sensores automoviles

1. SENSORES Y
ACTUADORES
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2. Los sistemas controlados por computador
monitorean continuamente la condición de
operación en los vehículos modernos. A través
de sensores, el computador recibe información
vital sobre un numero de condiciones,
permitiendo que se hagan ajustes menores más
rápidamente y más precisamente que en los
sistemas mecánicos. Los sensores convierten
temperatura, presión, velocidad, posición y otros
datos en señales eléctricas digitales y análogas.
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3. • La señal digital es la más fácil de
entender por parte del
computador, ya que lee la señal
como un 0 o como un 1. La señal
análoga debe ser condicionada o
convertida a digital , para que el
computador la pueda entender
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4. CETa
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5. ENTRADAS SALIDAS
1. Power supply(B+)
2. Main Relay(B+) 1. Injectors
3. IG power 2. Spark timing
4. MAP
3. MTIA motor
5. TPS (MTIA)
6. Motor position sensor 4. A/C clutch relay
(MTIA) E 5. Fuel pump relay
7. Idle switch (MTIA)
6. MIL
8. ECT
9. O2 sensor 7. Cooling fan(HI, LOW)
10. IAT C 8. Canister purge solenoid
11. ACP
9. EGR solenoid
12. VSS (M/T)
13. CKP 10. VGIS
14. CMP M 11. Fuel gage (PWM)
15. Knock sensor
12. Tachometer
16. Fuel level sensor
17. Octane select 13 Coolant Temp gage
18. A/C request signal 14. Serial data (DLC)
19. Power steering S/W
15. CAN (Hi & Lo)
20. Ground
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6. Calculo de la cantidad de Aire – combustible
Sensores que intervienen
RPM se miden con el CKP o CMP
La densidad depende de la Presión y
de la temperatura
La presión se mide con el MAP
La temperatura del aire con el IAT
Estos sensores son los básicos para
el cálculo inicial
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7. Compensaciones
Arranque: Se cambia la relación en 2 punto
enriqueciéndola (12,5 a 1).
Sensor usado: RPM, MAP y IAT
Arranque en frió: Se cambia la relación en 2
punto enriqueciéndola, mas la compensación
por temperatura ( A 20°C es de 7,0 a 1 ), en
total el quedaría a 20°C en 5,0 a 1.
Sensor usado: RPM, MAP, IAT y ECT
Arranque ahogado: Esta condición se da si
tratamos de arrancar el vehículo con el
acelerador presionado y el TPS indica mas
del 80%, entonces la relación aire
combustible se colocara en 20,0 a 1
Sensores utilizados: RPM, MAP, IAT y TPS
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8. Compensaciones
Marcha normal: Lazo abierto
En frió habrá compensación por temperatura
hasta alcanzar los 80°C donde la relación
será 14,7 a 1
Sensores usados: RPM, MAP, IAT y ECT
Lazo cerrado: Si el vehículo cuenta con
cerrado
sensor de oxigeno este empezara a actuar
cuando este caliente alcanzado la relación
14,7 a 1 incluso antes de alcanzar los 80°C
Sensores usados: RPM, MAP, IAT , ECT y O2
Aceleración: Solo cuando hay un incremento
en la aceleración (voltaje del TPS aumenta)
y dependiendo de la velocidad con que se
incremente el voltaje, va a cambiar la
relación aire combustible (Entre 12.5 a 14.7
a 1)
Sensor usado: RPM, MAP, IAT , ECT y TPS
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9. Compensaciones
Potencia: Si mantengo presionado el pedal
del acelerador por encima de un valor
determinado (> al 80%) la relación aire
combustible se mantendrá rica (12.5 a 1)
Sensor usado: RPM, MAP, IAT , TPS y ECT
Corte de combustible: Esta condición se da
cuando el TPS registra un cierre total, pero
las revoluciones en el motor son superiores a
1500 RPM
Sensores usados: RPM y TPS
Desaceleración: Solo cuando hay un
decrecimiento en la aceleración (voltaje del
TPS disminuye). La relación se mantendrá en
16.5 a 1 siempre y cuando el valor del TPS
no llegue al mínimo, o si esto pasara las RPM
deberán estar entre la mínima y 1500.
Sensor usado: RPM, MAP, IAT y TPS
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10. Compensaciones
Corrección por voltaje de batería: Como la
capacidad del campo magnético que actúa
en el inyector depende de la corriente que
circula por la bobina de este, y de esta
capacidad del campo depende la velocidad
con que abre el inyector, un cambio en el
voltaje traerá como consecuencia un cambio
en el amperaje y por tanto en el campo.
Si se incrementa el campo entonces habrá
mas entrega de combustible. Por lo tanto
deberá haber una compensación a los
cambios de voltaje
Sensor usado: RPM, MAP, IAT , TPS, voltaje
y ECT
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11. Compensaciones
Marcha mínima.
Condiciones:
3. Relación aire combustible
4. RPM predeterminadas
Elementos a tener en cuenta:
6. Básicos: RPM, TPS, IAT
7. Complementarios:
• ECT porque las RPM pueden variar dependiendo de la temperatura.
• TPS es el elemento que nos indica si debemos controlar o no la IAC y
el valor de RPM que se van a fijar.
• O2 para mantener la relación aire/combustible en 14.7:1
• VSS determina los pasos de la IAC acorde con la velocidad.
• RPM se requiere un valor mínimo para iniciar control.
• A/C genera carga de motor en marcha mínima y debe ser compensada
aumentando los pasos de la IAC.
• Carga Eléctrica: luces, desempañador trasero, ventilador del
calefactor, otros con alto consumo.
• PSPS para compensar la carga generada por la bomba hidráulica.
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12. Características básicas de los sensores
Procesos de medida Error máximo esperado.
Precisión
Offset Desviación del cero.
Linealidad Desviación respecto de una línea recta en la curva de respuesta.
Sensibilidad Variación de la magnitud de salida al variar la magnitud a medir.
Margen de Rango de variación de la magnitud a medir en el que se asegura una cierta
medida precisión.
Resolución Mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida.
Rapidez de Capacidad del sistema de medida para seguir las variaciones de la magnitud de
respuesta entrada.
Histeresis Las medidas pueden ser diferentes en avance que en retroceso
Repetitividad Error esperado al repetir varias veces la misma medida.
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13. Tipos de sensores
Activos y Activos: Generan una señal eléctrica.
pasivos
Pasivos: Modifican una característica
eléctrica (interruptor, capacidad,
resistencia,etc)
Directos y de Directos: La magnitud de salida se obtiene
accionamiento directamente.
intermedio Con accionamiento intermedio: La
magnitud de entrada se convierte en otra
que es medida directamente.
Analógicos: Devuelven una señal de tipo
Analógicos y continuo.
Digitales
Digitales: Devuelven una señal de tipo
discreto
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14.  Un transductor es un elemento que convierte una
magnitud física en otra.
Ejemplo: Un termómetro de mercurio es un transductor que
da una desplazamiento proporcional a la temperatura.
 Un sensor es un tipo de transductor que convierte la
magnitud a medir en una característica eléctrica.
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15. Sensores de presión
Se puede dividir en 5 áreas básicas
• Presión manométrica
• Presión absoluta
• Presión diferencial
• Nivel de líquido
• Interruptor de presión
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16. Aplicaciones
• Multiple, Barométrica y Refuerzo
• Tanque de combustible
• Presión de aceite
• A/C
• Presión de inflado
• EGR
• Cabina
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17. TECNOLOGIA
• DIAFRAGMA Y POTENCIOMETRO
• TRANSF. LINEAL DIFF. VARIABLE
• ANAEROIDE
• CAPACITOR CERAMICO O SILICIO
• GALGA PIEZOELECTRICA
• CERAMICA O PELICULA PIEZOE.
• CAMBIO DE FASE OPTICO
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18. Sensores de presión
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19. Presión Manométrica
• Generalmente indicado por psig
• Es aquella cuyo cero no se ve afectado
por condiciones atmosféricas
• Es la que utilizamos cuando vamos a
tomar por ejemplo la presión de aceite o la
de la bomba de combustible.
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20. psi In H2O In Hg Kpascal milibar cm H2O mm Hg
psi 1 27,68 2,03 6,89 68,94 70,38 51,71
In H2O 0,03 1 0,07 0,24 2,49 2,54 1,86
In Hg 0,49 13,59 1 3,38 33,86 34,53 25,4
Kpascal 0,14 4,01 0,29 1 10,0 10,19 7,5
milibar 0,014 0,40 0,02 0,1 1 1,01 0,75
cm H2O 0,014 0,39 0,02 0,098 0,98 1 0,73
mm Hg 0,019 0,53 0,03 0,13 1,33 1,35 1
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21. Presión absoluta
Es realizada con El chip de silicón flecta con los
respecto a una cambios de presión, esto determina el
nivel de voltaje de salida
referencia fija
(usualmente vacío),
sellada dentro del
sensor.
La presión absoluta es indicada en
psia
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22. Sensor de presión
Chip silicon
Chip silicon
Cámara de vacío
filtro
Cámara de vacío
Presión de admisión Presión de admisión
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23. El sensor MAP
• El sensor MAP utiliza un perfecto vacío
como presión de referencia. La diferencia
entre la presión de vacío y la presión de
admisión, cambia la señal de voltaje. El
sensor MAP convierte la presión de
admisión en una señal de voltaje.
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24. Sensor MAP
Cuando la presión en el
múltiple incrementa, el voltaje
de salida aumenta
Presión en el múltiple de admisión
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25. Diagnóstico sensor MAP
• El sensor MAP puede originar una variedad de problemas de
manejabilidad, ya que es un sensor importante para determinar la
inyección de combustible y el tiempo de encendido.
• Revisar visualmente los sensores, conexiones y mangueras de
vacío. La manguera de vacío no debe tener grietas, obstrucciones y
conectada al puerto apropiado.
• El sensor necesita un voltaje aproximadamente 5 voltios y el cable
de tierra no debe tener resistencia.
• La calibración del sensor y su desempeño deben ser chequeados
aplicando diferentes presiones y comparándolas con las caídas de
voltaje especificadas.
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26. Sensor de presión barométrica
• El sensor de presión barométrica, algunas veces
llamado un Compensador de altitud (HAC), mide
la presión atmosférica. La presión atmosférica
varía con el clima y con la altitud. A grandes
elevaciones el aire es menos denso, por lo
tanto, hay menos presión. Este sensor opera de
la misma manera que el MAP excepto que mide
presión atmosférica. Se localiza generalmente
dentro del ECM. Si se daña, el módulo completo
debe ser reemplazado.
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27. Sensor de presión de vapor
• El sensor de presión de vapor (VPS) mide la
presión de vapor en el sistema de control de
evaporaciones EVAP. Puede estar localizado en
el tanque de combustible, cerca al canister o en
una posición remota
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28. VPS
La presión dentro de la cámara
de referencia cambia con la
presión atmosférica, esto hace
que la presión de referencia
incremente con un incremento en
la presión atmosférica.
Es extremamente sensible a
cambios en la presión
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29. Sensor piezoeléctrico
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30. Sensor Piezoeléctrico
• Produce un cambio en la corriente
eléctrica cuando una carga es aplicada en
una de las caras de un cristal o una
película piezoeléctrica
• su inherente habilidad para sensar
vibraciones ha sido tenida en cuenta para
diseñar los nuevos sensores
• Se utilizan para sensar presión en A/C
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31. Interruptor por presión
• Es logrado montando un contacto
eléctrico sobre un diafragma de material
flexible, la aplicación de suficiente presión
sobre un lado del diafragma hace que los
contactos se unan y cierren el circuito.
• O también con las técnicas anteriormente
descritas
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32. Sensores de posición
• Pueden ser agrupados en dos categorías
básicas:
• Incrementales o absolutos
• De contacto o proximidad
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33. Sensor de posición
• TECNOLOGIA
- Micro interruptores - Ópticos
- Potenciómetros - Magnéticos
- Efecto Hall - Inductivos
- Magneto resistivo - Magnetostrictivo
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34. Micro interruptores
• La forma mas simple de un sensor de
contacto es un interruptor
• Una característica indeseable de estos es
su tendencia a rebotar
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35. Ópticos
• Codificadores ópticos para detectar la posición
angular, son construidos de un disco con
sectores, opacos y transparentes igualmente
espaciados
• Este disco puede ser construido de vidrio para
aplicaciones de gran precisión
• Película de Mylar y metal ofrecen rangos de alta
y media resolución, respectivamente
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36. Potenciómetros
• Son ampliamente usados como sensores
de posición, tales como posición de
acelerador y posición de pedal.
• La industria del automóvil demanda
sensores de bajo costo.
• Esto ha resultado en el desarrollo de
potenciómetros que tienen un promedio
de vida mayor que la del mismo vehículo
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37. Potenciómetros
• Son usados como divisores de voltaje
• Un voltaje de referencia es aplicado al
elemento resistivo
• Y la caída de tensión es usada como una
medida de la posición absoluta
• Tienen restricción de 355 grados
• Ratiometricidad: es una característica
deseable cuando es usado con CA/D
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38. Potenciómetros
• Están sujetos a errores, de los cuales la
linealidad es el más importante.
• Es la diferencia entre la función de
transferencia actual y la ideal
• Ratiometricidad, linealidad y Offset
pueden ser causador por carga
inapropiada sobre la escobilla del sensor
• El máximo error se encuentra en el centro
del recorrido
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39. Sensores de posición
Magnéticos
• Tienen algunas ventajas sobre otros tipos
de Sensores
• Este tipo de Sensores responde a
cambios en la posición relativa de un
componente en un circuito magnético
• Los componentes están separados por
aire y no sufren a desgaste por fricción
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40. Sensores de posición
Magnéticos
• Se pueden clasificar en
• Reluctancia variable
• Efecto Hall
• Inductivos
• Magnetoresistivos
• Magnetostrictivo
• Otros
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41. Reluctancia variable
• Operan sensando los cambios de
reluctancia en un campo magnético
• En alguna casos el cambio de reluctancia
se causa por cambios en la longitud del
calibre de aire
• El cambio en la reluctancia causa una
variación en el flujo magnético, el cual
induce un voltaje en una bobina de salida
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42. Reluctancia variable
• Son usados para detectar la posición y la
velocidad de una rueda dentada.
• Esta formado por un núcleo magnético
con una bobina enrollada
• La terminación sensora es colocada muy
cerca del diente de la rueda
• El cambio de flujo magnético que ocurre
cuando un diente pasa, induce un voltaje
en la bobina
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43. Reluctancia variable
• Son susceptibles a fuentes de error
• Vibraciones o resonancia producidas por
las fuerzas de atracción entre el sensor y
el objetivo pueden degenerar la señal a
ruido
• Corrientes parásitas pueden ser
generadas por el movimiento de la rueda
dentro del campo magnético del sensor
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44. Reluctancia variable
• Ventajas
• Construcción simple
• Bajo costo
• Amplio rango de temperatura de operación
• Requiere solo dos cables
• Pueden ser usados como sensores de
inductancia variable
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45. CMP
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46. CARACTERISTICAS
• El voltaje generado puede depender de
muchos factores
• La velocidad de rotación
• La proximidad del sensor
• La fuerza del campo magnético
• La característica de un buen sensor, es la
onda seno que incrementa en magnitud
con la velocidad
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47. EFECTO HALL
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48. EFECTO HALL
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49. EFECTO HALL
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50. EFECTO HALL
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51. EFECTO HALL
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52. EFECTO HALL
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53. EFECTO HALL
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54. EFECTO HALL
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55. Sensor de desplazamiento
inductivo
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56. • Consiste de un núcleo en forma de E con
una bobina en la terminal central de la E
• Esta bobina es excitada con corriente
alterna de alta frecuencia
• Un anillo de material conductor (Al, Cu),
se desliza en la terminal central de la E,
permitiendo tener un aislante de aire
• Este anillo se une al componente al cual
se le quiere conocer su posición
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57. Sensor de desplazamiento
inductivo
• Este anillo tiene un efecto de sombra,
evitando que haya un acoplamiento de
flujo entre las terminales del núcleo,
desde esta posición y la terminal central
del núcleo
• Un cambio en la inductancia puede ser
medido en los terminales de excitación de
la bobina
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58. LVDT
• Sensor inductivo de desplazamiento lineal
• Linear variable displacement transformer
• Son fuertes, confiables y capacitados para
trabajar en ambientes hostiles
• Apropiado para aplicaciones automotrices,
incluyendo montajes dentro de cilindros
hidráulicos, en sistemas de control de
suspensión
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59. LVDT
• Esta formado por una bobina primaria montada
centralmente sobre un cilindro
• Dos bobinas secundarias, idénticas son
posicionadas a cada lado de la primaria
• Las bobinas tienen un núcleo común el cual se
puede desplazar libremente dentro del cilindro
• Las bobinas secundarias son conectadas en
serie, con fases opuestas, tal que con el núcleo
posicionado en el centro, el voltaje en el nodo
común sea cero
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60. LVDT
• Con esta conexión, cuando el núcleo es
movido desde un extremo pasando por
cero hasta el otro extremo, la señal de
salida puede variar desde un máximo
valor en fase con la excitación pasando
por cero hasta un máximo valor en contra
fase con la excitación
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61. LVDT
• Están diseñados para dar una respuesta
lineal dentro de alguna tolerancia ± 0,25%
• La distribución de la vueltas del
secundario debe ser arreglada muy
cuidadosamente para maximizar la
linealidad sobre un amplio rango
• El rango de excitación del primario puede
ser desde 20Hz hasta 20KHz
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62. Magnetoresistivo
• Un interesante grupo de sensores utiliza
la propiedad de algunas aleaciones de
FeNi
• Su resistividad es fuertemente afectada
por la presencia de un campo magnético
• Permalloy compuesto de 81%Ni y 19%Fe
• La resistencia disminuye con el
incremento del campo magnético
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63. Magnetoresistivo
• La relación entre campo magnético y
resistividad no es lineal
• Son sensores de alta sensibilidad
• Pero son muy sensibles a interferencias
por otros campos no deseados
• Por lo cual son inadecuados para algunas
aplicaciones
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64. Magnetostrictivo
• Es una propiedad de los materiales que responde a un
cambio de flujo magnético, desarrollando una
deformación elástica de su estructura cristalina
• El sensor envía una onda usando un medio
electromagnético, usualmente un pulso de corriente
• La onda pasa a un anillo magnético móvil distante del
anillo receptor
• La onda viaja aprox. a 2800m/s generando un cambio de
flujo magnético, induciendo un pulso de voltaje en la
bobina sensora
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65. Sensor de flujo
• La medición del flujo de aire es importante
para optimizar el desempeño de muchos
puntos claves de control de subsistemas
del motor
• estos reemplazan la medición indirecta
de la masa de aire, mejorando el
desempeño, manejabilidad y economía
• el ECM necesita conocer el volumen de
aire para saber la carga sobre el motor
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66. Sensor de flujo
• Esto es necesario para saber:
• cuanto combustible ha de ser inyectado
• avance de encendido
• momento de realizar el cambio en la
transmisión
se encuentra ubicado entre el filtro de aire
y el cuerpo de aceleración
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67. Clasificacion
• Se pueden clasificar en:
• Aditivos o extractores de energía
• Medidores de masa o volumen de flujo
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68. Aditivos
• El paso de un fluido posee energía, tanto
potencial como cinética
• Un sistema de medición extrae energía
del fluido
• De otra forma, energía puede ser
adicionada al flujo y observar su efecto
• La energía adicionada no debe ser
intrusiva, tal que el acto de medir no
afecte el proceso
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69. Masa o Volumen
• La presión y la temperatura del aire deben
ser medidos para calcular la masa de un
volumen medido.
• ma = Va ρ
• Donde: ρ = densidad del aire
Va = rata de flujo volumétrico
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70. • La densidad es calculada así:
• ρ = P/(ZRaTa)
• Donde: P = presión del aire
Z = factor de compresibilidad
Ra = constante del gas para el aire
Ta = temperatura del aire
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71. Tecnología
• Cortina
• Térmico
• Presión diferencial
• Turbina
• vortice
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72. Cortina
deslizante potenciómetro
resorte Plato de compensación
Cuerpo
aceleración
IAT
Ajuste de ralenti
Filtro de aire Passaje bypass
Plato de medición
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73. Cortina
• Consiste de una cortina la cual esta
localizada en el ducto del flujo y es
retenida por un resorte, para bloquear el
paso del aire
• La deflexión de la cortina es proporcional
al flujo
• La deflexión es leída por un potenciómetro
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74. Cortina
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75. Cortina
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76. Cortina
• Problemas;
• Generalmente presenta una reducción de
la eficiencia volumétrica
• Fue utilizado en los primeros sistemas de
control, ahora ha sido reemplazado por
otras tecnologías que ofrecen menor
caída de presión
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77. TERMICO
• Dependiendo del diseño, provee un
medición directa del flujo de aire muy
acertada que simplifica las estrategias de
control del motor
• Existe una gran variedad de diseños
desde el de hilo caliente hasta esquemas
mas complejos
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78. Hilo Caliente
• La idea básica es calentar un hilo muy
fino, entonces el aire que pasa por este
remueve calor por conveccion.
• La cantidad de calor removido puede ser
medido con un circuito electrónico y es
proporcional a la rata de masa de flujo de
aire
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79. MAF
• Los principales componentes del MAF
son:
• Termistor
• Alambre de platino
• Circuito de control electrónico
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80. • El termistor mide la temperatura del aire que
entra
• El hilo caliente es mantenido a una temperatura
constante en relación con el termistor por medio
de un circuito de control
• Un incremento en el flujo de aire produce una
perdida de calor, al pasar aire por el hilo caliente
este pierde calor rápidamente, el circuito
electrónico trata de compensar esto enviando
mayor cantidad de corriente al alambre
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81. • El circuito de control electrónico
simultáneamente mide la corriente y envía una
señal de voltaje proporcional al flujo de corriente
• uno de los problemas con estos sensores es
que pequeñas partículas de polvo pasan a
través del filtro aire adhiriéndose al hilo
perdiendo eficiencia, en WOT, la velocidad de
las partículas puede romper el hilo
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82. • Algunos sistemas incorporan un canal de
desviación o implementan un ciclo de
quemado en el momento de inicio.
• Otros sistemas utilizan un alambre de
platino recubierto en vidrio para aislarlo de
las partículas de polvo
• Otros utilizan una malla para direccionar
el flujo
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83. FUNCION DE TRANSFERENCIA
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84. PRESION DIFERENCIAL
• Una manera simple de medir el flujo volumétrico
es colocando una obstrucción en el canal de
flujo y medir la presión diferencial
• El flujo es proporcional a la raíz cuadrada de la
presión diferencial
• Para aplicaciones automotrices es
supremamente costoso
• Un gran ventaja es su resistencia a la
contaminación
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85. TURBINA
• Una turbina instalada en el canal del flujo
ofrece baja resistencia a este, midiendo la
velocidad de rotación se puede medir el
flujo.
• Es muy susceptible al desgaste
• Se utiliza para medir el flujo de
combustible
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86. Vortex
• Oscilaciones pueden ser inducidas en un
fluido, colocando una obstrucción en el
camino del fluido.
• Las oscilación puede ser medida
térmicamente, por cambios de presión o
por ultrasonido.
• No trabajan bien en flujos bajos, debido a
la inestabilidad del mecanismo
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87. Vortex
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88. Temperatura, Calor, Humedad
• Teniendo en cuenta los efectos de la
temperatura en el desempeño y fiabilidad
de los componentes del automóvil, son
muy importantes los componentes que
están encargados de medir y controlar la
temperatura en el automóvil
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89. Conducción, Convección y
Radicación
• La energía calórica es transferida con sus
correspondientes cambios de
temperatura.
• Conducción ocurre por difusión a través
de materiales sólidos o en líquidos y
gases estacionarios
• Convección envuelve el movimiento de un
liquido o gas entre dos puntos
• La radiación ocurre por medio de ondas
electromagnéticas
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90. Fuentes de calor
• Además del aumento de temperatura que
puede ser generada por la luz solar sobre
el metal y vidrio que forman la carrocería
del vehículo, existen una gran variedad de
generadores de calor, pero la principal
fuente es el motor de combustión, el cual
puede llegar a temperaturas superiores a
los 1000 ˚C en la cámara de combustión
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91. Sensores de temperatura
• Adicionalmente a los rangos de temperatura a
medir se deben tomar en consideración otros
factores de selección, tales como linealidad,
tiempo de respuesta, presentación, confiabilidad
y costos.
• Los sensores pueden ser tan simples como un
termómetro de mercurio o tan complejos como
sensores infrarrojos usados en visión nocturna
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92. Sensores de temperatura
Técnica Rango de temperatura`
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93. Sensores de temperatura
Termómetros resistivos PRT (Platinum Resistence Thermometer)
NTC (Negative Temperature Coefficient)
Termistores
PTC (Positive Temperature Coefficient)
Termopares Se basan en el efecto Seebeck
Semiconductores Económicos
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94. Termómetros resistivos
PRT (Platinum Resistence Thermometer)
Se basan en la variación de resistencia con la temperatura
Margen de medida -200°C hasta 850°C
Tienen problemas de sensibilidad
Son muy precisas
Son costosos
Características
Tienen buena linealidad, fáciles de calibrar
Alto margen de medida
Bajas derivas
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95. RTDs
• Un Detector Resistivo de Temperatura,
fabricado de platino, es el sensor de mayor
precisión
• Una corriente constante es aplicada al RTD para
obtener un voltaje de salida, sobre un rango de
-200˚C a 850˚C
• la linealidad puede estar dentro del 3.6%
• Ni, Ni-Fe, Cu, Al
• Delgadas películas pueden ser aplicadas a
sustratos de cerámica o Silicio
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96. Termistores
• Es una clase especial de resistencia
sensible a la temperatura, basado en un
tipo de material semiconductor que exhibe
un amplio rango de coeficiente de
temperatura
• La resistividad depende del material del
que esta construido el termistor
• Se puede tener NTC y PTC
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97. Termistores
Tienen coeficientes más altos, aunque con peor linealidad
NTC (Negative temperature coefficient) PTC (Positive temperature coefficient)
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98. Termistores
• Como se puede observar, su respuesta es
no lineal, pero esto puede ser soportado
en muchas aplicaciones automotrices o
corregidas por un circuito.
• Por ejemplo la resistencia del termistor se
hace coincidir con el punto de operación
normal del medidor
• El rango va desde -250˚C hasta 650˚C
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99. Termopares
• Se usan con frecuencia en la fase de
desarrollo del vehículo por su bajo costo
• Tienen un amplio rango de medición de
temperaturas que son posibles desde una
simple termocupla de Hierro-Constantan,
fácilmente extiende el rango con otros
materiales.
• Formas pequeñas
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100. Termopares o Termocuplas
Se basan en el efecto “Seebeck”:
“Si dos metales distintos se unen por los puntos a diferentes
temperaturas, se produce una circulación de corriente eléctrica”
Si se abre el circuito por uno de los metales, se tendrá una tensión
proporcional a la diferencia de temperaturas (potencial termoeléctrico)
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101. Bimetálico
• El interruptor bimetálico utiliza dos tiras de
metal con diferentes coeficientes de
expansión lineal, que se encuentran
soldados juntos
• El punto de interrupción puede ser
establecido por una calibración inicial que
indica que una temperatura crítica ha sido
alcanzada y da una entrada a una unidad
de control o una lampara
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102. Bimetálico
• El uso de interruptores no requiere
conversión A/D en sistemas de control
con microcontroladores
• Provee información limitada del sistema
• Los primeros sistemas usaron bimetálico
en la carcaza del filtro de aire para indicar
temperaturas inferiores a 13˚C
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103. Potenciómetro
• Un actuador bimetálico puede ser
combinado con un potenciómetro de alta
resolución
• El movimiento lineal de una pila bimetálica
es transmitida por tubo de acero y medida
como una distancia, dando una indicación
lineal de temperaturas hasta de 650˚C
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104. Semiconductores
• Muchos parámetros de los
semiconductores varían linealmente sobre
el rango de temperatura de operación
• El más común factor de referencia es la
relación Temperatura vs. VBE
• Un sensor que utiliza este efecto tiene una
salida nominal de 730mv a -40˚C y de
300mv a 150˚C
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105. Semiconductores
En un diodo, con una corriente fija, la tensión entre los terminales varía
2mV/°C aproximadamente.
Son baratos y fáciles de usar
Características
Tienen un margen de medida bajo (-50°
150°C
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106. Semiconductores
• La precisión esta entre ±3mv
• Una corriente constante (colector) de 0,1
mA, pasa a través del dispositivo para
minimizar el efecto de auto calentamiento
de la unión
• El coeficiente de un diodo es de
1,9mV/˚C, diodos en serie aumentan la
salida
• El tiempo de respuesta de un diodo es
menor de 100μs
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107. Termostato
• Sensor mecánico de temperatura
• El método mas antiguo de regulación de
temperatura usado en los vehículos y
usado aun es el termostato
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108. Fibra Óptica
• Sensores de alta temperatura, capaces de medir
hasta 1800˚C
• Tiempo de respuesta del orden de 500ms
• La precisión esta dentro del ±0,5%
• Sensor de no contacto
• Diámetro de salida de 0,5 a 1mm
• Soporta hasta 4000˚C
• Se ha utilizado para detectar detonación y
estudiar el frente de llama
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109. Indicadores de Temp.
• Materiales diseñados con puntos de
fusión que pueden ser calibrados a ±1˚C
• Cuando la temperatura del dispositivo se
excede, ocurre un cambio de fase y el
material cambia de color
• El material esta disponible en pintura,
parches, barras de aplicación
• En rangos desde 38˚C hasta 1371˚C
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110. Infrarrojo
• La emisión de los cuerpos negros es la
base de la termometría IR
• Objetos a temp. superiores a -273˚C
emiten energia radiante la cual es
proporcional a la cuarta potencia de su
temperatura
• Un sensor IR consiste de una colección
de lentes o fibra óptica, filtro espectral y
un detector
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111. Infrarrojo
• La característica primaria, es el campo de
visión, el cual permite un objetivo
especifico a una distancia prescrita
• Sensores IR usan las variaciones de
temperatura para producir una imagen
monocromática en sistemas de visión
nocturna
• Identifican potenciales puntos de falla
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112. Humedad
• Sensores de humedad son ampliamente
usados durante la fase desarrollo
• El desempeño del motor puede ser
afectado por la humedad
• El sistema HVAC puede ser muy
beneficiado con esta medición
• No son utilizados en los vehículos
producidos en la actualidad
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113. Humedad
• La técnica mas conocida es la lectura de
termómetro de bulbo seco y húmedo
interpretada por el cuadro sicrométrico
• Tres técnicas tienen potencial aplicación
en el futuro
• Capacitiva
• Resistiva
• Oxido de Silicio poroso
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114. Capacitivo
• La constante dieléctrica de delgadas
películas de polímero cambian
linealmente con los cambios en la
humedad relativa en la atmósfera
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115. Resistivo
• En una película gruesa de polímero, hay
movimiento de iones con la variación de la
HR, resultando en un cambio de la
resistividad
• Un diodo compensador de temperatura es
usado para mejorar la precisión
• Con una excitación de AC a 1 kHz, un
cambio de 10 a 100% de HR produce una
variación de 2*107 a 2*103 Ώ
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116. Oxido de silicio
• Un sensor de tipo capacitivo ha sido
desarrollado utilizando OPS, como un
dieléctrico absorbente de humedad, entre
los electrodos de un capacitor
• Un proceso de electrolisis ha sido usado
para crear una delgada capa porosa
sobre la parte superior de una galleta de
silicio
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117. Oxido de silicio
• El silicio es oxidado por medio de un
proceso a alta temperatura en presencia
de oxigeno o de vapor
• Electrodos metálicos son depositados en
ambas caras del OPS para completar la
estructura capacitiva
• Cuando el vapor de agua contacta al
sensor, este permea a través de la
estructura porosa entre los electrodos.
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118. Oxido de silicio
• La respuesta de un sensor típico,
incrementa 800% cuando es expuesto a
un cambio de HR entre 1 y 40%
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119. Sensor G
• Los sensores de aceleración varían
ampliamente en su fabricación y
operación
• Los hay mecanicos
• Piezoelectricos
• Piezoresistivos
• Capacitivos
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120. Mecánicos
• El interruptor mecánico es un dispositivo
que contiene
un resorte
una esfera metálica
y un contacto eléctrico en un tubo
tienen altas tolerancias de maquinado y
dan amplia variación en el punto de
disparo
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121. Mecánicos
aceleración
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122. Piezoeléctrico
Masa sísmica
Elemento salida
piezoeléctrico
soporte
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123. Piezoeléctrico
• Son efectivos en algunas aplicaciones, pero no
son capaces de sensar 0 o bajas frecuencias
de aceleración, menores de 5Hz y tienen efecto
piro eléctrico.
• Tienen una alta ganancia, bajo amortiguamiento
y muy alta impedancia de salida, la gran ventaja
es su amplio rango de temperatura (300˚C) y
alta frecuencia de operacion (100Hz)
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124. Capacitivo
• Tiene grandes ventajas con respecto a
otros métodos
• Fácil implementación de auto prueba
• Insensible a la temperatura
• Tamaño reducido (500μ x 500μ )
• Opera a bajas frecuencias
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125. Capacitivo
• Se puede aplicar voltaje a sus placas para
producir cargas electrostáticas y
balancear el sistema en aceleración
• Espacio entre las placas de 2μ
• Respuesta lineal
• Buen amortiguamiento
• micromaquinados
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126. Aplicación
• Como sensor de impacto en Air Bag
• Suspensión inteligente
• ABS
• Control de tracción
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127. Air Bag
• Los interruptores mecánicos se deben
localizar a ±40 cm del punto de impacto
• Por lo cual se deben usar múltiples
sensores (de 3 a 5)
• Los sensores únicos localizados
centralmente pueden ser PzE, PzR o
Capacitivos
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128. Air Bag
• A 48 KPH, el sensor tiene 20ms para
detectar un impacto y disparar la bolsa de
aire
• Esto resulta en una activación de la bolsa
50ms después del impacto
• En este tiempo el ocupante se ha
desplazado Aprx. 18 cm
• Durante los 20ms iniciales se puede llegar
a 20g pero el promedio es 5g
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129. Air Bag
• Los sensores centrales tienen ventajas
sobre su contraparte mecánica
• Menos sensores, por lo cual menor costo
• Mejoramiento en sensado y precisión en
el procesamiento de la señal
• Mejor punto de disparo en diferentes tipos
de chasis
• Puede ser usado como bloqueo de
cinturon
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130. Suspensión inteligente
• Se puede tener suspensión activa,
semiactiva y adaptativa
• Los resortes son remplazados por
estaciones de rueda, las cuales están
formadas por cilindros llenos de aceite,
con un pistón que mantiene la distancia
del chasis sobre los ejes
• Detecta los incrementos de carga
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131. Suspensión inteligente
• La adaptativa es una alternativa de la
anterior
• La información de las ruedas delanteras
es utilizada para predecir las condiciones
del terreno y controlar la suspensión
trasera
• Usa menos sensores que la activa
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132. Suspensión inteligente
• Utiliza los siguientes sensores
• Acelerómetros (2g)
• Sensor de velocidad de rueda
• Distancia de chasis a tierra
• Recorrido de pistón
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133. Detonación
• 2khz a 17khz
• La ubicación depende de cada diseño de
motor
• Los primeros usados fueron jerk
• Tienen muchos componentes para ser
economicos
• pasoaltos
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134. Detonación
• Piezoeléctricos
• El cristal seleccionado es el cuarzo
• La señal se puede contaminar fácilmente
• Piezocerámico
• Plomo – Zirconio – Titanio
• Cuando se encuentran en temperatura de
fusión, se hacer pasar una corriente a
través de los electrodos, y se polarizan
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135. Detonación
• Silicio
• No es un piezoeléctrico, pero con micro
maquinado se puede fabricar un
acelerómetro
• Reemplaza a los piezoceramicos, todo es
cuestión de costos
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136. ION sensor
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137. ION sensor
CETa
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138. ION sensor
CETa
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139. ION sensor
CETa
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140. ION sensor
CETa
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141. ION sensor
CETa
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142. ION sensor
CETa
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143. • Hidrofono
• Como las ondas de la detonación se
trasmiten a todas las partes de motor,
entonces se instalaron micrófonos en el
refrigerante, usando esto como sensor de
detonación.
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144. Gas de escape
• Los productos de una combustión
completa son sustancias no toxicas, como
dióxido de carbono y agua
• Los requerimientos teóricos de aire son de
aproximadamente 10m3 por litro de
combustible
• λ = AF/14.7
• λ< 1 exceso de combustible
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145. ZrO2
• Un elemento cerámico consistente de
ZrO2 y oxido de yitrium es empleado como
un electrolito sólido impermeable a gas
• Esta mezcla de óxidos son más o menos
perfectos conductores de iones de
oxigeno sobre un amplio rango de
temperaturas
• sensor
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146. Semiconductor
• TiO2 y SrTiO3 adquieren un rápido
equilibrio a temperaturas relativamente
bajas
• Al cambiar las concentraciones de
oxigeno, cambia la conductividad
• La resistencia eléctrica y el tiempo de
respuesta son inversamente a la
temperatura
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147. Principio de operación
• Un voltaje es aplicado a la resistencia RT
TiO2, instalada en serie con otra de
referencia
• La caída de tensión sobre la serie
depende de RT, respectivamente λ
• En versiones de tres terminales el voltaje
es tomado del calentador
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148. Factores que afectan
• Debido a la capa porosa protectora
alrededor del electrodo, que se puede
saturar, la curva del sensor se puede
desplazar hacia el rango de pobreza
• Este desplazamiento se pude deber a
depósitos de aceite y SiO2, los cuales
taponan parcialmente los poros de la capa
protectora y reducen la temperatura del
sensor
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149. Factores que afectan
• Fracturas de la capa protectora disminuyen el
tiempo de respuesta del sensor llevando su
curva característica hacia riqueza
• La desactivación del electrodo debido a
contaminación con plomo, puede producir una
respuesta muy plana
• Un efecto similar se presenta cuando la
referencia atmosférica se contamina con agua o
gases
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150. Factores que afectan
• Tensión mecánica producida por vibración
por la pulsación de los gases, golpes de
piedras y tensión del cable
• El cable del sensor debe estar sellado
para prevenir penetración de agua en su
interior, causando distorsión de la
referencia, al mismo tiempo este sello
debe ser flexible.
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151. Sensores de luz
Los Sensores que miden la intensidad de la luz se pueden clasificar en
dos tipos:
•Los que generan electricidad al recibir iluminación.
•Los que cambian alguna de sus propiedades al ser iluminados.
Fotovoltaicos
Opto interruptor reflexivo
Opto interruptores
Opto interruptor ranurado
Fotodiodo
Fotoconductores
LDR (Light dependent resistor)
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152. Fotovoltaicos
Al incidir luz sobre una unión PN
se genera una tensión eléctrica
que es función de la intensidad
de la radiación (principio de
celdas solares)
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153. Opto interruptores
Dispositivo para medir otras magnitudes (longitudes, ángulos, etc) o para
detectar la presencia o ausencia de un objeto
Consiste en un sensor de luz (fototransistor) y una fuente de luz (LED)
Reflexivo Ranurado
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154. Fotoconductores
Al incidir luz sobre ellos , cambian sus propiedades de conducción
eléctrica
Al incidir la luz sobre él, se producirá una circulación de
corriente que es proporcional a la intensidad de la luz.
Fotodiodo Su sensibilidad es baja. Se utilizan los fototransmisores
para incrementarla.
Velocidad de respuesta alta (1μs o menos)
Dispositivo resistivo que disminuye el valor de su
resistencia al incrementar la luz.
Se hacen con sulfuro de cadmio (SCd)
LDR
Velocidad de respuesta baja (10 ms)
Longitudes de onda entre 380 nm y 750 nm
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155. Sensores de fuerza
Galga extensiométrica: Miden deformaciones variando su resistencia
Dispositivos piezoeléctricos: Se usan para medir fuerzas. Se
caracterizan por generar una salida eléctrica al someterlos a un esfuerzo
mecánico
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156. Sensores de desplazamiento
Potenciómetros : Producen una señal eléctrica proporcional a su
posición
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157. Sensores de velocidad
Inductivos : La inductancia de una bobina se ve afectada por la
presencia de un material ferromagnético.
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158. Generadores de voltaje
• Piezo eléctricos
• Dióxido de zirconio
• Inductancia magnética
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159. Resistivos
e tr os
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zo re
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160. Interruptores
Fototransistores y LEDs
Sensores de velocidad
Sensores G
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161. Actuadores
• MOTORES PASO A PASO
• MOTORES D.C.
• SOLENOIDES
• RELES
• BIMETALICOS
• PIEZOACTUADORES
• ELECTROSTATICOS
• ELECTROELOHICAL (particulas, viscosidad)
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162. Señal Análoga
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163. Señal Digital
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164. LEDs y Fototransistores
• Un fototransistor es un transistor que se activa con luz. Cuando se
combina con un LED y entre ellos se coloca una rueda ranurada en
un sensor de velocidad, un fototransistor puede proveer datos al
computador acerca de la velocidad del vehículo.
• En este tipo de sensor el LED es apuntado al fototransistor. Cuando
la rueda ranurada es girada por el cable del velocímetro, rompe el
haz de luz.
• El ECU suministra un voltaje de referencia al colector del
fototransistor y el emisor es conectado a tierra. Cada vez que la luz
actúa sobre el fototransistor se activa, como si fuese un interruptor
de palanca. Cada vez que el fototransistor es encendido, la línea
desde el ECU es puesta a tierra y el voltaje se cae a 0 voltios. El
ECU puede contar estos pulsos y calcular la velocidad del vehículo.
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165. FOTOTRANSISTOR
Rueda ranurada
Cable de velocimetro
led
fotoacoplador
fototransistor
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166. FOTOTRANSISTORES
• Este tipo de sensor se usa también como un
sensor G o de desaceleración en vehículos con
ABS. Este sensor tiene dos LEDs apuntados a
dos fototransistores que están separados por
una placa ranurada sobre un eje de oscilación.
Cuando el vehículo se desacelera, la placa
pivota sobre el eje y las ranuras alinean, uno u
otro o ambos LEDs y fototransistores
dependiendo de la desaceleración. Estas
señales son enviadas al computador para
determinar el nivel de desaceleración para una
correcta operación del ABS
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167. Procesos de medida
 En un proceso puede haber errores: diferencias entre el resultado obtenido y el
valor real.
 La linealidad refleja si hay o no una relación lineal entre el valor real y el medido.
La no linealidad es difícil de corregir, y por tanto es un parámetro importante.
 El offset o desviación cero refleja el valor medido cuando el sensor debería
volver a cero. Genera un error pero es más fácil de corregir
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168. LVDT
• Uno de los primeros sensores utilizados para los
sistemas de control
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169. Sensor capacitivo de silicio
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170. Piezoresistivo
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171. Interruptores de láminas
• Son habitualmente usados como sensores de posición o
velocidad. Consisten de un conjunto de contactos que
abren, adyacente a un imán. En la aplicación del sensor
de velocidad, el magneto es unido a un cable de
velocímetro y gira con el cable. Cada vez que uno de los
polos pasa, el contacto del interruptor abre o cierra. Un
voltaje es suministrado a un contacto del interruptor y el
otro contacto es puesto a tierra. Cada vez que el
interruptor se cierra, el voltaje es aterrizado a 0 voltios,
como el sensor de velocidad de fototransistor.
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172. REED SWITCH
CETa
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173. Piezoelectrico
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174. Piezoelectrico
CETa
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175. CETa
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176. Filtro de
aire
De
De
Aire
Flujo
Sensor
Cuerpo de
aceleración
Camara de
aire
Sensor MAF
Multiple
de
admision
cilindros
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177. El actuador
• Es un mecanismo electromecánico tal
como un relé, solenoide o un motor.
• Un actuador puede ajustar la velocidad de
ralentí del motor, cambiar la altura de la
suspensión o regular la entrada de
combustible al motor.
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