Sensores: Capturando la Información del Vehículo

Definición de Sensor

Los sensores son componentes capaces de convertir cualquier magnitud física, química o biológica en una señal eléctrica.

Función Principal de un Sensor

Son los elementos encargados de obtener la información necesaria para que las Unidades de Control Electrónico (UCE) puedan realizar los cálculos que permitan gobernar a los actuadores.

Clasificación de Sensores por Principio de Funcionamiento

Sensores Termoeléctricos (Sensores de Temperatura)

• Sensor PTC
• Sensor NTC
• Bimetal

Sensores Electromagnéticos

• Sensor Inductivo
• Sensor Hall
• Sensor Reed

Sensores de Presión

• Sensor Piezorresistivo
• Sensor Piezoeléctrico

Sensores Fotoeléctricos

Sensores por Ultrasonidos y Radiofrecuencia

Sensores Capacitivos

Sensores por Conductividad Eléctrica

• Sensor de Oxígeno (Sonda Lambda)

Sensores de Posición

Interruptores y Conmutadores

Sensor Activo vs. Sensor Pasivo

Sensor Activo: Cuando la magnitud física a detectar proporciona la energía necesaria para la generación de la corriente eléctrica. Ejemplos: sensores piezoeléctricos y magnéticos.

Sensor Pasivo: Cuando los sensores necesitan ser alimentados y la magnitud a detectar modifica algunos de los parámetros eléctricos característicos del elemento sensor, como resistencia, capacidad, o inducción.

Sensor Termoeléctrico: Funcionamiento

Son elementos que suministran una señal eléctrica en función de la temperatura a la que están sometidos. Proporcionan una variación de voltaje directamente relacionada con las variaciones de temperatura.

¿Qué es una Termorresistencia?

Es una resistencia variable cuyo valor varía en función de la temperatura a la que se encuentre sometida. Existen dos tipos: PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo; a mayor temperatura, mayor resistencia) y NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo; a mayor temperatura, menor resistencia).

Comportamiento de un Sensor NTC de Temperatura del Refrigerante

En un sensor NTC, a medida que aumenta la temperatura, el valor de su resistencia disminuye. De esta forma, si el motor está frío, la resistencia estará fría y, por lo tanto, su valor en ohmios será alto. La caída de tensión (V) que se producirá en dicha resistencia será también alta. Si el sensor está alimentado con 5 voltios y la resistencia es alta (en frío), la tensión en esa resistencia será próxima a 5V.

En el osciloscopio, se observará una línea sin picos ni interrupciones que comenzará con el motor frío en unos 4 voltios y terminará con el motor caliente en aproximadamente 1 voltio.

Aplicaciones de las Termorresistencias PTC

Suelen utilizarse como medidores de caudal (caudalímetros).

El caudalímetro es el sensor encargado de transformar la masa de aire que entra en el motor en una tensión eléctrica proporcional a la cantidad de aire que aspira el motor. Está ubicado entre el filtro de aire y el colector de admisión.

Se alimentan con una tensión de referencia de 5 V. Con el motor a ralentí, la tensión es aproximadamente de 1 voltio; al acelerar hasta unas 4.000 r.p.m., la tensión debe aproximarse a los 4 voltios.

Interpretación de la Señal de un Sensor NTC (5V)

Si la señal de un sensor NTC es de 5V, indica que el motor está frío, ya que a menor temperatura, mayor es la resistencia del sensor y, por lo tanto, la caída de tensión es mayor, acercándose a la tensión de alimentación (5V). (Ver explicación detallada en la sección «Comportamiento de un Sensor NTC de Temperatura del Refrigerante»).

Definición de Sensor de Presión

Son elementos que producen o modifican una señal eléctrica en función de la presión a la que se hallan sometidos.

Sensor Piezorresistivo

Un sensor piezorresistivo está constituido por una piezorresistencia. La piezorresistencia es un material dotado de cierta elasticidad que, al ser deformado por la presión exterior, varía su resistencia eléctrica.

Es un sensor de presión pasivo, es decir, debe ser alimentado por la UCE.

Sensor Piezoeléctrico

Son sensores que basan su funcionamiento en el llamado Efecto Piezoeléctrico. Este efecto se define como la propiedad que presentan algunos materiales (como el cuarzo) por la cual, sometidos a una presión externa, aparece en sus extremos una diferencia de potencial. Es un sensor de presión activo, ya que genera una tensión eléctrica en función de la presión a la que está sometido.

¿Qué es el Efecto Piezoeléctrico?

El Efecto Piezoeléctrico se define como la propiedad que presentan algunos materiales (como el cuarzo) por la cual, sometidos a una presión externa, aparece en sus extremos una diferencia de potencial.

¿Qué es un Sensor MAP?

El sensor MAP (Manifold Absolute Pressure), también llamado sensor de presión absoluta, es un sensor piezoeléctrico.

La presión que se desea medir se aplica sobre un cristal de cuarzo o sobre una película de silicio impresa sobre un diafragma, que sufre una deformación proporcional a la presión existente en el circuito.

Sensores Electromagnéticos

Son elementos que basan su funcionamiento en la interacción entre el magnetismo y la electricidad.

Sensor Inductivo: Definición y Aplicaciones

Es aquel que provoca una variación de flujo magnético para generar una corriente eléctrica en una bobina. Sus aplicaciones casi siempre están relacionadas con sensores de velocidad angular. Ejemplos de aplicaciones:

• Sensor de giro y posición del cigüeñal
• Sensores de velocidad de la rueda

Tipo de Señal Generada por un Sensor Inductivo

Genera una señal de tensión alterna (onda senoidal), es decir, una señal analógica. El flujo magnético que se produce por el paso de los dientes del volante induce una tensión sinusoidal de salida.

Sensor Hall: Definición y Aplicaciones

Sensor basado en la aparición de una diferencia de potencial eléctrico en ciertos materiales que se encuentran bajo la influencia de un campo magnético y a través de los cuales fluye una corriente eléctrica.

Se basan en el denominado Efecto Hall, que es la diferencia de potencial que se genera en un cierto tipo de semiconductor por el que circula una corriente eléctrica y es sometido a un campo magnético perpendicular a la corriente.

La diferencia de potencial es a su vez perpendicular a la corriente y al campo magnético.

Aplicaciones:

• Sensores de velocidad angular y posición en motores térmicos.
• Sensores de rueda
• Etc.

Tipo de Señal Generada por un Sensor Hall

Genera una señal digital (señal cuadrada en la que se representan dos estados).

Diferencias Clave entre Sensor Inductivo y Sensor Hall

• Un sensor inductivo genera una señal senoidal, mientras que un sensor Hall genera una señal cuadrada (digital).
• También existen diferencias en la constitución: en el sensor Hall se cambia la bobina del sensor inductivo por un material semiconductor.

Función del Diente Maestro en Sensores Inductivos de RPM

En un sensor inductivo de r.p.m. con diente maestro, el paso de este diente indica la posición de un determinado elemento. En este caso, señala el paso del PMS (Punto Muerto Superior).

¿Qué es un Sensor Reed?

Un sensor Reed es un sensor electromagnético y consiste en un interruptor, fabricado con material ferromagnético, que se cierra en presencia de un campo magnético.

Frecuencia de Señal en un Sensor Hall de RPM

A medida que aumenten las revoluciones del motor, la frecuencia de la señal será mayor, ya que se generarán más señales por unidad de tiempo.

Sensor Capacitivo: Definición y Aplicaciones

Son sensores empleados para detectar pequeños cambios químicos en la composición de un líquido o un gas. Consisten en un condensador de láminas paralelas, donde el material dieléctrico entre las capas es el elemento del cual se desea medir sus propiedades o características.

El condensador forma parte de un circuito compuesto por una bobina y una resistencia. Dado que la resistencia y la bobina se mantienen constantes, la señal solo variará en función del condensador.

Aplicaciones:

• Sensores de humedad y de pureza del aire
• Sensor de calidad del aceite
• Sensores de detección del tipo de combustible

Sensor Fotoeléctrico: Funcionamiento y Aplicaciones

Son dispositivos electrónicos que, al percibir un cambio de intensidad lumínica, generan condiciones físicas y químicas diferentes en su composición interna. Basan su funcionamiento en la utilización de fotorresistencias, fotodiodos y fototransistores. Aplicaciones:

• En vehículos que disponen de encendido y apagado automático de luces se instalan como detectores de luminosidad exterior.
• Sensores de luminosidad interior.
• Sensores de lluvia.

Sensores de Ayuda al Aparcamiento: Tipo

Los sensores de ayuda al aparcamiento son sensores por ultrasonidos.

Sensor por Ultrasonidos: Principio

Son sensores que utilizan ondas sonoras de frecuencia no audible para detectar la presencia de objetos o personas. La frecuencia de las ondas sonoras que se propagan por el aire se modifica cuando se encuentran o rebotan sobre un objeto.

Función de la Sonda Lambda (Sensor de Oxígeno)

La Sonda Lambda es un sensor por conductividad eléctrica que tiene como principal función transformar en una señal eléctrica la concentración de oxígeno existente en los gases de escape, proporcionando así información sobre la calidad de la mezcla aire-combustible.

λ = aire aspirado / aire ideal

• Cuando la mezcla es pobre (mucho oxígeno en los gases de escape) (λ > 1): la sonda genera una tensión baja (aproximadamente 100mV).
• Cuando la mezcla es rica (poco oxígeno en los gases de escape) (λ < 1): la sonda genera una tensión alta (aproximadamente 900mV).

Con la información de la sonda, la UCE ajusta los tiempos de inyección para conseguir que el motor trabaje con mezcla estequiométrica (λ = 1).

¿Qué es un Sensor de Posición?

Son elementos que permiten detectar la posición en la que se encuentra un elemento mecánico. Su principio de funcionamiento está basado en una resistencia variable.

Tensión de la Sonda Lambda según la Mezcla

• Cuando la mezcla es pobre (mucho oxígeno en los gases de escape) (λ > 1): la sonda genera una tensión baja (aproximadamente 100mV).
• Cuando la mezcla es rica (poco oxígeno en los gases de escape) (λ < 1): la sonda genera una tensión alta (aproximadamente 900mV).

¿Qué es el Monocontacto?

Es un interruptor que se activa o desactiva de forma automática cuando se alcanza un determinado valor de presión (interruptor presostático).

Consta de una lámina que, cuando la presión es baja, se mantiene alejada de los contactos por la acción de un muelle. Cuando la presión del líquido alcanza la presión umbral, vence la resistencia del muelle y el interruptor cierra los contactos.

Diferencia entre Sensor y Actuador

Los sensores son los encargados de recoger información y transmitirla a las UCE. Estas, basándose en la información recibida, realizan los cálculos y comparaciones correspondientes y dan órdenes a los actuadores. Por lo tanto, los actuadores son los elementos que ejecutan las órdenes recibidas desde la UCE, realizando las funciones de control en los automóviles.

Tipos de Actuadores

• Actuadores electromagnéticos
• Motores
• Actuadores de efecto piezoeléctrico inverso
• Calefactores
• Actuadores acústicos
• Pantallas

¿Es un Relé un Sensor o un Actuador?

Un relé es un actuador electromagnético.

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