viernes, 3 de febrero de 2012

Termorresistencia

Termorresistencia

La termorresistencia es una resistencia fabricada con óxidos de diferentes materiales (cromo, cobalto, hierro, etc).Son elementos PTC[1] en los que la resistencia aumenta cuando aumenta la temperatura, y elementos NTC[2] la resistencia disminuye cuando aumenta la temperatura.
Símbolo de un termistor o termorresistencia.

Usos

Medir la temperatura con termorresistencias, se basa en la característica que tienen todos los materiales de cambiar su resistencia según la temperatura.
Esta variación se llama coeficiente de temperatura. En la gama de conductores metálicos ,son los metales puros los que tienen las variaciones más fuertes de resistencia. Las termorresistencias se suelen fabricar con niquel (Ni) y platino (Pt).

Características

Las termorresistencias más comunes se fabrican de alambres finos soportados por un material aislante y encapsulados. El elemento encapsulado se inserta dentro de una vaina o tubo metálico cerrado en un extremo que se llena con un polvo aislante y se sella con cemento para impedir que absorba humedad.
Diagrama esquemático de una resistencia termométrica, o resistencia detectora de

Diodo L.E.D

Un led[1] (de la sigla inglesa LED: Light-Emitting Diode: "diodo emisor de luz", también "diodo luminoso") es un diodo semiconductor que emite luz. Se usan como indicadores en muchos dispositivos, y cada vez con mucha más frecuencia, en iluminación. Presentado como un componente electrónico en 1962, los primeros ledes emitían luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta.
Cuando un led se encuentra en polarización directa, los electrones pueden recombinarse con los huecos en el dispositivo, liberando energía en forma de fotones. Este efecto es llamado electroluminiscencia y el color de la luz (correspondiente a la energía del fotón) se determina a partir de la banda de energía del semiconductor. Por lo general, el área de un led es muy pequeña (menor a 1 mm2), y se pueden usar componentes ópticos integrados para formar su patrón de radiación. Los ledes presentan muchas ventajas sobre las fuentes de luz incandescente como un consumo de energía mucho menor, mayor tiempo de vida, tamaño más pequeño, gran durabilidad y fiabilidad. Los ledes que pueden iluminar un cuarto son relativamente costosos y requieren una corriente más precisa y una protección térmica a comparación de las lámparas fluorescentes.
Los ledes se usan en aplicaciones tan diversas como iluminación de aviación, iluminación automotriz (específicamente las luces de posición traseras, direccionales e indicadores) así como en las señales de tráfico. El tamaño compacto, la posibilidad de encenderse rápido, y la gran fiabilidad de los ledes han permitido el desarrollo de nuevas pantallas de texto y vídeo, mientras que sus altas frecuencias de operación son también útiles en tecnologías avanzadas de comunicaciones. Los ledes infrarrojos también se usan en unidades de control remoto de muchos productos comerciales incluyendo televisores, reproductores de DVD, entre otras aplicaciones domésticas

jueves, 2 de febrero de 2012

Sensor piezoeléctrico

Un sensor piezoeléctrico es un dispositivo que utiliza el efecto piezoeléctrico para medir presión, aceleración, tensión o fuerza; transformando las lecturas en señales eléctricas.

Contenido

 Aplicaciones

Los sensores piezoeléctricos son catalogados como herramientas versátiles para la medición de varios procesos. Son utilizados para garantías de calidad, procesos de control, investigación y desarrollo en diferentes campos industriales. Aunque el efecto piezoeléctrico fue descubierto por Curie en 1880, éste comenzó a ser implementado en las aéreas sensoriales de la industria sólamente a partir del año 1950. Desde entonces, el uso de este principio de medición se ha incrementado, ya que puede ser considerado como una tecnología madura gracias a su fácil manejo y su alto nivel de confiabilidad. Tiene aplicaciones en campos como la medicina, la industria aeroespacial y la instrumentación nuclear, así como pantallas táctiles de teléfonos celulares. En la industria automovilística, los elementos piezoeléctricos son utilizados para monitorear la combustión durante el desarrollo de motores de combustión interna. Los sensores pueden estar, bien sea montado directamente en hoyos adicionales en la culata o en las bujías las cuales están equipadas con un sensor piezoeléctrico en miniatura.[1]
El ascenso de la tecnología piezoeléctrica está directamente relacionado a un conjunto de ventajas inherentes. El alto módulo de elasticidad de muchos materiales piezoeléctricos puede ser comparado con el de metales con magnitudes cuyo orden alcanza 106 N/m[dubious – discuss]. A pesar de que los sensores piezoeléctricos son sistemas electromecánicos que reaccionan a la compresión, los elementos sensoriales muestran casi una deflexión nula. Por esta razón los sensores piezoeléctricos son tan precisos, tienen una frecuencia natural extremadamente alta y una excelente linealidad en amplio rango. Además, la tecnología piezoeléctrica es insensible a campos electromagnéticos y radiación, facilitando mediciones bajo condiciones adversas. Algunos materiales usados (especialmente fosfato de galio [2] o turmalina), poseen un alto grado de sensibilidad incluso al ser expuestos a altas temperaturas, permitiendo que el sensor sea eficiente hasta temperaturas de 1000 °C. La turmalina también posee piroelectricidad; gracias a esta característica se genera una señal eléctrica cuando la temperatura del cristal es alterada. Este efecto es muy común en materiales piezocerámicos.
Una desventaja de los sensores piezoeléctricos es que no se pueden usar para tomar mediciones de estática verdadera. Una fuerza estática resultaría en una cantidad fija de cargas sobre el material piezoeléctrico. Trabajar con dispositivos de visualización convencionales, materiales aislantes imperfectos, así como la reducción de la resistencia interna del sensor, resulta poco eficiente debido a la pérdida constante de electrones y el bajo rendimiento de la señal. Además las temperaturas elevadas causan una falla adicional en la resistencia interna y en la sensibilidad de la medición. El mayor efecto del efecto piezoeléctrico es que cuando aumenta significativamente la presión y la temperatura, la sensibilidad se reduce debido a un montaje gemelo (twin-formation).
Principio Sensibilidad de la Tensión [V/µ*] Umbral [µ*] Razón umbral- periodo
Piezoelectrico 5.0 0.00001 100,000,000
Piezoresistivo 0.0001 0.0001 2,500,000
Inductividad 0.001 0.0005 2,000,000
Capasitividad 0.005 0.0001 750,000
Mientras los sensores de cuarzo deben ser enfriados a 300 °C durante las mediciones, existen cristales especiales como el GaPO4 fosfato de galio, que no presentan un montaje gemelo hasta el punto de ebullición del propio material. Sin embargo, se debe desmentir la premisa que afirma que estos sensores sólo pueden ser utilizados en procesos muy rápidos o en condiciones ambientales. De hecho existen numerosas aplicaciones que demuestran mediciones cuasi-estáticas y muchas otras realizadas a temperaturas que superan los 500 °C. En la naturaleza también existen los sensores piezoeléctricos. La smithsonita o carbonato de zinc son piezoeléctricos, y se cree que puede llegar comportarse como sensores biológicos de fuerza. [www. ortho. lsuhsc. edu/ Faculty/ Marino/ EL/ EL4/ Piezo. htm]

Principios de operación

Dependiendo de cómo se corte el material piezoeléctrico, se obtienen tres formas de operación diferentes: transversal, longitudinal o tangencial.
Efecto Transeversal
Se aplica una fuerza a lo largo del eje neutro Y, los cambios son generados a los largo del eje X, es decir perpendicular a la línea de fuerza. La cantidad de carga, depende de las dimensiones geométricas del elemento piezoeléctrico, respectivo. Para dimensiones a,b,c se aplica :
  Cx = dxyFyb / a,
Donde a es la dimensión alineada con el eje Y, b está alineada con el eje que genera la carga y d es el correspondiente coeficiente piezoeléctrico.[3]
Efecto longitudinal
La cantidad de carga producida es directamente proporcional a la fuerza aplicada y es independiente del tamaño y la forma del elemento piezoeléctrico. Usando varios elementos mecánicamente en serie y eléctricamente en paralelo, se puede conseguir aumentar la carga emitida. La carga resultante es:
  Cx = dxxFxn,
Donde dxx es el coeficiente piezoeléctrico para una carga en dirección X, carga liberada por fuerzas aplicadas a lo largo del eje X (en pC/N). Fx es la carga proporcionada en dirección X [N] y n corresponde al número de elementos en el circuito.
Efecto Tangencial
Nuevamente las cargas producidas son estrictamente proporcionales a las fuerzas aplicadas e independientes de la forma y el tamaño de los elementos. Para n elementos mecánicamente en serie y eléctricamente en paralelo la carga es:
 Cx = 2dxxFxn.
 Propiedades eléctricas

Un transductor eléctrico tiene una muy alta impedancia de salida de corriente contínua y puede ser modelado como una fuente proporcional de voltaje y como una red de filtro. El voltaje V en la fuente es directamente proporcional a la fuerza, presión o tensión aplicada. La señal producida está relacionada con esta fuerza mecánica como si hubiera pasado a través de un circuito equivalente. Un modelo detallado incluye los efectos de la construcción mecánica del sensor y otras no idealidades. La inductancia Lm es causada gracias a la masa sísmica y la inercia del propio sensor. Ce es inversamente proporcional a la elasticidad mecánica del sensor. C0 representa la capacitancia estática del transductor , la cual es resultado de la inercia de una masa de tamaño infinito. Ri es la resistencia de la salida del aislamiento del elemento del transductor. Si el sensor está conectado a una resistencia de carga, esto también actúa en paralelo con la resistencia del aislamiento, incrementando la alta frecuencia de corte.

 Materiales sensibles

Dos grandes grupos de materiales son usados en los sensores piezoeléctricos: cerámicos piezoeléctricos y materiales de un solo cristal. El material cerámico (como por ejemplo la cerámica PZT) tienen una sensibilidad constante que es aproximadamente dos órdenes de magnitud más grande que los materiales de un solo cristal y pueden ser producidos a través de procesos de sinterización de bajo costo. El Efecto “Piezo” en las piezocerámicas se considera que es “entrenado” por lo que desafortunadamente su alta sensibilidad se ve degradada con el tiempo. Esta degradación está altamente correlacionada con la temperatura. Los materiales de cristal menos sensibles (fosfato de galio, cuarzo, turmalina) cuando se manipulan con cuidado tienen mayor estabilidad a largo plazo.

Varistor

Un varistor (variable resistor) es un componente electrónico cuya resistencia óhmica disminuye cuando la tensión eléctrica que se le aplica aumenta; tienen un tiempo de respuesta rápido y son utilizados como limitadores de picos voltaje. Fabricados básicamente con óxido de zinc y dependiendo del fabricante se le añaden otros materiales para agregarle las características no lineales deseables. El material se comprime para formar discos de diferente tamaño y se le agrega un contacto metálico a cada lado para su conexión eléctrica. Se utiliza para proteger los componentes más sensibles de los circuitos contra variaciones bruscas de voltaje o picos de corriente que pueden ser originados, entre otros, por relámpagos conmutaciones y ruido eléctrico.
  1. El tiempo de respuesta está en el orden de los 5 a 25 nanosegundos.
  2. El voltaje de actuación es de 14V a 550V.
  3. Tiene buena disipación de energía indeseable.
  4. La confiabilidad es limitada ya que se degrada con el uso.
  5. El costo del dispositivo es bajo comparado con otros (como los diodos supresor de avalancha de silicio).

 Funcionamiento

El varistor protege el circuito de variaciones y picos bruscos de tensión. Se coloca en paralelo al circuito a proteger y absorbe todos los picos mayores a su tensión nominal. El varistor sólo suprime picos transitorios; si lo sometemos a una tensión elevada constante, se quema. Esto sucede, por ejemplo, cuando sometemos un varistor de 110V ac a 220V AC, o al colocar el selector de tensión de una fuente de alimentación de un PC en posición incorrecta. Es aconsejable colocar el varistor después de un fusible. EAV*
El varistor esta construido a base de materiales semiconductores al igual que como el tiristor. Por lo tanto, al aplicar un potencial en sus extremos de pequeñas magnitudes ofrece resistencia muy elevada, en tanto que si su potencial aplicado es muy elevado, su resistencia disminuye permitiendo el paso de la corriente. Es asi como se convierte en un fusible

 

Caudalímetro

Caudalímetros: ¿Como funcionan?

Los medidores de masa de aire son conocidos como debímetros, caudalímetros, anemómetros, HMF o LMS y son utilizados tanto en las motorizaciones diésel como en las de gasolina para medir el flujo de aire que entra en el motor, es decir, la cantidad de aire que entra al interior de los cilindros.
En la actualidad nos podemos encontrar con dos tipos de medidores de masa claramente diferenciados: los que funcionan por hilo térmico o los que lo hacen por película caliente. Los más recientes son los de película caliente (HMF o LMS) y son los medidores en los que nos vamos a basar para describir su funcionamiento.

El medidor de masa está ubicado a la salida del filtro del aire, en la canalización que conduce el aire filtrado al motor. A título de referencia, diremos que los caudalímetros de hilo basan su funcionamiento en un hilo térmico y su mayor particularidad es la de realizar un efecto de pirólisis, es decir, elevar la temperatura del hilo térmico para liberarlo de sustancias que puedan alterar su funcionamiento. Este proceso se produce a la parada del motor.

Los medidores por película caliente, basan su funcionamiento en elevar la temperatura de un sensor térmico a una media de 120 ºC, dependiendo del fabricante. El aire que fluye por la canalización donde se encuentra ubicado el medidor de masa, enfría a su paso al sensor térmico. La electrónica del caudalímetro al detectar el descenso de temperatura del sensor, intenta que éste recupere su temperatura inicial mediante el suministro de una corriente eléctrica. Esta corriente eléctrica será la corriente de referencia para conocer la cantidad de aire que entra al motor.

La unidad de mando del motor, interpreta la variación de voltaje recibida del caudalímetro como el estado de carga del motor y calcula la inyección; sin obviar que también son activados los sistemas de recirculación de gases de escape en mayor o menor grado dependiendo, lógicamente, de la carga del motor. El fallo de este componente provoca una falta de potencia, presencia de abundante humo negro en los gases de escape y alteraciones en el funcionamiento del motor.
El fallo de este componente hará que se conecte en el cuadro de instrumentos el testigo de avería motor mediante la EOBD, es decir, que en el momento que se encienda el testigo; un código de avería habrá sido memorizado. Este código de avería será del tipo P0100.

El medidor de masa de aire motor incorpora, de forma opcional y dependiendo del fabricante, el sensor de temperatura de aire de aspiración y, en este caso, llegan al medidor 5 o 6 cables. Que tenga 5 o 6 cables no es relevante; el de 5 cables tiene una masa mientras que el de 6 dos, es decir, el de 5 comparte una de las dos masas del de 6. El caudalímetro recibe 12V mediante el relé de la unidad de mando del motor y del orden de 14V con el motor en marcha. El rango de voltaje entregado a la unidad de mando por el caudalímetro es de 1 a 5V.

Sonda Lamda

La sonda landa es un dispositivo muy importante en la inyección multipunto ya que nos indica el dosado (relación flujo másico combustible/aire) para ver cuando se inyecta más combustible o menos. Es decir, proporciona un ajuste más fino en la inyección multipunto.

Es muy utilizado en los sistemas de inyección KE-JETRONIC y consta de dos inyectores con cerámica en medio (porosa)

Por tanto su función principal es informar a los inyectores de la cantidad de combustible que tienen que inyectar, ya sea para bajar el dosado o subirlo. Ello es de gran importancia no solo para la potencia del motor, sino también para el consumo específico o los contaminantes generados a la atfomosfera

Sensores de potenciómetro
El potenciómetro de cursor utiliza como principio de medición la equivalencia existente entre la longitud de una resistencia alambrica (en forma de cable o hilo) o de capa (en forma de pista) y su valor óhmico. Actualmente es el sensor de posición mas economico.
Para evitar sobrecargas, generalmente esta aplicada la tensión a la pista de medición a través de pequeñas resistencias en serie Rv (también para el calibrado del punto "cero" y el ajuste de la elevación). La forma dada al contorno de la pista de medición influye en el trazado de la curva característica. La conexión del cursor se efectua generalmente a través de la segunda pista de contacto de igual superficie, que tiene debajo una capa de material conductor de bajo ohmiaje.
Las ventajas de estos sensores son:
  • Estructura sencilla, facil de comprender
  • Margen de medición elevado tanto en recorrido como en tensión a utilizar
  • No se requiere electrónica de adaptación
  • Buena resistencia a tensiones parasitas
  • Amplia gama de temperaturas de funcionamiento (<250ºc)
  • Alta precisión (menor de 1% de desviación)
  • Amplio campo de medición (cubre casi 360º)
  • Ejecución de redundancia sin problemas
  • Facilidad de calibrado (por laser, etc.)
  • Montaje flexible (sobre superficie plana o curvada)
  • Numerosos fabricantes
Desventajas:
  • Desgaste mecánico, abraxión
  • Errores de medición a causa de restos de abrasión
  • Problemas en caso de utilizarlo dentro de un liquido
  • Variación de la resistencia de contacto entre cursor y pista de medición
  • Levantamiento del cursor en caso de fuertes aceleraciones o vibraciones
  • Miniaturización limitada
  • Producción de ruido
Ejemplos de sensores de potenciómetro:
  • Potenciómetro de plato sonda (KE- y L-jetronic)
  • Sensor de ángulo de mariposa (M-Motronic)
  • Sensor de posición del pedal acelerador
  • Sensor de nivel de combustible