Servicio 6 GESTIONES ELECTRÓNICAS SENSORES Y ACTUADORES CUADERNOS DIDÁCTICOS BÁSICOS No se permite la reproducción total o parcial de este cuaderno, ni el registro en un sistema informático, ni la transmisión bajo cualquier forma o a través de cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por grabación o por otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del copyright. TÍTULO: Gestiones Electrónicas. Sensores y Actuadores (C.B. n.º 6) - AUTOR: Organización de Servicio - SEAT, S.A. Sdad. Unipersonal. Zona Franca, Calle 2 Reg. Mer. Barcelona. Tomo 23662, Folio 1, Hoja 56855 1.ª edición - FECHA DE PUBLICACIÓN: Feb. 98 - DEPÓSITO LEGAL:B-3071/98 Preimpresión e impresión: TECFOTO, S.L. - EDIFICI OU GRÀFIC - Ciutat de Granada, 55 - 08005 Barcelona - Diseño y compaginación: WIN&KEN Í N D I C LOS SENSORES E 4-5 SENSORES POR MAGNETISMO 6-7 SENSORES POR EFECTO HALL 8-9 SENSORES POR CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA 10-11 SENSORES TERMOELÉCTRICOS 12-13 SENSORES FOTOELÉCTRICOS 14-15 SENSORES PIEZOELÉCTRICOS 16-17 SENSORES 18-19 POR ULTRASONIDOS Y RADIOFRECUENCIA SENSORES: INTERRUPTORES Y CONMUTADORES 20-21 ACTUADORES 22-23 ACTUADORES ELECTROMAGNÉTICOS 24-25 ACTUADORES CALEFACTORES 26-27 ACTUADORES: ELECTROMOTORES 28-29 ELECTROMOTORES: MOTOR PASO A PASO 30-31 ACTUADORES ACÚSTICOS 32-33 ACTUADORES: PANTALLAS DE CRISTAL LÍQUIDO 34-35 UNIDAD DE CONTROL:TÉCNICAS DIGITALES 36-37 UNIDAD DE CONTROL: PUERTAS LÓGICAS 38-39 UNIDAD DE CONTROL: ESTRUCTURA INTERNA 40-41 EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN 42-46 Amigo lector, para una mejor comprensión de este cuaderno, te recomiendo repasar los números 1 y 3 de esta colección con los títulos de: CONCEPTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD y COMPONENTES BÁSICOS DE ELECTRÓNICA. “Los sensores son los dispositivos que convierten (traducen) una magnitud física en una señal eléctrica. Se utilizan muchos tipos de sensores y su clasificación depende del principio de funcionamiento en que se basan.” LOS SENSORES Transmisión de señales por ejemplo los sensores piezoe- En un sistema electrónico, el sen- léctricos o magnéticos. sor es el elemento dispuesto cuando la magnitud a expresamente para obtener infor- detectar se limita a modificar mación. La palabra sensor es el algunos de los parámetros eléc- nombre popular con el que se tricos característicos del ele- conocen los “transductores”. Se mento sensor, tales como resis- fabrican gran variedad de transduc- tencia, capacidad, reluctancia, tores, capaces de convertir cual- etc. quier parámetro físico, químico o Casi siempre es necesario algún biológico en una magnitud eléctri- tipo de acondicionamiento de la ca. El fenómeno de la transducción señal eléctrica, aunque no se pre- puede darse de dos modos: cise alimentación. Determinados · Activo: cuando la magnitud físi- sensores suministran la señal de ca a detectar proporciona la salida en modo digital, no obstan- energía necesaria para la genera- te lo más habitual es encontrar ción de la señal eléctrica, como que la magnitud eléctrica que pro- SENSORES Cuadro sinóptico de la gestión electrónica del motor Los sensores proporcionan las señales para que la Unidad de Control pueda accionar los actuadores. · Pasivo: UNIDAD DE CONTROL ACTUADORES B6-01 porciona sea de tipo analógica. principio de funcionamiento se Un ejemplo sencillo de sensor han clasificado en los siguien- lo compone el aforador de com- tes tipos: bustible , el cual · Magnético. · Por efecto hall. · Por conductividad eléctrica. · Termoeléctricos. · Fotoeléctricos. · Piezoeléctricos. · Por ultrasonidos. · Por radiofrecuencia. · Interruptores y conmutadores. transforma el nivel del depósito en una señal eléctrica. Clasificación de los sensores La respuesta que proporciona un sensor depende de la magnitud física que puede ser detectada y “traducida” en una variación eléctrica y Generalmente los sensores van del principio físico en que se base. asociados a alguna Unidad de Existen numerosos sensores que Control Electrónico, donde se miden parámetros muy diversos. produce el acondicionamiento Para su estudio atendiendo al de la señal. Entrada de la señal Acondicionamiento y procesamiento de la señal Aplicación de la señal La señal proporcionada por el sensor generalmente es acondicionada electrónicamente para que la Unidad de Control pueda entender e interpretar los datos. B6-02 5 “Los sensores magnéticos se basan en el fenómeno del magnetismo de un imán o una bobina. Su campo de aplicación se extiende desde la medición de revoluciones hasta la detección del campo magnético terrestre en los sistemas de navegación por satélite.” SENSORES POR TRANSMISOR DE RÉGIMEN M AG N E T I S M O Fundamentos ción. La corriente así generada es El fenómeno electromagnético de tipo alterna. explica la relación que existe B6-03 Símbolo del TRANSMISOR DE RÉGIMEN entre el magnetismo y la elec- Aplicaciones tricidad. · Transmisor de régimen Cuando gira la rueda dentada se Entre la aplicaciones más comu- produce una distorsión del flujo nes de los sensores magnéticos magnético y se induce en la bobina se encuentra el transmisor de una corriente alterna senoidal. régimen de revoluciones. La Un cable arrollado a un soporte, señal se obtiene por efecto de formando una bobina de espiras, la inducción electromagnética y se comporta como un imán cuan- el elemento sensor lo compone do circula corriente eléctrica por una bobina arrollada a un núcleo ella: alrededor de las espiras de la imantado. bobina se forma un campo magné- La señal se obtiene gracias a la tico similar al creado por un imán. variación del campo magnético Este fenómeno es reversible, ya que produce una rueda dentada que si una bobina es sometida a la (de material ferromagnético) que variación de un campo magnético, al girar frente a la bobina imanta- se produce en ella una corriente da hace variar el flujo que la eléctrica por efecto de la induc- atraviesa, lo que induce en su Campo magnético Transmisor de régimen Cuando gira la rueda dentada se produce una distorsión del flujo magnético y se induce en la bobina una corriente alterna senoidal. B6-04 interior una corriente alterna. se desplaza, los contactos cie- Cuando gira la rueda dentada los rran el circuito eléctrico. Un dientes pasan cerca del imán y la muelle mantiene el cilindro en “reluctancia”, es decir, el camino una posición que impide el dispa- que sigue el flujo magnético ro involuntario. TRANSMISOR DE NIVEL DE LÍQUIDO DE FRENOS entre la bobina y el imán varía y esta variación provoca la apari- Otras aplicaciones ción de una tensión inducida en Los sensores de tipo magnético la bobina. La frecuencia de la corriente de salida de la bobina es proporcional a la velocidad de la rueda. · Interruptor de seguridad El interruptor de seguridad, también denominado contacto encuentran muchas aplicaciones dentro del automóvil, apareciendo cada día nuevas funciones, entre B6-06 · Transmisor de la posición de la corredera de regulación (TDi, SDi). · Transmisor de la carrera de aguja tor electromecánico en los siste- de inyector en los sistemas TDi. · Sensor de campo Símbolo del TRANSMISOR DE NIVEL DE LÍQUIDO DE FRENOS magnético Se compone de una ampolla de (brújula) en sistemas de navega- cristal en cuyo interior se hallan ción por satélite (GPS). dos contactos metálicos separa- Los sensores basados en el tipo dos; al someter a la ampolla a un “reed” se utilizan también como: campo magnético, proporciona- · Transmisor de nivel de líquido de do por un cilindro imantado que Soporte con interruptor “reed” las que cabe destacar: “reed”, se utiliza como interrupmas Airbag. Flotador magnético frenos. Funcionamiento del interruptor de seguridad tipo “reed” Cuando se desplaza el anillo imantado, se cierra el contacto eléctrico. B6-05 7 “Gracias a las características eléctricas de los sensores hall, su campo de aplicación se extiende desde los clásicos detectores de posición y velocidad del motor, hasta otras aplicaciones más sofisticadas y menos conocidas como el transmisor de aceleración en sistemas electrónicos de estabilidad programada (ESP).” SENSORES POR TRANSMISOR HALL B6-07 Símbolo del SENSOR HALL* * El símbolo del sensor hall es genérico para todos los dispositivos de su naturaleza. E F E C TO H A L L Fundamentos la intensidad del flujo magnético. Los sensores hall se basan en el La pastilla hall va montada sobre denominado efecto hall que se pro- un duce cuando un cierto tipo de semi- encarga de conformar la señal. conductor al ser recorrido por una Las cualidades del sensor hall posibili- corriente y sometido a un campo tan que pueda utilizarse para un gran magnético, genera en sus extremos número de aplicaciones donde se una diferencia de tensión. requiere una respuesta rápida y per- La ilustración representa el funcio- fectamente cuadrada. namiento de un sensor de efecto Pero también se aprovecha el hall. Una pequeña pastilla contiene principio de funcionamiento para el material semiconductor. Cuando medir la intensidad de un campo es sometido a la acción de un magnético, siendo éste el princi- campo magnético, las líneas de fuer- pio en que se basan el transmisor za producen un desplazamiento de aceleración transversal y tam- interno de cargas eléctricas, lo que bién las pinzas amperimétricas, origina que aparezca una diferencia que miden la corriente que circu- de cargas, y por lo tanto de tensión, la por un cable a partir del campo entre los extremos del elemento magnético detectado alrededor sensor, con un valor proporcional a del cable. circuito integrado que se Campo magnético Pastilla hall Funcionamiento interno de sensor hall El campo magnético modifica el flujo de electrones y hace aparecer una diferencia de tensión en extremos de la pastilla hall. - + Flujo de electrones B6-08 Aplicaciones muchas aplicaciones, entre las que · Transmisor hall se encuentran: El transmisor hall se utiliza · Transmisor de aceleración trans- como detector de revolucio- versal en el sistema electrónico nes y de posición angular del de cigüeñal. (ESP). estabilidad programada En determinados sistemas el · Detección del nivel del vehículo transmisor va alojado en el dis- para proceder a la nivelación de tribuidor. Un rotor dotado con altura. ventanas gira interrumpiendo el · Regulación de la posición de los faros de tipo Xenón. campo magnético que incide sobre él, lo cual produce impul- · Sensor de revoluciones para el cuentakilómetros. sos eléctricos que serán utilizados por los sistemas de gestión electrónica del motor. · E N P R O F U N D I D A D El corazón de un emisor hall lo constituye un pequeño circuito integrado que contiene, además de la célula o pastilla sensible al campo magnético, la electrónica asociada para proporcionar una señal cuadrada. La célula hall, cuando detecta el campo magnético, genera una pequeña tensión que alimenta la base de un transistor, de modo que el transistor montado con el emisor a masa conduce y pone el colector a masa. Por esta razón al comprobar la señal de mando de un transmisor hall, cuando la célula está sometida al campo magnético, la onda cuadrada se encuentra a nivel bajo (transistor conduciendo a masa). Tr a n s m i s o r d e p o s i c i ó n d e l actuador de mariposa (Monomotronic). Otras aplicaciones · Transmisor goniómetro para medir Los sensores de efecto hall resul- el ángulo de giro de la dirección en tan muy apropiados para otras sistemas ESP. B6-10 Pastilla hall Funcionamiento interno del transmisor de aceleración transversal El movimiento de la masa sísmica debido a la fuerza transversal del vehículo, produce sobre la pastilla hall una tensión eléctrica que es proporcional al grado de aceleración Masa sísmica del vehículo. B6-09 9 “Los sensores por conductividad eléctrica agrupan a los que modifican su resistencia eléctrica o su conductividad; tal es el caso de los potenciómetros que varían su resistencia o la sonda lambda que modifica su conductividad eléctrica.” SENSORES POR SONDA LAMBDA C O N D U C T I V I DA D E L É C T R I C A Fundamentos ductividad alcanza valores casi infi- La conductividad define la facilidad nitos (resistencia nula) para algu- con que circula la corriente por nos metales, fenómeno que se una sustancia cuando se halla some- conoce con el nombre de super- tida a determinadas condiciones conductividad. físicas. B6-11 Símbolo de la SONDA LAMBDA La conductividad de un material Aplicaciones puede originarse por un cambio en · Sonda lambda su estructura atómica, en la cual La sonda lambda (también denomina- se permite que los electrones pue- da sonda de oxígeno) mide la propor- dan circular libremente o bien ción de oxígeno en el tubo de escape. facilitar el paso de iones de otras La sonda está compuesta por un sustancias (los iones son átomos cuerpo cerámico recubierto de un cargados eléctricamente). electrodo permeable a los gases (pla- La conductividad depende del tino). La parte exterior de la sonda se número de electrones libres, y en halla en contacto con el flujo de gases los metales es función inversa de de escape, mientras que la parte inte- la temperatura. A temperaturas rior está en contacto con el aire próximas al cero absoluto la con- ambiente. O2 O2 O2 O2 Sonda lambda Tubo de escape O2 O2 O2 O2 O2 O2 La sonda lambda mide la proporción de oxígeno de los gases de escape. Interior del tubo de escape B6-12 A partir de una elevada tempera- cia) por accionamiento mecánico. tura (300 ºC) la cerámica se vuel- El potenciómetro de la mariposa ve conductora para los iones de (G69) está en el cuerpo de la uni- oxígeno. Si la proporción de oxíge- dad central de inyección. Posee no es diferente en ambos lados de una pista por la que se desliza el la sonda, exterior e interior (por cursor y proporciona una señal ejemplo con mezcla pobre hay lineal en función de la posición mucha cantidad de oxígeno), se de la mariposa; de este modo la produce una tensión eléctrica del Unidad de Control reconoce cuál orden de 100 mV, por el contrario es la posición de la mariposa en si la diferencia de oxígeno es gran- cada momento así como la velo- de (con mezcla rica hay escasez de cidad en que varía la posición. B6-14 Símbolo del POTENCIÓMETRO oxígeno) la tensión generada por la cerámica es de 900 mV. Otras aplicaciones Gracias a la señal proporcionada Hay también algunas otras aplica- por la sonda lambda la Unidad de ciones que se basan en la varia- Control corrige el tiempo de ción de la conductividad eléctrica, inyección para mantener la com- como por ejemplo las siguientes: posición de la mezcla en valores · Transmisor cercanos a lambda = 1. de nivel del líquido refrigerante. · Potenciómetro de la mariposa El potenciómetro es un tipo de sensor que varía su conductividad (variación de la resisten- Testigo Electrónica de control POTENCIÓMETRO · Transmisor de nivel del limpiaparabrisas. · Potenciómetro del acelerador TDi. · Aforador de combustible. Transmisor de nivel El transmisor de nivel del líquido refrigerante utiliza el principio de conductividad eléctrica. Líquido refrigerante B6-13 11 “Los sensores termoeléctricos proporcionan una variación eléctrica cuando existe una alteración en la temperatura. Constituyen el principio de funcionamiento del transmisor de temperatura, pero también del medidor de masa de aire.” SENSORES TERMOELÉCTRICOS TRANSMISOR DE TEMPERATURA DEL LÍQUIDO REFRIGERANTE Fundamentos Un caso particular de termorresis- Los metales, así como algunos tencia, muy precisa y de respuesta otros compuestos, presentan una lineal, es la que utiliza como elemen- clara sensibilidad a los cambios de to sensor el platino puro que posee temperatura. una resistencia de 100 Ω a 0 ºC. El aumento de temperatura dilata B6-15 Símbolo del TRANSMISOR DE TEMPERATURA los cuerpos y, en el caso de los Aplicaciones metales, modifica su resistencia · Transmisor de temperatura eléctrica. Esta característica es el del líquido refrigerante fundamento de las termorresisten- Se cias: sensores cuya variación de hueco, en cuyo interior se halla resistencia guarda proporción con colocada la resistencia tipo NTC; la temperatura a la que están cuando aumenta la temperatura a sometidas. la que es sometida, su resistencia Algunos compuestos se fabrican experimenta una disminución en especialmente para conseguir su valor y esta alteración conver- un coeficiente de temperatura tida en una variación de tensión negativo o positivo, dando origen es lo que se transmite al elemen- a las resistencias tipo PTC o to asociado para que pueda NTC. conocerse la temperatura. construye en un cuerpo Resistencia NTC Funcionamiento de una resistencia NTC Al aumentar la temperatura disminuye la resistencia al paso de los electrones, facilitando así un mayor flujo de los mismos. Flujo de electrones B6-16 · Medidor de masa de aire nitud que llevada a la Unidad de El medidor de masa de aire se uti- Control, servirá para determinar liza en los sistemas de gestión los valores de masa de aire aspira- electrónica del motor. Se intercala do por el motor. en el conducto de aspiración para Una resistencia NTC, colocada antes medir el caudal másico de aire que del elemento sensor, sirve para entra al motor y poder así deter- registrar la temperatura del aire minar los parámetros de funciona- aspirado y establecer así la regula- miento que correspondan. El sen- ción de la corriente del filamento sor lo compone un hilo de platino según la temperatura ambiente, de (resistencia tipo PTC) o película modo que la medida de masa de aire caliente que modifica su resisten- aspirado se inicie siempre tomando cia al paso del aire. como referencia la temperatura Un circuito electrónico regula la ambiente. MEDIDOR DE MASA DE AIRE B6-18 Símbolo del MEDIDOR DE MASA DE AIRE corriente del elemento sensor provocando una sobretemperatura Otras aplicaciones superior a los 100 ºC con respec- Otros sensores de temperatura to a la temperatura ambiente; la también utilizados en el automóvil corriente necesaria para mantenerlo y que cabe resaltar son: caliente es proporcional al enfria- · Transmisor miento que experimenta el filamento por el flujo de aire de entrada de temperatura del aceite del motor. · Transmisor de temperatura del al motor. La corriente que atravie- aire de admisión en sistemas de sa el elemento sensor es propor- gestión del motor SPI. cional a la masa de aire aspirada · Transmisor de temperatura exte- por el motor y constituye la mag- rior en sistemas de climatización. Resistencia NTC Funcionamiento de un medidor de masa de aire El sensor lo compone generalmente un hilo Entrada de aire de platino caldeado que modifica su resistencia al enfriarse por el paso del aire, lo que se traduce en una variación de tensión. Hilo de platino caliente B6-17 13 “Los sensores fotoeléctricos se utilizan en aplicaciones donde se aprovecha la energía solar o bien se pretende transmitir información a través de infrarrojos.” S E N S O R E S F OTO E L É C T R I C O S FOTOSENSOR PARA RADIACIÓN SOLAR B6-19 Símbolo del FOTOSENSOR Fundamentos eléctrica, como es el caso de las Los sensores fotoeléctricos abar- fotorresistencias. can a varios tipos de elementos Otro elemento sensible a la luz que son sensibles a diferentes for- solar lo constituye el fotodiodo; mas de radiación luminosa: visible, se trata de un semiconductor que infrarroja, ultravioleta, etc. en ausencia de luz deja pasar una Hay sensores que transforman la reducida corriente. A medida que energía luminosa que reciben en aumenta la radiación solar, crece energía eléctrica, como las células el flujo de corriente y cuanto más solares, cuyo funcionamiento se intensa es la radiación mayor el basa en el hecho de que cuando flujo de corriente. incide luz sobre un material semi- Hay fotodiodos sensibles a otro conductor, algunos electrones reci- espectro de la luz como son los ben la energía suficiente para esca- infrarrojos o ultravioleta. par de la órbita que ocupaban en el átomo, transformándose en elec- Aplicaciones trones libres capaces de crear una · Células solares corriente eléctrica. Las células solares se emplean Hay otros sensores que reaccio- como generadores de corriente nan de modo diferente a la exposi- en los sistemas de climatización ción luminosa, ya que se produce que disponen techo corredizo una disminución de su resistencia con colector solar. Electrones Funcionamiento de la célula fotoeléctrica Los rayos luminosos desprenden electrones y se produce una corriente eléctrica. B6-20 Se montan varias células forman- espectro de la radiación infrarroja. do una placa en el techo corredi- Durante su funcionamiento el sen- zo, y sirven para aprovechar la sor captará la señal luminosa (invi- radiación solar que incide sobre sible para el ojo humano) emitida el vehículo y transformarla en por el emisor que contiene el energía eléctrica. Con la energía código de activación-desactivación así obtenida se acciona una turbi- del cierre. FOTODIODO na que renueve el aire en el interior del habitáculo, rebajando de este modo la temperatura varios grados. Una Unidad de Control se encarga de accionar y regular el funcionamiento del sistema. Otras aplicaciones También se utiliza el fotodiodo como fotosensor destinado a medir la radiación solar. En sistemas de climatización, el fotodiodo va montado en el salpi- · Sensor de infrarrojos (IR) cadero, la intensidad de corriente El sensor de infrarrojos es utiliza- que fluye por él dependerá del do en determinados sistemas de nivel de luminosidad que recibe, cierre centralizado con mando a de modo que la Unidad de Control distancia. puede regular así el funcionamien- El elemento sensor lo forma un to del aire acondicionado. Fotosensor de radiación solar B6-22 Aplicación de un fotodiodo para medir la radiación solar en un sistema de climatización. grupo de fotodiodos sensible al Diodos receptores Diodo emisor En el interior del sensor de infrarrojos (IR) se encuentran dispuestos varios diodos sensibles al espectro de luz infrarroja. B6-21 15 “Los dispositivos piezoeléctricos producen una variación de su resistencia eléctrica o generan una tensión como respuesta a las fuerzas mecánicas a las que es sometido en forma de presión.” SENSORES PIEZOELÉCTRICOS TRANSMISOR DE PRESIÓN B6-23 Símbolo del TRANSMISOR DE PRESIÓN Fundamentos de medir fuerzas de compresión, El efecto piezoeléctrico consiste vibración y aceleración. en la aparición de una polarización Otro tipo de sensor, éste de tipo eléctrica en un material al defor- pasivo, es el piezorresistivo, el marse bajo la acción de una fuer- cual se basa en la variación de la za. Según el material empleado, el resistencia de un compuesto de sili- fenómeno una cio (material semiconductor) dis- pequeña tensión o variar su resis- puesto sobre una superficie de tencia eléctrica. óxido, Determinados cristales naturales Cuando el sensor es sometido a una (cuarzo) o sintéticos tienen una deformación de su geometría, sus disposición atómica tal que cuando átomos también varían su disposi- son sometidos a una fuerza de ción modificando el camino de los compresión, su estructura se electrones libres, lo que modifica su deforma de tal modo que las cargas resistencia eléctrica. eléctricas (electrones y protones) Se utiliza como elemento sensor de se desplazan en sentido opuesto, presión y el método de medida lo perdiendo su equilibrio natural, lo constituye una delgada capa de sili- que hace surgir una diferencia de cio (resistencia) impresa sobre un tensión entre una cara y otra. El diafragma, la cual es sensible a la sensor piezoeléctrico así obtenido deformación que experimenta el es de tipo activo y permite el diafragma cuando es sometido a una desarrollo de dispositivos capaces presión. puede generar formando una película. Cristal piezoeléctrico Estructura interna de un cristal piezoeléctrico Al deformarse el cristal, las cargas eléctricas se desplazan y aparece una tensión eléctrica entre sus extremos. Cargas en equilibrio Desplazamiento de las cargas a los extremos B6-24 Aplicaciones Otras aplicaciones · Transmisor de presión Hay muchos otros sensores basa- del colector dos en los fenómenos piezoeléctri- SENSOR DE PICADO El transmisor de presión es de cos, como por ejemplo los siguien- tipo pasivo, convierte la variación de tes de tipo activo: presión en el colector en una varia- · Sensor de picado, utilizado en los ción de tensión, gracias a un divisor sistemas de encendido electrónico de tensión formado por resistencias. con avance programado. Se compone de un recinto donde hay dispuesto un diafragma sensible B6-26 · Transmisor de revoluciones y de carga para motores diesel. a la presión absoluta del colector; · Sensor de la magnitud de viraje sobre el diafragma se hallan las resis- en el sistema electrónico de tencias de material piezorresistivo, estabilidad programada (EPS). formando parte de un circuito de · Sensor de aceleración Airbag para medida. Cuando el diafragma se medir la aceleración y decelera- deforma por acción de la presión en ción del vehículo. el colector, el transmisor proporcio- En cuanto a los de tipo pasivo, na una valor de tensión en propor- pueden citarse: ción directa con el grado de presión · Sensor altimétrico que mide la (la carga del motor) que hay en ese presión atmosférica, destina- momento. do en sistemas de gestión del Con esta información, la Unidad de motor. Control Electrónico podrá determi- Símbolo del SENSOR DE PICADO · Transmisor de presión de frenada. nar los parámetros de funcionamiento del motor. Presión baja Presión alta Funcionamiento del transmisor de presión del colector La presión altera la forma del material piezorresistivo modificando su resistencia eléctrica. B6-25 17 “Los ultrasonidos y la radiofrecuencia son procedimientos muy eficaces para el control a distancia y la exploración de volúmenes.” S E N S O R E S P O R U LT R A S O N I D O S Y RADIOFRECUENCIA SENSOR VOLUMÉTRICO Fundamentos sobre ultrasonidos El transmisor y receptor se hallan Los ultrasonidos se definen como táculo. El emisor genera un sonido los sonidos cuya frecuencia de de elevada frecuencia, y el recep- vibración es superior al límite per- tor recibe el eco y lo transforma ceptible por el oído humano. Se en una señal eléctrica (de modo propagan por el aire y su frecuenB6-27 cia puede modificarse al encontrar o rebotar en un objeto. Para generar ultrasonidos se utili- Símbolo del SENSOR VOLUMÉTRICO za un transmisor, similar a un pequeño altavoz cerámico, que resuena a una elevada frecuencia dispuestos en el interior del habi- análogo a un micrófono). Si se produce cualquier movimiento en el interior del vehículo se modifica el valor del eco registrado. La Unidad de Control se sirve de esta señal para identificar la posible entrada de personas no autorizadas al interior del vehículo. (por encima de los 40 kHz) y cuando el receptor, que es parecido a un micrófono, capta la vibra- Otra aplicación de los ultrasoni- ción, emite señales eléctricas que dos es como transmisor ultra- pueden ser detectadas electróni- sónico, en el sistema de asistencia camente. acústica de aparcamiento (APS). Aplicaciones Fundamentos sobre radiofrecuencia · Sensor volumétrico Sensor volumétrico El volumen a vigilar es barrido por ultrasonidos que son “oídos” por un micrófono. La alteración o interrupción de los ultrasonidos detectados por el receptor dispara la alarma. Otras aplicaciones El sensor volumétrico por ultraso- La transmisión y recepción vía nidos se utiliza como detector de radio de información se denomina presencia en sistemas antirrobo. radiofrecuencia, englobando esta B6-28 definición la comunicación me- La unidad de lectura de la llave del diante ondas radioeléctricas emi- inmovilizador electrónico es una tidas al espacio y recibidas por un antena receptora. receptor. Otros tipos de antenas son las de Las ondas que se emiten al espa- audio, las cuales pueden ser de cio y que contienen la informa- tipo activo, que incorporan su ción, son generadas por una corrien- propia electrónica para amplificar te alterna de alta frecuencia que la señal, destacando por su reduci- recorre una antena. do tamaño; y las antenas pasivas, El receptor recibe estas ondas y que por el contrario no necesitan les extrae la información convir- alimentación, pero sus cualidades tiéndola en una orden: activación, vienen condicionadas por su longi- apagado, etc. tud, ya que de ella depende la mejor recepción de una banda de Aplicaciones frecuencias determinada. EMISOR DE RADIOFRECUENCIA B6-30 Mando a distancia de cierre centralizado y activación de alarmas por radiofrecuencia. · Mando a distancia Los sistemas de mando a distancia mediante radiofrecuencia los componen un pequeño emisor transportable y el receptor, que se encuentra en el interior del vehículo. Al accionar el emisor, genera e irradia al aire una onda portadora que contiene el código con la información. El receptor recibe el código y lo compara con el contenido en su programa y si ambos coinciden, activa la función ordenada: activación o desactivación del cierre, o activación y desactivación de la alarma antirrobo. Otras aplicaciones B6-29 Otros elementos sensores de radiofrecuencia son las antenas receptoras. 19 “Hay una amplia gama de sensores cuyo funcionamiento se limita únicamente a interrumpir un circuito eléctrico o conmutar a otro cuando es activado, bien mecánicamente o por la acción de otro fenómeno físico (presión de aceite, temperatura, rotura de cristales, etc.).” S E N S O R E S : I N T E R R U P TO R E S CONMUTADOR TÉRMICO DEL VENTILADOR Y C O N M U TA D O R E S Fundamentos nado por la presión del aceite Existe un buen número de sensores en el cárter, abriendo o cerran- cuya señal es proporcionada por do el circuito cuando se alcanza accionamiento de origen mecánico, una presión determinada de térmico o de cualquier otra natura- tarado, lo que provoca el apaga- leza física; y generalmente su B6-31 acción se limita a cerrar o abrir un circuito eléctrico, siendo este procedimiento la consigna de mando. Símbolo del CONMUTADOR TÉRMICO DEL VENTILADOR Aunque son muchos los sensores de este tipo, se cita a continuación alguna muestra de ellos. cuadro de instrumentos. · Conmutador térmico del ventilador El conmutador térmico del ventilador pone en marcha el ventilador del radiador del líquido refrigerante del motor, a dos velocidades, Aplicaciones · Interruptor de presión Funcionamiento del sensor de presión de aceite. do de la lámpara testigo en el gracias al sistema de conmutación que activa dos contactos a diferen- de aceite te temperatura. También llamado manocontacto, El elemento sensor es una cápsula de se compone de un interruptor cera que se dilata por efecto térmico de presión en comunicación con y en cuyo desplazamiento empuja el circuito de engrase, que se dos contactos tarados a diferente halla tarado a una determinada fuerza. En consecuencia cada contac- fuerza. El interruptor es accio- to cierra el circuito a una fuerza de Sin presión Con presión B6-32 empuje que corresponde a una temperatura específica. · Sensor de rotura de cristales SENSOR DE ROTURA DE CRISTALES Se trata de un pequeño filamento que forma parte de un circuito · Sensor de impacto eléctrico y que se halla insertado Este sensor se utiliza para detec- en los cristales. En caso de rotu- tar posibles impactos. ra, se interrumpe el circuito, lo El conjunto sensor lo componen que hace que se active la alarma cuatro placas, dos bolas metáli- antirrobo. cas y dos separadores de goma. Las placas centrales están iman- Otras aplicaciones tadas y forman parte de los con- Hay muchas aplicaciones que fun- tactos de un interruptor. La cionan en base a un accionamien- señal se produce de este modo: to mecánico, por citar algunos las bolas se hallan sometidas a la otros ejemplos: acción del campo magnético de · Conmutador de cerradura de un imán y se encuentran pegadas puerta en sistemas de cierre a las placas; al producirse un centralizado. choque las fuerzas de inercia de las bolas vencen el campo magnético y se desprenden de su alojamiento estableciendo contacto entre las placas, lo que cierra el circuito eléctrico. · Interruptor B6-34 de puertas para el encendido de luces. · Conmutador de elevalunas. · Conmutador multifunción en cambio automático. · Interruptor de luz de freno. Sensor de impacto Al producirse un impacto, la bola se desprende y produce el contacto eléctrico. Estado normal Al producirse un impacto B6-33 21 “Se define como actuador a todo aquel dispositivo que transforma la energía eléctrica que recibe en otro tipo de energía, normalmente mecánica o térmica que ejecuta finalmente las condiciones de funcionamiento del sistema, que previamente ha establecido la Unidad de Control Electrónico.” AC T UA D O R E S Definición directos como un relé que recibe En un sistema de gestión electró- una corriente y acciona un contac- nica los sensores son los elemen- to, a otros que incorporan su pro- tos encargados de obtener la pia electrónica de conversión, información, es decir, proporcio- como es el caso por ejemplo de nan las señales de entrada a la las pantallas, las cuales disponen Unidad de Control para que ésta de sus propios circuitos electróni- pueda determinar la orden de sali- cos para transformar la señal de da. Esta orden de salida es conver- entrada en una cifra o cualquier tida en una señal eléctrica que se otra indicación visual. envía a un accionador o actuador en otra forma de energía. Clasificación de los actuadores Los tipos de actuadores presentes Al igual que sucede con los senso- en un automóvil son muy variados; res, los actuadores son dispositi- van desde los muy sencillos y vos que proliferan cada vez más en que convertirá la energía eléctrica SENSORES Cuadro sinóptico de la gestión de un motor Un número determinado de actuadores ejecutan las órdenes de la Unidad de Control. UNIDAD DE CONTROL ACTUADORES B6-35 el automóvil como consecuencia · Electromotores: son acciona- de la mayor implementación de mientos donde intervienen moto- nuevos sistemas electrónicos. res eléctricos. Para su estudio y presentación los · Electromotores: motores paso actuadores pueden clasificarse de diverso modo, porque los hay de diversa naturaleza. No obstante es preferible clasificarlos según el a paso. · Acústicos: son los sensores relacionados con el sonido. · Pantallas de cristal líquido: principio básico de funcionamiento. son los actuadores que presen- · Electromagnéticos: son los basa- tan un mensaje visual o introdu- dos en el magnetismo o el electro- cen una información gráfica. magnetismo. · Calefactores: son aquellos que generan calor. Motor paso a paso Relé Pantalla de cristal líquido Electroválvula Altavoz Los actuadores pueden ser de diversa naturaleza. B6-36 23 “Mediante los actuadores electromagnéticos, aprovechando el efecto electroimán creado por la corriente al circular por una bobina, es posible controlar elevadas corrientes de potencia, así como la circulación de fluidos en circuitos hidráulicos o neumáticos (relés, electroválvulas, etc.). También es posible la transformación de la tensión para el encendido.” AC T UA D O R E S E L E C T RO M AG N É T I C O S RELÉ B6-37 Símbolo del RELÉ Fundamentos que corrientes de elevado valor Los actuadores electromagnéticos puedan circular de modo contro- se basan en el magnetismo, que lado, con una pequeña corriente puede ser de origen natural, de mando. Dispone de dos circui- mediante un imán, o creado por la tos, uno de potencia por donde electricidad (efecto electroimán). circulará la corriente de la bate- También se incluyen aquí otros ría hacia el elemento consumidor fenómenos relacionados con la y otro circuito de mando, de bajo electricidad magnetismo: consumo que puede ser goberna- como la inducción electromagnéti- do con corrientes débiles desde ca que consigue generar alta ten- cualquier Unidad de Control. y el sión, principio de los transforma- · Válvulas de inyección dores de encendido. Las válvulas de inyección, tam- Aplicaciones bién llamadas inyectores o · Relés electroválvulas, son dispositi- El funcionamiento del relé se vos electromagnéticos que fun- basa en el efecto electroimán cionan abriendo y cerrando el que tiene lugar cuando circula circuito de presión de combus- corriente por una bobina arrolla- tible en respuesta a los impul- da a un núcleo de hierro dulce. sos que le aplica la Unidad de El relé se construye para facilitar Control. Circuito de potencia Circuito de mando El relé dispone de dos circuitos, uno de potencia y otro circuito de mando o control. B6-38 Estas válvulas van montadas en minado por la Unidad de Control los equipos de inyección donde Electrónico según las condi- normalmente se destina una vál- ciones de funcionamiento del vula para cada cilindro como en motor. los sistemas de gestión del motor El caudal establecido se con- Simos. vierte así en impulsos eléctricos Constan de un cuerpo de válvula que recibe la válvula y la modi- donde se encuentra la bobina y ficación del caudal se consigue una aguja inyectora mantenida en haciendo variar el tiempo de posición de reposo (cerrando el inyección (entre uno y varios paso de combustible) mediante la milisegundos). VÁLVULA DE INYECCIÓN B6-40 Símbolo de VÁLVULA DE INYECCIÓN acción de un muelle. Cuando la bobina recibe corriente, la aguja Otras aplicaciones es levantada debido al efecto elec- Hay muchas aplicaciones donde se troimán de su asiento y el com- utilizan actuadores electromagné- bustible puede salir a presión por ticos, como: la ranura calibrada. · Electroválvula de ventilación del La cantidad exacta de combustible que suministra la válvula depósito de carbón activo. ·Acoplamiento magnético del depende del tiempo de inyección, compresor de aire acondicio- es decir, del tiempo que permane- nado. ce abierta; y este valor es deter- · Transformador de encendido. Bobina Funcionamiento de una válvula de inyección Cuando la bobina recibe corriente, la aguja es levantada de su asiento y el combustible Aguja puede salir a presión por la ranura calibrada. Cerrado Abierto B6-39 25 “Cuando es preciso elevar la temperatura en un punto determinado, se requiere utilizar elementos calefactores que al paso de corriente sean capaces de generar calor.” A C T U A D O R E S C A L E FA C TO R E S BUJÍAS DE PRECALENTAMIENTO PARA MOTORES DIESEL Fundamentos ciente de resistividad (alto valor Los actuadores calefactores son óhmico) y además posee una gran los que producen calor gracias al resistencia al calor. efecto Joule. Este efecto relaciona También se fabrican a base de la corriente que circula por una compuestos semiconductores dis- resistencia y la energía liberada en puestos sobre una superficie. forma de calor. El calor se produ- B6-41 Símbolo de BUJÍAS DE PRECALENTAMIENTO Funcionamiento de una bujía de precalentamiento La elevada corriente que circula por la bujía y su baja resistencia, producen un aumento rápido del calor. ce cuando una elevada corriente Aplicaciones (muchos electrones) al atravesar · Bujías de precalentamiento un conductor con poca resisten- diesel cia, provocan entre ellos numero- Los motores diesel están equipa- sas colisiones y fricciones, lo cual dos con bujías de precalentamiento hace incrementar la temperatura. para facilitar el arranque en frío. Son Se utilizan como resistencias cale- autorreguladas, de calentamiento factoras hilo metálico con una alea- rápido y están diseñadas como resis- ción determinada (cromo-níquel) tencias PTC: su resistencia aumenta que le confiere un elevado coefi- con la temperatura. Calor producido por la elevada corriente B6-42 En frío presentan muy baja sistema de calefacción adicional resistencia, por lo que fluye que consiste en incorporar bujías mucha corriente y se alcanza de calentamiento al circuito del rápidamente la temperatura líquido refrigerante, facilitando normal de servicio, pero una vez de este modo una rápida dispo- caliente, su resistencia aumenta nibilidad de calefacción en el limitando y regulando así el paso habitáculo. de la corriente. El tiempo de funcionamiento se halla gene- Otras aplicaciones ralmente limitado mediante un También se utilizan otros actua- temporizador. d o res calefactores, entre los que cabe citar: · Bujías de calefacción Algunos vehículos diesel de última generación con sistema de inyección directa (TDi) destinados a países fríos, montan un · Luneta térmica. · Resistencia calefactora del colector de admisión (erizo). · Radiador eléctrico, para calefacción. Bujías de calefacción Las bujías de calefacción permiten disponer de calefacción rápida con motores fríos. Radiador de calefacción B6-43 27 “Dentro de la familia de los electromotores hay una gran variedad de dispositivos destinados a diversas funciones: válvulas de regulación de ralentí, bomba de combustible, elevalunas, relojes, etc…” A C T U A D O R E S : E L E C T R O M OTO R E S Si el conductor forma una espira BOMBA DE COMBUSTIBLE arrollada formando un inducido y se alimenta a través de unas escobillas que crean un campo magnético opuesto al fijo (del estator), el campo magnético creado en el inducido formará una fuerza de reacción que le obligará a girar en el interior B6-44 del campo magnético fijo. Se construyen motores de diversas características técnicas, como Símbolo del MOTOR ELÉCTRICO Fundamentos los motores rotativos de giro Los electromotores o motores libre, con reductor o bien de giro eléctricos basan su funcionamien- limitado. to en el principio de que la energía eléctrica se puede transformar Aplicaciones en energía mecánica. · Bomba de combustible Cuando circula corriente a través de Citemos como ejemplo una un conductor se crea a su alrededor bomba de rodillos del circuito de un campo magnético; si este conduc- combustible tor se coloca bajo la acción de un inyección. fuerte campo magnético fijo (el esta- El motor va alojado en una car- tor) y de mayor intensidad (por casa bañado por combustible y ejemplo, un imán permanente), este se facilita la lubricación. último trata de empujar y desplazar El inducido del motor recibe al conductor fuera del mismo. corriente a través de las escobi- del sistema de Funcionamiento del motor eléctrico La corriente que circula por el cable (la bobina del inducido), forma a su alrededor un campo magnético que se opone al campo fijo de los polos magnéticos. La fuerza magnética “empuja” a la bobina y la hace girar. B6-45 llas, y hace girar el rotor donde cerrada. La corriente que recibe se encuentran los rodillos, éstos el motor crea una par de giro por la fuerza centrífuga se des- que se opone a la fuerza del plazan al exterior y actúan como muelle produciendo una posición junta rotativa. Los rodillos crean angular determinada, lo cual sig- en la entrada del combustible nifica una determinada sección una volumen de paso de aire. El control de la aumenta, se llena de combustible corriente sobre el motor se hace y es desplazado hacia la salida mandando la tensión nominal a donde el volumen disminuye, por impulsos, con una frecuencia fija lo que el combustible sale de y haciendo variar la relación de este modo bombeado hacia el ciclo. cámara cuyo VÁLVULA ESTABILIZADORA DE RALENTÍ B6-47 Símbolo de la VÁLVULA ESTABILIZADORA exterior. Otras aplicaciones · Válvula estabilizadora Existen muy variadas aplicacio- de ralentí nes donde se utilizan electromo- El tipo de válvula estabilizadora tores. Citemos como ejemplo las de ralentí consiste en un motor siguientes. de inducido único con el giro · Elevalunas eléctricos. · Reloj del cuadro de instrumentos. · Actuador de mariposa en siste- limitado. El inducido (rotor) está colocado de tal modo que hace girar la válvula abriendo el paso mas Monojetronic y Monomo- de aire; al mismo tiempo se le tronic. opone la acción de un muelle que obliga a la válvula a estar Válvula abierta · Dosificador de combustible en sistemas TDi. Válvula parcialmente cerrada Funcionamiento de la válvula estabilizadora de ralentí. B6-46 29 “Un tipo especial de electromotor lo constituye el motor denominado paso a paso, cuyas características lo hacen muy adecuado para la regulación y el giro controlado.” E L E C T R O M OTO R E S : M OTO R P A S O MOTOR PASO A PASO B6-48 Símbolo del MOTOR PASO A PASO PA S O A Fundamentos cos con polaridad opuesta a la EL motor paso a paso está consti- armadura del imán, de tal modo tuido por un rotor de imanes per- que se produce desplazamiento manentes y varias bobinas que del rotor hasta la posición siguien- configuran el estator. El rotor se te, es decir una fracción (por esta encuentra en el interior de una razón se le denomina motor paso armadura o jaula y se encuentra a paso). magnetizada con el mismo número La fracción de giro o paso depen- de polos que los que puede crear de del número de polos del imán y una de las bobinas. de las bobinas de alimentación La correspondencia entre el rotor (fases). (polos fijos) y el estator (polos La variables) es la causa que provoca trónico se encarga de la excita- el giro escalonado del rotor, ya ción de las bobinas, cambiando que las bobinas, arrolladas a unas alternativamente la polaridad de masas polares, pueden ser alimen- cada grupo de bobinas para pro- tadas alternativamente, creando ducir el giro o para cambiar el sobre las masas campos magnéti- sentido de giro. Unidad de Control Elec- Estator Rotor B Impulsos de alimentación simultánea de las bobinas A A Bobina B B6-49 Funcionamiento del motor paso a paso. Aplicaciones el paso de aire adicional de · Válvula estabilizadora modo que según el sentido de de ralentí giro del motor el cono cerrará o La estabilizadora de ralentí del abrirá el paso de aire. MOTOR PASO A PASO PARA REGULACIÓN DE TRAMPILLAS motor dotado con gestión SPI, emplea un motor paso a paso Otras aplicaciones para controlar el régimen de Además de esta aplicación, los ralentí mediante la modificación motores paso a paso también se de un paso de aire adicional al de utilizan para servicios, como por la mariposa de los gases. ejemplo: Está compuesto por un estator · Regulación de las trampillas de que posee dos bobinas y el rotor ve n t i l a c i ó n d e l s i s t e m a C l i - con los imanes permanentes, que matronic. tiene el eje roscado. B6-51 · Indicadores del cuadro de instru- Un cono de ajuste se halla rosca- mentos del Arosa (cuentarrevo- do al eje del rotor, de tal modo luciones, cuentakilómetros, nivel que cuando el eje gira el cono se de combustible y temperatura desplaza. El cono se intercala en del motor). Válvula cerrada Motor paso paso Válvula abierta Funcionamiento de la válvula estabilizadora de ralentí mediante motor paso a paso. B6-50 31 “En los actuadores acústicos se agrupa a los altavoces y avisadores acústicos; dispositivos ambos que sirven para proporcionar mayor confort durante la conducción y un método de advertencia sonora.” AC T UA D O R E S AC Ú S T I C O S Fundamentos de los altavoces elemento rígido producen ondas Según el principio físico de funciona- El elemento “rígido” que produce el miento los altavoces pueden ser de sonido pude ser una membrana cons- diversos tipos, los más usuales son truida con diferentes materiales: los electrodinámicos, electrostáticos papel, aluminio, plástico, lámina de y piezoeléctricos. cerámica (cuarzo), etc. Cada una de Ya que es muy difícil conseguir que las cuales proporciona unas caracte- un solo altavoz pueda reproducir el rísticas sonoras peculiares. margen de frecuencias audible (20 Una bobina por la que circula Hz-20 000 Hz), en los sistemas de corriente es la encargada de “exci- alta fidelidad se utilizan varios altavo- tar” y hacer vibrar la membrana del ces, que reparten la señal: graves, agu- altavoz. dos o medios. Hay avisadores acústicos de tipo pie- El más corriente para equipos de zoeléctrico donde la membrana es música es el de tipo electrodinámico, sustituida por una fina lámina de el cual se basa en el efecto electro- cerámica. La vibración se produce al magnético que transforma las oscila- entrar en resonancia la lámina tras ciones eléctricas de amplitud y fre- ser excitada con una corriente alter- cuencia en vibraciones mecánicas, na; variando la frecuencia de excita- vibraciones que a su vez mediante un ción es posible modificar el tono. sonoras que se transmiten al espacio. Membrana del altavoz Corriente de alimentación Ondas sonoras Imán permanente Bobina B6-52 Funcionamiento de un altavoz. Aplicaciones responden a las solicitudes de una · Avisador acústico unidad electrónica que puede ser El avisador acústico que monta el el autorradio o un amplificador cuadro de instrumentos del Arosa ecualizador. Además por ellos tam- lleva en su interior un pequeño bién puede transmitirse informa- altavoz de tipo piezoeléctrico, ción de ayuda al conductor. que genera un “zumbido” o “gong” Hay dos tipos de altavoces: pasivos y como señal de advertencia cuan- activos do el sistema electrónico detecta Los altavoces pasivos son excitados una cierta anomalía; como por directamente por el equipo de ejemplo falta de presión de acei- audio: tienen la ventaja de su reduci- te, exceso de velocidad, cinturón do tamaño y buenas prestaciones, y desabrochado, etc. tienen el inconveniente de que no El dispositivo acústico consiste en pueden estar muy alejados de la una membrana cerámica, excitada fuente de sonido, porque se produ- mediante un circuito electrónico cen pérdidas de energía, siendo que genera una frecuencia variable necesario utilizar cables de alimenta- y modulada. El diminuto altavoz la ción de gruesa sección. transforma en el sonido caracterís- Los altavoces activos, por el contra- tico de un “zumbido” o un “gong” rio, incorporan internamente un según el tipo de advertencia. amplificador, por lo que pueden estar ALTAVOZ ACTIVO Amplificador B6-54 Símbolo de ALTAVOZ PASIVO Símbolo de ALTAVOZ ACTIVO situados lejos de la fuente de sonido · Altavoces y utilizar cables de pequeña sección. Los altavoces utilizados en el siste- No obstante, tienen el inconveniente ma de autorradio también son con- de que necesitan ser alimentados siderados como actuadores ya que independientemente con corriente. AVISADOR ACÚSTICO Velocímetro Avisador acústico en el interior del cuadro de instrumentos del Arosa. B6-53 33 “Combinadas con la instrumentación convencional, las pantallas o indicadores de cristal líquido son capaces de reproducir prácticamente cualquier cifra, símbolo o signo en el campo visual del conductor y también servir para otras aplicaciones, como ser la base del retrovisor antideslumbrante.” A C T UA D O R E S : PA N TA L L A S DE C R I S TA L L Í Q U I D O Fundamento De este modo una pantalla puede El principio de funcionamiento de presentar, mediante una matriz la pantalla de cristal líquido o de puntos, cualquier símbolo, grá- display tipo LCD (Liquid Cristal fico o carácter ; convirtiéndose en Display) se basa en la opacidad o un excelente medio de comunica- transparencia que se observa en un ción visual. cristal líquido cuando es sometido La pantalla necesita de una elec- a la acción de un campo eléctrico. trónica de control propia para su Entre dos superficies transparen- funcionamiento. tes se introduce un líquido de cristal como medio indicador. El Aplicaciones líquido ha de contener sustancias · Pantalla del cuadro orgánicas, es decir, los denomina- de instrumentos dos cristales líquidos. Por medio La principal aplicación de la pan- de electrodos aplicados a las dos talla es como indicador de datos superficies se puede crear un en el cuadro de instrumentos. campo eléctrico que influye sobre Una sola pantalla puede mostrar la permeabilidad luminosa del varias indicaciones simultánea- líquido, es decir, sobre el mayor o mente y servir al mismo tiempo menor paso de luz. Si a estos elec- como monitor que permita la trodos se les da una forma con- visualización de otros datos que creta pueden representar cual- puedan estar almacenados en la quier símbolo. memoria. Sin polarizar: Transparente Polarizado: Opaco El cristal líquido se hace opaco cuando es polarizado. B6-55 Es posible el diseño de pantallas ras y en ausencia de tensión es que incorporen distintas clases transparente. de información así como diver- Cuando el vehículo es alcanzado sos símbolos explicativos. por una luz desde atrás, es detec- La pantalla se integra en un cuadro de instrumentos o bien forma parte de una unidad de manejo, como el caso del Climatronic, tado por un fotosensor y la electrónica aplica una tensión a las placas conductoras que al polari- donde la pantalla muestra la fun- zar el gel lo van haciendo opaco. ción programada de cada tecla y En función del grado de deslum- el estado de la función seleccio- bramiento, el gel se oscurecerá nada. con mayor intensidad, evitando el · Retrovisor antideslumbrante efecto deslumbrante. B6-57 Pantalla indicadora de datos en el cuadro de instrumentos. automático Este especial espejo retrovisor, consta de una electrónica de control y el elemento del espejo. El elemento de espejo tiene una carga de gel electroquímico (similar al cristal líquido) situado entre el cristal del espejo y un cristal transparente. El gel se encuentra entre dos capas electroconducto- Gel electroquímico Otras aplicaciones Aunque hay gran número de aplicaciones donde hay pantalla, pueden citarse entre ellos: · Equipo de radio. · Relojes horarios. · Pantallas de sistemas de navegación. Luz incidente deslumbrante Reflejo sin efecto deslumbrante Espejo retrovisor antideslumbrante. B6-56 35 “La Unidad de Control Electrónico reúne los circuitos y componentes electrónicos capaces de ejecutar operaciones lógicas. Son la base de los sistemas de gestión del motor y de muchas otras aplicaciones «inteligentes».” U N I DA D L Ó G I C A D E DE C O N T R O L : T É C N I C A S D I G I TA L E S B O O L E A mediados del siglo XIX, el filósofo y matemático George Boole desarrolló una teoría matemática completamente distinta a la que entonces se conocía y cuya expansión ha sido la base de los modernos ordenadores. La teoría de Boole, también conocida como álgebra lógica o binaria, es un sistema matemático usado en el diseño de circuitos lógicos. Sólo se consideran dos estados posibles: verdadero-falso; encendido-apagado; 1-0, etc . Así, por ejemplo, considerando sus dos únicos estados posibles una lámpara puede estar encendida o apagada; un relé, activado o desactivado, y un transistor, conduciendo o bloqueado. Analógico y digital intensidad y por tanto el voltaje Los términos digital y analógico de alimentación: de este modo la son opuestos ya que mientras digi- lámpara recibe una tensión regula- tal significa algo cuya modificación da de manera continua. es de forma escalonada, con incrementos precisos e inequívocamente definidos, el término analógico expresa algo de variación continua. Veamos un ejemplo: regular el brillo de una lámpara puede llevarse a cabo de dos modos diferentes: Digital: mediante la selección de un valor predeterminado, de modo que la tensión de alimentación de la lámpara es regulada mediante varios puntos previamente definidos, consiguiendo de este modo un control incremental. La electrónica denominada analógica utiliza señales de voltaje que Analógico: mediante un potenciómetro en serie, que limitase la varían de magnitud en función del tiempo, y se utilizan componentes y “chips” que funcionan de acuerdo a estas características: amplifican o FUNCIONAMIENTO ANALÓGICO atenúan las señales eléctricas. FUNCIONAMIENTO DIGITAL La electrónica digital utiliza “chips” que funcionan con señales digitales; estas señales se basan en el empleo 1 de impulsos eléctricos que pueden 2 variar en anchura y frecuencia. 3 La importancia de trabajar con 4 6 impulsos radica en que es posible 5 transmitir información de modo “binario” (sólo dos estados posibles: 0 y 1), siendo esto el origen V de la técnica digital y el fundamen- V to de la “lógica” electrónica. Sistema binario El sistema binario es una forma de 1 2 3 4 5 6 Posición del mando Posición del mando codificación; del mismo modo que el código Morse es un método B6-58 para codificar palabras con tan sólo dos señales, el sistema binario Los circuitos electrónicos digitales utiliza dos “símbolos” que en este almacenan y transportan informa- caso se denominan estados o nive- ción en forma de números codifica- les eléctricos de tensión: voltaje dos en binario y tan sólo son nece- alto o uno o voltaje bajo o cero. sarios dos números para expresar El código binario puede transfor- cualquier magnitud. Para cada núme- marse fácilmente en una sucesión ro decimal puede calcularse su equi- de ceros y unos que puede ser valente en número binario, por lo posteriormente representado en que existe una relación entre la lógi- cualquier número decimal. ca digital y las matemáticas. Número decimal Conversión de binario a decimal Número binario Peso de cada bit 16 8 4 1 2 1 1 2 1 0 3 1 1 4 1 0 0 5 1 0 1 6 1 1 0 7 1 1 1 dividendo cociente Bit significativo p a l a b ra . L a p o s i c i ó n q u e o c u p a c a d a b i t (número binario) tiene un “peso” específico determinado. Así, el primer bit de la derecha representa el 1; el segundo bit, el 2; el tercero, el 4; el quinto, el 8; el sexto, el 16, etc . resto 21:2 = 10 1(e) 10:2 = 5 0(d) 5:2 = 2 1(c) 2:2 = 1(a) 0(b) orden L a t a b l a s i g u i e n t e m u e s t ra v a r i o s números binarios y su equivalencia en decimal. Cada cero o uno se denomina “bit” y un número determinado de bits forma una a b c d e 1 0 1 0 1 Conversión de decimal a binario Para la conversión de cualquier número decimal a binario es necesario dividirlo por 2 hasta que ya no sea posible: el número en base 2 es el conjunto formado por todos los restos de las divisiones más el último cociente. Este orden de obtención corresponde al orden de bits de menor a mayor peso específico. El ejemplo muestra cómo se obtiene el número binario de 21; tras sucesivas divisiones entre 2, el número es 10101. 37 “En electrónica, cuando en base a dos entradas de información se debe tomar una decisión, se utilizan circuitos que se conocen con el nombre de «puertas lógicas» . La combinación de puertas de diferente tipo son el principio de los microprocesadores y las memorias.” U N I DA D DE C O N T R O L : P U E RTA S L Ó G I C A S Puerta tipo Y ENTRADAS Fundamentos Aunque se construyen generalmen- Las puertas lógicas son el origen te con transistores y diodos, su fun- de la denominada lógica electróni- cionamiento se asemeja a la combi- ca, que se basa en que cualquier nación de conmutadores o relés información o toma de decisiones montados en serie o en paralelo. puede comunicarse con tan sólo Las puertas poseen unas entradas y SALIDA dos palabras, “sí” y “no”, es decir, A B Q mediante un código binario, ya que 0 0 0 cualquier problema lógico se resu- 0 1 0 me en una serie de preguntas 1 0 0 encadenadas que ofrecen dos úni- 1 1 1 cas respuestas: “sí” o “no”. Las puertas son componentes Q =A x B B6-59 básicos en los sistemas digitales, con ellas se construirán memorias y microprocesadores. Operan con Puerta tipo O números binarios y todos los cir- SALIDA A B Q 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 depende por completo de la señal aplicada a la entrada. · Puerta tipo Y (AND) A la puerta tipo Y se la llama “todo o nada”. La primera figura representa un circuito tipo Y, así como el símbolo correspondiente. Se representa las entradas (A y B) mediante interruptores, siendo la salida (Q) una lámpara. cuitos digitales se fabrican usando La tabla de la verdad muestra tres tipos de puertas lógicas: todas las posibles combinacio- · · Puertas O. · Puertas NO. Puertas Y. ENTRADAS salidas. El valor que tome la salida nes que pueden tomar la salida Q según el estado de las entradas A y B. Interruptor Q =A + B B6-60 Termocontacto Ejemplo de control mediante un circuito Y El accionamiento del ventilador del radiador, mediante un termocontacto montado en serie con el interruptor general. Sólo funcionará cuando ambos se hallen conectados. Electroventilador B6-61 Se utiliza el uno (1) para desig- El esquema de la ilustración nar que un circuito 1 está cerra- representa el circuito del alum- do o activado (lámpara encendi- brado interior. Al abrir una de las da), y un cero (0) para indicar puertas, se acciona un pulsador que el circuito se halla cerrado o (F) que cierra el circuito de la desactivado (lámpara apagada). alimentación de la lámpara (W). · Puerta tipo NO (NOT) · Puerta tipo O (OR) La puerta denominada de tipo O Las puertas NO, también llamadas proporciona una salida (Q) alta inversoras, sólo tienen una entra- cuando cualquiera de las entra- da y una salida, la cual adquiere el das (A y B), o todas, son altas. estado inverso de la entrada, es En la segunda figura (página ante- decir, su salida siempre es de valor rior) se presenta el circuito O contrario al valor de la entrada. formado con interruptores, se Por ejemplo, si la entrada es 1, la observa que la lámpara se encen- salida será 0, y viceversa. derá cuando cualquier interrup- Las puertas tipo NO se utilizan tor se halle conectado (1). combinadas con las otras puer- Como ejemplo podríamos citar la tas, de tal modo que se logran del encendido de una lámpara nuevas puertas, como las NO-Y y desde diferentes interruptores, las NO-O, con sus propias expre- como es el caso de la luz del inte- siones matemáticas y tablas de la rior de habitáculo, la cual se verdad que permiten realizar enciende al abrir cualquier puerta. complejas operaciones lógicas. EN PROFUNDIDAD Definición de términos La unidad de información más pequeña y que puede tener sólo dos valores 1 o 0 es el bit. Su nombre proviene de la contracción en inglés de las palabras “binary digit”, dígito binario. La unidad básica de información con la que operan los ordenadores es el byte (1), que son ocho bits. Con los bytes puede representarse un carácter o palabra. Los ordenadores actuales emplean palabras de 32 y 64 bits. (1) La palabra byte significa en inglés un octeto, es decir, el conjunto de ocho elementos. Puerta tipo NO B6-63 ENTRADA SALIDA 0 1 1 0 W Ejemplo de control mediante un circuito O Interruptor puerta izquierda Interruptor puerta derecha F El encendido de la luz de cortesía puede hacerse desde diversos interruptores. Cada uno de ellos hace que la luz se encienda. F B6-62 39 “El corazón de la Unidad de Control Electrónico lo componen una serie de circuitos integrados: el microprocesador, la memoria del programa, la memoria de datos y los circuitos que controlan la entrada y la salida.” U N I DA D DE CONTROL: ESTRUCTURA INTERNA Microprocesador UNIDAD DE CONTROL En el interior de la Unidad de Control se encuentra el microprocesador, que es un conjunto de dispositivos semiconductores encapsulados en un solo chip, cuya misión es la de evaluar datos y señales externas y en función de ellas B6-64 generar un conjunto de datos y seña- Sensores les que se hacen llegar al exterior. A esta tarea se le llama procesar datos, y para “saber” qué ha de hacer con ellos se necesita un “programa” que le informe en cada momento cómo, cuándo y dónde ha de actuar. El programa lo constituyen una serie de Convertidor analógico/digital órdenes o instrucciones escritas en un lenguaje que entienda la máquina (lenguaje de programación) y que se halla “memorizado” en algún sitio a salvo de cualquier eventualidad que pudiera borrarlo. La memoria donde se hallan las instrucciones básicas que ponen en marcha el microordenador se llama sistema que controle el microprocesador; así pues, en un sistema de frenos ABS, necesita para funcionar un programa específico que maneje memoria ROM, que es la memoria magnitudes diferentes a las que de sólo lectura. necesita una Unidad de Control de Pero el microprocesador también Inyección Electrónica. necesita una memoria donde almacenar los datos temporalmente, donde registrar los datos que transmiten las Unidad de Control de Procesos (CPU) sondas y cargar el programa de traba- En el interior del microprocesador se jo para ejecutar allí las instrucciones; encuentra la CPU (Central Procesing ésta es la memoria RAM, memoria Unit), que es el cerebro del sistema. de lectura y escritura, y que puede ser Realiza dos funciones: procesar los borrada (es aquí donde guardará los datos y coordinar las actividades de códigos de averías). todos los sistemas. El programa es diferente para cada Dentro de la Unidad de Control se La información entra a través de un interfaz formado por el convertidor analógico-digital, pasa por los buses al microprocesador y las memorias, donde se procesa la información y Microprocesador Memoria Memoria RAM ROM vuelve a salir al convertidor digital analógico para activar los correspondientes actuadores. CPU Actuadores Bus de datos Convertidor digital/analógico B6-65 encuentra también el bus de datos y el aquí se encuentran los convertido- interfaz de entrada y salida. res analógico-digitales y viceversa. Bus de datos · Convertidor analógico-digital y digital-analógico El bus de datos son líneas colecti- El convertidor analógico-digi- vas por donde circula la informa- tal se encarga de que las señales ción de las sondas hacia el micro- de entrada de tipo analógico se procesador y desde aquí a las eta- conviertan en impulsos digitales. pas finales de potencia. Pone en Los impulsos digitales transmiti- comunicación la CPU con los dos al microprocesador servirán módulos que gestiona. para elaborar las órdenes de salida que serán transmitidas hacia Interfaces entrada/salida el convertidor digital-analógi- Son circuitos integrados que sir- co y desde aquí accionar el ven para la comunicación con los actuador correspondiente con sensores y actuadores conectados una señal analógica. al entorno de la Unidad de Control; 41 EJERCICIOS DE A U TO E VA L U A C I Ó N Los siguientes ejercicios sirven como prueba de autoevaluación, que le permitirán conocer cuál es el grado de comprensión del presente cuaderno didáctico. En algunas cuestiones es posible que exista más de una respuesta correcta. Las distintas cuestiones están englobadas en tres grandes grupos, para poder determinar el aprendizaje por temas. Al final de la realización de los ejercicios es necesario contar el número de respuestas correctas por grupo. Si no se supera el número de respuestas correctas indicadas en cada apartado se debe volver a repasar el apartado correspondiente. 1.º SENSORES 1. Transmisor de régimen A. Efecto piezoeléctrico 1 . Relacione los siguientes sensores con el efecto en que 2. Transmisor de aceleración transversal B. Efecto termoeléctrico 3. Transmisor de nivel de líquido refrigerante C. Efecto magnético 4. Transmisor de temperatura D. Efecto fotovoltaico 5. Transmisor de presión en el colector 6. Sensor de radiación solar se basan. 1. 4. E. Conductividad eléctrica 2. 5. F. Efecto hall 3. 6. 2 . ¿En qué sistema de control electrónico puede encontrar un contacto tipo “reed”? A. Inyección de gasolina. B. Airbag. C. ABS. 3. El medidor de masa de aire por hilo caliente se basa en una resistencia tipo: A. NTC. B. LDR. C. PTC. 4. Identifique a partir de los símbolos siguientes el sensor que le corresponde. A A B C B C 5. ¿Cuál de las siguientes aplicaciones que utilizan el efecto hall es falsa? A. Medidor de aceleración transversal. B. Sensor de campo magnético en sistemas GPS. RESULTADOS OBTENIDOS Respuestas correctas C. Medidor del ángulo de giro de la dirección. D. Sensor de revoluciones. Total respuestas 5 E. Medida de la corriente eléctrica. Respuestas necesarias para superar la prueba 4 43 2.º ACTUADORES 6. Las bujías de precalentamiento de tipo autorreguladas trabajan como una resistencia que, al calentarse, su valor: A. Aumenta. B. Disminuye. C. Se interrumpe. 7. Determine a qué actuador corresponde cada uno de los símbolos siguientes: A B C A B C 8. Identificar las dos señales de excitación que corresponden a la posición de máxima y mínima apertura de una válvula estabilizadora de ralentí de giro limitado: A B C B A C 9. En el motor paso a paso, ¿qué produce el desplazamiento del rotor? A. La alimentación alternativa de las bobinas. B. La alimentación simultánea de las bobinas. C. La alimentación paralela de las bobinas. RESULTADOS OBTENIDOS Respuestas correctas Total respuestas 4 Respuestas necesarias para superar la prueba 3 45 3.º UNIDAD DE CONTROL 10. El término control digital significa que la unidad de mando funciona con: A. Técnica analógica. B. Impulsos binarios. C. Frecuencia variable. 11. En sistemas digitales, cuando en base a dos o más condiciones se debe tomar una decisión, ¿qué componentes se utilizan? A. Puertas lógicas. B. Microprocesador. C. Memoria RAM. 12. La diferencia fundamental de una Unidad de Control con respecto a otra destinada a distinta aplicación está en: RESULTADOS OBTENIDOS A. La memoria RAM. Respuestas correctas B. El programa en la memoria Total respuestas ROM. 3 Respuestas necesarias para superar la prueba C. El microprocesador. 2 S OLUCIONES : 7: A=Motor paso a paso. B=Relé. C=Altavoz activo. 8: A. 9: A. 10: B. 11: A. 12: B. 1: 1=C, 2=F, 3=E, 4=B, 5=A, 6=D. 2: B. 3: C. 4: A=Sensor de picado. B=Fotosensor. C=Sensor hall. 5: B. 6: A. 47 PAPEL ECOLOGICO SERVICIO AL CLIENTE Organización de Servicio Estado técnico 09.97. Debido al constante desarrollo y mejora del producto, los datos que aparecen en el mismo están sujetos a posibles variaciones. El cuaderno es para uso exclusivo de la organización comercial SEAT. ZSA 63807989006 CAS06CB FEB. ‘98 90-06