sensores que reaccio-
como generadores de corriente
nan de modo diferente a la exposi-
en los sistemas de climatización
ción luminosa, ya que se produce
que disponen techo corredizo
una disminución de su resistencia
con colector solar.
Electrones
Funcionamiento de la célula fotoeléctrica Los rayos luminosos desprenden electrones y se produce una corriente eléctrica.
B6-20
Se montan varias células forman-
espectro de la radiación infrarroja.
do una placa en el techo corredi-
Durante su funcionamiento el sen-
zo, y sirven para aprovechar la
sor captará la señal luminosa (invi-
radiación solar que incide sobre
sible para el ojo humano) emitida
el vehículo y transformarla en
por el emisor que contiene el
energía eléctrica. Con la energía
código de activación-desactivación
así obtenida se acciona una turbi-
del cierre.
FOTODIODO
na que renueve el aire en el interior del habitáculo, rebajando de este modo la temperatura varios grados. Una Unidad de Control se encarga de accionar y regular el funcionamiento del sistema.
Otras aplicaciones También se utiliza el fotodiodo como fotosensor destinado a medir la radiación solar. En sistemas de climatización, el fotodiodo va montado en el salpi-
· Sensor de infrarrojos (IR)
cadero, la intensidad de corriente
El sensor de infrarrojos es utiliza-
que fluye por él dependerá del
do en determinados sistemas de
nivel de luminosidad que recibe,
cierre centralizado con mando a
de modo que la Unidad de Control
distancia.
puede regular así el funcionamien-
El elemento sensor lo forma un
to del aire acondicionado.
Fotosensor de radiación solar B6-22
Aplicación de un fotodiodo para medir la radiación solar en un sistema de climatización.
grupo de fotodiodos sensible al
Diodos receptores
Diodo emisor
En el interior del sensor de infrarrojos (IR) se encuentran dispuestos varios diodos sensibles al espectro de luz infrarroja.
B6-21
15
“Los dispositivos piezoeléctricos producen una variación de su resistencia eléctrica o generan una tensión como respuesta a las fuerzas mecánicas a las que es sometido en forma de presión.”
SENSORES PIEZOELÉCTRICOS TRANSMISOR DE PRESIÓN
B6-23
Símbolo del TRANSMISOR DE PRESIÓN
Fundamentos
de medir fuerzas de compresión,
El efecto piezoeléctrico consiste
vibración y aceleración.
en la aparición de una polarización
Otro tipo de sensor, éste de tipo
eléctrica en un material al defor-
pasivo, es el piezorresistivo, el
marse bajo la acción de una fuer-
cual se basa en la variación de la
za. Según el material empleado, el
resistencia de un compuesto de sili-
fenómeno
una
cio (material semiconductor) dis-
pequeña tensión o variar su resis-
puesto sobre una superficie de
tencia eléctrica.
óxido,
Determinados cristales naturales
Cuando el sensor es sometido a una
(cuarzo) o sintéticos tienen una
deformación de su geometría, sus
disposición atómica tal que cuando
átomos también varían su disposi-
son sometidos a una fuerza de
ción modificando el camino de los
compresión, su estructura se
electrones libres, lo que modifica su
deforma de tal modo que las cargas
resistencia eléctrica.
eléctricas (electrones y protones)
Se utiliza como elemento sensor de
se desplazan en sentido opuesto,
presión y el método de medida lo
perdiendo su equilibrio natural, lo
constituye una delgada capa de sili-
que hace surgir una diferencia de
cio (resistencia) impresa sobre un
tensión entre una cara y otra. El
diafragma, la cual es sensible a la
sensor piezoeléctrico así obtenido
deformación que experimenta el
es de tipo activo y permite el
diafragma cuando es sometido a una
desarrollo de dispositivos capaces
presión.
puede
generar
formando
una
película.
Cristal piezoeléctrico
Estructura interna de un cristal piezoeléctrico Al deformarse el cristal, las cargas eléctricas se desplazan y aparece una tensión eléctrica entre sus extremos.
Cargas en equilibrio
Desplazamiento de las cargas a los extremos
B6-24
Aplicaciones
Otras aplicaciones
·
Transmisor de presión
Hay muchos otros sensores basa-
del colector
dos en los fenómenos piezoeléctri-
SENSOR DE PICADO
El transmisor de presión es de
cos, como por ejemplo los siguien-
tipo pasivo, convierte la variación de
tes de tipo activo:
presión en el colector en una varia-
· Sensor de picado, utilizado en los
ción de tensión, gracias a un divisor
sistemas de encendido electrónico
de tensión formado por resistencias.
con avance programado.
Se compone de un recinto donde hay dispuesto un diafragma sensible
B6-26
· Transmisor de revoluciones y de carga para motores diesel.
a la presión absoluta del colector;
· Sensor de la magnitud de viraje
sobre el diafragma se hallan las resis-
en el sistema electrónico de
tencias de material piezorresistivo,
estabilidad programada (EPS).
formando parte de un circuito de
· Sensor de aceleración Airbag para
medida. Cuando el diafragma se
medir la aceleración y decelera-
deforma por acción de la presión en
ción del vehículo.
el colector, el transmisor proporcio-
En cuanto a los de tipo pasivo,
na una valor de tensión en propor-
pueden citarse:
ción directa con el grado de presión
· Sensor
altimétrico que mide la
(la carga del motor) que hay en ese
presión atmosférica, destina-
momento.
do en sistemas de gestión del
Con esta información, la Unidad de
motor.
Control Electrónico podrá determi-
Símbolo del SENSOR DE PICADO
· Transmisor de presión de frenada.
nar los parámetros de funcionamiento del motor.
Presión baja
Presión alta
Funcionamiento del transmisor de presión del colector La presión altera la forma del material piezorresistivo modificando su resistencia eléctrica.
B6-25
17
“Los ultrasonidos y la radiofrecuencia son procedimientos muy eficaces para el control a distancia y la exploración de volúmenes.”
S E N S O R E S P O R U LT R A S O N I D O S Y RADIOFRECUENCIA SENSOR VOLUMÉTRICO
Fundamentos sobre ultrasonidos
El transmisor y receptor se hallan
Los ultrasonidos se definen como
táculo. El emisor genera un sonido
los sonidos cuya frecuencia de
de elevada frecuencia, y el recep-
vibración es superior al límite per-
tor recibe el eco y lo transforma
ceptible por el oído humano. Se
en una señal eléctrica (de modo
propagan por el aire y su frecuenB6-27
cia puede modificarse al encontrar o rebotar en un objeto. Para generar ultrasonidos se utili-
Símbolo del SENSOR VOLUMÉTRICO
za un transmisor, similar a un pequeño altavoz cerámico, que resuena a una elevada frecuencia
dispuestos en el interior del habi-
análogo a un micrófono). Si se produce cualquier movimiento en el interior del vehículo se modifica el valor del eco registrado. La Unidad de Control se sirve de esta señal para identificar la posible entrada de personas no autorizadas al interior del vehículo.
(por encima de los 40 kHz) y cuando el receptor, que es parecido a un micrófono, capta la vibra-
Otra aplicación de los ultrasoni-
ción, emite señales eléctricas que
dos es como transmisor ultra-
pueden ser detectadas electróni-
sónico, en el sistema de asistencia
camente.
acústica de aparcamiento (APS).
Aplicaciones
Fundamentos sobre radiofrecuencia
· Sensor volumétrico
Sensor volumétrico El volumen a vigilar es barrido por ultrasonidos que son “oídos” por un micrófono. La alteración o interrupción de los ultrasonidos detectados por el receptor dispara la alarma.
Otras aplicaciones
El sensor volumétrico por ultraso-
La transmisión y recepción vía
nidos se utiliza como detector de
radio de información se denomina
presencia en sistemas antirrobo.
radiofrecuencia, englobando esta
B6-28
definición la comunicación me-
La unidad de lectura de la llave del
diante ondas radioeléctricas emi-
inmovilizador electrónico es una
tidas al espacio y recibidas por un
antena receptora.
receptor.
Otros tipos de antenas son las de
Las ondas que se emiten al espa-
audio, las cuales pueden ser de
cio y que contienen la informa-
tipo activo, que incorporan su
ción, son generadas por una corrien-
propia electrónica para amplificar
te alterna de alta frecuencia que
la señal, destacando por su reduci-
recorre una antena.
do tamaño; y las antenas pasivas,
El receptor recibe estas ondas y
que por el contrario no necesitan
les extrae la información convir-
alimentación, pero sus cualidades
tiéndola en una orden: activación,
vienen condicionadas por su longi-
apagado, etc.
tud, ya que de ella depende la mejor recepción de una banda de
Aplicaciones
frecuencias determinada.
EMISOR DE RADIOFRECUENCIA
B6-30
Mando a distancia de cierre centralizado y activación de alarmas por radiofrecuencia.
· Mando a distancia Los sistemas de mando a distancia mediante radiofrecuencia los componen un pequeño emisor transportable y el receptor, que se encuentra en el interior del vehículo. Al accionar el emisor, genera e irradia al aire una onda portadora que contiene el código con la información. El receptor recibe el código y lo compara con el contenido en su programa y si ambos coinciden, activa la función ordenada: activación o desactivación del cierre, o activación y desactivación de la alarma antirrobo.
Otras aplicaciones B6-29
Otros elementos sensores de radiofrecuencia son las antenas receptoras.
19
“Hay una amplia gama de sensores cuyo funcionamiento se limita únicamente a interrumpir un circuito eléctrico o conmutar a otro cuando es activado, bien mecánicamente o por la acción de otro fenómeno físico (presión de aceite, temperatura, rotura de cristales, etc.).”
S E N S O R E S : I N T E R R U P TO R E S CONMUTADOR TÉRMICO DEL VENTILADOR
Y
C O N M U TA D O R E S
Fundamentos
nado por la presión del aceite
Existe un buen número de sensores
en el cárter, abriendo o cerran-
cuya señal es proporcionada por
do el circuito cuando se alcanza
accionamiento de origen mecánico,
una presión determinada de
térmico o de cualquier otra natura-
tarado, lo que provoca el apaga-
leza física; y generalmente su B6-31
acción se limita a cerrar o abrir un circuito eléctrico, siendo este procedimiento la consigna de mando.
Símbolo del CONMUTADOR TÉRMICO DEL VENTILADOR
Aunque son muchos los sensores de este tipo, se cita a continuación alguna muestra de ellos.
cuadro de instrumentos.
· Conmutador térmico del ventilador El conmutador térmico del ventilador pone en marcha el ventilador del radiador del líquido refrigerante del motor, a dos velocidades,
Aplicaciones
· Interruptor de presión
Funcionamiento del sensor de presión de aceite.
do de la lámpara testigo en el
gracias al sistema de conmutación que activa dos contactos a diferen-
de aceite
te temperatura.
También llamado manocontacto,
El elemento sensor es una cápsula de
se compone de un interruptor
cera que se dilata por efecto térmico
de presión en comunicación con
y en cuyo desplazamiento empuja
el circuito de engrase, que se
dos contactos tarados a diferente
halla tarado a una determinada
fuerza. En consecuencia cada contac-
fuerza. El interruptor es accio-
to cierra el circuito a una fuerza de
Sin presión
Con presión
B6-32
empuje que corresponde a una temperatura específica.
· Sensor de rotura de cristales
SENSOR DE ROTURA DE CRISTALES
Se trata de un pequeño filamento que forma parte de un circuito
· Sensor de impacto
eléctrico y que se halla insertado
Este sensor se utiliza para detec-
en los cristales. En caso de rotu-
tar posibles impactos.
ra, se interrumpe el circuito, lo
El conjunto sensor lo componen
que hace que se active la alarma
cuatro placas, dos bolas metáli-
antirrobo.
cas y dos separadores de goma. Las placas centrales están iman-
Otras aplicaciones
tadas y forman parte de los con-
Hay muchas aplicaciones que fun-
tactos de un interruptor. La
cionan en base a un accionamien-
señal se produce de este modo:
to mecánico, por citar algunos
las bolas se hallan sometidas a la
otros ejemplos:
acción del campo magnético de
· Conmutador
de cerradura de
un imán y se encuentran pegadas
puerta en sistemas de cierre
a las placas; al producirse un
centralizado.
choque las fuerzas de inercia de las bolas vencen el campo magnético y se desprenden de su alojamiento estableciendo contacto entre las placas, lo que cierra el circuito eléctrico.
· Interruptor
B6-34
de puertas para el
encendido de luces.
· Conmutador de elevalunas. · Conmutador multifunción
en
cambio automático.
· Interruptor de luz de freno.
Sensor de impacto Al producirse un impacto, la bola se desprende y produce el contacto eléctrico.
Estado normal
Al producirse un impacto
B6-33
21
“Se define como actuador a todo aquel dispositivo que transforma la energía eléctrica que recibe en otro tipo de energía, normalmente mecánica o térmica que ejecuta finalmente las condiciones de funcionamiento del sistema, que previamente ha establecido la Unidad de Control Electrónico.”
AC T UA D O R E S Definición
directos como un relé que recibe
En un sistema de gestión electró-
una corriente y acciona un contac-
nica los sensores son los elemen-
to, a otros que incorporan su pro-
tos encargados de obtener la
pia electrónica de conversión,
información, es decir, proporcio-
como es el caso por ejemplo de
nan las señales de entrada a la
las pantallas, las cuales disponen
Unidad de Control para que ésta
de sus propios circuitos electróni-
pueda determinar la orden de sali-
cos para transformar la señal de
da. Esta orden de salida es conver-
entrada en una cifra o cualquier
tida en una señal eléctrica que se
otra indicación visual.
envía a un accionador o actuador en otra forma de energía.
Clasificación de los actuadores
Los tipos de actuadores presentes
Al igual que sucede con los senso-
en un automóvil son muy variados;
res, los actuadores son dispositi-
van desde los muy sencillos y
vos que proliferan cada vez más en
que convertirá la energía eléctrica
SENSORES
Cuadro sinóptico de la gestión de un motor Un número determinado de actuadores ejecutan las órdenes de la Unidad de Control.
UNIDAD DE CONTROL
ACTUADORES
B6-35
el automóvil como consecuencia
· Electromotores:
son acciona-
de la mayor implementación de
mientos donde intervienen moto-
nuevos sistemas electrónicos.
res eléctricos.
Para su estudio y presentación los
· Electromotores: motores paso
actuadores pueden clasificarse de diverso modo, porque los hay de diversa naturaleza. No obstante es preferible clasificarlos según el
a paso.
·
Acústicos: son los sensores relacionados con el sonido.
· Pantallas
de cristal líquido:
principio básico de funcionamiento.
son los actuadores que presen-
· Electromagnéticos: son los basa-
tan un mensaje visual o introdu-
dos en el magnetismo o el electro-
cen una información gráfica.
magnetismo.
· Calefactores: son aquellos que generan calor.
Motor paso a paso
Relé
Pantalla de cristal líquido
Electroválvula
Altavoz
Los actuadores pueden ser de diversa naturaleza.
B6-36
23
“Mediante los actuadores electromagnéticos, aprovechando el efecto electroimán creado por la corriente al circular por una bobina, es posible controlar elevadas corrientes de potencia, así como la circulación de fluidos en circuitos hidráulicos o neumáticos (relés, electroválvulas, etc.). También es posible la transformación de la tensión para el encendido.”
AC T UA D O R E S E L E C T RO M AG N É T I C O S RELÉ
B6-37
Símbolo del RELÉ
Fundamentos
que corrientes de elevado valor
Los actuadores electromagnéticos
puedan circular de modo contro-
se basan en el magnetismo, que
lado, con una pequeña corriente
puede ser de origen natural,
de mando. Dispone de dos circui-
mediante un imán, o creado por la
tos, uno de potencia por donde
electricidad (efecto electroimán).
circulará la corriente de la bate-
También se incluyen aquí otros
ría hacia el elemento consumidor
fenómenos relacionados con la
y otro circuito de mando, de bajo
electricidad
magnetismo:
consumo que puede ser goberna-
como la inducción electromagnéti-
do con corrientes débiles desde
ca que consigue generar alta ten-
cualquier Unidad de Control.
y
el
sión, principio de los transforma-
· Válvulas de inyección
dores de encendido.
Las válvulas de inyección, tam-
Aplicaciones
bién llamadas inyectores o
· Relés
electroválvulas, son dispositi-
El funcionamiento del relé se
vos electromagnéticos que fun-
basa en el efecto electroimán
cionan abriendo y cerrando el
que tiene lugar cuando circula
circuito de presión de combus-
corriente por una bobina arrolla-
tible en respuesta a los impul-
da a un núcleo de hierro dulce.
sos que le aplica la Unidad de
El relé se construye para facilitar
Control.
Circuito de potencia
Circuito de mando El relé dispone de dos circuitos, uno de potencia y otro circuito de mando o control.
B6-38
Estas válvulas van montadas en
minado por la Unidad de Control
los equipos de inyección donde
Electrónico según las condi-
normalmente se destina una vál-
ciones de funcionamiento del
vula para cada cilindro como en
motor.
los sistemas de gestión del motor
El caudal establecido se con-
Simos.
vierte así en impulsos eléctricos
Constan de un cuerpo de válvula
que recibe la válvula y la modi-
donde se encuentra la bobina y
ficación del caudal se consigue
una aguja inyectora mantenida en
haciendo variar el tiempo de
posición de reposo (cerrando el
inyección (entre uno y varios
paso de combustible) mediante la
milisegundos).
VÁLVULA DE INYECCIÓN
B6-40
Símbolo de VÁLVULA DE INYECCIÓN
acción de un muelle. Cuando la bobina recibe corriente, la aguja
Otras aplicaciones
es levantada debido al efecto elec-
Hay muchas aplicaciones donde se
troimán de su asiento y el com-
utilizan actuadores electromagné-
bustible puede salir a presión por
ticos, como:
la ranura calibrada.
· Electroválvula de ventilación del
La cantidad exacta de combustible que suministra la válvula
depósito de carbón activo.
·Acoplamiento
magnético del
depende del tiempo de inyección,
compresor de aire acondicio-
es decir, del tiempo que permane-
nado.
ce abierta; y este valor es deter-
· Transformador de encendido.
Bobina Funcionamiento de una válvula de inyección Cuando la bobina recibe corriente, la aguja es levantada de su asiento y el combustible
Aguja
puede salir a presión por la ranura calibrada. Cerrado
Abierto B6-39
25
“Cuando es preciso elevar la temperatura en un punto determinado, se requiere utilizar elementos calefactores que al paso de corriente sean capaces de generar calor.”
A C T U A D O R E S C A L E FA C TO R E S BUJÍAS DE PRECALENTAMIENTO PARA MOTORES DIESEL
Fundamentos
ciente de resistividad (alto valor
Los actuadores calefactores son
óhmico) y además posee una gran
los que producen calor gracias al
resistencia al calor.
efecto Joule. Este efecto relaciona
También se fabrican a base de
la corriente que circula por una
compuestos semiconductores dis-
resistencia y la energía liberada en
puestos sobre una superficie.
forma de calor. El calor se produ-
B6-41
Símbolo de BUJÍAS DE PRECALENTAMIENTO
Funcionamiento de una bujía de precalentamiento La elevada corriente que circula por la bujía y su baja resistencia, producen un aumento rápido del calor.
ce cuando una elevada corriente
Aplicaciones
(muchos electrones) al atravesar
· Bujías de precalentamiento
un conductor con poca resisten-
diesel
cia, provocan entre ellos numero-
Los motores diesel están equipa-
sas colisiones y fricciones, lo cual
dos con bujías de precalentamiento
hace incrementar la temperatura.
para facilitar el arranque en frío. Son
Se utilizan como resistencias cale-
autorreguladas, de calentamiento
factoras hilo metálico con una alea-
rápido y están diseñadas como resis-
ción determinada (cromo-níquel)
tencias PTC: su resistencia aumenta
que le confiere un elevado coefi-
con la temperatura.
Calor producido por la elevada corriente
B6-42
En frío presentan muy baja
sistema de calefacción adicional
resistencia, por lo que fluye
que consiste en incorporar bujías
mucha corriente y se alcanza
de calentamiento al circuito del
rápidamente la temperatura
líquido refrigerante, facilitando
normal de servicio, pero una vez
de este modo una rápida dispo-
caliente, su resistencia aumenta
nibilidad de calefacción en el
limitando y regulando así el paso
habitáculo.
de la corriente. El tiempo de funcionamiento se halla gene-
Otras aplicaciones
ralmente limitado mediante un
También se utilizan otros actua-
temporizador.
d o res calefactores, entre los que cabe citar:
· Bujías de calefacción Algunos vehículos diesel de última generación con sistema de inyección directa (TDi) destinados a países fríos, montan un
· Luneta térmica. · Resistencia calefactora del colector de admisión (erizo).
· Radiador eléctrico, para calefacción.
Bujías de calefacción
Las bujías de calefacción permiten disponer de calefacción rápida con motores fríos.
Radiador de calefacción
B6-43
27
“Dentro de la familia de los electromotores hay una gran variedad de dispositivos destinados a diversas funciones: válvulas de regulación de ralentí, bomba de combustible, elevalunas, relojes, etc…”
A C T U A D O R E S : E L E C T R O M OTO R E S Si el conductor forma una espira
BOMBA DE COMBUSTIBLE
arrollada formando un inducido y se alimenta a través de unas escobillas que crean un campo magnético opuesto al fijo (del estator), el campo magnético creado en el inducido formará una fuerza de reacción que le obligará a girar en el interior B6-44
del campo magnético fijo. Se construyen motores de diversas características técnicas, como
Símbolo del MOTOR ELÉCTRICO
Fundamentos
los motores rotativos de giro
Los electromotores o motores
libre, con reductor o bien de giro
eléctricos basan su funcionamien-
limitado.
to en el principio de que la energía eléctrica se puede transformar
Aplicaciones
en energía mecánica.
· Bomba de combustible
Cuando circula corriente a través de
Citemos
como
ejemplo
una
un conductor se crea a su alrededor
bomba de rodillos del circuito de
un campo magnético; si este conduc-
combustible
tor se coloca bajo la acción de un
inyección.
fuerte campo magnético fijo (el esta-
El motor va alojado en una car-
tor) y de mayor intensidad (por
casa bañado por combustible y
ejemplo, un imán permanente), este
se facilita la lubricación.
último trata de empujar y desplazar
El inducido del motor recibe
al conductor fuera del mismo.
corriente a través de las escobi-
del
sistema
de
Funcionamiento del motor eléctrico La corriente que circula por el cable (la bobina del inducido), forma a su alrededor un campo magnético que se opone al campo fijo de los polos magnéticos. La fuerza magnética “empuja” a la bobina y la hace girar.
B6-45
llas, y hace girar el rotor donde
cerrada. La corriente que recibe
se encuentran los rodillos, éstos
el motor crea una par de giro
por la fuerza centrífuga se des-
que se opone a la fuerza del
plazan al exterior y actúan como
muelle produciendo una posición
junta rotativa. Los rodillos crean
angular determinada, lo cual sig-
en la entrada del combustible
nifica una determinada sección
una
volumen
de paso de aire. El control de la
aumenta, se llena de combustible
corriente sobre el motor se hace
y es desplazado hacia la salida
mandando la tensión nominal a
donde el volumen disminuye, por
impulsos, con una frecuencia fija
lo que el combustible sale de
y haciendo variar la relación de
este modo bombeado hacia el
ciclo.
cámara
cuyo
VÁLVULA ESTABILIZADORA DE RALENTÍ
B6-47
Símbolo de la VÁLVULA ESTABILIZADORA
exterior.
Otras aplicaciones
· Válvula estabilizadora
Existen muy variadas aplicacio-
de ralentí
nes donde se utilizan electromo-
El tipo de válvula estabilizadora
tores. Citemos como ejemplo las
de ralentí consiste en un motor
siguientes.
de inducido único con el giro
· Elevalunas eléctricos. · Reloj del cuadro de instrumentos. · Actuador de mariposa en siste-
limitado. El inducido (rotor) está colocado de tal modo que hace girar la válvula abriendo el paso
mas Monojetronic y Monomo-
de aire; al mismo tiempo se le
tronic.
opone la acción de un muelle que obliga a la válvula a estar
Válvula abierta
· Dosificador
de combustible en
sistemas TDi.
Válvula parcialmente cerrada
Funcionamiento de la válvula estabilizadora de ralentí.
B6-46
29
“Un tipo especial de electromotor lo constituye el motor denominado paso a paso, cuyas características lo hacen muy adecuado para la regulación y el giro controlado.”
E L E C T R O M OTO R E S : M OTO R P A S O MOTOR PASO A PASO
B6-48
Símbolo del MOTOR PASO A PASO
PA S O
A
Fundamentos
cos con polaridad opuesta a la
EL motor paso a paso está consti-
armadura del imán, de tal modo
tuido por un rotor de imanes per-
que se produce desplazamiento
manentes y varias bobinas que
del rotor hasta la posición siguien-
configuran el estator. El rotor se
te, es decir una fracción (por esta
encuentra en el interior de una
razón se le denomina motor paso
armadura o jaula y se encuentra
a paso).
magnetizada con el mismo número
La fracción de giro o paso depen-
de polos que los que puede crear
de del número de polos del imán y
una de las bobinas.
de las bobinas de alimentación
La correspondencia entre el rotor
(fases).
(polos fijos) y el estator (polos
La
variables) es la causa que provoca
trónico se encarga de la excita-
el giro escalonado del rotor, ya
ción de las bobinas, cambiando
que las bobinas, arrolladas a unas
alternativamente la polaridad de
masas polares, pueden ser alimen-
cada grupo de bobinas para pro-
tadas alternativamente, creando
ducir el giro o para cambiar el
sobre las masas campos magnéti-
sentido de giro.
Unidad
de
Control
Elec-
Estator Rotor
B
Impulsos de alimentación simultánea de las bobinas
A
A Bobina
B B6-49
Funcionamiento del motor paso a paso.
Aplicaciones
el paso de aire adicional de
·
Válvula estabilizadora
modo que según el sentido de
de ralentí
giro del motor el cono cerrará o
La estabilizadora de ralentí del
abrirá el paso de aire.
MOTOR PASO A PASO PARA REGULACIÓN DE TRAMPILLAS
motor dotado con gestión SPI, emplea un motor paso a paso
Otras aplicaciones
para controlar el régimen de
Además de esta aplicación, los
ralentí mediante la modificación
motores paso a paso también se
de un paso de aire adicional al de
utilizan para servicios, como por
la mariposa de los gases.
ejemplo:
Está compuesto por un estator
· Regulación de las trampillas de
que posee dos bobinas y el rotor
ve n t i l a c i ó n d e l s i s t e m a C l i -
con los imanes permanentes, que
matronic.
tiene el eje roscado.
B6-51
· Indicadores del cuadro de instru-
Un cono de ajuste se halla rosca-
mentos del Arosa (cuentarrevo-
do al eje del rotor, de tal modo
luciones, cuentakilómetros, nivel
que cuando el eje gira el cono se
de combustible y temperatura
desplaza. El cono se intercala en
del motor).
Válvula cerrada
Motor paso paso
Válvula abierta Funcionamiento de la válvula estabilizadora de ralentí mediante motor paso a paso.
B6-50
31
“En los actuadores acústicos se agrupa a los altavoces y avisadores acústicos; dispositivos ambos que sirven para proporcionar mayor confort durante la conducción y un método de advertencia sonora.”
AC T UA D O R E S AC Ú S T I C O S Fundamentos de los altavoces
elemento rígido producen ondas
Según el principio físico de funciona-
El elemento “rígido” que produce el
miento los altavoces pueden ser de
sonido pude ser una membrana cons-
diversos tipos, los más usuales son
truida con diferentes materiales:
los electrodinámicos, electrostáticos
papel, aluminio, plástico, lámina de
y piezoeléctricos.
cerámica (cuarzo), etc. Cada una de
Ya que es muy difícil conseguir que
las cuales proporciona unas caracte-
un solo altavoz pueda reproducir el
rísticas sonoras peculiares.
margen de frecuencias audible (20
Una bobina por la que circula
Hz-20 000 Hz), en los sistemas de
corriente es la encargada de “exci-
alta fidelidad se utilizan varios altavo-
tar” y hacer vibrar la membrana del
ces, que reparten la señal: graves, agu-
altavoz.
dos o medios.
Hay avisadores acústicos de tipo pie-
El más corriente para equipos de
zoeléctrico donde la membrana es
música es el de tipo electrodinámico,
sustituida por una fina lámina de
el cual se basa en el efecto electro-
cerámica. La vibración se produce al
magnético que transforma las oscila-
entrar en resonancia la lámina tras
ciones eléctricas de amplitud y fre-
ser excitada con una corriente alter-
cuencia en vibraciones mecánicas,
na; variando la frecuencia de excita-
vibraciones que a su vez mediante un
ción es posible modificar el tono.
sonoras que se transmiten al espacio.
Membrana del altavoz Corriente de alimentación
Ondas sonoras
Imán permanente Bobina
B6-52
Funcionamiento de un altavoz.
Aplicaciones
responden a las solicitudes de una
·
Avisador acústico
unidad electrónica que puede ser
El avisador acústico que monta el
el autorradio o un amplificador
cuadro de instrumentos del Arosa
ecualizador. Además por ellos tam-
lleva en su interior un pequeño
bién puede transmitirse informa-
altavoz de tipo piezoeléctrico,
ción de ayuda al conductor.
que genera un “zumbido” o “gong”
Hay dos tipos de altavoces: pasivos y
como señal de advertencia cuan-
activos
do el sistema electrónico detecta
Los altavoces pasivos son excitados
una cierta anomalía; como por
directamente por el equipo de
ejemplo falta de presión de acei-
audio: tienen la ventaja de su reduci-
te, exceso de velocidad, cinturón
do tamaño y buenas prestaciones, y
desabrochado, etc.
tienen el inconveniente de que no
El dispositivo acústico consiste en
pueden estar muy alejados de la
una membrana cerámica, excitada
fuente de sonido, porque se produ-
mediante un circuito electrónico
cen pérdidas de energía, siendo
que genera una frecuencia variable
necesario utilizar cables de alimenta-
y modulada. El diminuto altavoz la
ción de gruesa sección.
transforma en el sonido caracterís-
Los altavoces activos, por el contra-
tico de un “zumbido” o un “gong”
rio, incorporan internamente un
según el tipo de advertencia.
amplificador, por lo que pueden estar
ALTAVOZ ACTIVO
Amplificador
B6-54
Símbolo de ALTAVOZ PASIVO
Símbolo de ALTAVOZ ACTIVO
situados lejos de la fuente de sonido
· Altavoces
y utilizar cables de pequeña sección.
Los altavoces utilizados en el siste-
No obstante, tienen el inconveniente
ma de autorradio también son con-
de que necesitan ser alimentados
siderados como actuadores ya que
independientemente con corriente.
AVISADOR ACÚSTICO
Velocímetro
Avisador acústico en el interior del cuadro de instrumentos del Arosa.
B6-53
33
“Combinadas con la instrumentación convencional, las pantallas o indicadores de cristal líquido son capaces de reproducir prácticamente cualquier cifra, símbolo o signo en el campo visual del conductor y también servir para otras aplicaciones, como ser la base del retrovisor antideslumbrante.”
A C T UA D O R E S : PA N TA L L A S
DE
C R I S TA L L Í Q U I D O
Fundamento
De este modo una pantalla puede
El principio de funcionamiento de
presentar, mediante una matriz
la pantalla de cristal líquido o
de puntos, cualquier símbolo, grá-
display tipo LCD (Liquid Cristal
fico o carácter ; convirtiéndose en
Display) se basa en la opacidad o
un excelente medio de comunica-
transparencia que se observa en un
ción visual.
cristal líquido cuando es sometido
La pantalla necesita de una elec-
a la acción de un campo eléctrico.
trónica de control propia para su
Entre dos superficies transparen-
funcionamiento.
tes se introduce un líquido de cristal como medio indicador. El
Aplicaciones
líquido ha de contener sustancias
· Pantalla del cuadro
orgánicas, es decir, los denomina-
de instrumentos
dos cristales líquidos. Por medio
La principal aplicación de la pan-
de electrodos aplicados a las dos
talla es como indicador de datos
superficies se puede crear un
en el cuadro de instrumentos.
campo eléctrico que influye sobre
Una sola pantalla puede mostrar
la permeabilidad luminosa del
varias indicaciones simultánea-
líquido, es decir, sobre el mayor o
mente y servir al mismo tiempo
menor paso de luz. Si a estos elec-
como monitor que permita la
trodos se les da una forma con-
visualización de otros datos que
creta pueden representar cual-
puedan estar almacenados en la
quier símbolo.
memoria.
Sin polarizar: Transparente
Polarizado: Opaco
El cristal líquido se hace opaco cuando es polarizado.
B6-55
Es posible el diseño de pantallas
ras y en ausencia de tensión es
que incorporen distintas clases
transparente.
de información así como diver-
Cuando el vehículo es alcanzado
sos símbolos explicativos.
por una luz desde atrás, es detec-
La pantalla se integra en un cuadro de instrumentos o bien forma parte de una unidad de manejo, como el caso del Climatronic,
tado por un fotosensor y la electrónica aplica una tensión a las placas conductoras que al polari-
donde la pantalla muestra la fun-
zar el gel lo van haciendo opaco.
ción programada de cada tecla y
En función del grado de deslum-
el estado de la función seleccio-
bramiento, el gel se oscurecerá
nada.
con mayor intensidad, evitando el
· Retrovisor antideslumbrante
efecto deslumbrante.
B6-57
Pantalla indicadora de datos en el cuadro de instrumentos.
automático Este especial espejo retrovisor, consta de una electrónica de control y el elemento del espejo. El elemento de espejo tiene una carga de gel electroquímico (similar al cristal líquido) situado entre el cristal del espejo y un cristal transparente. El gel se encuentra entre dos capas electroconducto-
Gel electroquímico
Otras aplicaciones Aunque hay gran número de aplicaciones donde hay pantalla, pueden citarse entre ellos:
· Equipo de radio. · Relojes horarios. · Pantallas de sistemas de navegación.
Luz incidente deslumbrante
Reflejo sin efecto deslumbrante Espejo retrovisor antideslumbrante.
B6-56
35
“La Unidad de Control Electrónico reúne los circuitos y componentes electrónicos capaces de ejecutar operaciones lógicas. Son la base de los sistemas de gestión del motor y de muchas otras aplicaciones «inteligentes».”
U N I DA D L Ó G I C A
D E
DE
C O N T R O L : T É C N I C A S D I G I TA L E S
B O O L E
A mediados del siglo XIX, el filósofo y matemático George Boole desarrolló una teoría matemática completamente distinta a la que entonces se conocía y cuya expansión ha sido la base de los modernos ordenadores. La teoría de Boole, también conocida como álgebra lógica o binaria, es un sistema matemático usado en el diseño de circuitos lógicos. Sólo se consideran dos estados posibles: verdadero-falso; encendido-apagado; 1-0, etc . Así, por ejemplo, considerando sus dos únicos estados posibles una lámpara puede estar encendida o apagada; un relé, activado o desactivado, y un transistor, conduciendo o bloqueado.
Analógico y digital
intensidad y por tanto el voltaje
Los términos digital y analógico
de alimentación: de este modo la
son opuestos ya que mientras digi-
lámpara recibe una tensión regula-
tal significa algo cuya modificación
da de manera continua.
es de forma escalonada, con incrementos precisos e inequívocamente definidos, el término analógico expresa algo de variación continua. Veamos un ejemplo: regular el brillo de una lámpara puede llevarse a cabo de dos modos diferentes:
Digital: mediante la selección de un valor predeterminado, de modo que la tensión de alimentación de la lámpara es regulada mediante varios puntos previamente definidos, consiguiendo de este modo un control incremental. La electrónica denominada analógica utiliza señales de voltaje que
Analógico: mediante un potenciómetro en serie, que limitase la
varían de magnitud en función del tiempo, y se utilizan componentes y “chips” que funcionan de acuerdo a estas características: amplifican o
FUNCIONAMIENTO ANALÓGICO
atenúan las señales eléctricas.
FUNCIONAMIENTO DIGITAL
La electrónica digital utiliza “chips” que funcionan con señales digitales; estas señales se basan en el empleo
1
de impulsos eléctricos que pueden
2
variar en anchura y frecuencia.
3
La importancia de trabajar con
4 6
impulsos radica en que es posible
5
transmitir información de modo “binario” (sólo dos estados posibles: 0 y 1), siendo esto el origen V
de la técnica digital y el fundamen-
V
to de la “lógica” electrónica.
Sistema binario El sistema binario es una forma de
1 2 3 4 5 6
Posición del mando
Posición del mando
codificación; del mismo modo que el código Morse es un método B6-58
para codificar palabras con tan
sólo dos señales, el sistema binario
Los circuitos electrónicos digitales
utiliza dos “símbolos” que en este
almacenan y transportan informa-
caso se denominan estados o nive-
ción en forma de números codifica-
les eléctricos de tensión: voltaje
dos en binario y tan sólo son nece-
alto o uno o voltaje bajo o cero.
sarios dos números para expresar
El código binario puede transfor-
cualquier magnitud. Para cada núme-
marse fácilmente en una sucesión
ro decimal puede calcularse su equi-
de ceros y unos que puede ser
valente en número binario, por lo
posteriormente representado en
que existe una relación entre la lógi-
cualquier número decimal.
ca digital y las matemáticas.
Número decimal
Conversión de binario a decimal
Número binario Peso de cada bit 16
8
4
1
2
1
1
2
1
0
3
1
1
4
1
0
0
5
1
0
1
6
1
1
0
7
1
1
1
dividendo
cociente
Bit significativo
p a l a b ra . L a p o s i c i ó n q u e o c u p a c a d a b i t (número binario) tiene un “peso” específico determinado. Así, el primer bit de la derecha representa el 1; el segundo bit, el 2; el tercero, el 4; el quinto, el 8; el sexto, el 16, etc .
resto
21:2
=
10
1(e)
10:2
=
5
0(d)
5:2
=
2
1(c)
2:2
=
1(a)
0(b)
orden
L a t a b l a s i g u i e n t e m u e s t ra v a r i o s números binarios y su equivalencia en decimal. Cada cero o uno se denomina “bit” y un número determinado de bits forma una
a
b
c
d
e
1
0
1
0
1
Conversión de decimal a binario Para la conversión de cualquier número decimal a binario es necesario dividirlo por 2 hasta que ya no sea posible: el número en base 2 es el conjunto formado por todos los restos de las divisiones más el último cociente. Este orden de obtención corresponde al orden de bits de menor a mayor peso específico. El ejemplo muestra cómo se obtiene el número binario de 21; tras sucesivas divisiones entre 2, el número es 10101.
37
“En electrónica, cuando en base a dos entradas de información se debe tomar una decisión, se utilizan circuitos que se conocen con el nombre de «puertas lógicas» . La combinación de puertas de diferente tipo son el principio de los microprocesadores y las memorias.”
U N I DA D
DE
C O N T R O L : P U E RTA S L Ó G I C A S
Puerta tipo Y
ENTRADAS
Fundamentos
Aunque se construyen generalmen-
Las puertas lógicas son el origen
te con transistores y diodos, su fun-
de la denominada lógica electróni-
cionamiento se asemeja a la combi-
ca, que se basa en que cualquier
nación de conmutadores o relés
información o toma de decisiones
montados en serie o en paralelo.
puede comunicarse con tan sólo
Las puertas poseen unas entradas y
SALIDA
dos palabras, “sí” y “no”, es decir,
A
B
Q
mediante un código binario, ya que
0
0
0
cualquier problema lógico se resu-
0
1
0
me en una serie de preguntas
1
0
0
encadenadas que ofrecen dos úni-
1
1
1
cas respuestas: “sí” o “no”. Las puertas son componentes
Q =A x B
B6-59
básicos en los sistemas digitales, con ellas se construirán memorias y microprocesadores. Operan con
Puerta tipo O
números binarios y todos los cir-
SALIDA
A
B
Q
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
depende por completo de la señal aplicada a la entrada.
· Puerta tipo Y (AND) A la puerta tipo Y se la llama “todo o nada”. La primera figura representa un circuito tipo Y, así como el símbolo correspondiente. Se representa las entradas (A y B) mediante interruptores, siendo la salida (Q) una lámpara.
cuitos digitales se fabrican usando
La tabla de la verdad muestra
tres tipos de puertas lógicas:
todas las posibles combinacio-
· · Puertas O. · Puertas NO. Puertas Y.
ENTRADAS
salidas. El valor que tome la salida
nes que pueden tomar la salida Q según el estado de las entradas A y B.
Interruptor
Q =A + B B6-60
Termocontacto
Ejemplo de control mediante un circuito Y El accionamiento del ventilador del radiador, mediante un termocontacto montado en serie con el interruptor general. Sólo funcionará cuando ambos se hallen conectados.
Electroventilador
B6-61
Se utiliza el uno (1) para desig-
El esquema de la ilustración
nar que un circuito 1 está cerra-
representa el circuito del alum-
do o activado (lámpara encendi-
brado interior. Al abrir una de las
da), y un cero (0) para indicar
puertas, se acciona un pulsador
que el circuito se halla cerrado o
(F) que cierra el circuito de la
desactivado (lámpara apagada).
alimentación de la lámpara (W).
· Puerta tipo NO (NOT)
· Puerta tipo O (OR) La puerta denominada de tipo O
Las puertas NO, también llamadas
proporciona una salida (Q) alta
inversoras, sólo tienen una entra-
cuando cualquiera de las entra-
da y una salida, la cual adquiere el
das (A y B), o todas, son altas.
estado inverso de la entrada, es
En la segunda figura (página ante-
decir, su salida siempre es de valor
rior) se presenta el circuito O
contrario al valor de la entrada.
formado con interruptores, se
Por ejemplo, si la entrada es 1, la
observa que la lámpara se encen-
salida será 0, y viceversa.
derá cuando cualquier interrup-
Las puertas tipo NO se utilizan
tor se halle conectado (1).
combinadas con las otras puer-
Como ejemplo podríamos citar la
tas, de tal modo que se logran
del encendido de una lámpara
nuevas puertas, como las NO-Y y
desde diferentes interruptores,
las NO-O, con sus propias expre-
como es el caso de la luz del inte-
siones matemáticas y tablas de la
rior de habitáculo, la cual se
verdad que permiten realizar
enciende al abrir cualquier puerta.
complejas operaciones lógicas.
EN PROFUNDIDAD Definición de términos La unidad de información más pequeña y que puede tener sólo dos valores 1 o 0 es el bit. Su nombre proviene de la contracción en inglés de las palabras “binary digit”, dígito binario. La unidad básica de información con la que operan los ordenadores es el byte (1), que son ocho bits. Con los bytes puede representarse un carácter o palabra. Los ordenadores actuales emplean palabras de 32 y 64 bits. (1) La palabra byte significa en inglés un octeto, es decir, el conjunto de ocho elementos.
Puerta tipo NO
B6-63
ENTRADA
SALIDA
0
1
1
0
W Ejemplo de control mediante un circuito O Interruptor puerta izquierda
Interruptor puerta derecha F
El encendido de la luz de cortesía puede hacerse desde diversos interruptores. Cada uno de ellos hace que la luz se encienda.
F
B6-62
39
“El corazón de la Unidad de Control Electrónico lo componen una serie de circuitos integrados: el microprocesador, la memoria del programa, la memoria de datos y los circuitos que controlan la entrada y la salida.”
U N I DA D
DE
CONTROL: ESTRUCTURA INTERNA Microprocesador
UNIDAD DE CONTROL
En el interior de la Unidad de Control se encuentra el microprocesador, que es un conjunto de dispositivos semiconductores encapsulados en un solo chip, cuya misión es la de evaluar datos y señales externas y en función de ellas B6-64
generar un conjunto de datos y seña-
Sensores
les que se hacen llegar al exterior. A esta tarea se le llama procesar datos, y para “saber” qué ha de hacer con ellos se necesita un “programa” que le informe en cada momento cómo, cuándo y dónde ha de actuar. El programa lo constituyen una serie de
Convertidor analógico/digital
órdenes o instrucciones escritas en un lenguaje que entienda la máquina (lenguaje de programación) y que se halla “memorizado” en algún sitio a salvo de cualquier eventualidad que pudiera borrarlo. La memoria donde se hallan las instrucciones básicas que ponen en marcha el microordenador se llama
sistema que controle el microprocesador; así pues, en un sistema de frenos ABS, necesita para funcionar un programa específico que maneje
memoria ROM, que es la memoria
magnitudes diferentes a las que
de sólo lectura.
necesita una Unidad de Control de
Pero el microprocesador también
Inyección Electrónica.
necesita una memoria donde almacenar los datos temporalmente, donde registrar los datos que transmiten las
Unidad de Control de Procesos (CPU)
sondas y cargar el programa de traba-
En el interior del microprocesador se
jo para ejecutar allí las instrucciones;
encuentra la CPU (Central Procesing
ésta es la memoria RAM, memoria
Unit), que es el cerebro del sistema.
de lectura y escritura, y que puede ser
Realiza dos funciones: procesar los
borrada (es aquí donde guardará los
datos y coordinar las actividades de
códigos de averías).
todos los sistemas.
El programa es diferente para cada
Dentro de la Unidad de Control se
La información entra a través de un interfaz formado por el convertidor analógico-digital, pasa por los buses al microprocesador y las memorias, donde se procesa la información y
Microprocesador Memoria
Memoria
RAM
ROM
vuelve a salir al convertidor digital analógico para activar los correspondientes actuadores.
CPU
Actuadores
Bus de datos
Convertidor digital/analógico
B6-65
encuentra también el bus de datos y el
aquí se encuentran los convertido-
interfaz de entrada y salida.
res analógico-digitales y viceversa.
Bus de datos
· Convertidor analógico-digital y digital-analógico
El bus de datos son líneas colecti-
El convertidor analógico-digi-
vas por donde circula la informa-
tal se encarga de que las señales
ción de las sondas hacia el micro-
de entrada de tipo analógico se
procesador y desde aquí a las eta-
conviertan en impulsos digitales.
pas finales de potencia. Pone en
Los impulsos digitales transmiti-
comunicación la CPU con los
dos al microprocesador servirán
módulos que gestiona.
para elaborar las órdenes de salida que serán transmitidas hacia
Interfaces entrada/salida
el convertidor digital-analógi-
Son circuitos integrados que sir-
co y desde aquí accionar el
ven para la comunicación con los
actuador correspondiente con
sensores y actuadores conectados
una señal analógica.
al entorno de la Unidad de Control;
41
EJERCICIOS
DE
A U TO E VA L U A C I Ó N Los siguientes ejercicios sirven como prueba de autoevaluación, que le permitirán conocer cuál es el grado de comprensión del presente cuaderno didáctico. En algunas cuestiones es posible que exista más de una respuesta correcta. Las distintas cuestiones están englobadas en tres grandes grupos, para poder determinar el aprendizaje por temas. Al final de la realización de los ejercicios es necesario contar el número de respuestas correctas por grupo. Si no se supera el número de respuestas correctas indicadas en cada apartado se debe volver a repasar el apartado correspondiente.
1.º SENSORES 1. Transmisor de régimen
A. Efecto piezoeléctrico
1 . Relacione los siguientes sensores con el efecto en que
2. Transmisor de aceleración transversal
B. Efecto termoeléctrico
3. Transmisor de nivel de líquido refrigerante
C. Efecto magnético
4. Transmisor de temperatura
D. Efecto fotovoltaico
5. Transmisor de presión en el colector 6. Sensor de radiación solar
se basan.
1.
4.
E. Conductividad eléctrica
2.
5.
F. Efecto hall
3.
6.
2 . ¿En qué sistema de control electrónico puede encontrar un contacto tipo “reed”? A. Inyección de gasolina. B. Airbag. C. ABS.
3. El medidor de masa de aire por hilo caliente se basa en una resistencia tipo: A. NTC. B. LDR. C. PTC.
4. Identifique a partir de los símbolos siguientes el sensor que le corresponde.
A
A
B
C
B C
5. ¿Cuál de las siguientes aplicaciones que utilizan el efecto hall es falsa? A. Medidor de aceleración transversal. B. Sensor de campo magnético en sistemas GPS.
RESULTADOS OBTENIDOS Respuestas correctas
C. Medidor del ángulo de giro de la dirección. D. Sensor de revoluciones.
Total respuestas
5
E. Medida de la corriente eléctrica.
Respuestas necesarias para superar la prueba
4
43
2.º ACTUADORES 6. Las bujías de precalentamiento de tipo autorreguladas trabajan como una resistencia que, al calentarse, su valor: A. Aumenta. B. Disminuye. C. Se interrumpe.
7. Determine a qué actuador corresponde cada uno de los símbolos siguientes:
A
B
C
A B C
8. Identificar las dos señales de excitación que corresponden a la posición de máxima y mínima apertura de una válvula estabilizadora de ralentí de giro limitado:
A
B
C
B
A
C
9. En el motor paso a paso, ¿qué produce el desplazamiento del rotor? A. La alimentación alternativa de las bobinas. B. La alimentación simultánea de las bobinas. C. La alimentación paralela de las bobinas.
RESULTADOS OBTENIDOS Respuestas correctas Total respuestas
4
Respuestas necesarias para superar la prueba
3
45
3.º UNIDAD DE CONTROL 10. El término control digital significa que la unidad de mando funciona con: A. Técnica analógica. B. Impulsos binarios. C. Frecuencia variable.
11. En sistemas digitales, cuando en base a dos o más condiciones se debe tomar una decisión, ¿qué componentes se utilizan? A. Puertas lógicas. B. Microprocesador. C. Memoria RAM.
12. La diferencia fundamental de una Unidad de Control con respecto a otra destinada a distinta aplicación está en: RESULTADOS OBTENIDOS
A. La memoria RAM.
Respuestas correctas
B. El programa en la memoria
Total respuestas
ROM.
3
Respuestas necesarias para superar la prueba
C. El microprocesador. 2
S OLUCIONES : 7: A=Motor paso a paso. B=Relé. C=Altavoz activo.
8: A. 9: A.
10: B. 11: A. 12: B.
1: 1=C, 2=F, 3=E, 4=B, 5=A, 6=D. 2: B. 3: C. 4: A=Sensor de picado. B=Fotosensor. C=Sensor hall. 5: B. 6: A.
47
PAPEL ECOLOGICO
SERVICIO AL CLIENTE Organización de Servicio Estado técnico 09.97. Debido al constante desarrollo y mejora del producto, los datos que aparecen en el mismo están sujetos a posibles variaciones. El cuaderno es para uso exclusivo de la organización comercial SEAT. ZSA 63807989006 CAS06CB FEB. ‘98 90-06
