Fundamentos y Aplicaciones de Sensores y Actuadores en el Automóvil

Sensores y Actuadores en el Automóvil

Los sensores son elementos que tienen como finalidad convertir el valor de una magnitud física en una señal eléctrica.

1. Sensores de temperatura

También llamados termistores, son elementos que suministran una señal eléctrica en función de la temperatura a la que están sometidos. Existen tres tipos principales:

• PTC
• NTC
• Bimetal

El sensor PTC

Está compuesto por un material (generalmente metal) cuya resistencia es directamente proporcional a la temperatura. Destacan por su gran sensibilidad para detectar pequeñas variaciones térmicas. Se utilizan en medidores de caudal de aire con láminas calientes (120-180 °C).

El sensor NTC

Utiliza un material no metálico cuya resistencia es inversamente proporcional a la temperatura. Sus aplicaciones incluyen:

• Medición de líquido refrigerante, aceite, combustible y aire aspirado.
• Transmisiones automáticas (aceite, embragues, frenos).
• Sistemas de climatización.

El bimetal

También conocido como termocontacto o termorruptor, aprovecha la dilatación térmica de dos láminas de distinto material. Se emplea para activar electroventiladores y como sensor de estado.

2. Sensores de presión

Modifican una señal eléctrica según la presión recibida. Los más comunes son:

• Piezorresistencia: Material elástico (láminas de grafito sobre silicio) que varía su resistencia al deformarse. Se usa en colectores de admisión (sensor MAP) mediante circuitos de puente de Wheatstone.
• Sensor piezoeléctrico: Basado en materiales como cuarzo o bario que generan una diferencia de potencial al ser presionados. Se usa en sensores de picado, inyección y frenos.
• Manocontacto: Interruptor que actúa al alcanzar un umbral de presión (aceite, líquido hidráulico).

3. Sensores electromagnéticos

Basan su funcionamiento en la interacción entre magnetismo y electricidad.

• Sensor inductivo: Genera corriente alterna en una bobina mediante un imán y un elemento móvil (volante). Es clave para medir la velocidad angular (cigüeñal, árbol de levas).
• Sensor Hall: Utiliza materiales conductores y paramagnéticos (silicio o germanio) que generan una diferencia de potencial bajo un campo magnético.
• Sensor Reed: Interruptor ferromagnético que se cierra ante un campo magnético; usado en niveles de aceite y líquido de frenos.

4. El sensor capacitivo

Consiste en un condensador de láminas paralelas donde el material dieléctrico es el objeto a medir. Se emplea para detectar humedad, pureza del aire o calidad del aceite.

5. Los sensores de posición

Detectan la posición de elementos mecánicos mediante resistencia variable.

• Divisor de tensión: Potenciómetro que varía la señal según la posición del cursor (ej. sensor de mariposa).
• Sensor PWM: Evolución digital del divisor de tensión; utiliza un oscilador biestable para proporcionar una señal de ancho de pulso variable.
• Interruptor automático: Microrruptores integrados para detectar estados (puertas, pedal de freno, ABS).

6. El sensor de oxígeno

Generador de tensión basado en la diferencia de concentración de oxígeno entre medios. El más relevante es la sonda lambda, ubicada en el escape o catalizador.

7. Los sensores de ultrasonidos

Utilizan ondas de frecuencia no audible (40.000 Hz) para detectar objetos.

• Sensor de distancia: Altavoz cerámico para maniobras de aparcamiento.
• Sensor volumétrico: Detecta intrusiones en el habitáculo.
• Sensor de efecto Karman: Mide el flujo de aire en el colector mediante turbulencias.

8. El sensor óptico

Utiliza diodos LED y receptores (fotorresistencias o fototransistores) para detectar posición, giro o lluvia.

9. Las cámaras

Captan imágenes para procesarlas y obtener información sobre la conducción. Incluyen un sistema óptico, filtro de luz y un dispositivo de carga acoplada (CCD), con salida mediante conectores RCA.

10. El sensor de radiofrecuencia

Basado en ondas electromagnéticas (UHF). Destaca el RADAR (76-77 GHz), utilizado para medir distancias y velocidades relativas con un alcance de hasta 120 metros.

11. Los interruptores

Actúan como sensores que informan a la unidad de control sobre las acciones de los ocupantes del vehículo.