Sensores en Maquinaria Pesada (PDF)

Sensores Asignatura: Electronica Aplicada a Maquinaria Pesada. Docente: Roberto Montes. Dispositivos o Fuentes de Entrada Los dispositivos de entrada son usados para el monitoreo de la información asociada a los sistemas de motor, transmisión, tracción, frenos, dirección, suspensión, confort, e ins...

Sensores Asignatura: Electronica Aplicada a Maquinaria Pesada. Docente: Roberto Montes. Dispositivos o Fuentes de Entrada Los dispositivos de entrada son usados para el monitoreo de la información asociada a los sistemas de motor, transmisión, tracción, frenos, dirección, suspensión, confort, e instrumentos (relojes). Los dispositivos de entrada convierten parámetros físicos o químicos como velocidad, temperatura, presión, posición, flujo, oxigeno o nivel, en una señal electrónica. Los sistemas de control electrónico (ECU), usan esta señal electrónica proveniente de los sensores (información de entrada) para el monitoreo de los componentes y para originar señales de salida apropiadas (Actuadores). Diferentes tipos de dispositivos de entrada proveen información de entrada a los módulos de control ECM, estos son según su construcción: Interruptores o Switch. Sender o Emisores. Sensores. Relator: Roberto Montes Interruptores o Switch Los sistemas de control electrónico (ECU), usan esta señal electrónica proveniente de los Switch (información de entrada) para originar señales de salida a los actuadores, como por ejemplo el interruptor de ECO o el de freno de 4 cables. También existen Switch que no trabajan directamente con la ECU, pero si entregan información al conductor del estado del vehículo a través de relojes o luces de advertencia. Los interruptores poseen múltiples aplicaciones para control, como por ejemplo nivel, flujo o presión, estos poseen en su interior dos contactos, que pueden estar normalmente abiertos (NA) o normalmente cerrados (NC). Estos Switch también son considerados como fuentes de entrada siempre que trabajen para informar de un estado a la unida de control, por lo que también se interpretan como dispositivos pasivos. Algunos ejemplos se detallan a continuación: Switch de Presión. Switch de Flujo. Normalmente Normalmente Switch de Nivel. Cerrado Abierto Switches Operados por el Operador. Relator: Roberto Montes Switch de Presión de Aceite Son componentes on – off, conectados en una luz indicadora con el fin de informar si existe presión de aceite o no, ya que son mecánicos en su construcción Esto están graduados por un resorte que determina si la presión es la necesaria para abrir o cerrar el Switch (NC – NA). Switch Switch normalment normalment e abierto e cerrado Relator: Roberto Montes Diagrama Relator: Roberto Montes Switch de Nivel de Agua Este switch cuando el nivel del agua en el filtro de combustible excede el límite, este se activa y enciende la luz de advertencia en el tablero. Relator: Roberto Montes Diagrama FUEL WATER SWITCH Relator: Roberto Montes Sender o Emisores Las fuentes de entradas como los sender proporcionan información a los conductores de las condiciones y estado en el que se encuentra el vehículo. Estos componentes tienen en su interior una resistencia llamada termistor, estas pueden ser de coeficiente positivo (PTC) o negativo (NTC), es decir la resistencia aumenta o disminuye por efecto de los cambios de temperatura. Esta variación de resistencia incide directamente en la corriente que circula por el circuito, la que puede ser aprovechada para mover la aguja de un instrumento. Estos sensores también son considerados como sensores pasivos. Sender de Temperatura de Refrigerante. Sender de Temperatura de Aceite. Sender de Temperatura de Combustible. Sender de nivel de Combustible Relator: Roberto Montes Termistores Relator: Roberto Montes Emisor de Temperatura de Refrigerante (Sender) El sensor de temperatura del líquido refrigerante mide la temperatura que este 1 tiene a través de un termistor y este está conectado a un reloj de temperatura. Gracias a este el conductor esta informado de la temperatura a la que se encuentra el vehículo. 1 - Elemento 2 termistor 2 - Carcasa protectora 3 3 - Conexión de líneas Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Emisor de Temperatura de Refrigerante (Sender) Por lo genera los termistores que están conectados a un reloj son del tipo NTC. De esta manera la resistencia disminuye al elevarse la temperatura, por lo cual la tensión aumenta haciendo que la aguja del reloj suba. Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Diagrama Relator: Roberto Montes Emisor de Nivel de Combustible (Sender) El emisor de nivel de combustible está compuesto de dos componentes: Un potenciómetro que está conectado a un reloj que indica al conductor en qué nivel de combustible está el tanque de combustible. Un interruptor que indica que el nivel de combustible está en reserva. Relator: Roberto Montes Diagrama Relator: Roberto Montes Sensores Los sensores a diferencia de los interruptores o switch pueden indicar diferentes estados del parámetro medido o sensado, por ejemplo, un switch de temperatura de refrigerante de motor se activará o desactivará de acuerdo con los niveles preestablecidos o sea solamente dos situaciones, por el contrario, un sensor diseñado para el mismo fin podrá entregar diferentes valores, dependiendo de la temperatura alcanzada. Los sensores para realizar esta labor, en su interior tienen componentes electrónicos que procesan la magnitudes físicas o químicas y las transforman en señales eléctricas antes de ser enviada hacia algún dispositivo de monitoreo o control electrónico. Relator: Roberto Montes Función Básica de un Sensor Los sensores son componentes electrónicos que convierten una magnitud física o Química en una señal eléctrica, estas se clasifican en dos tipos según la forma en que la producen: Sensor Magnitud Fisica / Señal de salida Química eléctrica Carga, Temperatura, Velocidad, Presión Atmosférica, Oxigeno, etc. Relator: Roberto Montes Sensores Según su Función Los sensores se pueden clasificar en dos grandes grupos según la forma de cómo trabajan para generar una señal. Los sensores activos requieren de un voltaje de alimentación para funcionar, tienen tres terminales, Activ os dos de estos se utilizan para alimentarlo, y del tercero se obtiene la señal o nivel de voltaje, correspondiente al parámetro sensado o medido. Los sensores pasivos no procesan la información antes Pasiv de ser enviada, no requieren de alimentación externa y os por lo general tienen solo dos terminales. Relator: Roberto Montes Sensores Según su Señal Los sensores según su señal de salida hacia la unidad de control se pueden clasificar en dos grupos y estos son los siguientes: Entregan múltiples valores de Sensores tensión a lo largo del tiempo, Análogos pueden ser de C.C. o A.C. Entregan solo dos valores a lo largo Sensores del tiempo DE 1 – 0, por lo general Digitales son de C.C. Relator: Roberto Montes Modulación de Señales Electrónicas La señal electrónica se modula de tres formas: Muestra el parámetro como nivel La modulación de frecuencia, estas pueden ser de de frecuencia señales análogas de corriente alterna o digitales La modulación Muestra el parámetro como de duración de porcentaje de ciclo de trabajo, Impulso estas se consideran señales (PWM) digitales. Muestra el parámetro como nivel La modulación de voltaje, por lo que pueden analógica interpretarse como corriente continua o alterna. Relator: Roberto Montes Sensores de Frecuencia En los sistemas de control electrónico se usan varios tipos de componentes para la medición de frecuencia. Los dos sensores más comunes son: Sensor de frecuencia magnético o pickup magnético (Inductivo) Sensor de efecto Hall En un sistema en donde no son críticas las bajas velocidades, se utiliza un detector magnético. En un sistema en donde la medición de bajas velocidades es crucial, se usa un sensor de efecto Hall. Estos tipos de sensores se utilizan para determinar los siguientes trabajos: RPM PMS FASE Relator: Roberto Montes Sensor de Frecuencia Inductivo Los sensores de frecuencia de detección magnética (Inductivo) convierten el movimiento mecánico en voltaje CA. El sensor produce un campo magnético que, al ser cortado por el paso de un diente de engranaje, se altera y genera voltaje CA por inducción magnética en la bobina. El voltaje CA es proporcional a la velocidad, La frecuencia de la señal CA, es exactamente proporcional a la velocidad (rpm). Para operar en forma adecuada, los sensores de detección magnética basan su medida en la distancia entre el extremo del detector y el paso del diente del engranaje, por lo que una señal muy débil puede indicar que el sensor está muy lejos del engranaje. Relator: Roberto Montes Sensor Inductivo 1 Los sensores inductivos son pasivos ya que no necesitan de una fuente de alimentación para poder funcionar. Un sensor de frecuencia inductivo está compuesto por los 2 siguientes componentes: 1 - Núcleo de hierro 3 2 - Bobina 4 3 - Imán permanente 5 4 - Carcasa 5 - Conexión eléctrica Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Sensor de Velocidad Inductivo Este sensor magnético proporciona información de la velocidad del motor a través de una rueda fónica y el sensor. Rueda Fónica Sensor Inductivo Relator: Roberto Montes Sensor de Cigüeñal Inductivo (CKP) Este sensor determina el PMS del pistón 1 y 4 para que el módulo de control determina el momento para comenzar la ignición o el salto de la chispa por alta tensión. La rueda fónica es aprovechada no solo para determinar el PMS 1 y 4, también para las RPM del motor. Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Diagrama Relator: Roberto Montes Sensor de Frecuencia Hall Para detectar los campos magnéticos también se puede usar un sensor de efecto Hall, que proveen señales de impulso para determinar la velocidad de salida de la transmisión y la sincronización del motor. Ambos tipos de sensores tienen una "celda de Hall", ubicada en una cabeza deslizante en la punta del sensor. A medida que los dientes del engranaje pasan por la “celda de Hall”, el cambio en el campo magnético produce una señal leve, que es enviada a un amplificador dentro del el sensor.El sistema electrónico interno del sensor procesa la entrada y envía pulsos de onda cuadrada de mayor amplitud al control. Relator: Roberto Montes Sensor Hall Es un sensor activo ya que necesita de una fuente de alimentación para funcionar, son de tres conexiones. 2 1 - CI con elemento Hall 3 2 - Imán permanente 1 3 - Carcasa 4 4 - Conexión eléctrica Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Sensor de Velocidad Hall Este sensor determina la velocidad del motor, con la gran diferencia de que puede funcionar perfectamente a bajas vellosidades y aun así entregar una medición precisa, opera a través de una rueda fónica y el sensor Hall. Rueda fónica Sensor Hall Relator: Roberto Montes Sensor de Posición de Levas (CMP) El propósito de este sensor no es solo en que posición se encuentra el árbol de levas si no que de esta manera la unidad de control determina que el pistón está en momento de expansión o como también se denomina de trabajo y así poder realizar el salto de la chispa en el momento oportuno. Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Diagrama Relator: Roberto Montes Sensores Análogos (Temperatura) Los Sensores de temperatura, igual que otros sensores reciben alimentación desde un dispositivo de monitoreo o control electrónico. El voltaje proporcionado es de 5 VDC. A la vez estos sensores entregan una señal de voltaje continua que varía en un rango de 0.2 VDC. a 4.8 VDC., proporcional al parámetro detectado. Estos sensores son utilizados principalmente en motores de inyección electrónica. El voltaje de salida antes mencionado puede ser medido con cualquier multímetro. Estos sensores son compuestos por un termistor y se consideran pasivos ya que no necesitan de una fuente de alimentación para trabajar. Los sensores más utilizados para trabajar con la ECU son: Sensor de Temperatura de Motor. Sensor de Temperatura de Aire. Sensor de Temperatura de Combustible. Relator: Roberto Montes Sensor de Temperatura de Refrigerante (ECT) El sensor de temperatura del líquido refrigerante mide la temperatura que este 1 tiene, si la temperatura del motor cambia también lo hace la cantidad de combustible necesaria para obtener la relación de la cantidad de combustible necesaria para obtener la relación de la mezcla correcta. 1 - Elemento 2 termistor 2 - Carcasa protectora 3 3 - Conexión de líneas Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Sensor de Temperatura de Refrigerante (ECT) El sensor de temperatura de líquido refrigerante muestra que el terminal 36 es la señal al computador y se conecta a través de una resistencia interna conectada en serie con la resistencia del sensor. Para que de esta manera el computador pueda leer la diferencia de tensión que se produce entre las dos resistencias. Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Diagrama Relator: Roberto Montes Sensor de Temperatura de Aire de Admisión (IAT) 1 Este sensor está compuesto por una resistencia sensible a la temperatura, por lo que dependiendo de la temperatura del aire esta cambiara obteniendo como resultado una resistencia variable dependiente del aire. 1 – Resistencia sensible 2 2 – Carcasa protectora 3 3 – Conexión de alimentación Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Sensor de Temperatura de Aire de Admisión (IAT) Es esta imagen podemos comprobar mediante un multímetro que dependiendo de la temperatura a la que se encuentra el caudal de aire la resistencia ira cambiando constantemente. Este es un sensor piezo resistivo, de clasificación NTC. Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Sensor de Temperatura de Aire de Admisión (IAT) La unidad de control del terminal 35 se conecta a través de una resistencia de 1 K con un voltaje de 5 voltios, una intensidad de corriente fluye a masa a través de la resistencia de 1 K y la resistencia del sensor. Por lo tanto, la tensión se distribuye entre la resistencia del sensor y la del controlados. Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Diagrama Relator: Roberto Montes Sensor de Temperatura de Combustible El Sensor de temperatura combustible es 1 una resistencia NTC el cual su resistencia eléctrica decae a medida que aumenta la temperatura del combustible. Las variaciones de resistencia debido a la temperatura del combustible pasan a la UCE en forma de variaciones de tensión. 1 – Elemento 2 Termistor 2 – Carcasa Protectora 3 3 – Conexión de Linea Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Sensor de Temperatura de Combustible Con objeto de que siempre se inyecte una misma cantidad de combustible para una misma temperatura, la unidad de control (UCE) se encarga de corregir correspondientemente el Dosificador de Combustible o Regulador de Caudal. La unidad de control del motor (UCE) necesita este dato para calcular el comienzo de la alimentación y la cantidad inyectada, con motivo de tener así en cuenta la densidad del combustible a diferentes temperaturas y, además, utiliza esta señal como información para activar la bomba de Refrigeración del Combustible. Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Diagrama Relator: Roberto Montes Sensores de Carga Motor La ECU debe saber en todo momento la cantidad de aire (en peso) que entra a los cilindros, con el único fin de obtener el cálculo de la mezcla estequiométrica de 1/14,7. esto significa que 1 gr de gasolina necesita 14,7 gr de aire (es una relación en peso). Para calcular el peso (en masa), del aire aspirado, se puede realizar con los siguientes sensores: Se puede llamar de barias formas como, Flujómetro, Caudalímetro, Fluidometro o Debimetro, y esto dependerá de su composición: De Aletas. De Hilo Caliente. De Película Caliente. De Efecto Karnan Vortex. También se puede calcular mediante el sensor de presión absoluta. Lineal. Frecuencia. Relator: Roberto Montes Flujo de Masa de Aire (MAF) 1 Este sensor se encuentra ubicado entre el filtro de aire y la mariposa que controla la entrada de aire. Por lo que debe de aspirar aire limpio del exterior del vehículo. 1 – Conexión al computador 2 2 – Electrónica de conversión 3 – Elemento de Medición 3 Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Flujo de Masa de Aire (MAF) En esta imagen podemos apreciar el funcionamiento de este sensor. El MAF está alimentado por un positivo, un Negativo, y la señal de salida. El voltaje de la señal de salida aumenta a medida que pasa más aire por el elemento de medición. Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Flujo de Masa de Aire (MAF) El símbolo del diagrama muestra que el caudalímetro de masa de aire muestra tres conexiones: Positivo de 12 V con la simbología C en el diagrama. Negativo de alimentación, con la simbología A en el diagrama. Señal de salida resultante en tensión variable. Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Diagrama Relator: Roberto Montes Sensor de Presión Absoluta de Aire Este sensor está compuesto de un elemento electrónico que modifica la señal de las resistencias que contiene una membrana por la que pasa aire que proviene del múltiple de admisión. Una vez procesada la señal es enviada al 1 módulo de control o computador. 1 - Elemento 2 medidor 2 - Carcasa 3 3 - Conexión eléctrica Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Sensor de Presión Absoluta de Aire A medida que la presión crese en el múltiple de admisión la membrana se doblara proporcionalmente a esa presión con lo que el amplificador que trae incorporado lo traduce de 0 a 5 voltios. Esta señal dependerá del tipo de motor ya sea aspirado o turboalimentado por lo que el trabajo estará en el rango de 50 a 300 kpa. Relator: Roberto Montes Diagrama Relator: Roberto Montes Sensor APP Sirve para transmitir los deseos los deseos del conductor. Se trata de un sensor de doble potenciómetro, situado en el propio conjunto del pedal del acelerador. Y con circuitos de alimentación independientes. Son eléctricamente independientes, disponiendo ambos de alimentación y masa exclusivas cada uno. Los dos proporcionan una tensión de salida lineal a distintos niveles de tensión. Relator: Roberto Montes Sensor APP El sensor APP (Accelerator Pedal Position) o sensor de posición de pedal de acelerador es el encargado de comunicarle a la ECU de Sensor de pedal motor en qué posición de pisado se de aceleración encuentra el pedal para hacer la correlación con el tiempo y cantidad de inyección. Relator: Roberto Montes Componentes La mayoría de los sensores de posición del pedal de aceleración están equipados con dos potenciómetros para aumentar la confiabilidad. Cada potenciómetro tiene su propia fuente de alimentación desde la ECU, lo que significa que el número de conexiones puede ser de hasta 6 pines. El potenciómetro contiene una pista de carbono conectada a la fuente de alimentación en un extremo y tierra en el otro. Un control deslizante conectado mecánicamente al pedal del acelerador se desliza sobre la pista de carbono recogiendo el voltaje del sensor. Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Mariposa de Aceleración TPS Para abrir o cerrar la mariposa, la unidad de control del motor excita el motor eléctrico para el mando de la mariposa. Los dos transmisores (dos por seguridad) de ángulo realimentan hacia la unidad de control del motor las señales correspondientes a la posición actual de la mariposa. Relator: Roberto Montes Sensor de Mariposa Los potenciómetros registran el movimiento de la mariposa y las acciones del actuador sobre la misma. Se utilizan dos potenciómetros por seguridad, utilizando la unidad esta señal como retroinformación para el control del actuador de mariposa y para los cálculos de inyección y encendido. Relator: Roberto Montes Sensor de Detonación La unidad de control a través de este sensor determina si se están produciendo falsas explosiones antes del punto muerto superior o múltiples explosiones después del punto muerto superior, con lo que este tipo de problema puede dañar el motor. 3 1 - Tuerca y aislantes 1 4 2 - Material piezoeléctrico 2 3 - Carcasa protectora 4 - Conexión eléctrica Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Sensor de Detonación El sensor de detonación está compuesto de un material piezo eléctrico que produce su propia corriente en el momento que se produce una vibración, ya que es una pieza pequeña su voltaje será muy bajo, de 200 a 400 mili voltios. La vibración con la que se produce este trabajo debe de ser entre 5 a 7 kHz. Fuente de imágenes: (Electude, s.f.) Relator: Roberto Montes Control de Emisiones En los motores térmicos ya sean Diesel o a Gasolina, se obtienen emisiones contaminantes al medio ambiente mediante el proceso de combustión. En los motores Diesel se producen dos contaminantes importantes, debido a que estos trabajan con mezcla pobre se producen mucho óxido de nitrógeno (NOX), y material particulado. Es posible reducir las emisiones de NOX mediante la retroalimentación de los gases de escape y montando un catalizador de NOX y un sensor de NOX. Relator: Roberto Montes Tratamiento de Gases de Escape Existen dos maneras para realizar el tratamiento de los gases de escape y del particulado, las cuales es el sistema de catalizador y sistema de DPF o el sistema de filtro de partículas Diesel con recubrimiento catalítico. Relator: Roberto Montes Control de los Gases de Escape Relator: Roberto Montes Sensor de Oxigeno La función del sensor de oxígeno es informar a la unidad de control sobre la cantidad de oxígeno que se encuentran en los gases de escape y de esta manera poder interpretar si la mezcla de aire combustible esta rica o pobre. Esto se interpreta mediante una tensión de salida del sensor hacia la unidad de control que va desde los 0,2 V a los 0,9 V. Relator: Roberto Montes Sensor de Oxigeno Relator: Roberto Montes Sensor NOX Es el encargado de determinar el porcentaje de los óxidos nítricos contenidos en los gases de escape. Suelen incorporarse dos sensores: uno delante del catalizador SCR y otro detrás. Cada sensor tiene su propia unidad de mando. Las unidades de los sensores NOX comparten la información resultante del trabajo activo de medición con la unidad de mando del motor a través de CAN-BUS, para calcular el rendimiento del catalizador de reducción y vigilar el funcionamiento del sistema SCR. También con la información de los sensores NOX, la unidad de control determina cuando es el momento de activar el sistema de EGR (Recirculación de Gases de Escape) Relator: Roberto Montes Sensor de Temperatura de Gases En los vehículos Diesel vamos a encontrar en el sistema de escape el Sensor de Temperatura de Gases de Escape que se encarga de monitorear la temperatura de los gases de escape, convirtiendo la temperatura en voltaje y enviándola como señal a la PCM/ECM para que esta unidad de control pueda realizar los ajustes necesarios para reducir las emisiones contaminantes producidas por el trabajo del motor. Este sensor se usa para garantizar una conversión optima de los NOX y evitar daños en los componentes del sistema de escape. Relator: Roberto Montes Clasificación La interpretación de las temperaturas antes y después del DPF (en conjunto con la señal del Sensor de presión Diferencial) son usadas para verificar la regeneración óptima de este componente. La gran mayoría de ECU utilizan un resistor de retención de 2.2kOhms. Estos sensores pueden ser del tipo NTC o del tipo PTC, eso solo dependerá del fabricante. Relator: Roberto Montes Sistema EGR EGR Neumática Electroválvula DPF con Sensor MAF recubrimi ento catalítico Mariposa Eléctrica Sensor NOX Relator: Roberto Montes