circuitos operacionales 22

8/17/2019 Circuitos Operacionales 22

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Circuitos Operacionales 22 - Sensores Piezoeléctricos

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El sensor piezoeléctrico de detonación está creado con el objetivo de evitar problemas

de picado de cilindros en el motor.

Con objeto de reducir el consumo aumentar el par motor! se procura conse"uir compresiones altas. Sin

embar"o! a medida #ue aumenta la compresión! aumenta también el ries"o de #ue se ori"inen

in$amaciones incontroladas de la mezcla combustible- aire. Como consecuencia de ello se tiene una

combustión detonante. %as vibraciones de la cámara de combustión son detectadas por el sensor!

reconocidas por un circuito analizador conducidas al circuito de re"ulación. En este caso! el dispositivo

de re"ulación desplaza el momento de encendido! en la dirección de retardo! &asta #ue se desciende

nuevamente por debajo del l'mite de detonación. El sensor de detonación es de tipo piezoeléctrico

montado sobre el blo#ue motor en posición simétrica respecto a las parejas de cilindros (-2 )-*. +ic&a

posición está determinada por la necesidad de detectar el nacimiento de la detonación de ,orma análo"a

para todos los cilindros.

Cuando el motor detona! se "eneran vibraciones del blo#ue con una determinada ,recuencia estas

vibraciones son trans,ormadas por el sensor en una seal de tensión #ue es enviada a la centralita.

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Circuito de re"ulación de control de /picado/

Este sensor consta de un disco de cerámica piezoeléctrica! ,abricada con masa s'smica! #ue puede ser

un cristal de cuarzo! en un encapsulado plástico la masa s'smica transmite las de,ormaciones #ue le &an

sido provocadas mediante vibraciones. 1demás! se necesita un circuito de re"ulación de detonaciones!

como unidad de re"ulación separada o inte"rada en una unidad de control.

El principio de ,uncionamiento de este sensor se basa en la polarización eléctrica de las moléculas de un

cristal de cuarzo.

En estado de reposo las moléculas no poseen una orientación particular! tal como muestra la "ura

si"uiente


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3oléculas de cristal de cuarzo sin polarizar

Cuando el cristal está sometido a una presión o a un c&o#ue! éstas se orientan de ,orma tanto más

marcada cuanto más elevada es la presión a la #ue está sometido el cristal.

3oléculas de cristal de cuarzo polarizadas

Esta orientación produce una tensión en los terminales del cristal #ue es acondicionada por un circuito

de re"ulación #ue prepara la seal para #ue pueda ser tratada por la unidad de control.


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4lo#ue acondicionador del sensor de detonaciones

1 partir de las seales emitidas por el sensor se ltra analiza la seal de detonación caracter'stica. %a

unidad de control asi"na al correspondiente cilindro las seales #ue pasan a través del convertidor

Seales con detonaciones

En el punto de má5ima compresión se produce el ,enómeno de la detonación! por lo #ue la seal

analó"ica de salida del sensor presenta ,uertes variaciones en su ,recuencia amplitud. Esta seal es

tratada por el circuito acondicionador para adecuar la seal a los valores de tensión de trabajo del

conversor analó"ico-di"ital! es decir! reduce proporcionalmente los picos má5imos de variación en la

amplitud aumenta la anc&ura de los picos 6ltro e inte"rador7. El 1+C convierte la tensión analó"ica a

di"ital compara cada valor con el valor medio de tensión de los ciclos precedentes de cada cilindro.

Circuitos Operacionales 2( - Sensor 8nductivo

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El sensor para la detección del n9mero de revoluciones ,ase del motor es del tipo

inductivo! opera a través de la variación de campo ma"nético "enerado por el paso de los dientes de

una polea dentada del ci":eal.

( sensor n; revoluciones ,ase

2 bobina

) imán permanente

* cableado sensor n; revoluciones ,ase


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Seal de salida del sensor inductivo

Proceso de acondicionamiento de la seal


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Seal de salida del circuito acondicionador

%a seal de salida! #ue var'a entre 0.< (00 voltios en ,unción del n9mero de revoluciones! es

acondicionada por la unidad central de tal manera #ue obten"a una seal a cada paso por cero! una

oscilación rectan"ular de amplitud constante. El intervalo entre el inicio de un diente el si"uiente es de

=;! a e5cepción de la indicación de re,erencia! realizada mediante la eliminación de dos de los sesenta

dientes de la polea. El &ueco ori"inado por la ,alta de los dos dientes suministra a la unidad central un

punto de re,erencia del ci":eal! cada diente sucesivo de la corona dentada! comunica a la unidad

central un incremento de su posición an"ular.

%a variación debida al paso de los dientes de las ranuras "enera una ,recuencia de seales analó"icas!

es decir! ,uerzas electromotrices #ue se "eneran en el sensor cada =;! #ue se env'an al circuito de

acondicionamiento presente en la centralita! se utilizan para reconocer el n9mero de revoluciones

motor el P.3.S.

+ia"rama de blo#ues del circuito acondicionador

El circuito de acondicionamiento está ,ormado por un recortador de dos niveles! o un comparador

analó"ico! #ue ja el nivel de tensión de salida entre cero cinco voltios! es decir! prepara la seal

procedente del sensor inductivo en valores ,ácilmente tratables por sistemas di"itales 6centralita de

control7.


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Circuitos Operacionales 2* - Sonda %ambda - Sensor de O5'"eno

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El sensor denominado Sonda %ambda está orientado a optimizar la mezcla

combustible- aire respecto de la potencia re#uerida.

%a presencia en los "ases de escape de elementos contaminantes! perjudiciales para la salud se debe

reducir. %os sistemas de control para el encendido la preparación de la mezcla pueden mejorar en

cierta medida la composición de los "ases de escape! pero sólo es posible lo"rar una reducción

substancial de los elementos contaminantes emitidos utilizando catalizadores de "ases de escape. Estos

sólo ,uncionan ecazmente con "asolina sin plomo siempre #ue la combustión se realice de la mejor

,orma posible. El sistema %ambda re"ula el caudal de combustible inectado! de tal ,orma #ue la mezcla

aire-combustible permita una combustión per,ecta completa.

Para caracterizar la mezcla combustible-aire se &a ele"ido el coeciente de aire 6lambda7

?@ volumen de aire aspirado A necesidad teórica de aire

%os posibles valores de son los si"uientes

• ? @ ( el volumen de aire aspirado corresponde al caudal de aire teóricamente necesario.

• ? B ( ,alta de aire o mezcla rica.

• ? ( e5ceso de aire o mezcla pobre.

%a potencia! el consumo la composición de los "ases de escape de un motor de "asolina dependen

esencialmente de la composición de la mezcla combustible-aire. %a combustión completa! utilizando

"asolina! tiene lu"ar con una proporción de mezcla de apro5imadamente (*( 6(* D". de aire por ( D".

de "asolina7 esta situación implica #ue ? @ (. En el mar"en de valores de en torno a ( se consi"uen los

valores más ,avorables de CO de C! siendo al mismo tiempo el consumo de combustible mu

,avorable.

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Fráca de composición de "ases de escape

%a sonda %ambda está constituida por un cuerpo cerámico alojado en una carcasa #ue lo prote"e ,rente

a e,ectos mecánicos indeseables. %a parte e5terior del cuerpo cerámico está en contacto con la corriente

de "ases de escape! estando la parte interior en contacto con el aire ambiente

El cuerpo está constituido por dió5ido de circonio. Sus supercies llevan unos electrodos ,ormados por

una capa de platino de poco espesor permeable a los "ases. En el lado e5puesto a los "ases de escape!


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la supercie va recubierta de una capa cerámica porosa #ue prote"e la supercie de los electrodos

contra la suciedad debida a los residuos de la combustión #ue se encuentran en suspensión en los "ases

de escape. 3ediante la sonda %ambda se puede medir el contenido de o5'"eno de los "ases de escape.

%a seal de la sonda es una medida de la composición de la mezcla.

Gelación entre mezcla tensión de la Sonda %ambda

El principio de ,uncionamiento de la sonda se basa en #ue el material cerámico utilizado se vuelve

conductor para los iones de o5'"eno a temperaturas superiores a )00;C. Si el contenido de o5'"eno no es

i"ual a ambos lados de la sonda! entonces! debido a las propiedades caracter'sticas del materialutilizado! se ori"ina una curva de tensión con punto de in$e5ión salto en el mar"en ? @ (.


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+ia"rama de impulsos para la re"ulación %ambda

El principio de ,uncionamiento eléctrico del circuito acondicionador de seal se basa en la utilización de

comparadores analó"icos.

Para ? @ ( la tensión de salida de la sonda es de *00 mv. apro5imadamente! este valor de tensión marca

el l'mite entre mezcla rica mezcla pobre! por lo #ue este valor es la tensión de re,erencia 6Hre,7 del

circuito acondicionador.


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+ia"rama de blo#ues del circuito acondicionador

Si el valor de tensión de la sonda %ambda está por debajo de la tensión de re,erencia 6Hre,7 la mezcla es

pobre! en caso de #ue sea superior a Hre,! apro5imándose a I00 mv.! la mezcla es rica.

El circuito electrónico #ue cubre el acondicionamiento de seal es un amplicador de tensión se"uido de

un comparador inversor con tensión de re,erencia! alimentado entre 0 (2 v.

El valor de Hre, de comparación es el valor teórico para @ (! es decir! *00 mv multiplicado por la

"anancia del amplicador. Por ejemplo! si la "anancia de tensión 6Fv7 del amplicador es de

de re,erencia del comparador es de 2 voltios 6*00 mv 5


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El término aestable si"nica #ue es un proceso en el #ue se dan dos estados inestables

6metaestables7. En este proceso el valor de tensión var'a por s' solo entre dos valores 6dos estados7

intermitentemente! a #ue los dos valores son estados inestables.

Cone5ión de un temporizador


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Crono"rama de ,uncionamiento del circuito aestable.

En este circuito la salida conmuta indenidamente sin necesidad de un disparo de tensión e5terior! a

#ue los dos estados posibles son inestables conmutan entre ellos automáticamente! buscando un

posible estado estable #ue no e5iste.

Circuitos Operacionales (> - Jemporizador


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Fráco del primer estado estable

Por ejemplo! la bola de color azul se encuentra en un estado estable! por#ue si no se modica su

situación desde el e5terior 6empujándola7! por s' misma no se mueve de la posición en la #ue está

6posición estable7.

Fráco del estado inestable

Pero si se empuja la bola &acia el interior del &oo! se le ,uerza a pasar a un estado inestable 6bola en

color rojo7 por#ue se encuentra en una pendiente 6zona inestable7 no puede permanecer #uieta. %a

bola no permanece indenidamente en el estado inestable! sino #ue busca el estado estable por eso

está un tiempo oscilando entre las dos pendientes! &asta #ue se para justo en la base del &oo.


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Fráco del se"undo estado estable

Lna vez #ue se &a parado en el ,ondo del &oo! permanece #uieta indenidamente 6bola de color verde7&asta #ue una ,uerza e5terior modi#ue su estado! por eso esta situación es también un estado estable.

En electrónica sucede lo mismo con las tensiones de los circuitos multivibradores monoestables

conocidos colo#uialmente como monoestables. En el estado estable! la tensión de salida permanece

constante durante un tiempo indenido! &asta #ue desde el e5terior se obli"a a cambiar al circuito a un

estado inestable 6mediante un pico de tensión en la patilla de disparo7 al cambiar al estado inestable! la

tensión de salida cambia a otro valor permanece en él durante un tiempo jo 6tiempo metaestable7

pasado este tiempo! la seal de salida vuelve a su valor estable por s' sola! &asta #ue se vuelva a

e,ectuar un nuevo disparo de tensión.


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Cone5ión de un temporizador


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Crono"rama de ,uncionamiento del circuito monoestable

%a tensión de disparo tiene #ue ser menor #ue (A) de Hcc para #ue el temporizador

circuitos operacionales 22

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