Sensores

Sensores de velocidad de rotación/velocidad lineal

Sensores de revoluciones inductivosAplicaciónLos sensores de revoluciones del motor (sensores de barra), también llamados transmisores de revoluciones o r.p.m, se emplean para:

Medir el número de revoluciones del motor Detectar la posición del cigüeñal (posición de los pistones del motor).

El número de revoluciones se calcula mediante el intervalo de tiempo entre las señales del sensor. La señal de este sensor es una de las magnitudes más importantes del control electrónico del motor.

Estructura y funcionamientoEl sensor está montado (separado por un entrehierro) directamente frente a una rueda de impulsos ferromagnética (figura inferior, pos. 5). Contiene un núcleo de hierro dulce (espiga polar) (3) rodeado por un devanado (4). La espiga polar comunica con un imán permanente (1). Hay un campo magnético que se extiende sobre la espiga polar y penetra en la rueda de impulsos (5). El flujo magnético a través de la bobina depende de si delante del sensor se encuentra un hueco o un diente de la rueda de impulsos. Un diente concentra el flujo de dispersión del imán. Se produce una intensificación del flujo útil a través de la bobina. Por contra, un hueco debilita el flujo magnético. Estos cambios en el flujo magnético inducen en la bobina una tensión sinusoidal de salida que es proporcional a la velocidad de las variaciones y, por tanto, al número de revoluciones (figura 2). La amplitud de la tensión alterna crece intensamente a medida que aumenta el número de revoluciones (pocos mV... >100 V). Existe una amplitud suficiente a partir de un número mínimo de 30 revoluciones por minuto.

El número de dientes de la rueda de impulsos depende de la aplicación. Los motores con sistemas de gestión por electroválvulas tienen ruedas de impulsos con división 60, existiendo en ellas un hueco correspondiente a dos dientes (5). Esto quiere decir que la rueda tiene 60 - 2 = 58 dientes. El hueco por dientes faltantes especialmente grande es una marca de referencia y está asignado a

una posición definida del cigüeñal. Sirve para la sincronización de la unidad de control.Otra ejecución de la rueda de impulsos lleva un diente por cilindro en el perímetro. Si el motor es de cuatro cilindros p.ej. hay cuatro dientes; por tanto, por cada vuelta se producen cuatro impulsos.Los dientes y la espiga polar han de estar ajustados entre sí en su geometría. El circuito de evaluación en la unidad de control convierte la tensión sinusoidal de amplitud muy diferenciada en una tensión rectangular de amplitud constante. Esta señal se evalúa en el microcontrolador de la unidad de control.

 

Sensores de revoluciones y sensores de ángulo de giroAplicaciónEstos sensores están montados en las bombas rotativas de inyección Diesel de mando por electroválvula de alta presión. Su señal se emplea para:

Medir el número de revoluciones actual de la bomba rotativa, Determinar la posición del ángulo momentáneo bomba/árbol de levas del motor y Medir la posición de regulación momentánea del variador de avance.

El número de revoluciones actual de la bomba es una de las magnitudes de entrada para la unidad de control de ésta. La unidad determina así el tiempo de activación de la válvula de alta presión y, dado el caso, de la válvula del variador de avance.El tiempo de activación de la válvula de alta presión es necesario para adaptar el caudal de inyección teórico a las condiciones de servicio presentes en ese momento. La posición del ángulo en el instante determina los momentos de activación para la válvula de alta presión. Sólo con una activación correcta respecto al ángulo se garantiza que tanto el cierre como la apertura de la válvula de :alta presión tengan lugar en la carrera de leva correspondiente. La activación exacta asegura el comienzo y el caudal de inyección correctos.La posición necesaria para la regulación del variador del avance se determina comparando las señales del sensor de revoluciones del cigüeñal con las del sensor del ángulo de giro.

Estructura y funcionamientoEl sensor de revoluciones o sensor de ángulo de giro explora un disco-rueda de impulsos que tiene 120 dientes y está montado sobre el eje de accionamiento de la bomba rotativa. El disco-rueda tiene (repartidos uniformemente en su perímetro) huecos entre dientes, cuyo número corresponde al número de cilindros del motor.El sensor empleado es un sensor doble diferencial de células resistivas. Estas son resistencias de semiconductor mandadas por campo magnético; su estructura es similar a la de los sensores Hall. Las cuatro resistencias del sensor doble diferencial están conectadas eléctricamente como puente integral.El sensor tiene un imán permanente cuya cara polar dirigida al disco-rueda de impulsos es homogeneizada por una delgada plaquita ferromagnética. Sobre ella están fijas las cuatro magnetorresistencias a media distancia de la existente entre dientes. De este modo se encuentran siempre alternadas dos resistencias frente a huecos y dos frente a dientes. Las células magnetorresistivas para automóviles soportan temperaturas de hasta < 170 °C (por breve período <200 °C).

 

Sensores de fase HallAplicaciónEl árbol de levas está desmultiplicado en una relación de 1:2 respecto al cigüeñal. Su posición indica si un pistón del motor que se mueve hacia el punto muerto superior se encuentra en el tiempo de compresión o en el de escape. El sensor de fase junto al árbol de levas (también llamado transmisor de fase) suministra esta información a la unidad de control.

 

Estructura y funcionamientoSensores de barra HallLos sensores de barra Hall (figura 2 a) aprovechan el efecto Hall: con el árbol de levas gira un rotor (pos. 7, rueda de impulsos con dientes, segmentos o un diafragma con aberturas) de material ferromagnetico El circuito integrado Hall (6) se encuentra entre el rotor y un imán permanente (5) que proporciona un campo magnético perpendicular al elemento Hall.

Cuando pasa un diente (Z) por delante del elemento sensor atravesado por corriente (plaquita de semiconductor) del sensor de barra, varía él la intensidad del campo magnético perpendicularmente al elemento Hall. Por tanto, los electrones impulsados por el componente longitudinal de una tensión aplicada al elemento son desviados en mayor grado perpendicularmente al sentido de la corriente (figura 1, ángulo "a").

De este modo se genera una señal de tensión (tensión Hall), en un margen de milivoltios, independiente de la velocidad relativa entre el sensor y la rueda de impulsos. El sistema electrónico evaluador incorporado en el circuito integrado Hall del sensor prepara la señal y la entrega como una señal de salida rectangular.

Sensores de barra Hall diferenciales Los sensores de barra que trabajan según el principio diferencial disponen de dos elementos Hall desplazados en los sentidos radial y axial en el espacio (figura inferior, SI y S2). Éstos suministran una señal de salida proporcional a la diferencia de la densidad de flujo entre los dos puntos de medición. Para ello es necesario, sin embargo, un "diafragma con aberturas" de doble vía o una "rueda de impulsos de doble vía" para poder generar una señal opuesta en ambos elementos Hall.Estos sensores se emplean cuando las exigencias de precisión son muy elevadas. Constituyen otras ventajas el mayor entrehierro y una buena compensación de la temperatura.

 

Sensores de velocidad de giro de las ruedasAplicacionesDe las señales de los sensores de velocidad de giro de las ruedas las unidades de control de los sistemas ABS, ASR y ESP derivan la velocidad de rotación de las ruedas (número de vueltas), para impedir el bloqueo o el patinaje de las ruedas y asegurar así la estabilidad y dirigibilidad del vehículo. A partir de estas señales, los sistemas de navegación calculan la distancia recorrida.

Estructura y funcionamientoSensor de velocidad de rotación pasivo (inductivo) La espiga polar del sensor inductivo de velocidad de rotación, que está rodeada de un arrollamiento, se encuentra directamente sobre la corona generadora de impulsos, fijamente unida con el cubo de rueda. La espiga polar de magnetismo dulce está unida con un imán permanente, cuyo campo magnético llega hasta la corona generadora de impulsos, penetrando en ella. A causa de la alternancia permanente entre los dientes y los entredientes, el giro de la rueda ocasiona la variación del flujo magnético dentro de la espiga polar y, por consiguiente, también dentro del arrollamiento que la rodea. La variación del campo magnético induce en el arrollamiento una tensión alterna, que se toma en cada extremo del bobinado.Tanto la frecuencia como la amplitud de la tensión alterna son proporcionales a la velocidad de giro de la rueda. Cuando la rueda está parada, la tensión inducida es igual a cero. La velocidad mínima mensurable depende de la forma de los dientes, del entrehierro, de la pendiente de la subida de tensión y de la sensibilidad de entrada de la unidad de control; partiendo de este parámetro se puede conocer la velocidad mínima de conexión alcanzable para la aplicación del ABS.El sensor de velocidad de giro y la rueda de impulsión están separados por un entrehierro de aprox. 1 mm con estrechas tolerancias, para garantizar una detección eficaz de las señales. Además, una fijación firme del sensor de velocidad de giro impide que sus señales sean alteradas por vibraciones procedentes del freno de rueda.Como las condiciones de montaje en la zona de la rueda no son siempre idénticas, existen diferentes formas de la espiga polar y distintos modos de montaje. La más difundida es la espiga polar en forma de cincel (llamada también polo plano, figura inferior a) para montaje radial, perpendicular a la corona generadora de impulsos. La espiga polar en forma de rombo (llamada también polo en cruz, figura inferior b), para montaje axial, se encuentra en posición radial respecto a la corona generadora de impulsos. Los dos tipos de espiga polar han de estar exactamente ajustados a la corona generadora de impulsos en su montaje. La espiga polar redonda (figura

inferior c) no exige una alineación exacta con la corona generadora de impulsos; ésta, sin embargo, ha de tener un diámetro suficientemente grande o un número reducido de dientes.

 

Sensores tacométricos de cajas de cambiosAplicaciónLos sensores tacométricos RS (Rotational Speed Sensor) detectan la velocidad de rotación en cambios de marchas automáticos, semiautomáticos y de variación continua (CVT). Para esta utilización, los sensores son por su concepción resistentes a los aceites ATF para transmisiones automáticas. El "concepto de compactación" prevé la integración en el módulo de mando del cambio de marchas o en versión independiente. La tensión de alimentación Uv se encuentra entre 4,5 y 16,5 V y el margen de temperaturas de funcionamiento alcanza de -40 a +150°C.

Estructura y funcionamientoEl sensor tacométrico activo posee un C.I. de efecto Hall diferencial y un interface de corriente bifilar. Para el funcionamiento ha de ser conectado a una fuente de tensión (tensión de alimentación Uv. El sensor puede detectar la señal de velocidad de rotación generada por ruedas dentadas y discos de chapa ferromagnéticos o por coronas multipolares (entrehierro entre 0,1 y 2,5 mm); aprovecha el efecto Hall y suministra una señal de amplitud constante, independiente de la

velocidad de rotación. Eso hace posible una detección de velocidades de rotación de hasta casi n = 0. Para la entrega de la señal se modula la corriente de alimentación en el ritmo de la señal incremental. La modulación de la corriente (baja: 7 mA, alta: 14 mA) es convertida luego mediante una resistencia de medición RM integrada en la unidad de control en una tensión de señal URM (figura inferior).

Existen dos versiones de sensores tacométricos de cajas de cambios:

RS50 Protocolo de datos: información de velocidad de rotación en forma de señal rectangular. Extensión funcional: señal de frecuencia proporcional a la velocidad de impulso y ocasionada por la corona generadora de impulsos al girar pasando por delante de la superficie del sensor.

RS51 Protocolo de datos: información de velocidad de rotación en forma de señal rectangular e informaciones adicionales transmitidas por el procedimiento de modulación de duración de impulsos. Extensión funcional: señal de velocidad de rotación, identificación de inmovilización, del sentido de rotación, de la reserva de entrehierro y de la posición de montaje.

Portainyector con sensor de movimiento de agujaAplicaciónEl comienzo de inyección es una magnitud característica importante para el funcionamiento óptimo de los motores Diesel. Su detección hace posible p.ej. una variación del avance de inyección en función de la carga y del número de revoluciones en el circuito de regulación cerrado. Sirve para ello en las bombas rotativas o en línea un portainyector con sensor de movimiento de aguja (figura inferior) que suministra una señal cuando se levanta la aguja del inyector.

Estructura y funcionamientoEl perno de presión prolongado, de magnetismo permanente (12), penetra en la bobina (11). La profundidad de penetración (longitud de recubrimiento "X") determina el flujo magnético en la bobina. Un movimiento de la aguja del inyector induce, con la variación del flujo magnético en la bobina, una señal de tensión dependiente de la velocidad que es procesada directamente en un circuito de evaluación en la unidad de control. La superación de una tensión umbral le sirve al circuito de evaluación como señal para el comienzo de inyección.

 

 

Sensor inductivo para encendido transistorizadoAplicaciónEste sensor inductivo es un disparador de impulsos para el encendido transistorizado TZ-I. Representa un generador eléctrico de corriente alterna. El punto de conexión del ángulo de cierre se determina por comparación de la señal de tensión alterna del sensor con una señal de tensión correspondiente al tiempo de regulación de la corriente.

EstructuraEl sensor inductivo está alojado en la caja del distribuidor de encendido, en el lugar que ocupaba el anterior ruptor convencionalEl núcleo magnético dulce del arrollamiento de inducción tiene la forma de un disco, llamado "disco polar". El imán permanente, el arrollamiento de inducción y el núcleo del sensor inductivo forman una unidad compacta, el "estator".Frente a esta unidad gira la rueda generadora de impulsos, fijamente unida al árbol del distribuidor y llamada "rotor". El rotor (comparable a la leva de encendido del ruptor) está fijado sobre el árbol hueco que rodea el árbol del distribuidor.El núcleo y el rotor son de acero magnético dulce; tienen prolongaciones en forma de dientes (dientes del estator y del rotor): El disco polar (núcleo) tiene p. ej. en el lado exterior dientes estatóricos doblados en ángulo recto hacia arriba.Conforme a ello, el rotor tiene dientes doblados hacia abajo.El número de dientes del rotor y del disco polar corresponde generalmente al número de cilindros del motor. Cuando están frente a frente, los dientes fijos y los dientes móviles están distanciados unos de otros aproximadamente 0,5 mm.

 

FuncionamientoEl principio de funcionamiento se basa en el hecho de que el entrehierro entre los dientes del rotor y del estator varía periódicamente al girar el rotor. Con él varía el flujo magnético. La variación del flujo induce una tensión alterna en el arrollamiento de inducción. La tensión de cresta ± Us es entonces proporcional a la velocidad de rotación: aprox. 0,5 V a baja velocidad y aprox. 100 V a alta velocidad. La frecuencia de esta tensión alterna corresponde al número de chispas de encendido por minuto,

 

Sensor Hall para encendido transistorizadoAplicaciónEste sensor Hall es un disparador de impulsos para el encendido transistorizado TZ-H. La señal de esta "barrera Hall" integrada en el distribuidor de encendido corresponde, en su contenido de informaciones, a la señal del encendido convencional por bobina y mando por contactos: mientras que el ruptor del encendido en el distribuidor determina el ángulo de cierre con la ayuda de la leva de encendido, el sensor Hall en el distribuidor prefija la relación cíclica de impulsos mediante su rotor de pantallas.

EstructuraEl sensor Hall (figura inferior) está integrado en el distribuidor de encendido. Su barrera magnética está montada sobre la placa soporte móvil. El C. I. Hall se encuentra sobre un soporte cerámico; el circuito y una de sus piezas conductoras están rodeados de plástico fundido, como medida de protección contra la humedad, la suciedad y daños de orden mecánico. Las piezas conductoras y el rotor de pantallas son de material magnético dulce. El número de pantallas es igual al número de cilindros. El ancho "b" de cada pantalla puede determinar, según el módulo electrónico utilizado, el ángulo de cierre máximo de este sistema de encendido. Por ello, el ángulo de cierre permanece prácticamente constante durante toda la vida útil del sensor Hall; por tanto, no es necesario ya un ajuste del ángulo de encendido.

 

FuncionamientoCuando gira el árbol del distribuidor, las pantallas del rotor pasan sin contacto por el entrehierro de la barrera Hall; cuando el entrehierro está libre, el C.I. Hall incorporado y el elemento sensor Hall son atravesados por el campo magnético. El flujo magnético incide en el elemento sensor Hall y la tensión Hall alcanza su valor máximo. El C.I. Hall está activado. Tan pronto como una de las pantallas entra en el entrehierro, la mayor parte del flujo magnético se dispersa en la pantalla y es mantenido alejado así del C.I. La densidad del flujo desaparece del elemento sensor Hall, excepto un pequeño resto procedente del campo de dispersión. La tensión Hall alcanza un mínimo. La forma de la pantalla del rotor determina el ángulo de cierre por generación inmediata de una tensión de rampa a partir de la tensión de la señal í/s (tensión Hall convertida, figura 2); sobre esta tensión de rampa se desplaza el punto de activación del ángulo de cierre. El principio de trabajo y la forma de construcción del sensor Hall permiten un ajuste del encendido estando el motor parado, siempre que no se haya previsto ninguna desconexión de la corriente de reposo.

 

 

Sensores de convolución (viraje) piezoeléctricos de diapasónEstructuraEl sensor de ángulo de rotación (llamado también girómetro) se compone de un cuerpo de acero en forma de diapasón provisto de cuatro piezoelementos (dos en la parte inferior y dos en la parte superior, figura 1) y de una electrónica de detección.Este sensor, insensible a perturbaciones magnéticas, efectúa mediciones muy precisas.Se monta bajo la columna de dirección, junto al transmisor de aceleración transversal, en un soporte común.Detectan en vehículos con regulación de la dinámica de marcha (ESP) los movimientos de rotación del vehículo sobre su eje vertical, p. ej. al recorrer curvas o en caso de desviarse de la dirección o de patinar (derrapar). Este sensor mide la velocidad de viraje, indicado en el equipo de autodiagnóstico como º/s (grados/segundo).Por esta razón la posición de montaje es crítica, ya que un mal montaje implica una señal errónea.

Está compuesto por una electrónica de control y un sensor capaz de medir los giros sobre el eje vertical, denominado diapasón doble. El diapasón está construido a partir de silicio monocristalino.Cuando el diapasón doble se torsiona bajo el efecto de los pares de viraje, la electrónica de control detecta estas solicitaciones mecánicas y las transforma en señales eléctricas.Esto requiere que el transmisor sea alimentado con 5 V y masa por la unidad de control, en tanto que la señal enviada del transmisor a la unidad es una tensión que varía en función del par de

viraje entre 0 y 5 V, dando un valor de 2’5 V cuando no hay ningún par de viraje aplicado.Si se analiza el diapasón doble en detalle se observa que consta de dos diapasones simples opuestos entre sí y unidos por la base. Al diapasón superior se le llama de excitación y al inferior, de medición.Están diseñados de tal forma que el diapasón de excitación entra en resonancia al alcanzar una frecuencia de 11 kHz, mientras que el diapasón de medición tiene la frecuencia de resonancia a 11,33 kHz.

FuncionamientoAl aplicarse una tensión, los piezoelementos inferiores comienzan a vibrar y excitan a su vez los piezoelementos en los extremos superiores del diapasón, haciendo que generen vibraciones de fase opuesta.

Marcha en línea recta Al marchar en línea recta, ninguna aceleración de Coriolis actúa sobre el diapasón. Como los piezoelementos superiores vibran siempre en fase opuesta y sólo son sensitivos perpendicularmente al sentido de las vibraciones (figura la), no generan ninguna tensión.

Marcha por una curva La aceleración de Coriolis, que se manifiesta cuando tiene lugar un movimiento de giro en unión con el movimiento vibratorio (pero perpendicular a éste último), se aprovecha para la medición en la curva. El movimiento de giro ocasiona entonces el desplazamiento de las zonas superiores del diapasón fuera del plano de vibración (figura Ib). A causa de ello se origina en los piezoelementos superiores una tensión eléctrica alterna, que llega a la centralita del control de estabilidad a través de una electrónica integrada en la caja del sensor. La amplitud de la señal de tensión depende tanto de la velocidad de giro como de la velocidad de vibración; su signo, del sentido de giro del recorrido en la curva.

Sensores de convolución piezoeléctricos ("vasos" oscilantes)AplicaciónSe trata de otro modelo de sensor de viraje o de velocidad de viraje (llamados también girómetros).

Estructura y funcionamiento

Los sensores de convolución piezoeléctricos son detectores mecánicos de precisión. Un cilindro metálico hueco oscilatorio (9) es excitado a oscilar y es mantenido en resonancia en sentido radial por dos cerámicas piezoeléctricas 1-1' diametralmente opuestas fijadas en el cilindro; un segundo par de cerámicas piezoeléctricas 2-2', dispuesto desplazado en 90° del primero, estabiliza la oscilación a una amplitud constante, que presenta cuatro nudos de oscilación alineados en sentido axial (desplazados en 45° del sentido de excitación) (figuras 1 a 3).Al girar a la velocidad de convolución (V) alrededor del eje del cilindro, los nudos se desplazan ligeramente en la periferia por el efecto de la aceleración de Coriolis; en esos nudos que, normalmente están libres de fuerza, aparecen entonces unas fuerzas proporcionales a la velocidad de rotación, que son detectadas por un tercer par de cerámicas piezoeléctricas 3-3'. Un cuarto par de excitación 4-4' y un bucle cerrado de regulación reducen la tensión resultante a un valor de referencia Uref = 0. La magnitud de ajuste necesaria para ello sirve, tras un esmerado filtrado por un rectificador de sincronización de fases, como señal de salida extremamente precisa. Mediante una encauzada variación provisional del valor teórico a ref = O se puede comprobar fácilmente el sistema total del sensor (test integrado). La derivación térmica de este sensor requiere la existencia de un complejo circuito de compensación. La inevitable alteración con el tiempo de las características del material de los elementos piezoeléctricos obliga además a realizar un envejecimiento prematuro esmerado.

 

© 2011 Aficionados a la Mecánica. Pagina creada por Dani meganeboy

Tacómetro digital

DESARROLLO DEL PROYECTO

El tacómetro digital está diseñado para medir las RPM de un motor de aeromodelismo. Estos trabajan en un rango de 3000 a 15000 RPM (notar que es bastante mayor que las RPM de un motor de automóvil) por ser de muy pequeña cilindrada, tan sólo de 4 a 10 cm3.

Para medir las RPM se utiliza un sensor infrarrojo, el cual cuenta las vueltas que da la hélice cada vez que las palas cruzan delante del sensor y tapan la entrada de luz. Este sensor se conecta a un CI 4093, el cual posee entradas Schmitt-Trigger para evitar ruidos e interferencias en la cuenta de pulsos. Este CI no sería necesario colocarlo, ya que el pin RA4 es de tipo Schmitt-Trigger, pero lo mejor es aislar la entrada ya que el consumo del sensor infrarrojo puede llegar a 100mA. Un aspecto a tener en cuenta es que las hélices de los aviones pueden tener 2 o 3 palas, produciendo un pulso en el sensor infrarrojo por pala por cada vuelta del motor. La selección de tipo de hélice se realiza a través de la entrada RA1, la cual se conecta a

masa si se selecciona hélice tripala y se conecta a Vcc si se elige una hélice bipala.

La medición se muestra en tres displays de siente segmentos, los cuales se conectan al PIC directamente sin necesidad de decodificador. Los caracteres se convierten de BCD a 7 segmentos en una tabla diseñada para utilizar displays de ánodo común. La ventaja de este método, aparte de ahorrar un CI decodificador, nos permite generar otros caracteres no disponibles en un CI decodificador. En nuestro caso, si la cuenta rebasa los 999.999 RPM se muestran los caracteres ERR en el display.

Para visualizar los dígitos en el display, estos se multiplexan en tiempo, encendiéndose alternadamente mediante tres transistores PNP, los cuales se conectan a su vez a las salidas RA2, RA3 y RA4. Para poder visualizar sin notar esta conexión alternada debe refrescarse la imagen completa en menos de 0,4 segundos (el ojo capta hasta 25 cambios por segundo). En nuestro caso se actualiza más rápido, cada 0,018 segundos el display y cada 0,006 cada dígito.

Este tiempo de refresco se obtiene a través del TIMER0. Para ello se configura el prescaler en 32 y se coloca el valor 3Dh en el registro TIMER0 durante la interrupción. El Timer0 cuenta hasta 194 veces hasta que rebasa su cuenta, generando una interrupción cada:

1µs . 32 prescaler . 194 = 6208µs

Cada vez que una pala de la hélice corte la luz al sensor infrarrojo, el PIC incrementa el contador de vueltas en 1. Este contador consta de tres registros que cuentan en BCD: DIG1, DIG2 y DIG3. Para mostrar el resultado en el display debemos calcular durante cuánto tiempo hay que contar los pulsos del sensor infrarrojo (esta técnica se llama muestreo de pulsos). Por este motivo si se tiene una hélice bipala girando a una velocidad de 10.000 RPM se muestra en el display el valor de 100 (se le pueden agregar dos displays mostrando dos ceros). Para 10.000 RPM se obtienen:

10.000 RPM/3600 seg = 166,6 RPS

Si la hélice tiene dos palas: 166,66 RPS x 2 palas = 332,2 pulsos

Si tiene tres palas: 166,66 RPS x 3 palas = 499,8 pulsos

Para que el display muestre 100 se deben contar los pulsos durante 100/333,2 = 0,3 segundos. En el caso de tener una hélice tripala se debe contar durante 100/499,8 = 0,2 segundos. Como no tenemos otro timer disponible en el PIC, debemos utilizar el mismo timer0 que usamos para el refresco del display para obtener el tiempo de muestreo. La manera de hacerlo es utilizar un contador que incremente en cada rutina de interrupción de TIMER0. Este contador incrementa hasta 30h si es una hélice bipala y hasta 20h si es tripala. Una vez que el contador llega al máximo se copian los valores de los registros DIG1:DIG3 a los registros VALOR1:VALOR3 que actúan como buffer manteniendo el valor para ser visualizado, mientras los registros DIG1:DIG3 reinician la cuenta.

Como se ve, la mayor parte del tiempo el PIC está esperando un pulso dentro de un lazo cerrado. Esto no justifica el uso de la entrada de interrupción externa y permite liberar la entrada RBO/INT para ser usada para mostrar el display.

Hay dos formas de probar el funcionamiento del tacómetro. La primera necesita un motor de CC de hasta 12 V al cual se le pega con una cinta adhesiva un cartón que simula una hélice bipala. Al motor se le controla la velocidad con una fuente de tensión externa o con varios diodos 1n4001 en serie que le reduzcan 0,7 voltios por cada uno. Es posible que el sensor infrarrojo necesite ser envuelto en un tubo de plástico negro, para que la luz ambiente del costado no interfiera con la medición.

La otra forma es conectar un transformador de baja tensión (hasta 12V máx.) al cual se la rectifica con un diodo 1n4004 y se le conecta un LED y una resistencia serie como carga. Este LED se enfrenta con el sensor infrarrojo haciendo un acoplamiento OPTICO de la señal de 50Hz de la red hacia el tacómetro. Si se arma un rectificador de media onda y se selecciona una hélice bipala se obtendrá una medición de:

0,3 seg . 50Hz = 15 pulsos

Si se arma uno tipo puente

0,3 seg . 50Hz . 2 semiciclos = 30 pulsos

Tener en cuenta que estos rectificadores de prueba no deben poseer ningún tipo de filtros ni capacitores.

Es posible modificar el programa para que pueda contar pulsos en Hz en forma directa. Para ello debemos incrementar el tiempo de muestreo a 1 seg. mediante el cambio en constante del registro CONTADOR. Debemos cambiarla por el valor

1 seg / 6208 µs = 161 veces

TEORIA DE FUNCIONAMIENTO

El funcionamiento se basa en la recepción de un rayo de luz que rebota en la pala de la hélice y es recibida por el diodo fotosensible. Esta luz puede ser la del Sol o provista por el diodo emisor infrarrojo. Cualquiera que sea el sistema, cada vez que una pala de la hélice hace rebotar un rayo, el PIC incrementa en uno un contador. Si se tiene una hélice bipala girando a una velocidad de 10000 RPM se tienen 166,6 RPS y 333.2 pulsos. Para que el display muestre 100 se deben contar los pulsos durante 100/333,2 = 0,3 segundos. En el caso de tener una hélice tripala se debe contar durante 100/499.8 = 0,2 segundos.

Para poder visualizar correctamente los números en un display, deben multiplexarse de manera que la secuencia dure menos de 0,4 segundos (25 cambios por segundo). En nuestro caso duran 0,006 por número y 0,018 por secuencia. Cuando se cuentan 48 secuencias se obtienen 0,297 segundos para bipalas y si se cuentan 32 secuencias se obtienen 0,198 segundos para tripalas. La aproximación es suficiente para el uso que se necesita.

AJUSTES FINALES

El circuito tiene dos ajustes. La potencia ajusta la cantidad de luz que emitirá el led infrarrojo y la ganancia ajusta la sensibilidad del receptor infrarrojo. En el caso de haber mucha luz ambiental, el emisor infrarrojo no es necesario y la sensibilidad del receptor debe aumentarse. Si hay poca luz ambiental el receptor infrarrojo debe tener poca sensibilidad para no captar la luz ambiental y el diodo emisor deberá tener mucha potencia para que la luz que emita sea mayor a la del ambiente. Puede colocarse un filtro infrarrojo como el que se usa para los controles remoto, pero hay que tener en cuenta que para que el diodo emisor esté en la banda infrarroja debe consumir cerca de 100mA, que es mucha corriente para una pila. El uso, en ese caso, debe ser limitado a una medición de pocos segundos.

Tacometro Digital

Queridos amigos, en esta edicion armaremos un TACOMETRO DIGITAL, preciso, con la opcion de ajustar a nuestro gusto la cantidad de vueltas en las que prendera el "SHFT LIGHT".

1° El Tacometro: este elemento es el corazon de nuestro tacometro: es el Conversor FRECUENCIA / TENSION Por medio de este circuito, convertimos los pulsos que envia el distribuidor a la bobina, en una tension proporcional a la frecuencia (RPMs) de entrada. Por ejemplo: con 3500 RPM tendriamos en la salida del conversor 3,5 Volts, con 6000 RPM, el voltaje de salida estaria en los 6 Volts. Asi podemos ver en Numeros, las RPM del motor, de forma precisa, ya que no tiene que vencer la inercia que tiene la aguja en los instrumentos convencionales. Este es el circuito correspondiente a dicho conversor:

2° El voltimetro: este elmento es el que nos muestra en forma numerica las RPM de nuestro motor. Esta compuesto por dos integrados: CA3162 y CA3161: el primero es el "medidor", el voltimetro en si, y el segundo es el controlador del display, decodifica la señal del voltimetro y la muestra en forma de numeros. Aqui esta el diagrama del circuito completo:

CALIBRACION: Realizar los siguientes pasos:

1° conectar la entrada (PIN 3) a masa, girar el preset P1 hasta que en al display tengamos el valor 0.0.

2° utilizar una fuente de alimentacion de 9 volts, (puede ser una bateria nueva) y conectar el negativo de la bateria al negativo del circuito. Luego el positivo de la bateria a la entrada (PIN 3), girar el preset P2 hasta que en el display tengamos el valor 9.0, y ya tendremos el voltimetro calibrado.

3° La barra de 10 leds: con este circuito representamos el valor de una forma mas "analogica", tenesmos la posibilidad de verlo en forma de Punto (solo enciende un punto en el nivel mas alto) o Barra (enciende desde el primer led hasta el nivel mas alto).

Calibracion: Utilizando el preset P1, calibramos el nivel de tension que queremos que encienda el primer LED, por ejemplo utilizando una pila, que es de 1,5 volts, giramos el preset hasta que encienda el primer led, asi sabremos que cuando enciende ese led estaremos a 1500 RPM. Utilizando de nuevo la bateria de 9 Volts, giramos el preset P2, hasta que encienda el ultimo led, eso seria el equivalente a 9000 RPM. Con S1 selecionamos si queremos un punto movil o una barra.

4° El comparador "shift light": Este es el circuito que se encarga de encender la lampara cuando nos pasemos de RPM, aqui esta el circuito:

P1 es un potenciometro comun, es con el cual nostros ajustaremos en cualquier momento el nivel del Shift Light. Este circuito no necesita calibrar, el rele es un rele de 12 volts, simple inversor, con el se puede conectar una lampara, una chicharra o lo que se te ocurra.

Pasemos al Circuito general:

IMPORTANTE: si el auto tiene encendido convencional (con platinos), puentear el capacitor de 47 nF que esta despues del PIN 1.

Como veran, esta detallado el diagrama de interconeccion, el elemento S1 es un pulsador inversor, con el seeccionamos que queremos ver en el display:

S1 suelto: nos muestra las RPM del motor.

S1 pulsado: nos muestra a cuantas RPM se encendera el Shift Light.

El positivo general se conecta a un punto que tenga tension cuando la llave de arranque esten en "Contacto", y la entrada del conversor (PIN 1) al negativo de la bobina, o mejor puede ser en la entrada del tacometro original.

Los cables de + 12 V y masa son comunes a todos los circuitos, y no fueron incluidos en el diagrama general, para evitar confusiones.

Tacómetro digital con PICEl tacómetro digital con PIC consta de un PIC16F88, una pantalla LCD 2x16 , un sensor tipo herradura GP3S62 de Sharp, y un regulador de 5V/100mA. El Timer0 del PIC trabaja como contador de las transiciones alto-bajo en el pin RA4/T0CKI durante 1 segundo. Este valor corresponde al número de revoluciones por segundo (r.p.s) el cual es transformado a r.p.m y rad/s para su presentación en el LCD. La lectura se actualiza continuamente cada 2 segundos. Se genera una transición cada vez que la ranura en el disco giratorio pasa  en frente del emisor de luz, es decir una transición por vuelta.

Código en lenguaje C (mikroC PRO)

//Tacometro.c//El registro OPTION_REG tiene todos sus bits en 1 después del //encendido por lo tanto el Timer0 actúa como contador, //incrementa en transición descendente y el prescaler //está asignado al WDT.//Declaración de las 12 variables necesarias para la conexión//del módulo LCD.

sbit LCD_RS at RB4_bit;sbit LCD_EN at RB5_bit;sbit LCD_D4 at RB6_bit;sbit LCD_D5 at RB1_bit;sbit LCD_D6 at RB2_bit;sbit LCD_D7 at RB3_bit;

sbit LCD_RS_Direction at TRISB4_bit;sbit LCD_EN_Direction at TRISB5_bit;sbit LCD_D4_Direction at TRISB6_bit;sbit LCD_D5_Direction at TRISB1_bit;sbit LCD_D6_Direction at TRISB2_bit;sbit LCD_D7_Direction at TRISB3_bit;// Fin de declaración de variables de conexión.

char texto1[7], texto2[7], numflancos=0;int rpm, rads;

void main(){OSCCON=0x40; //Oscilador interno a 1MHz.ANSEL=0x00; //Pines AN<6:0> como E/S digital.Lcd_Init(); //Inicializa el LCD.Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); //Borra el display.Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF); //Apaga el cursor.Lcd_Out(1,1,"TacometroDigital");Lcd_Out(2,1,"Wmax=15.300 rpm");Delay_ms(3000);Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); //Borra el display.while (1){ TMR0=0; //Inicializa el registro TMR0. Delay_1sec(); //Cuenta durante 1 segundo. numflancos=TMR0; //numflancos=velocidad en rps. rpm=60*numflancos; //Transformación a rpm. rads=6.28*numflancos; //Transformación a rad/s. IntToStr(rpm,texto1); //Transformación de rpm a texto. Lcd_Out(1,1,"W[rpm]="); Lcd_Out(1,10,texto1); IntToStr(rads,texto2); //Tramsformación de rads a texto. Lcd_Out(2,1,"W[rad/s]="); Lcd_Out(2,10,texto2); Delay_ms(1000); //Espera para la nueva medición.}}

Esquema eléctrico del tacómetro digital con PIC

Información complementaria

TACÓMETRO DIGITAL CON LED

Circuito Esquemático

APLICACIÓN:Medición de las RPM de motores nafteros de explosión de vehículosy embarcaciones con sistema eléctrico de 12 Vcc.La presentación se realiza a través de 20 Leds.

LISTA DE COMPONENTES

RESISTENCIAS:R1 = R2 = 100 Kohms (marrón, negro, amarillo)R3 = 6,8 Kohms (azul, gris, rojo)R4 = 22 Kohms (rojo, rojo, naranja)R5 = R11 = R12 = 1,2 Kohms (marrón, rojo, rojo)R6 = 2,2 Kohms (rojo, rojo, rojo)R7 = R8 = R9 = 100 Ohms (marrón, negro, marrón)R10 = 10 Kohms (marrón, negro, naranja)P1 = Preset 1 Mohm

CAPACITORES:C1 = C6 = 100 nF (disco)C2 = 1,5 nF (disco)C3 = C10 = 220 pF (disco)C4 = 10 µF 16 V (electrolítico)C5 = 220 µF 16V (electrolítico)C7 = 470 µF 16V (electrolítico)C8 = C9 = 100 µF 16V (electrolítico)

SEMICONDUCTORES:IC1 = LM555IC2 = IC3 = LM3914IC4 = 7808D1 = D2 = D4 = 1N4148D3 = 1N4007L1 a L10 = Led verde

L11 a L14 = led amarilloL15 a L20 = led rojo

Funcionamiento y diagramas de un contador de RPM (revoluciones por minuto)

Este proyecto aquí presentado nos muestra las RPM (revoluciones por minuto) tomando muestras (pulsos) cada 0.1 Segundos y llevándolas aun proceso interno en el Microcontrolador AT 89C52 y mostrando su resultado por un campo visual (Displays), el circuito es capaz de contar 255 pulsos en 0.1 S, es decir, es capaz de contar hasta 5100 RPM.

Teoría de Funcionamiento:

El núcleo principal de este circuito se basa en el microcontrolador AT89C52

Este microcontrolador tiene 40 pines, 32 de los cuales corresponden a 4 puertos de entrada/salida, los demás son para la alimentación, oscilador (xtal), reset, etc.

Básicamente, las funciones del microcontrolador y las del circuito están diseñadas para detectar la rotación de una máquina por medio de una rueda perforada, que se mueve dentro de un interruptor óptico de ranura, de tal manera que se puedan mandar pulsos cada vez que la señal se interrumpe, y pueda mostrar el resultado en 4 displays de siete segmentos.

El microcontrolador AT89C52 de Atmel tiene dos timer (timer0 y timer1), los cuales se configuran para que uno de ellos temporice el tiempo necesario y el otro para contar los pulsos durante ese tiempo, el temporizador que funciona como contador recibe pulsos externos por el pin 15 del microcontrolador, este pin es activo bajo, es decir, cada vez que hay un flanco de bajada incrementa a uno.

En este caso el receptor de los pulsos está conformado por una rueda perforada que se interpone entre el emisor y el receptor de un dispositivo fototransistorizado.

Cuando la rueda impide el paso de la luz entre el emisor y el receptor del circuito, la base del fototransistor no se excita y no circula corriente entre el emisor y colector, y mucho menos por la base del transistor.

Este se comporta como un suiche abierto por lo tanto se tiene un estado lógico.

Al rotar la rueda, las perforaciones pasan frente al dispositivo fototransistorizado, permitiendo que la luz proveniente del emisor estimule la base del transistor, y por lo tanto se presenta una corriente entre colector y el emisor de este. Esta corriente que pasaría por la base, en este caso se podría representar como un corto entre el emisor y colector polarizando una resistencia que se encuentra en el colector y creando un nivel bajo.

La salida de este va a un smit trigger, donde nos ayudara a eliminar un poco el cambio de estado brusco o como le llamaríamos también el ruido entre el cambio de

estado, la salida de este es inversa, cambiando así el pin utilizado para el conteo de estado activo bajo a estado activo alto.

Ya en el microcontrolador después de que se ha hecho el proceso debido inmediatamente ira al campo de visualización donde este tiene unas características muy interesantes.

El campo visual funciona por medio de un barrido que se va generando cada 3uS aproximadamente. Como este barrido es demasiado rápido parece que se obtuviera una salida constante. Lo mismo pasa con el puerto de salida, se irán cambiado los datos cada vez que un bit del barrido se habilite, este dato iría directamente a un buffer (impulsor de corriente) y después de este a los displays (conectados en paralelo) por medio de unas resistencias

Lo ideal para este circuito sería que cada vez que se este tomando pulsos la velocidad de la rueda perforada fuera constante, ya que de no ser así, se pueden generar errores y malas interpretaciones.

El proyecto se divide en dos partes: La primera se trata de los cálculos y la decodificación, mientras que la segunda es la etapa de muestreoHay que tomar en cuenta que aquí no se muestra el sensor acondicionador de la señal de entrada que debe provenir del motor o máquina al que se debe contar las RPM

La primera parte se trata del proceso de codificación donde se encuentra el micro, un buffer, un decodificador BDC y transistores de habilitación para los displays de cátodo común

Esta es la segunda etapa que se trata del muestreo de la variable tomada y codificada en el micro. Solo se trata de 4 displays de cátodo común que se encuentran en cascada, mientras que el pin común se encuentra conectado a los transistores. Transistores deben ser de buena calidad, preferiblemente de switcheo que se utilizan en las fuentes conmutadas

Tacómetro

Los leds, verde, amarillo y rojo, te guían para que efectúes correctamente los cambios de velocidad de tu auto. Con este tacómetro obtendrás un mejor rendimiento del automóvil, así como en el kilometraje y podras ahorras combustible, lo cual es conveniente ahora que estos están en aumento cada día.El tacómetro vigila las rpm del auto, Cuando se apropxima a los puntos correctos para el cambio de velocidades, El led verde te indica que debes de prepararte para efectuar el cambio.

Luego se enciende el amarillo para indicarte que ha llegado el momento de realizar el cambio. Si el led rojo se enciende, esto indica que has esperado demasiado tiempo antes de efectuar el cambio y que el motor ha alcanzado un exceso de rpm.Este tacómetro resulta útil en automóviles con motores de 8 cilindros en V, también en vehículos de 4 y cinco cilindros, además puede utilizarse en automóviles con cajas automáticas. Todos los automóviles, incluyendo los automáticos, tienes puntos de cambios de velocidad correctos.Este tacómetro también puede ser útil para personas que acostumbran dejar el pie en el acelerador, para esto debe de ajustar cada led, de manera que vayan encendiendo en la medida que se oprime el acelerador, hasta llegar al led rojo.

COMO FUNCIONA:Si su auto tiene un sistema de encendido electrónico o uno de tipo convencional, cada vez que se enciende una bujía se produce un voltaje en el devanado primario de la bobina. El tacómetro suma y saca promedio de estos voltajes. Como resultado, se produce un voltaje (rmp), cuya intensidad guarda relación con las rmp del motor.Se puede ajustar cada uno de los leds para que se enciendan a cada nivel de voltaje (rmp). De esta manera puede cada led encenderse a cualquier velocidad del motor, desde la de marcha en vacío hasta la máxima. Los nivles de rpm a los cuales ajustas los leds dependen del uso que le darás al tacómetro. Si se piensa en utilizar en una transmisión manual, primero determina el pundo ideal para los cambios de velocidades, el cual se expresa como un mínimo y un máximo en el manual. Utiliza un punto intermedio entre ese mínimo y máximo, por ejemplo, 2300 rmp. Conviene, entonces, ajustar las luces a 2000 rpm, 2300 rmp y 2600 rmp.

Si lo prefieres, podrías ajustar sólo dos puntos de cambio para vigilar la transmisión y emplear la otra luz para controlar la velocidad de marcha en vacío, para impedir avances y/o paradas del motor. Los ajustes, por lo tanto, dependen de tus necesidades.

Sólo falta agregar que el tacómetro necesita únicamente 3 conexiones al vehículo: Una conexión a tierra, a un suministro de 12 voltios DC y al primario de la bobina.

Lista de componentes

Capacitores: Resistores:

C1: 0.1 µF. 25 voltiosC2: 10 µF.16 voltiosD1-D2: 1N4148.D3: Diodo zener de 2W, 9 V.IC1: 40818 CMOSLED1: color verdeLED2: color amarilloLED3: color rojoQ1: Transistor 2N4401 NPNQ2-Q3-Q4: Transistor 2N4403 PNP

Todos a 1/4 vatio 10% de toleranciaR1: 33K 1/2R2-R3: 430KR4: 220KR5-R6: 10KR7: 22KR8-R9-R10: 100K (potenciómetro)R11: 5K (potenciómetro)R12-R13-R14: 10KR15-R16-R17: 240 ohmiosR18: 33 ohmios 1 vatioMiscelánea: Cable blindado de 3 alambres, caja pequeña, materiales para tablero de circuito impreso, letras de tipo adhesivo.

LM2917N based Frequency to Voltage Tachometer

An easy way of measuring RPM is to convert the frequency of a sensor attached to the motor into a proportional voltage. The LM2917N Frequency to Voltage Converter is designed exactly for that job. The IC comes in 2 versions, 8 pin (LM2917N-8) and 14 pin (LM2917N) versions. Both have a voltage regulator built in, so if no other chips are required, you don't need a 7805.

The minimal circuit shown first on this page gives an output of about 1 volt per 66Hz input. The input must be AC and not a pulsed DC input. This circuit is based on the 8 pin version.

Vout=Vcc x Fin x R1 x C2: where Fin=input frequency in hertz, R1=resistance connected to pin 3 ,C2=capacitance connected to pin 2, and Vcc is not 12, but instead 7.5 volts (from the on-board regulator).

In the more practical circuit shown next, the input is conditioned by R1 - R3 and C1 to convert a simple switch closure (such as the points in an automotive ignition) into an AC signal suitable for the 2917. The output is smoothed by R6/C4 and fed into a LM3914 based bar graph display driver. Two pots adjust the scale and range of the display. This circuit is based on the 14 pin version.

Note: RPM=(120 x freq.)/ (# of cylinders) and freq = ((# of cylinders)*(RPM))/120

A component placment diagram and PCB layout are available in pcb.pdf

Tacometro Digital

Queridos amigos, en esta edicion armaremos un TACOMETRO DIGITAL, preciso, con la opcion de ajustar a nuestro gusto la cantidad de vueltas en las que prendera el "SHFT LIGHT".

1° El Tacometro: este elemento es el corazon de nuestro tacometro: es el Conversor FRECUENCIA / TENSION Por medio de este circuito, convertimos los pulsos que envia el distribuidor a la bobina, en una tension proporcional a la frecuencia (RPMs) de entrada. Por ejemplo: con 3500 RPM tendriamos en la salida del conversor 3,5 Volts, con 6000 RPM, el voltaje de salida estaria en los 6 Volts. Asi podemos ver en Numeros, las RPM del motor, de forma precisa, ya que no tiene que vencer la inercia que tiene la aguja en los instrumentos convencionales. Este es el circuito correspondiente a dicho conversor:

2° El voltimetro: este elmento es el que nos muestra en forma numerica las RPM de nuestro motor. Esta compuesto por dos integrados: CA3162 y CA3161: el primero es el "medidor", el voltimetro en si, y el segundo es el controlador del display, decodifica la señal del voltimetro y la muestra en forma de numeros. Aqui esta el diagrama del circuito completo:

CALIBRACION: Realizar los siguientes pasos:

1° conectar la entrada (PIN 3) a masa, girar el preset P1 hasta que en al display tengamos el valor 0.0.

2° utilizar una fuente de alimentacion de 9 volts, (puede ser una bateria nueva) y conectar el negativo de la bateria al negativo del circuito. Luego el positivo de la bateria a la entrada (PIN 3), girar el preset P2 hasta que en el display tengamos el valor 9.0, y ya tendremos el voltimetro calibrado.

3° La barra de 10 leds: con este circuito representamos el valor de una forma mas "analogica", tenesmos la posibilidad de verlo en forma de Punto (solo enciende un punto en el nivel mas alto) o Barra (enciende desde el primer led hasta el nivel mas alto).

Calibracion: Utilizando el preset P1, calibramos el nivel de tension que queremos que encienda el primer LED, por ejemplo utilizando una pila, que es de 1,5 volts, giramos el preset hasta que encienda el primer led, asi sabremos que cuando enciende ese led estaremos a 1500 RPM. Utilizando de nuevo la bateria de 9 Volts, giramos el preset P2, hasta que encienda el ultimo led, eso seria el equivalente a 9000 RPM. Con S1 selecionamos si queremos un punto movil o una barra.

4° El comparador "shift light": Este es el circuito que se encarga de encender la lampara cuando nos pasemos de RPM, aqui esta el circuito:

P1 es un potenciometro comun, es con el cual nostros ajustaremos en cualquier momento el nivel del Shift Light. Este circuito no necesita calibrar, el rele es un rele de 12 volts, simple inversor, con el se puede conectar una lampara, una chicharra o lo que se te ocurra.

Pasemos al Circuito general:

IMPORTANTE: si el auto tiene encendido convencional (con platinos), puentear el capacitor de 47 nF que esta despues del PIN 1.

Como veran, esta detallado el diagrama de interconeccion, el elemento S1 es un pulsador inversor, con el seeccionamos que queremos ver en el display:

S1 suelto: nos muestra las RPM del motor.

S1 pulsado: nos muestra a cuantas RPM se encendera el Shift Light.

El positivo general se conecta a un punto que tenga tension cuando la llave de arranque esten en "Contacto", y la entrada del conversor (PIN 1) al negativo de la bobina, o mejor puede ser en la entrada del tacometro original.

Los cables de + 12 V y masa son comunes a todos los circuitos, y no fueron incluidos en el diagrama general, para evitar confusiones.