Sensores de velocidad y sincronización

Los sensores de velocidad y sincronización se basan en la medición de un ángulo o un recorrido con respecto a una unidad de tiempo. Al igual que los sensores de posición, realizan la medición relativa entre dos piezas y en casos especiales a la velocidad de rotación en el espacio en referencia a los ejes del vehículo (sensor de convulsión). Entre los ejemplos más comunes de este tipo de sensores se encuentran:

• Sensor de velocidad de rotación del cigüeñal.
• Sensor de velocidad de rotación del árbol de levas.
• Sensor de velocidad de rotación de giro de ruedas.
• Sensor de velocidad de rotación de la bomba de inyección diésel.
• Sensor de velocidad de rotación de la flecha de salida de la transmisión.

Para realizar la medición de la velocidad de rotación de ejes (que es lo más común con respecto a los sensores de velocidad en el motor), es necesaria una referencia entre marcas en el eje o rotor de interés, mismo que es conocido como rueda fónica. Existen varios tipos de marcas en la rueda fónica como son: (a) de paso estrecho, para medir la velocidad periférica con gran precisión; (b), de paso grande, que mide con menor precisión la velocidad instantánea; y (c) los de marca única, que permiten medir la velocidad de rotación media.  Esta marca puede ser un diente o agujero maquinado en la rueda, o la incorporación de materiales ferromagnéticos que cambien el campo magnético.

Entre las tecnologías de medición de velocidad encontramos:

• Sensores inductivos.
• Sensores magnetostáticos.
• Sensores ópticos.
• Sensores activos.

Sensores inductivos.

Utilizan una bobina que se encuentra ubicada de manera radial a la rueda fónica. Al moverse la rueda, esta ocasiona un cambio en el campo magnético de la bobina y este cambio produce un cambio en el campo eléctrico de la bobina, es decir que al moverse la rueda fónica en los sensores se produce un voltaje alterno y este aumenta al incrementarse la velocidad de giro.

Son bastante sencillos pero no sirven para determinar velocidades muy pequeñas de giro, porque en esos casos la salida de señal del sensor es prácticamente 0 V. También es necesario el uso de diodos Zener para limitar su tensión de salida que puede llegar a superar los 100 V. Tienen que ubicarse a una distancia específica de la rueda fónica para funcionar. 

Sensores magnetostáticos.

Son sensores que utilizan el principio de medición de los sensores de efecto Hall. Permiten la detección de velocidad de rotación muy pequeñas porque su señal depende de la variación de un campo magnético y no de la frecuencia de rotación como ocurre con los sensores inductivos. Al ser un sensor que utiliza electrónica (en especial el transistor sensible a los campos magnéticos) permite que puedan miniaturizarse y al tener una salida digital, son robustos a interferencias electromagnéticas de otros elementos del automóvil.

Como ocurre con los elementos electrónicos, tiene una sensibilidad a la temperatura de funcionamiento, por lo que no pueden instalarse en sitios muy calientes del motor. Como ocupan más elementos electrónicos para su construcción también son más costosos.

Sensores ópticos.

Son sensores que ocupan un elemento óptico sensible a la luz que emite un diodo y que pasa por la rueda fónica permitiendo calcular la velocidad de giro. Son útiles en aplicaciones industriales, pero al ser sensibles al polvo que puede depositarse en el diodo o el fototransistor no son son prácticos para aplicaciones automotrices.

Sensores activos.

Determinan la velocidad de rotación o lineal de objetos mediante una electrónica compleja que se encuentra integrada directamente en el sensor. La medición obtenida debe ser tratada con precisión porque contiene información compleja (por ejemplo la posición del vehículo con respecto a los ejes de cabeceo y balanceo). Un ejemplo de la tecnología necesaria para la construcción de estos sensores, es la de los sensores de radar  que miden los tiempos de retorno de una señal que es emitida por emisor y permite el cálculo de la posición y velocidad de objetos lejanos.

Sincronización.

Cuando se necesita saber no solo la velocidad sino también la posición de un punto de referencia del eje (como es el caso del sensor de posición del cigüeñal para determinar el accionamiento de las bobinas d encendido), es necesario realizar una marca especial en la rueda fónica (que puede ser la extracción o adición de un diente) hace que al pasar por dicha marca la señal sufra un pequeño cambio, y este cambio es suficiente para que la computadora determine esta posición y pueda tomarla como referencia para realizar las acciones correspondientes de control.

Referencias

• BOSCH (2002). Los sensores en el automóvil. Robert Bosch GmbH