Introducción a los Sensores en Automoción
Un elemento de control por sensores tiene la misión de gestionar una magnitud física, química o incluso biológica y convertirla en una señal eléctrica. Esto se logra mediante una centralita electrónica que envía la corriente eléctrica para realizar la acción de corrección o de actuación a los actuadores.
Los sensores en la automoción poseen características específicas, tales como:
- Precisión: Aunque la precisión de los sensores actuales no es del todo exacta (con un error inferior al 5%), es suficiente para las exigencias del vehículo.
- Fiabilidad: Los sensores actuales emplean componentes y materiales sumamente seguros. El fabricante sella el sensor, asegurando así que sus componentes internos sean inseparables.
- Condiciones de Funcionamiento: Las condiciones habituales a las que están expuestos los sensores incluyen:
- Condiciones Atmosféricas: Temperatura externa y cambios de humedad.
- Condiciones Químicas: Exposición a bancos de niebla, salpicaduras de agua, derrames de combustible, aceite o ácido de batería, etc.
- Condiciones Mecánicas: Vibraciones y golpes.
- Condiciones Electromagnéticas: Irradiaciones, sobretensiones, inversión de polaridad, etc.
Tipos de Sensores Automotrices
Sensores Magnéticos (Inductivos)
Están formados por una bobina que transmite la variación del campo magnético a una centralita. Esta, a su vez, compara los datos con sus parámetros internos y activa un actuador para corregir o mostrar la información. Por ejemplo, el cuentarrevoluciones.
También denominados sensores inductivos, basan su funcionamiento en la variación del campo magnético producido por una bobina de espiras sobre una rueda dentada en movimiento, lo que genera una corriente alterna.
Las bobinas también se denominan electroimanes, ya que su comportamiento es similar al de un imán.
Sensores de Temperatura
Los tipos de sensores de temperatura más comunes son:
- Termopares: También denominados pilas termoeléctricas, utilizan la diferencia de potencial generada por el contacto entre dos metales a diferentes temperaturas.
- Resistivos: El aumento o disminución de la temperatura en los metales provoca la dilatación y contracción de los cuerpos. En los sensores resistivos o termorresistencias, el cambio de temperatura produce una variación en su resistencia.
- Los termistores NTC están fabricados con una mezcla de óxidos en un cuerpo cerámico, donde el calor produce una disminución de su resistencia interna.
- Los termistores PTC están fabricados con platino o una mezcla de bario, estroncio y titanio moldeados en un cuerpo cerámico, donde el calor produce un aumento de su resistencia interna.
- Semiconductores: Basados en la variación de la conducción en una unión P-N. Al circular una corriente de forma constante, el voltaje varía por cada grado centígrado.
Sensores de Efecto Hall
El efecto Hall se basa en un tipo específico de semiconductor (como pastillas de silicio o germanio). Cuando una corriente circula a través de este semiconductor y es sometida a un campo magnético, se genera una diferencia de cargas en sus extremos, la cual es interpretada por las centralitas.
Sensores de Conductividad Eléctrica
En automoción, se utiliza un catarómetro, un detector empleado en cromatografía de gases. Este sensor consiste en un elemento que debe ser calentado eléctricamente (una resistencia) para funcionar a potencia eléctrica constante. La resistencia suele ser un hilo fino de platino, oro o tungsteno.
La conductividad define la facilidad con la que la corriente eléctrica circula a través de un cuerpo o sustancia cuando está sometida a determinadas condiciones físicas.
Se suele utilizar este tipo de sensor como sonda lambda, compuesta por dos electrodos de platino, para detectar la cantidad de oxígeno que circula por el tubo de escape. Al estar cada electrodo en entornos diferentes, reciben cantidades distintas de iones de oxígeno.
Sensores Fotoeléctricos
Son dispositivos electrónicos que, al percibir un cambio en la intensidad lumínica, generan condiciones físicas y químicas diferentes en su composición interna. Según el tipo de variación que producen, se pueden clasificar de forma básica en:
- Célula Eléctrica: Transforman la energía luminosa recibida en energía eléctrica.
- Fotorresistencia (LDR): Es una resistencia variable cuya resistencia varía según la intensidad de la luz. Cuando la luz incide sobre ella, se produce una disminución de la resistencia.
- Fotodiodo (LED): Es un semiconductor que, en ausencia de luz, permite el paso de una corriente reducida. A medida que aumenta la radiación lumínica, el flujo de corriente crece, y cuanto más intensa es la radiación, mayor es el flujo de corriente.
- Fototransistor: Es un transistor sensible a la luz, generalmente a la luz infrarroja.
Sensores Piezoeléctricos
Transforman una deformación elástica en una diferencia de potencial. A la inversa, si se provoca una diferencia de potencial entre dos caras de un material piezoeléctrico, se obtendrá una deformación elástica.
Los materiales piezoeléctricos están compuestos por cristales naturales o sintéticos de cuarzo. Cuando son sometidos a una fuerza de compresión, su estructura atómica se deforma, permitiendo que los electrones y protones se desplacen y pierdan su estabilidad atómica. Esto genera una diferencia de tensión entre las dos caras del cristal afectadas por la presión. Se denominan sensores activos y son muy utilizados por la rápida respuesta del material.
Un tipo de sensor piezoeléctrico pasivo lo constituyen los materiales piezorresistivos. La característica principal de estos materiales es que obtienen una resistencia variable en sus caras cuando se les aplica una tensión, lo que provoca un desplazamiento de los electrones.
Sensores de Ultrasonidos y Radiofrecuencia
El encargado de generar la frecuencia es el generador de ultrasonidos, que posee un disco cerámico piezoeléctrico. Este aplica un voltaje de alta frecuencia al disco durante un cierto tiempo, lo que lo hace vibrar y emitir frecuencia y sonido, gracias a que el aire transmite la vibración.
Posteriormente, el receptor capta la vibración y emite señales eléctricas que pueden ser detectadas electrónicamente por la centralita. A continuación, el sensor deja de emitir durante unos milisegundos. Si el tiempo transcurrido desde que deja de emitir hasta que las ondas regresan se encuentra dentro de unos parámetros marcados, significa que el objeto está a una distancia calculable, permitiendo determinar la distancia entre un vehículo y un objeto.
Cuando la comunicación se realiza mediante ondas radioeléctricas, se denomina radiofrecuencia. Estas ondas son emitidas al espacio por un emisor y recibidas por un receptor, lo que permite la transmisión de información.