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Sensores en el automóvil

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Sensores de posición (recorrido/posición ángular)

Descripción general
Los sensores de posición sirven para detectar recorridos y posiciones ángulares y son los sensores mas utilizados en los vehículos motorizados. Desde hace tiempo se investiga para sustituir los sensores con contacto (cursor) por otros "sin contacto", que no esten sometidos a desgastes y por tanto ofrezcan una duración mas larga y una mayor fiabilidad, pero esto es en teoria, en la realidad todavia se siguen usando sensores de cursor por motivos economicos y por que estos cumplen aun bien su tarea en diferentes puntos del automóvil.

A continuación tenemos unas tabla donde se enumeran los puntos del automovil donde se utilizan los sensores de posición, asi como las magnitudes aproximadas de medición.

Magnitud de medición Valor del campo de medición
Posición de la mariposa de un motor de gasolina
90º
Posición del pedal del acelerador/freno
30º
Recorrido y posición de la varilla de regulación
de una bomba de inyección diesel en linea
21 mm
Posición ángular del mecanismo de control del
caudal de una bomba rotativa inyección Diesel
60º
Nivel de llenado del depósito de combustible
20 ......50 cm
Carrera del actuador del embrague
50 mm
Distancia vehiculo - vehículo o vehículo - obstaculo
150 m
Angulo de la dirección (volante)
± 2 x 360 º (± 2 vueltas)
Angulo respecto a sentido de marcha
360º
Angulo de inclinación
15º
Desplazamiento de plato sonda (caudal)
30 .......90º
Recorrido de compresión de los elementos
de suspensión
25 cm

 

Principios de medición
Para medir recorridos o posiciones angulares podemos utilizar sensores que utilicen sistemas basados en diferentes principios de medición como son:

Sensores de potenciómetro
El potenciómetro de cursor utiliza como principio de medición la equivalencia existente entre la longitud de una resistencia alambrica (en forma de cable o hilo) o de capa (en forma de pista) y su valor óhmico. Actualmente es el sensor de posición mas economico.
Para evitar sobrecargas, generalmente esta aplicada la tensión a la pista de medición a través de pequeñas resistencias en serie Rv (también para el calibrado del punto "cero" y el ajuste de la elevación). La forma dada al contorno de la pista de medición influye en el trazado de la curva característica. La conexión del cursor se efectua generalmente a través de la segunda pista de contacto de igual superficie, que tiene debajo una capa de material conductor de bajo ohmiaje.

Un bajo amperaje de la corriente de salida (IA<1 mA) y un encapsulado a prueba de polvo contribuyen a reducir el desgaste y el falseamiento de los valores medidos. Un par de fricción óptimo formado por el cursor y la pista de cotacto constituye tambien una condición previa para un desgaste reducido; el cursor puede tener entonces la forma de una "cuchara" o de un "rascador" y disponer de una sola o de varias ramas, teniendo incluso la forma de una "escoba".

Las ventajas de estos sensores son:

Desventajas:

Ejemplos de sensores de potenciómetro:

Sensores inductivos
De todos los principios de medición de posición sin contactos, los sensores inductivos son particularmente insensibles a las perturbaciones y muy robustos. Las disposiciones de bobinas necesarias para esos sensores requieren sin embargo mucho mas espacio en comparación con los sensores micromecánicos, no facilitando por ejemplo. la realización de un montaje redundante (medición paralela). Ademas la conexión que requieren las bobinas constituye un factor poco favorable respecto a los costes y a la fiabilidad.
Dentro de los sensores inductivos tenemos los "sensores de anillo de cortocircuito". Estan formados por una bobina (1) con nucleo de material magnético dulce (2), generalmente chapeado, en forma de U o de E derecha o curvada. La placa móvil (3) es la que llamamos "anillo de cortocircuito" de material conductor como el cobre o aluminio, que puede desplazarse sobre uno o sobre todos los brazos del núcleo. Este tipo de sensor tiene un valor de inductancia alto y puede funcionar a bajas frecuencias (5 ... 50 kHz según el material y la forma). No es imprescible que se utilicen circuitos electronicos de adaptacion de la señal en el mismo sensor.

Ejemplos de sensores de anillo de cortocircuito

Sensores magnetostáticos
Estos sensores sirven para medir un campo magnetico de corriente continua. Al contrario de los sensores inductivos son mucho mas apropiados para la miniaturización y se pueden fabricar economicamente con los medios de la tecnología de los microsistemas. Dentro de estos sensores los mas extendidos son los galvanomagnéticos (efecto Hall, principalmente).
Los sensores de "efecto Hall" basan su funcionamiento en hacer pasar una corriente eléctrica a través de una una placa Hall (M), en el sentido representado por Iv y a su vez se le somete a la acción de un campo magnético (B) cuyo flujo tenga sentido perpendicular a la corriente eléctrica, cuando se hace variar el flujo magnético aparece una tensión (UH) entre las placas de contacto (D1 y D2). Este efecto es particularmente acusado cuando la placa (M) sometida a la corriente eléctrica y la acción del campo magnético es de un material semiconductor.

Tanto las superficies conductoras situadas en los extremos (D1 y D2), como la placa de semicondutor, permanecen fijos sin someterse a movimiento alguno. El campo magnético (B) es creado por unos imanes permanentes, situados lateralmente sobre la capa de semiconductor. Puede cortarse este campo magnético mediante una pantalla apropiada, de manera que en alguno momentos la placa de semiconductor no este sometida a él. La corriente Iv se mantiene constante por medio de una fuente de alimentación que se conecta a ambos laterales de la placa semiconductora.

Principio Hall diferencial
Aparte de los sensores Hall sencillos se aplican también elementos Hall diferenciales, Estos constan de dos elementos Hall desfasados entre si. Estos suministran una señal de salida que es proporcional a la diferencia de la densidad de flujo entre los dos lugares de medición. Las ventajas de la evaluación diferencial son un amplio margen de los entrehierros y una buena compensación de temperaturas. Los inconvenientes consisten en la dependencia de la posición de montaje y en la necesidad de una rueda transmisora de dos pistas para generar una señal en ambos elementos Hall.

 

Sensores de propagación de ondas
Para la medición de distancias en el automóvil se pueden utilizar diferentes metodos:

Sensores acusticos (ultrasonicos)
Parecido al procedimiento de ecosondeo, los sensores emiten impulsos ultrasonicos de una frecuencia de aprox, 40 kHz y detectan el tiempo que tardan en llegar los impulsos de eco reflejados por obstaculos. La distancia que hay hasta el obstaculo mas cercano se calcula a partir del tiempo de propagación del primer impulso de eco llegado y de la velocidad del sonido en el aire de aprox, 340 m/s.

Sensores electromagnéticos
En su funcionamiento los sensores electromagnéticos (radar) imiten paquetes de ondas milimetricas, que son reflejadas por las superficies de metal o material de alta dielectricidad y son detectados de nuevo por el módulo receptor del radar. La duración y/o frecuencia de las señales recibidas es comparada con la de las señales emitidas. A fin de que la comparación pueda ser utilizada para las interpretaciones deseadas, el paquete de ondas que ha de ser emitido es conformado en función del transcurso frecuencia-tiempo (modulación). Los modos mas conocidos son la modulación de impulsos, en la que se forman impulsos de una dimensión de 10 .... 30 ns, y la modulación de frecuencia, que en el momento de la emisión varia la frecuencia (momentanea) de las ondas en función del tiempo.
La señal recibida ha de ser demodulada para que pueda suministrar la información deseada. Si se trata de una señal de modulación de impulsos, se mide el tiempo transcurrido entre la emisión y la recepción. La distancia puede ser determinada a partir de esta diferencia de tiempo y en relación con la velocidad de la luz (300.000 km/s).
Si se trata de una modulación de frecuencia, la variación de la frecuencia tiene lugar durante la emisión.

 

 

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