Exploración Detallada de Tecnologías de Sensores: Funcionamiento y Aplicaciones

Principios y Tipos de Sensores Comunes

Sensor PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo)

Presentan gran sensibilidad en las centésimas de grado y requieren electrónica precisa. No se puede comprobar su resistencia interna directamente. Se suelen utilizar como medidores de caudal.

Caudalímetros de Lámina Caliente

Utilizan una lámina de platino que se calienta eléctricamente a una temperatura constante, entre 120°C y 180°C, y se dispone en el colector de admisión, al paso del aire. Al producirse la aspiración del motor, el aire enfría la lámina, lo que disminuye su resistencia y permite el paso de mayor intensidad de corriente para mantener la temperatura constante. Un circuito electrónico mide la intensidad de corriente que pasa por la lámina, la cual es proporcional a la masa de aire que está circulando por el colector.

Caudalímetro de Hilo Caliente

Funciona bajo un principio similar al de lámina caliente, pero utilizando un hilo fino (generalmente de platino) calentado eléctricamente.

Sensor NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo)

Fabricados con material semiconductor (no metal), cuya resistencia es inversamente proporcional a la temperatura (disminuye al aumentar la temperatura). No son tan precisos como los PTC, pero tienen un coste reducido.

Bimetal

También llamado termocontacto. Consiste en dos metales con diferentes coeficientes de dilatación unidos. Al variar la temperatura, la lámina se curva, pudiendo abrir o cerrar un contacto eléctrico. Están siendo sustituidos progresivamente por sensores NTC.

Sensor Piezoresistivo

Utiliza un material dotado de cierta resistencia eléctrica que, al ser deformado por la presión exterior, varía dicha resistencia. Suelen emplear láminas de grafito sobre un soporte de silicio. Se usan comúnmente como sensores de presión.

Sensor Piezoeléctrico

Aprovecha la propiedad de ciertos materiales (como el cuarzo, el bario o el titanio) que consiste en la aparición de una diferencia de potencial (voltaje) entre sus extremos cuando son sometidos a presión o deformación mecánica. Se utilizan principalmente para medir altas presiones, como la presión de inyección, debido a su gran precisión y rápida respuesta.

Manocontacto

Es un tipo de interruptor que se activa o desactiva de forma automática cuando se alcanza una presión predeterminada. Se usa para indicar niveles de presión críticos (por ejemplo, presión mínima de aceite).

Sensor Inductivo

Genera una señal de tensión alterna cuya frecuencia y/o amplitud varía con la velocidad de un objeto metálico que pasa cerca de él. La tensión producida es alterna y aumenta con la velocidad de giro. Se emplea frecuentemente en sensores de velocidad angular (RPM del motor, velocidad de rueda).

Sensor de Efecto Hall

Detecta la presencia y magnitud de un campo magnético. Se basa en la generación de una diferencia de potencial eléctrico (voltaje Hall) en ciertos materiales semiconductores cuando se encuentran bajo la influencia de un campo magnético perpendicular y a través de los cuales fluye una corriente eléctrica. Se usan en sensores de posición (cigüeñal, árbol de levas) y velocidad.

Sensor Capacitivo

Funciona como un condensador, generalmente de láminas paralelas, donde el material dieléctrico entre las placas es el elemento cuyas propiedades se desean medir (por ejemplo, nivel de líquido, proximidad de un objeto). A menudo forma parte de un circuito RLC (Resistencia, Inductancia, Condensador) para detectar pequeños cambios físicos o químicos que alteren la capacitancia.

Sensor de Posición - Divisor de Tensión (Potenciómetro)

Es esencialmente una resistencia variable (potenciómetro) en la que uno de sus extremos está conectado a una tensión de referencia (V), el otro está conectado a masa (0V), y al variar la posición del cursor (contacto móvil), obtenemos una señal de tensión variable proporcional a la posición. Están siendo sustituidos en algunas aplicaciones por sensores PWM, aunque siguen siendo comunes por su simplicidad. Se consideran muy fiables.

Sensor PWM (Modulación por Ancho de Pulso)

Los sensores de modulación por ancho de pulso (PWM) a menudo incluyen internamente un elemento sensor (como una resistencia variable) y un circuito que proporciona una señal digital de dos valores (alto y bajo). La información se codifica en la duración relativa del pulso (ancho del pulso) respecto al periodo total de la señal. Estas señales son más estables frente al ruido eléctrico, pueden operar con una intensidad menor y a menudo tienen una vida útil más larga que los potenciómetros simples.

Interruptor Automático (Sensor de Posición On/Off)

Es un sensor de posición simple que detecta el estado activado/desactivado (o abierto/cerrado) de un sistema mecánico. No es activado ni desactivado directamente por el conductor, sino por el estado del componente que supervisa (ej. interruptor de puerta cerrada, interruptor de pedal de freno).

Sensor de Oxígeno (Sonda Lambda)

Funciona como un generador de tensión basado en la diferencia de contenido de oxígeno que hay entre dos fluidos (generalmente, los gases de escape y el aire ambiente). Cuando existen diferentes concentraciones de oxígeno entre los dos medios separados por el material cerámico de la sonda (dióxido de zirconio), aparece una diferencia de potencial eléctrico. La sonda lambda se utiliza fundamentalmente para verificar la composición de los gases de escape y permitir que la unidad de control del motor ajuste la mezcla aire/combustible para optimizar la combustión y el funcionamiento del catalizador. Los vehículos modernos pueden tener entre 1 y 4 sondas lambda.

Sensor de Distancia (Ultrasonidos)

Utilizado comúnmente en sistemas de ayuda de aparcamiento. El emisor es un pequeño transductor (similar a un altavoz cerámico) que emite pulsos de ultrasonidos. El receptor (similar a un micrófono) detecta el eco de estos pulsos al rebotar en los obstáculos. Midiendo el tiempo entre la emisión y la recepción de la señal, se calcula la distancia al objeto. La zona de detección se organiza en áreas llamadas lóbulos, que definen la cobertura del sensor. Típicamente se usan 4 o más sensores para cubrir la parte trasera y/o delantera del vehículo.

Sensor Volumétrico (Ultrasonidos o Microondas)

Diseñado para detectar intrusiones en el habitáculo del vehículo y activar la alarma. Suelen estar situados en las esquinas superiores del compartimento de pasajeros o en la consola del techo. Funcionan emitiendo ondas (ultrasonidos o microondas) y detectando cambios en el patrón de reflexión causados por el movimiento dentro del vehículo.

Sensor de Caudal de Aire - Efecto Karman

Mide el caudal de aire de admisión basándose en el efecto de los vórtices de Karman. Un obstáculo en el flujo de aire genera turbulencias (vórtices) a una frecuencia proporcional a la velocidad del aire. Este sensor mide el retraso que provocan estas turbulencias en la propagación de un pulso de ultrasonidos enviado transversalmente al flujo. El sonido son ondas que se propagan por el aire, y las turbulencias afectan localmente a la velocidad de transmisión del sonido. Está situado en el colector de admisión y se compone de un emisor de ultrasonidos y receptores a ambos lados del flujo.

Sensor Óptico

Utiliza las propiedades de emisión y recepción de la luz para la detección. El emisor suele ser un diodo LED (frecuentemente en espectro visible rojo o infrarrojo), y el receptor es un fototransistor o fotodiodo que detecta la presencia, ausencia o intensidad de la luz (reflejada o interrumpida). Se usan en diversas aplicaciones, como sensores de lluvia, sensores de nivel, o lectores de códigos.

Las Cámaras

Son elementos que captan una imagen fija o en movimiento y la transmiten (generalmente a una unidad de procesamiento o pantalla). Constan de diferentes elementos esenciales:

• Sistema óptico (lente) y de enfoque: Permite enfocar los objetos a diferentes distancias (ej. enfoque fijo para objetos entre 30-60 cm en algunas aplicaciones, o enfoque variable).
• Filtro de luz: Mejora la calidad de imagen filtrando ciertas longitudes de onda (ej. filtro IR).
• Sensor de imagen (Dispositivo de Carga Acoplada - CCD o CMOS): Es el componente electrónico que convierte la luz (fotones) en señales eléctricas. Al recibir fotones, se liberan electrones en los píxeles, cuya carga acumulada forma la imagen digital.

Sensor de Radiofrecuencia (Radar)

Se basa en la emisión y recepción de ondas electromagnéticas, típicamente en el rango de las microondas (no necesariamente UHF). El RADAR (Radio Detection and Ranging) es un sistema de medición de distancias y velocidades relativas que utiliza estas ondas de radio. Puede tener un alcance significativo (ej. 120 metros o más) y un ángulo de detección específico (ej. 4° para radares de largo alcance). Estas ondas tienen la propiedad de reflejarse en multitud de materiales (especialmente metales), produciendo una onda reflejada (eco) nítida e intensa. Midiendo el tiempo transcurrido entre la señal emitida y la señal reflejada, es posible obtener la distancia a la que se encuentra el obstáculo. Analizando el efecto Doppler (cambio de frecuencia) de la señal reflejada, se puede determinar la velocidad relativa del objeto.