ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO – LATACUNGACARRERA DE ELECTRÓNICA

INSTRUMENTACIÓN Y SENSORES

NOMBRE: LEONARDO FLORESCURSO: Quinto nivel “A”

TAREA 1

Medición de corriente eléctrica en base a sensores de efecto Hall

Para la correcta observación del sistema es necesario tener conocimiento de la corriente. Para ello se utilizará un transductor de efecto Hall, ya que los mismos ofrecen una buena solución para estas necesidades, y proporcionan el aislamiento galvánico necesario entre las etapas de potencia y de control. Además, este tipo de sensor es particularmente adecuado para la medida de corrientes ya tiene un diseño compacto y permite su fácil montaje en una placa de circuito impreso.El objetivo de este circuito es medir la corriente y entregar un voltaje de salida proporcional al flujo de la misma. Para la medición de corriente se tienen 2 escalas, una para corrientes bajas (1V/A) y otra para corrientes altas (0.1V/A), éstas se seleccionan por medio de un jumper. También se cuenta con otro jumper para invertir la señal de salida.

Diagrama esquemático del circuito de sensado de corriente Operación: El circuito de sensado de corriente está compuesto por:

1 potenciómetro (ajuste de cero). conector para BNC (señal de salida). 1 conector para alimentación (120 VAC). 2 jumper (seleccionar la escala e invertir la señal de salida). 1 sensor de efecto Hall.

El funcionamiento de este dispositivo es muy sencillo. Primero hay que encenderlo (conectar el cable de AC), después hay que seleccionar la escala por medio del jumper, 1V/A ó 0.1V/A, y antes de empezar la medición, hay que ajustar la salida a cero volts con el potenciómetro. Una vez hecho esto, solo hay que pasar el cable en el cual se quiere medir la corriente dentro del sensor de efecto Hall. Hay que tomar en cuenta que el sensor da un voltaje positivo y negativo dependiendo de la dirección de la corriente. El voltaje de salida será positivo cuando la corriente fluya en la misma dirección que la flecha marcada en la parte superior del sensor. Con este aparato se pueden realizar mediciones tanto en AC como en DC, dentro de un rango de ±50A, tiene un ancho de banda de 150 KHz y un tiempo de respuesta menor a los 500 ns.

Pinza amperimetrica

La pinza amperimétrica es un instrumento de medición muy útil que permite la medición de intensidades en conductores activos sin la necesidad de interrumpir el circuito. Cuando se realizan mediciones de intensidad con un multímetro convencional, necesitamos cortar el cable y conectar el instrumento al circuito que estamos midiendo tal como se muestra en el Figura 1.

Sin embargo utilizando las pinzas amperimétricas, podemos medir la intensidad simplemente amordazando el conductor como se muestra en la Figura 2.

Una de las ventajas de este método es que podemos medir grandes intensidades sin la necesidad de desconectar el circuito que estamos midiendo.

¿Cómo funciona una pinza amperimétrica?

Por lo general una pinza amperimétrica de corriente alterna funciona igual que un transformador de intensidad (TI) captando el flujo magnético generado por la intensidad que fluye a través de un conductor. Asumiendo que la intensidad que fluye por el conductor que vamos a medir es el primario del transformador, se obtiene, por la inducción electromagnética, una corriente proporcional a la del primario en el secundario (bobina) del transformador, que está conectado al circuito de medición del instrumento. Esto proporciona la lectura de intensidad CA en la pantalla (en el caso de las pinzas amperimétricas digitales) como se muestra mediante el diagrama de bloques.

Principio de funcionamiento de las pinzas amperimétricas CA/CC

Generalmente las pinzas amperimétricas capaces de medir intensidades CA/CC utilizan elementos hall como sensores para detectar intensidades CC

ya que esto no es posible empleando el método del transformador de inducción electromagnética utilizado en las pinzas amperimétricas de CA. Como se muestra en el diagrama de bloques, los elementos hall están situados en el corte de separación entre las dos partes de la mordaza. Cuando a través de la mordaza fluye un flujo magnético de CA o CC proporcional al primario estos elementos hall detectan el flujo magnético proporcionando una tensión de salida.

Elementos Hall: son unos semiconductores que generan una tensión proporcional al producto de la corriente de polarización y al campo magnético en los terminales de salida cuando la corriente se aplica a los terminales de entrada.

TAREA 2

Consultar las características de los siguientes sensores

Sensor de posición de efecto Hall

Algunos Sistemas Electrónicos de Control de Suspensión, de Control de Motor, o de Control de Velocidad de Vehículo, utilizan Sensores de Posición por Interruptor Referido a Masa llamados Dispositivos por Efecto Hall.El circuito por efecto Hall actúa de la misma forma que un sensor de posición que utiliza un interruptor referido a masa. La diferencia fundamental radica en cómo la conmutación a masa se produce. En el caso de un sensor de posición por interruptor referido a masa, en el circuito existe un interruptor mecánico. “El circuito Hall utiliza un interruptor electrónico”.

El circuito del sensor por efecto Hall contiene un Módulo de Control Electrónico, un Dispositivo por Efecto Hall, conectores y conductores de conexión entre los componentes (Fig. 24).El Módulo de Control Electrónico contiene un Regulador de Tensión (+ 5 Volt), una Resistencia de Carga de colector del transistor de salida del Dispositivo por Efecto Hall (transistor Tr – Fig. 24) y un Circuito Procesador de Información que actúa en forma similar a un voltímetro.

El circuito procesador de información monitorea permanentemente el nivel de tensión presente en el Punto M. Este nivel es conmutado de Cero a + 5Volt y luego nuevamente a Cero y así sucesivamente en la medida que el dispositivo Hall cierre y abra el circuito.

Cuando se cierra el circuito, transistor Tr conduciendo en estado de saturación, el nivel de tensión en el Punto M es prácticamente igual a Cero. (Fig. 25) Cuando se abre el circuito, transistor Tr llevado al corte, el nivel de tensión en el Punto M es prácticamente + 5 Volt. (Fig. 25)

Como se puede apreciar, el circuito produce una señal cuya forma de onda es cuadrada, señal que es provista al módulo de control electrónico. El Dispositivo por Efecto Hall es un circuito electrónico algo complejo contenido en un encapsulado plástico, conformando un tipo de componente de los denominados Circuitos Integrados. (Fig. 24)Este circuito integrado está conformado por un Regulador de Tensión, un Elemento Hall, un Amplificador de Tensión, un circuito Schmitt Trigger y un Transistor de Conmutación. (fig. 24)El Regulador de Tensión contenido en el circuito integrado mencionado alimenta al Elemento Hall, al Amplificador de Tensión y al circuito Schmitt Trigger. Observe que no alimenta al circuito Emisor/Colector del Transistor (Tr) de salida del Dispositivo Hall. La alimentación de este circuito está a cargo del Regulador de Tensión (+ 5 V) contenido en el Módulo de Control Electrónico. También en este módulo se encuentra la Carga de Colector del mencionado transistorTr, denominada en el diagrama de la Fig. 24 Resistencia de Carga.

Interruptor de proximidad de efecto Hall

Los sensores de proximidad utilizan imanes permanentes y reedswitches. Estos se encuentran encapsulados en plástico para proveer una mayor facilidad de montaje y protección ante posibles golpes. Una de las aplicaciones más comunes es el censado de aberturas en sistemas de seguridad y alarma. También son de gran ayuda en aplicaciones de sistemas de control como finales de carrera.

Modificación de un campo magnético por presencia de objetos metálicos. El efecto Hall relaciona la tensión entre dos puntos de un material conductor o semiconductor con un campo magnético a través de un material. Detección por un sensor de efecto Hall en conjunción con un imán permanente. En ausencia de material el sensor de efecto Hall detecta un campo magnético intenso. Cuando el material se aproxima al sensor el campo magnético se debilita en el sensor debido a la curvatura de las líneas de campo a través del material. El efecto Hall se basa en el principio de la fuerza de Lorentz que actúa sobre una partícula cargada que se desplaza a través de un campo magnético:

El sensor se construye con un semiconductor, y la detección se realiza a través del potencial medido entre los extremos del material.

UGN3113 - UGN3119 Interruptores de Efecto Hall

El UGN3113, un interruptor con salida de colector abierto, que posee un regulador de voltaje incorporado, de modo que el componente se puede alimentar con tensiones entre 4,5 a 24 volts. La salida es compatible con lógica TTL y CMOS. Este interruptor magnético está disponible en cápsulas SOT89 (de montaje superficial) y en cápsulas de tres patas, tipo transistorTiene una sensibilidad de 50 a 450 G. El UGN3119 tiene las mismas características excepto que su sensibilidad es de 125 a 500 G.

Sensor de velocidad de efecto Hall

Notas sobre la forma de onda del sensor de velocidad en carretera (efecto Hall)

El módulo de control electrónico (ECM) tiene la capacidad de ajustar la velocidad de ralentí del motor cuando el vehículo está reduciendo su velocidad o parado utilizando la información del sensor de velocidad en carretera (RSS). El sensor es un dispositivo de 3 cables y tendrá un suministro de alimentación de tensión de batería, una toma de tierra y una salida de onda cuadrada digital, que también se activará con 12 voltios.

Con la conexión eléctrica apropiada realizada en la salida del RSS, eleve una rueda con un carrito y coloque un soporte de eje debajo de la unidad de suspensión. Arranque el motor y seleccione una marcha, se observará una forma de onda cambiando de 12 a 0 voltios. A medida que aumente la velocidad en carretera, la frecuencia del cambio también aumentará. Este cambio también puede medirse en un multímetro con capacidad para medir frecuencias. El sensor estará situado en la salida de accionamiento del velocímetro de la caja de cambios o en la parte trasera del cabezal del velocímetro.

Ejemplo de forma de onda del sensor de velocidad en carretera de efecto Hall

Información técnica -sensores de velocidad en carreteraEstos sensores son habituales en la actualidad en la mayor parte de los vehículos a motor modernos, su función es ofrecer información al módulo de control del motor (ECM), controlando la velocidad adquirida del vehículo.

La unidad de control tendrá entonces la posibilidad de determinar la velocidad de ralentí cuando el vehículo esté reduciendo su velocidad o estacionario, y no en ningún otro momento durante el recorrido del vehículo. El sensor estará situada en la salida de accionamiento del velocímetro de la caja de cambios o en la parte trasera del cabezal del velocímetro.

Un sensor de velocidad en carretera típico o sensor de velocidad del vehículo (VSS) producirá una salida analógica desde un sensor inductivo magnético o una onda cuadrada digital desde una unidad alimentada mediante tensión. Estos sensores pueden ser un dispositivo de efecto Hall con 3 conexiones eléctricas o un interruptor de láminas con 2 conexiones.

Fig. 26.2

La Figura 26.2 muestra un sensor de velocidad en carretera típico, montado entre el accionado del velocímetro de la caja de cambios y el cable accionado del velocímetro.

La comprobación del lector inductivo es idéntica a la de un sensor de ángulo del cigüeñal, lo que da como resultado una onda sinusoidal y la comprobación de resistencia normal. Los interruptores de efecto Hall o de láminas ofrecen una onda cuadrada y, al igual que con el sensor inductivo, las formas de onda pueden observarse en un osciloscopio.

GreenLine F12S

Características del sensorCubierta del sensor: Cubierta del hilo de roscaDiámetro del eje: M12x1Gama de Temperatura: -40º... 125ºCTipo del conectador: Cable flojo

Características de señalGama de frecuencia: 0 hertzios... 15000 hertziosNúmero de señales: 1Señal de la velocidad: síSentido de la dirección: no

PNP normalmente abierto: siDiseñar una aplicación

Detección de presencia mediante un sensor de efecto hall

Circuito

FuncionamientoDetección:

1. Cuando el Sensor de Efecto Hall detecta la presencia de un campo magnético, el mismo enviara una señal al optoacoplador (puesto que se activara el pin de señal del sensor hall). En otras palabras, el pin de señal hace un “go high” (se activa una vez superado su umbral)

2. El pin de señal del sensor hall está conectado al cátodo del optoacopladores. 3. El ánodo del optoacopladores está conectado a +5V.4. De esta forma, cuando el sensor de efecto hall detecta un campo magnético se

activara en consecuencia el cátodo del optoacopladores, como así también un LED indicador (color verde).Este LED me permite saber si se ha detectado un campo magnético.

Activación:

5. El Emisor (E) del optoacopladores está conectado a 36V (-)

6. Dado que deseo trabajar en modo “switch”, entiendo que la Base (B) del optoacoplador no debe ir conectada a nada.

7. Cuando el diodo del optoacoplador se activa (ánodo y cátodo son activados), se activa en consecuencia el Colector (C) del fototransistor.

8. Cuando se active el Colector (C) del optoacoplador deben suceder 2 cosas:9. Activar el Solenoide10. Activar el LED (color azul), el cual me permite saber si el Solenoide está

activado

Bibliografía: http://www.fing.edu.uy/iimpi/academica/grado/instindustrial/teorico/080310-

Sensores-parte_V.posici%C3%B3n.pdf http://proton.ucting.udg.mx/robotica/r166/r76/r76.htm http://www.miac.es/marcas/pico/develop/hta/rss.tjk http://www.equipoautomotrizjavaz.com/datos_tecnicos/sensores_giro.pdf http://lawebtecnica.freevar.com/automat/sensor/sensor.html