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) :
Aquí estamos bajando en la jerarquía de los sensores, este sensor si bien es importante no agrega o quita tanto combustible a la mezcla final como lo haría el CTS o el MAF por eso decimos que tiene menor autoridad. Veremos alguna de las funciones que cumple este dispositivo, en primera instancia le indica a la ECU cuando el sistema está en ralentí (en otros sistemas esto se hacía con un switch o interruptor que se accionaba cuando el acelerador estaba en su posición de reposo). También este sensor indica la velocidad de apertura de la mariposa cumpliendo una función similar a la bomba de pique en los carburadores. Otra función importante es la de indicarle a la ECU cuando se alcanza apertura total de la mariposa con lo que la ECU en la mayoría de los sistemas deja de funcionar en LOOP o ciclo cerrado con el sensor de oxígeno y enriquece la mezcla para obtener la máxima potencia que se necesita con acelerador a fondo. ACT (Sensor de Temperatura del Aire Aspirado) :
Este sensor realiza un cambio menor en la dosificación final o sea que su autoridad es aún menor, sin embargo no olvidarlo porque el fallo del mismo puede provocar "tironeos" sobretodo en climas fríos. También la ECU lo utiliza para comprobar la racionalidad de las medidas confrontándolo con el CTS ya que por ejemplo ambos sensores deberían producir la misma tensión de salida en un motor frío. MAF (Sensor de Masa de Aire Aspirado) :
Este importante sensor mide directamente la masa del aire que es aspirado por el motor en cada instante y por lo tanto la ECU en base a la indicación de este sensor modifica el tiempo de inyección. La ventaja de este sistema es que se conoce la cantidad de aire directamente y no a través de cálculos de otros sensores (ej TPS + T° aire). Esto hace que en los vehículos equipados con este sistema la mezcla no varíe con el envejecimiento del motor como en el caso anterior. Pero 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 ECU, por lo tanto cualquier entrada de aire "pirata" debido por ejemplo a uniones flojas f lojas en los tubos de admisión etc, afectará la relación final de la mezcla. Vemos la importancia entonces de detectar fugas de vacío en estos sistemas. La autoridad de este sensor es alta ya que es capaz de modificar la dosificación de manera importante. MAP (Sensor de Presión en el tubo de admisión) :
Este sensor provee una indicación directa de la carga del motor. A mayor presión en la admisión (menor vacío), mayor será la carga y por tanto más combustible será necesario. Este también es un sensor con una capacidad grande para modoficar el tiempo final de la inyección RPM (Sensor de giro del motor):
El motor es básicamente una bomba de aire, a mayor velocidad de giro , más aire aspira y por lo tanto más combustible es necesario para mantener la relación 14.7/1 aire / combustible. O2 (Sensor de Oxígeno):
Esta es una entrada de información a la ECU importante sin dudas, sin embargo está último 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 valor en un rango muy pequeño (dependiendo del fabricante) pero con gran precisión. Por ejemplo si debido a una fuga de vacío en la admisión la mezcla se empobrece esto es detectado por el sensor de oxígeno el cual informa a la ECU la cual aumenta el tiempo de apertura de los inyectores lo cual enriquece la mezcla tratando de compensar, sin embargo si por ejemplo el tiempo de apertura en condiciones normales es de 3 ms el sensor de oxígeno podrá agregar o quitar a lo sumo 1 ms al tiempo final tratando de corregir, luego de lo cual se alcanzó la "ventana" de
operación o la autoridad del sensor. Este sensor es el que permite el funcionamiento en LOOP o bucle cerrado proveyendo la realimentación para que el sistema conozca el producto final o sea la relación aire/nafta. Tener en cuenta que solo luego de cumplir ciertos requerimientos el sistema entra en bucle, el primero es que el sensor alcanze su temperatura de operación (No hay salida de señal válida hasta que el sensor alcanza los 300 a 500 grados centígrados). CKP (Sensor de posición del cigüeñal ) :
Puede ser del tipo inductivo o efecto hall, este es el que le indica al motor el estado de giro del conjunto móvil. La ecu luego calcula el N° de R.P.M. KS (Sensor de detonacion ) :
Es equivalente a tener un “micrófono” en el block del motor, en caso que se generen detonaciones, la ECU deberá modificar el avance del encendido, atrasándolo. CMP (Sensor de posición del árbol de levas ) :
El sensor de cmp proporciona la información sobre la posición del árbol de levas y la señal de velocidad del motor hacia el pcm (la ECU) EGRT (Sensor de temperatura de la recirculación de los gases ) :
El sensor de la temperatura de la egr es utilizado para monitorear la proporción y flujo de la recirculación de los gases de escape hacia el sistema de admisión VVS (Sensor de velocidad del vehículo ) :
El sensor de la velocidad del vehículo proporciona una señal de velocidad a la unidad de control del eccs. Dos tipos de sensores de velocidad son empleados, dependiendo en el tipo del velocímetro instalado. Los modelos con velocímetro del tipo de aguja utilizan un interruptor de lámina, que esta instalado en la unidad del velocímetro y se transforma la velocidad del vehículo en una señal de pulso que es enviada a la unidad de control . el velocímetro 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 1880), por los hermanos Curie. Su principio está basado en la fuerza o presión aplicada a una sustancia compuesta por cristales polarizados (piezo significa presión en griego). Al ejercer presión sobre el cristal, éste se desforma produciendo una descarga eléctrica. Esto significa que en los micrófonos piezo-eléctricos, la presión acústica se transforma en voltaje. El efecto Piezo-Eléctrico es conmutativo y también funciona en forma opuesta contraria a su dirección original. Esto quiere decir que al aplicar una descarga eléctrica a un cristal polarizado, el cristal se desforma produciendo un movimiento que genera presión acústica. La estructura de un cristal polarizado puede apreciarse en la figura 3.
Sensor piezoeléctrico A sensor piezoeléctrico es un dispositivo que utiliza efecto piezoeléctrico a la medida presión, aceleración, tensión o fuerza convirtiéndolos a eléctrico señal.
Contenido •
2 Teoría de operación
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1 Usos
3 Características eléctricas 4 Diseño del sensor
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5 Detección de los materiales
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6 Vea también 7 Referencias
8 Acoplamientos externos
Usos Los sensores piezoeléctricos han demostrado ser herramientas versátiles para la medida de varios procesos. Se utilizan para garantía de calidad, control de proceso y desarrollo de proceso en muchas diversas industrias. De Curies' descubrimiento inicial en 1880, tomó hasta los años 50 antes de que el efecto piezoeléctrico fuera utilizado para los usos de detección industriales. Desde entonces, la utilización de este principio que medía ha experimentado un crecimiento constante y se puede mirar como
tecnología madura con una confiabilidad inherente excepcional. Se ha utilizado con éxito en varios usos críticos como por ejemplo adentro médico, aeroespacial y nuclear instrumentación. La subida de tecnología piezoeléctrica se relaciona directamente con un sistema de ventajas inherentes. El colmo módulo de la elasticidad de muchos materiales piezoeléctricos es comparable a el de muchos metales y va ² de hasta 105 N/m. Aun cuando los sensores piezoeléctricos son los sistemas electromecánicos que reaccionan encendido compresión, los elementos de detección demuestran la desviación casi cero. Ésta es la razón por la que los sensores piezoeléctricos son tan rugosos, tiene una frecuencia natural extremadamente alta y una linearidad excelente sobre un ancho amplitud gama. Además, la tecnología piezoeléctrica 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 hasta de 1000°C. Demostraciones de Tourmaline pyroelectricity además del efecto piezoeléctrico; ésta es la capacidad de generar una señal eléctrica cuando la temperatura de los cambios cristalinos. Este efecto es también campo común a los materiales piezoceramic.
Principio
Sensibilidad de la tensión [V/µ*] Umbral [µ*] Palmo al cociente del umbral
Piezoeléctrico
5.0
0.00001
100.000.000
Piezoresistive
0.0001
0.0001
2,500,000
Inductivo
0.001
0.0005
2,000,000
Capacitivo
0.005
0.0001
750,000
Una desventaja de sensores piezoeléctricos es que no pueden ser utilizados para las medidas estáticas verdaderas. Una fuerza estática dará lugar a una cantidad fija de cargas en el material piezoeléctrico. Trabajando con electrónica convencional 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 señal que disminuye. Las temperaturas elevadas causan una gota adicional adentro resistencia interna; por lo tanto, en temperaturas más altas, solamente los materiales piezoeléctricos que mantienen una alta resistencia interna pueden ser utilizados. De todos modos, sería una idea falsa que los sensores piezoeléctricos se pueden utilizar solamente
para los procesos muy rápidos o en las condiciones ambiente. De hecho, hay los usos numerosos que demuestran medidas quasiestáticas mientras que hay otros usos que van a las temperaturas lejos más allá de 500°C. Los sensores piezoeléctricos también se ven en naturaleza. Seco hueso es piezoeléctrico, y es pensado por alguno para actuar como sensor biológico de la fuerza. [1][2]
Teoría de operación Dependiendo de cómo se corta un material piezoeléctrico, el modo de operación de tres cañerías puede ser distinguido: transversal, longitudinal, y esquileo.[1] Un diagrama se necesita en este
Efecto transversal
artículo
Una fuerza se aplica a lo largo de un eje neutral (y) y las cargas se
generan a lo largo (x) de la dirección, perpendicular a la línea de la fuerza. La cantidad de carga depende de las dimensiones geométricas del elemento piezoeléctrico respectivo. Cuando dimensiones a, b, C x = d xy Fy b
c apliqúese,
/ 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 piezoeléctrico el corresponder.[3] Efecto longitudinal
La cantidad de carga producida es terminantemente proporcional a la fuerza aplicada y es independiente del tamaño y de la forma del elemento piezoeléctrico. Usando varios elementos que están mecánicamente en serie y eléctricamente adentro paralelo es la única 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 piezoeléctrico para una carga en la x-dirección lanzada por las fuerzas aplicadas a lo largo de la x-dirección (en PC /N). F x es la fuerza aplicada en la xdirección [N] y
n
corresponde al número de elementos apilados. Efecto de esquileo
Una vez más las cargas producidas son terminantemente proporcionales a las fuerzas aplicadas y son independiente del tamaño del elemento y forma. Para
n
los elementos en
paralelo la carga están mecánicamente en serie y eléctricamente C x =
2d xx F x n.
En contraste con los efectos longitudinales y de esquileo, el efecto transversal abre la posibilidad fino-templa sensibilidad en la fuerza aplicada y la dimensión del elemento.
Características eléctricas Un transductor piezoeléctrico tiene C.C. muy alta impedancia de la salida y puede ser modelado como proporcional fuente del voltaje y red del filtro. El voltaje
V en
la fuente es directamente
proporcional a la fuerza, a la presión, o a la tensión aplicada. [2] La señal de salida entonces se relaciona con esta fuerza mecánica como si hubiera pasado a través del circuito equivalente. Un modelo detallado incluye los efectos de la construcción mecánica y de otros non-idealities del sensor.[3] La inductancia
Lm
es debido al sísmico masa y inercia del sensor sí mismo.
proporcional al mecánico elasticidad del sensor.
C 0
C e
es inverso
representa la capacitancia estática del
transductor, resultando de una masa de inercia del tamaño infinito. [3] 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 actúa paralelamente a la resistencia del aislamiento, ambas que aumentan la frecuencia de atajo high-pass. Para el uso como sensor, la región plana del diagrama de la respuesta de frecuencia se utiliza típicamente, entre el atajo high-pass 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. Un modelo simplificado del circuito equivalente se puede utilizar 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.[3][4] Puede también ser modelado como fuente de la carga paralelamente a la capacitancia de la fuente, con la carga directamente proporcional a la fuerza aplicada, como arriba. [2]
Diseño del sensor De acuerdo con varias cantidades físicas de la tecnología piezoeléctrica puede ser medido; el mas comunes son presión y aceleración. Para los sensores de la presión, un fino membrana y se utiliza una base masiva, asegurándose de que una presión aplicada carga específicamente los elementos en una dirección. Para acelerómetros, una masa sísmica se une a los elementos cristalinos. Cuando el acelerómetro experimenta un movimiento, la masa sísmica invariante carga los elementos según la ley del neutonio segundo del movimiento
F = ma.
La diferencia principal en el principio de trabajo entre estos dos casos es la manera que las fuerzas se aplican a los elementos de detección. En un sensor de la presión una membrana fina se utiliza para transferir la fuerza a los elementos, mientras que en acelerómetros las fuerzas 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 señal falsa cuando se exponen a las vibraciones. Los sensores sofisticados
de la presión por lo tanto utilizan elementos de la remuneración de la aceleración además de la presión que detecta elementos. Cuidadosamente emparejando esos elementos, la señal de la aceleración (lanzada del elemento de la remuneración) es restada de la señal combinada de la presión y de la aceleración de derivar la información verdadera de la presión.
Detección de los materiales Dos grupos principales de materiales se utilizan para los sensores piezoeléctricos: materiales de la cerámica piezoeléctrica y del solo cristal. Los materiales de cerámica (por ejemplo PZT de cerámica) tenga una constante/una sensibilidad piezoeléctricas que sea áspero dos órdenes de la magnitud más arriba que los de los materiales del solo cristal y puede ser producido por barato sinterización procesos. El piezoeffect en piezoceramics “se entrena”, tan desafortunadamente su alta sensibilidad degrada en un cierto plazo. La degradación se correlaciona altamente con temperatura. Los materiales cristalinos menos sensibles (fosfato del galio, cuarzo, tourmaline) tenga un mucho más alto - cuando está dirigido cuidadosamente, casi infinito - estabilidad a largo plazo.
Sensores de bioxido de carbono
El sensor de bióxido de circonio (ZrO2) detecta la cantidad de oxigeno dentro de los gases de escape. Esta información se usa para determinar la relación AIRE COMBUSTIBLE. El único sensor de ZrO2 utilizado por Ford en sus sistemas es el EGO (Exhaust Gas Sensor - sensor de oxigeno de los gases de escape). Este sensor esta insertado en el múltiple de escape y detecta la presencia de oxigeno y produce un voltaje variable. Mucho oxigeno " mezcla pobre " Baja salida de voltaje. Poco Oxigeno " mezcla rica " Alta salida de voltaje . Los gases de escape entran a través de una toma de aire en el cuerpo del sensor . Esto 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 negativo. La superficie exterior es un electrodo positivo, el material ZrO2 (bióxido de circonio) atrae a los iones de oxigeno cargados negativamente y se colectan en ambas superficies del dedal.
Cuando hay una baja concentración de oxigeno en el lado del gas de escape del dedal, se genera un alto voltaje entre los dos electrodos. Una alta concentración de oxigeno, en cambio, genera un bajo voltaje. Señal de Alto Voltaje mayor a 0,6 volt " Mezcla rica Señal de bajo voltaje Menor de 0,6 volt " Mezcla pobre
Sensor de oxigeno con el thread anterior del catalizador me di cuenta que va muy de la mano con el sensor de oxigeno, por ello aca les dejo info sobre el sensor SENSOR DE OXIGENO Datos generales Las regulaciones actuales obligan a los fabricantes de automóviles a reducir las emisiones de gases. Es por eso que hoy en día todos los vehículos con motores otto están equipados con un catalizador de tres vías. El catalizador convierte los gases nocivos en sustancias que no dañan 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 envía una señal de referencia a la computadora, el cual determina y controla la mezcla de aire, y combustible a través del controlador de la mezcla. Esta regulación en circuito cerrado garantiza una regulación optima entre el aire y el combustible, simultáneamente, establece la conversión optima de los gases y mejora la conducción del vehículo. •Función La sonda lambda , mide la cantidad de oxigeno en los gases de escape, y funciona de la siguiente manera: El lado exterior de la pieza de dióxido de zirconio se halla en contacto directo con los gases de escape, mientras que el lado interno esta en contacto con el aire. Ambas partes est?án recubiertas con una capa de platino. El oxigeno en forma de iones atraviesa el elemento de la cerámica y carga eléctricamente la capa de platino, el cual pasa a funcionar como un electrodo, la señal especial se trasmite desde el elemento hasta el cable de conexión de la sonda lambda. El elemento de dióxido de zirconio pasa a ser conductor de los iones de oxigeno a una temperatura de aproximadamente 250C a 300C. Cuando la concentración de oxigeno a los dos lados del elemento de dióxido de zirconio es diferente, se genera una tensión debido a las particularidades del elemento. Cuando la relación aireCombustible es pobre, la tensión producida es baja, si la relación es rica, la tensión es alta. El controlador de la mezcla del sistema de motor regula la relación airecombustible. El control del motor obtiene la información necesaria para que la sonda lambda realice esta función . La sonda solo produce una tensión cuando la temperatura operativa supera los 300C, de modo que el elemento tarda un cierto
tiempo desde el encendido del motor hasta que los gases de escape la calienten. Características de las diferentes conexiones eléctricas de la sonda lambda. Existen sondas de mas de un cables, en el caso de las sondas de tres conexiones eléctricas, la masa del elemento del calentador es conducida hacia fuera. En el caso de las sondas de cuatro conexiones eléctricas, las masas de la señal y del elemento calentador se separan. De este modo, se evitan posibles averas que se puedan producir como consecuencia de la corrosi?n y obstrucción en las uniones de la masa. Valores de voltaje. Para que la sonda lambda alcance la temperatura de arranque de aproximadamente 250-300C, el motor y la sonda lambda deben tener la temperatura de funcionamiento adecuada, cuando el motor y la sonda están en la temperatura de servicio, la sonda debe registrar entre 0.1 y 0.9 Volts. El circuito cerrado de regulación se hace visible de la siguiente forma: Si la sonda indica una tensión de 0.1 Volts, quiere decir que hay una mezcla pobre en el tubo de gases de escape. Si la sonda indica una tensi?n de 0.9 Volts, quiere decir que hay una mezcla rica en el múltiple de escape. Mezcla Pobre.?? 0.1 ? 0.45 Volt. Mezcla Rica.? 0.65 ? 1 Volt Vida útil El tiempo de una sonda lambda en buen funcionamiento es de hasta 50.000? Kilómetros.
Efectos de fallas • Exceso consumo de combustible • Difícil arranque • Variaciones en el motor • Luz de aviso encendida • Altas emisiones contaminantes
Causas de falla • Sensor de oxigeno en mal estado • Línea abierta • Mala 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 son semiconductores dependientes de la temperatura. Operan en un rango de -200º C
a + 1000° C. Un
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.
