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Sistemas Eléctricos y Electrónicos

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SISTEMAS ELECTRÓNICOS

Tema 1. Sensores y Actuadores en

el Automovil

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Sensores y Actuadores en el Automovil

Características de los sistemas de medidaCircuitos básicos de medidaTipos de sensores en automociónSensores de motor y transmisiónSensores de seguridadSensores de comfortActuadores del automovil


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Características de los sistemas de medida

Sistemas ElectrónicosEsquema del proceso de medidaSensores y transductoresTipos de sensoresCaracterísticas estáticasCaracterísticas dinámicas

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Sistemas ElectrónicosEvolución de la electrónica en el

automóvil


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Características de los sistemas de medidaSensores y transductores

Transductor:Las magnitudes son

correspondientes pero la forma física es distinta.

Sensores: Transductores de entrada.

SensorEntrada Señal eléctrica

Actuadores: Transductores de salida.

ActuadorSalidaSeñal eléctrica

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Características de los sistemas de medidaSensores primarios

No siempre es posible encontrar un sensor adecuado para una magnitud con salida directamente eléctrica.

Señal

físicaSensor

primarioSeñal física

transducible

Señal eléctricaTransductor


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Características de los sistemas de medidaTipos de sensores

Aporte de energíaSeñal de salidaModo de funcionamientoRelación entrada – salidaMagnitud medidaIngeniería electrónica

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Características de los sistemas de medidaTipos de sensoresAporte de energía

Moduladores: La energía procede de una fuente auxiliarGeneradores: La energía de salida es suministrada por la entrada


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Señal de salida

Analógicos: Macroscópicamente la señal varía de forma continuaDigitales: La salida varía en forma de saltos o pasos discretos

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Modo de funcionamientoDe deflexión: La señal de salida del sensor varia en función de la magnitud medida. De comparación: Se intenta mantener nula la deflexión. Hay un detector de desequilibrio y un medio para restablecerlo. La indicación del sensor es función de la señal para restablecer el equilibrio.


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Tipos de sensoresModo de funcionamiento

De deflexión: La magnitud medida produce algún efecto físico, que engendra algún efecto similar, pero opuesto, en alguna parte del instrumento, y que está relacionado con alguna variable útil.De comparación: Se intenta mantener nula la deflexión mediante la aplicación de un efecto opuesto al generado por la magnitud a medir. Hay un detector de desequilibrio y un medio para restablecerlo.

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Relación entrada-salida

Relacionado con nº elementos almacenadores de energía. Influye en exactitud y velocidad respuesta.Orden cero, primer orden, segundo

orden y orden superior.


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Características de los sistemas de medidaTipos de sensoresMagnitud medida

Sensores de temperatura, presión, caudal, humedad, posición, velocidad, aceleración, fuerza, par, etc.

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Ingeniería ElectrónicaDe parámetro variable:–Resistencia–Capacidad– Inductancia

Generadores de señal:–Tensión–Carga–Corriente


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Características de los sistemas de medidaCaracterísticas estáticas

Son los parámetros que definen su comportamiento frente a entradas de valor constante o variación relativamente lenta.Características estáticas esenciales: Exactitud, fidelidad y sensibilidad.Calibración: Permite definir las características estáticas esenciales. Se utiliza un instrumento de calidad superior.

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Características de los sistemas de medidaCaracterísticas estáticas esenciales

Fidelidad: Determinada por la dispersión de las lecturas. – Repetibilidad: intervalo de tiempo corto.– Reproducibilidad: largo plazo o por personas distintas.

Sensibilidad o factor de escala: Pendiente de la curva de calibración. Si la curva de calibración es una recta la sensibilidad es constante y se dice que el sensor es lineal.Exactitud: Es la capacidad de un instrumento de medida de dar indicaciones que se aproximen al verdadero valor de la magnitud medida.


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Características de los sistemas de medidaCaracterísticas estáticas esenciales

ErroresError: Discrepancia entre la indicación del instrumento y el verdadero valor.Error absoluto = resultado - verdadero valorError relativo = Error absoluto / Verd. Valor

Errores sistemáticos: Se mantienen constantes después de medidas repetidas por lo que se pueden evitar mediante una adecuada calibración.Errores aleatorios: Permanecen después de corregir los errores sistemáticos.

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Características de los sistemas de medidaOtras características estáticas

Linealidad: Grado de aproximación de la curva de calibración a la línea recta. Resolución: Es el incremento mínimo de la entrada para que haya cambio en la salida. Cuando es a partir de cero se habla de umbral. Campo o margen de medida: Es el intervalo de valores comprendidos entre el mínimo y el máximo que puede medir el sensor. Alcance, fondo de escala: Es la diferencia entre los límites superior e inferior de medida.Salida a fondo de escala: Es la diferencia entre las salidas para los extremos del campo de medida.


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Características de los sistemas de medidaOtras características estáticas

Alcance, fondo de escala = XS - XI

Salida a fondo de escala = YS - YI

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Características de los sistemas de medida

Características dinámicas

La presencia de elementos almacenadores de energía (inercias y capacidades) hace que la respuesta del sensor a señales de entrada variable sea distinta a la debida a entradas constantes.

Error dinámico= Valor exacto - Valor indicado (con error estático = 0)Retardo: Velocidad de respuesta: rapidez con que el sistema de medida responde a cambios en la entrada.

Clasificación según el orden del sistema:– orden cero, primer orden,...


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Circuitos básicos de medida

Divisor de tensiónPuente de Wheatstone

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Circuitos básicos de medidaDivisores de tensión


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Circuitos básicos de medidaDivisores de tensión

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Circuitos básicos de medidaPuentes de Wheatstone I: Medidas por comparación

Se necesita algún método de realimentación

Poco adecuado para medidas automáticas

En el equilibrio:


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Circuitos básicos de medidaPuentes de Wheatstone II:

Medidas por deflexión

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Circuitos básicos de medidaPuentes de Wheatstone II, b:



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Circuitos básicos de medidaPuentes de Wheatstone II, c:


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Tipos de sensores en automoción(Clasificación según la funcionalidad)

Sensores de motor y transmisión

Sensores de seguridad

Sensores de confort


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Tipos de sensores en automoción

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Sensor de presiónSensor de posición de pedalesSensor de oxígenoSensor de masa de aire (caudalímetro)Sensor de posición de cigüeñalSensor de detonación (picado)


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Sensor de posición del pedal

Posición del acelerador para el control de la inyección electrónica.Sensores utilizados:–Sensor potenciométrico–Sensor de ángulo Hall

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Sensor de presión

Presión de admisión o de

sobrealimentación

Fuerza por unidad de superficie


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Sensor de presiónSensores de membrana y galgas

extensiométricas

cc t t

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Sensor de presiónSensores de membrana y galgas

extensiométricas

c

ct

t


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Sensor de oxígenoAplicación en el control de emisionesLa concentración de oxígeno en los gases de escape permite determinar la relación aire-combustible λTipos :– Dióxido de zirconio– Titanato de Estroncio – Sensor de banda ancha

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Sensor de oxígeno

http://www.ngk.es/E-Learning_de_NGK.3529.0.html


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Sensor de oxígeno

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Sensor de oxígenoMedida de los gases de escape

(antes y después del catalizador)


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Sensor de oxígenoDiagrama de bloques del control electrónico

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Generador de tensión en función de la presión parcial de oxígeno.

Sensor de oxígenoDióxido de Zirconio


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Sensor de oxígenoTitanato de Estroncio

• Material semiconductor

• Conductividad dependiente de la temperatura y de la presión parcial de oxígeno.

• A altas temperaturas la variación de la temperatura influye mínimamente.

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Sensor de oxígenoSensor de banda ancha

Sensor generador de tensión

Respuesta casi lineal para λ próximo a 1 en un banda ancha.Respuesta rápidaNecesita calentamiento


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Sensores de seguridadRadar telemétrico (colisión)Sensor de inclinación (faros)Sensor de alta presión (control estabilidad, ESP)Sensor de par (servodirección)Sensor de ángulo del volante (ESP)Sensor de aceleración (airbag)Sensor de inclinaciónSensor de convolución (vuelco)Sensor de velocidad de giro (ABS, ESP)

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Sensores de seguridadSensor de velocidad de giro de las

ruedasAplicación en ABS, ESP.


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Sensor de velocidad de giro de las ruedas

TiposSensor inductivo Sensor de rueda

polar

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Sensor de aceleración


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Sensor de aceleración de efecto Hall

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Sensor de aceleración de efecto Hall


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Sensores de confortSensor de convolución (navegación)Sensor de calidad de aire (climatización)Sensor de humedadSensor de temperaturaSensor de presión (cierre centralizado)Sensor de lluvia (limpia parabrisas)Sensor telemétrico de ultrasonidos (vigilancia zona trasera)

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Sensor de temperatura

RTD (PT100)


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Sensor de humedad

Humistor

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Sensor de lluvia

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