7 Mod 7 Dispositivos Electronicos Jan 2015 [PDF]

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Módulo 7 Sensores/Switch/Solenoides

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Tabla de Contenido

Descripción del Módulo….…………………………………………………………………….……3 Switch………………………………………………………………………………………….……...4 Sensores………………………………………………………………………………………….…..10 Sensores Pasivos…………………………………………………….…………………….……..…11 Sensores Activos……………………………………………………….……………………………12 Señales Análogas……………………………………………………….…………………..….……13 Señales Digitales…………………………………….………………….……………………………15 Tipos de Sensores……………………………..……………………….………………………..….17 Solenoides…………………………………………..….……………….……………………………29 Ejercicio Practico A……………………………………………………….………………………….32 Ejercicio Practico B……………………………………………………….………………………….35

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DESCRIPCIÓN DEL MODULO Módulo 7 Sensores/Switch/Solenoides

Titulo

Este módulo está diseñado para preparar al participante para que pueda explicar la operación, y realizar mediciones en sensores switch y solenoides encontrados en equipos Caterpillar

Importancia

Objetivos de aprendizaje   

En este módulo el participante podrá definir las características y el uso de switch, sensores solenoides usados en equipos Cat. El participante podrá identificar las entradas y salidas de los sensores y las señales usando un multímetro. Con un motor o equipo Caterpillar y un multímetro digital el técnico debe medir varias señales de sensores

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Switch o interruptores.

Los sistemas de control electrónico utilizan varios tipos de switches. Los switches podrían monitorear un parámetro del motor o equipo o pueden ser activados por el operador. Todos tienen funciones similares y son típicamente dispositivos de dos estados (ENCENDIDO o APAGADO) que proporcionan entradas de potencia o conexión a tierra para controlar los dispositivos.

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El cuadro de arriba muestra los switches (dispositivos de entrada encendido/apagado) clasificados por el parámetro monitoreado y el switch makeup. Los switches del nivel de temperatura, presión, flujo de fluido y refrigerante incluyen un resistor variable o algunos otros métodos de encender o apagar el switch tales como un par termoeléctrico. Cuando las condiciones del equipo exceden o aumentan bajo un límite especificado, el switch se abre (o se cierra) y envía una señal a la ECU. Los switches del operador activado envían una señal a el ECM cuando el switch es manualmente activado por el operador.

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Switch de Temperatura

La foto superior muestra un switch de temperatura del aceite de freno (flecha) ubicado en un camión articulado. Los contactos del switch de temperatura están normalmente cerrados. Cuando el motor está corriendo y la temperatura de aceite de freno está dentro del rango deseado determinado por ingeniería, los contactos se mantienen cerrados y completan el circuito conectado a tierra. El switch se abre una vez que la temperatura del aceite de freno excede un límite aceptable, alertando al operador de la condición. Este tipo de switch de temperatura puede ser testeado utilizando un multímetro digital en la escala de volt u ohms. Una caída de voltaje excesiva a través de los terminales indicaría un switch defectuoso.

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Switch de Presión

La foto superior muestra un switch de presión de aceite de freno (flecha). Los contactos del switch de tipo presión normalmente están abiertos (el motor no está corriendo / presión baja de aceite). Cuando el motor está corriendo y la presión de aceite de freno está dentro del rango deseado, los contactos se cierran y completa el circuito conectado a tierra. Si la presión de aceite de freno cae a un nivel donde los contactos se abren, el switch interrumpirá la señal del circuito conectado a tierra a la ECU, causando que el ECM active una condición de falla. En el caso de un cable roto, el ECM interpretará la señal en la misma manera como un evento de presión baja. Este tipo de switch de presión puede ser testeado utilizando un multímetro digital en la escala de volt u ohms. Una caída excesiva de voltaje a través de los terminales cuando la presión adecuada está presente indicaría un switch defectuoso.

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Switch de Flujo

La foto superior muestra un ejemplo de un switch de flujo de refrigerante. El switch de flujo es un tipo paleta y está normalmente abierto y cerrado una vez que hay suficiente flujo de fluido. Si el flujo está restringido, el switch interrumpirá la señal del circuito conectado a tierra a la ECU, causando que el ECM active una condición de falla. En el caso de un cable roto, el ECM interpretará la señal de la misma manera como restringida o sin flujo. Este tipo de switch puede ser testeado utilizando un multímetro digital en la escala de volt u ohms. Una caída de voltaje excesiva a través de los terminales cuando el flujo adecuado está presente (o cuando la paleta está accionada a mano) indicaría un switch defectuoso.

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Switch activado por el operador

Los swiches activados por el Operador envían una señal al ECM al ser activados por el operador. El switch se abre o se cierra y envía una señal a el ECM informando el ECM ejecutar una acción. En esta aplicación un switch del freno de estacionamiento (flecha) en un camión articulado envía una señal al ECM al ser activados por el operador. El ECM procesa la señal y envía una señal de salida para enganchar el freno de estacionamiento. Este tipo de switch puede ser testeado utilizando un multímetro digital en la escala de voltio u ohms. Una caída excesiva de voltaje o resistencia excesiva a través de los terminales mientras los switch están cerrados indicaría un switch defectuoso

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Sensores

Los sensores (dispositivos de entrada variable) pueden ser clasificados en varias maneras como se ilustra en el cuadro de arriba. Este cuadro muestra los típicos sensores y transmisores encontrados en motores y equipos Caterpillar. Los tipos de transmisores y sensores en este cuadro están clasificados por el parámetro monitoreado. Otras características del sensor incluyen: Activo o Pasivo: Un sensor activo recibe potencia desde el ECM o batería y debe recibir potencia para chequear la operación. Un sensor pasivo no requiere potencia desde el ECM y puede ser testeado sin potencia aplicada. Nota: La mayoría de los dispositivos de entrada variable están referidos a como sensores. El dispositivo de entrada del nivel de combustible con un resistor variable el que es normalmente referido como un transmisor. Todos los dispositivos de entrada variable estarán referidos a como sensores en esta presentación.

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Sensores Pasivos

Los sensores pasivos son típicamente sensores de 2 alambres, con la excepción de los transmisores monofilares. Los sensores pasivos no requieren ECM o potencia de batería para funcionar y probar. La prueba usualmente puede ser lograda comprobando la resistencia del sensor. Todos los sensores pasivos serán del tipo análogo.

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Sensores Activos

Los sensores activos son típicamente sensores de tres cables, pero puede ser de dos o cuatro cables. Los sensores activos requieren ECM o potencia de batería para funcionar o testear. Los sensores activos caen en una de estas dos categorías: Análogo (foto superior): Una señal que varía delicadamente con el paso del tiempo y en proporción al parámetro medido. Estas señales son típicamente voltaje DC. Digital (foto inferior): Las señales digitales están usualmente asociadas con controles electrónicos computarizados y dispositivos de medición. La(s) señal(es) alternaran entre dos niveles bien definidos, tales como 0 a +10 Volt, o más simplemente indicados como bajo y alto. La electrónica interna de un sensor determina la amplitud o nivel. Las asignaciones del pin para sensores activos son como a continuación se indican: Posición A o 1: Potencia Posición B o 2: Retorno/Tierra Posición C o 3 y 4: Señal

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Señales Análogas

Como se mencionó anteriormente, una señal análoga es una señal que varía delicadamente con el paso del tiempo y en proporción al parámetro medido. Las señales análogas en equipos Caterpillar son típicamente voltajes DC (Corriente Directa) o AC (Corriente Alterna). La ilustración de arriba muestra un rastro de la señal análoga DC de un sensor de presión. Este tipo de señal electrónica es proporcional a la cantidad de presión sentida en un sistema. Mientras la presión aumenta, la resistencia del dispositivo de detección cambia. El cambio en la resistencia, y por consiguiente el voltaje, sería detectado por la ECU. Nota: Los sensores análogos que tienen una salida DC tendrán un rango operacional típico de 0.2 volt a 4.8 volt. Los rangos del voltaje pueden ser diferentes, depende de la aplicación.

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La ilustración de arriba bosqueja una onda sinusoidal producida por los sensores análogos de sincronización/velocidad. Las ondas sinusoidal son tipos de señales que cambian la dirección (corriente alterna). En el ejemplo de arriba, el voltaje sube a una intensidad máxima de corriente positiva, cae a cero, reversa la polaridad, aumenta a una intensidad máxima de corriente negativa y retorna a cero. Una alternancia positiva y una negativa producen un ciclo. El ciclo es repetido continuamente. El número de ciclos que ocurren en un segundo es llamado frecuencia, expresado en Hertz (Hz). Mientras la velocidad de los parámetros medidos aumenta, también lo hará la frecuencia.

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Señales Digitales

Como lo indicado previamente, el switch de las señales digitales entre dos niveles bien definidos tales como 0 a +10 Volt, o más simplemente indicado como alto y bajo. La electrónica interna de un dispositivo específico determina la amplitud o nivel. Las señales digitales en el equipo Caterpillar son típicamente del tipo Efecto-Hall o pulso de ancho modulado (PWM). La ilustración de arriba bosqueja una señal típica de Efecto-Hall. Los sensores del Efecto-Hall operan utilizando un campo de corriente y una pieza de fierro (engranaje). Cuando el engranaje es introducida de manera perpendicular al campo de corriente, todos los electrones son forzados a un lado del semiconductor (recuerde –como las fuerzas se repelen y los opuestos se atraen). Cuando la corriente es forzada a un lado de un semiconductor, una diferencia en potencial (cambio diferencial de voltaje) puede ser detectada. El engranaje moviéndose a través de la celda Hall da un estado “alto”. El estado “bajo” indica que la celda Hall está ubicada en el valle entre dos dientes. Las señales digitales creadas por el Efecto-Hall tendrán una frecuencia que varía con la velocidad del parámetro que está siendo medido, y tendrán típicamente un ciclo de trabajo constante del 50%. 15

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La ilustración de arriba muestra una señal PWM. Una señal PWM es medida en el ciclo de trabajo, la cual es definida como % activado (alto) vs. % desactivado (bajo) para un pulso. En el ejemplo de arriba, la señal está activado (o alto) para el 80% del pulso y desactivado (o bajo) para el 20% del pulso. Esto indicaría un ciclo de trabajo del 80%. En el equipo Caterpillar, un sensor de posición sería un buen ejemplo de un dispositivo que produce una señal PWM. Una señal PWM tiene una salida constante de frecuencia y el ciclo de trabajo (porcentaje de tiempo activado versus desactivado) de la señal varía mientras las condiciones (posición giratoria) cambian. La salida del sensor es enviada a un ECM donde la señal es procesada.

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Tipos de Sensores

Los sensores convierten un parámetro físico en una señal electrónica. Los controles electrónicos utilizan esta señal (información de entrada) para controlar las condiciones del motor y equipo y determina las señales apropiadas de salida. Varios tipos diferentes de sensores proporcionan esta información de entrada a la ECU. Aquellas incluyen: Velocidad/Sincronización Temperatura Presión Posición Nivel de Flui

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Un sensor de tipo- frecuencia magnética pasiva (2 alambres) convierte el movimiento mecánico a un voltaje AC (Corriente Alterna). Un captador magnético típico consiste en una bobina, pieza de polo magnética, magneto y la carcasa. El sensor produce un campo magnético que, al estar alterado por el pasaje de un engranaje, genera un voltaje AC en la bobina. El voltaje AC y la frecuencia de la señal AC es proporcional a la velocidad. Los sensores del captador magnético dependen de la distancia entre el extremo final del captador y el diente del paso del engranaje para operar apropiadamente. Típicamente, cuando el captador es instalado, se inserta hacia adentro hasta que haga contacto con la parte superior del diente del engranaje y luego retrocedido un giro parcial antes de afianzarlo en el lugar con una tuerca con seguro. Una señal débil puede indicar que el sensor está muy lejos del engranaje. Es importante chequear las especificaciones al instalar estos sensores para asegurar el espacio apropiado. Los sensores de velocidad de holgura variable ya no son utilizados en los equipos nuevos de producción como los sensores de holgura fija ya que se están volviendo más comunes. Los sensores magnéticos de velocidad del motor pueden ser utilizados en pares. 18

Un sensor está diseñado especialmente para la ejecución óptima en las velocidades más lentas del motor las cuales ocurren durante la partida y cuando el motor se echa a andar. El otro sensor está diseñado para la ejecución óptima en las velocidades normales de operación del motor. El montaje para los sensores difiere entre ellos para permitir que estos no sean intercambiados. Aunque los sensores tienen un rango de operación optimo, el ECM utilizará la señal del sensor restante como un respaldo en el caso de una falla. Un captador magnético puede ser chequeado en ambas operaciones estática y dinámica. Con el captador desconectado desde el arnés eléctrico del equipo, una lectura de la resistencia de la bobina de captación (medida entre los pines) indicaría una resistencia de la bobina referida en las especificaciones. El valor de la resistencia difiere entre los tipos de captadores, pero una medida infinita de la resistencia indicaría una bobina abierta, mientras una lectura cero indicaría una bobina puesta en corto circuito.

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Algunos sistemas electrónicos Caterpillar utilizan un sensor del Efecto-Hall para detectar campos magnéticos. El control electrónico de la transmisión utiliza este tipo de sensor para determinar la velocidad de salida de la transmisión, y el sistema de inyección electrónica utiliza este tipo de sensor para proporcionar señales de pulso para determinar la velocidad y sincronización del motor. Ambos tipos de sensores tienen una celda Hall, el cambio en el campo magnético produce una pequeña señal. La electrónica interna del sensor procesa la señal y envían una señal digital a la ECU. El elemento que sensa es extremadamente exacto porque no es dependiente de la velocidad. El elemento que sensa opera hasta las 0 rpm sobre un rango amplio operacional de la temperatura.

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La función de medida de sincronización de un sensor de velocidad/sincronización utiliza un cambio en el campo magnético mientras un diente del engranaje pase para determinar una arista del diente. Un diente patrón único en la rueda de sincronización permite a el ECM determinar la posición del cigüeñal, dirección de la rotación y rpm. El ECM cuenta cada pulso y determina la velocidad, memoriza el patrón (patrón único del diente) de los pulsos y compara el patrón a un estándar diseñado para determinar la posición del cigüeñal y dirección de rotación. Esta vista muestra una rueda y sensor de sincronización. Mientras cada diente cuadrado del engranaje (flecha) pase la celda, el elemento de sensor genera una pequeña señal. Si la señal está más por debajo del promedio (holgura), la salida será baja. Si la señal está por arriba del promedio (el diente bajo la celda), la salida será alta.

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Sensores de Temperatura

Los sensores de temperatura miden la temperatura del refrigerante, aceite, aire de entrada, combustible, escape, etc. los sensores de temperatura pueden ser activos (tres cables) o pasivo (2 alambres). Este sensor incluye un resistor variable sensitivo de temperatura (termistor). La caída del voltaje de los sensores pasivos y la salida del voltaje de los sensores activos análogos ponen en relación a una temperatura específica. En este tipo de sensor de temperatura, la señal (DC Volt) puede ser chequeada con la potencia ENCENDIDA. La resistencia de sensores pasivos puede ser chequeada con la potencia APAGADA. Los sensores activos digitales de temperatura también utilizan un termistor que es sensible a cambios en la temperatura. El sistema de circuitos dentro del cuerpo del sensor convierte la salida análoga del termistor a una señal PWM, el cual es enviado a la ECU.

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Sensores de Presión

Los sensores de presión son utilizados para medir presiones de aceite, combustible, colector de admisión (refuerzo), atmosfera, cárter, actuación de inyección, etc. La mayoría de los sensores de presión encontrados en el equipo Caterpillar son sensores activos análogos (tres cables). Los sensores de presión contienen un indicador de tensión el cual cambia la resistencia cuando una presión es aplicada a este. El sistema de circuito del sensor detecta este cambio en la resistencia y salidas un voltaje de acuerdo con esta resistencia. La salida del voltaje de un sensor de presión pone en relación a una presión específica.

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Sensores de Posición

Los sensores de posición convierten la posición mecánica del componente en una señal eléctrica para la ECU. Ellos son sensores digitales los cuales producen una señal PWM. El ECM lee esta señal PWM y determina la posición del componente, tales como una posición del acelerador. La ilustración de arriba bosqueja una palanca o sensor de posición del acelerador. Nota: La salida del ciclo de trabajo de un sensor de posición de la palanca debería ser aproximadamente de 5% a 95% de parada a parada.

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Sensor de Posición Magnetoestrictivo

Un sensor de posición del magnetoestrictivo en la foto de arriba. Este tipo de sensor de posición proporciona una señal PWM a la ECU, indicando la posición del cilindro. En un sensor de magnetoestrictivo, un pulso es inducido en una onda magnetoestrictiva especialmente diseñada guiada por la interacción momentánea de dos campos magnéticos. El principio magnetoestrictivo es definido como un cambio en la resistencia cuando un campo magnético es aplicado perpendicular al flujo de corriente en un banda delgada de material ferroso.

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En sensores magnetoestrictivos, una pieza delgada de cable (guía de ondas) es ubicada dentro de un tubo protector. La guía de ondas transmite las señales de entrada y salida. Un pulso de corriente electrónica (entrada) desde el ensamblaje electrónico del sensor crea un campo magnético alrededor del tubo protector. El campo magnético interactúa con la posición del campo magnético de la magneto y causa que la guía de ondas se tuerza. Esta torsión es la señal de retorno que es enviada de regreso a los electrónicos del sensor en una velocidad sónica a lo largo de la guía de ondas. La posición del movimiento de la magneto es precisamente determinada midiendo el tiempo transcurrido entre la liberación del pulso electrónico y la llegada de la señal de retorno (torsión de la guía de ondas).

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Sensores de Nivel

Un transmisor de nivel está ubicado en la parte superior o lado de un estanque y mide la profundidad del combustible o aceite en el estanque. La profundidad del líquido en el estanque determina la posición de un flotador. Este flotador será adjuntado a una palanca o un espiral del vástago. El flotador causará que la palanca se mueva hacia arriba y abajo, o que el flotador viaje hacia arriba y abajo del espiral del vástago, rotando el vástago mientras se mueve. El transmisor es adjuntado a la palanca o vástago, y cambia la resistencia mientras la palanca se mueve hacia arriba y abajo, o mientras el vástago se gira. Esta resistencia es medida por el ECM o un indicador mecánico.

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Algunos equipos Caterpillar están equipados con un sensor de nivel ultrasónico. Este tipo de sensor es utilizado en sistemas de combustible y reemplaza los tipos anteriores de sensores que utilizaban una unidad emisora de resistencia dentro del estanque de combustible. El nivel ultrasónico de combustible reacciona al nivel de combustible en el estanque. El sensor emite una señal ultrasónica que viaja hasta un tubo guía en el estanque. La señal es reflejada por un disco de metal en el fondo de un flotador que va montado en el combustible y es dirigido de regreso al sensor. El sensor tiene cuatro contactos. El estado abierto o conectado a tierra de los tres contactos en el conector le dice al ECM si el sensor está instalado en un estanque profundo o un estanque poco hondo. El contacto tres debería estar abierto para un estanque profundo y conectado a tierra para un estanque poco hondo. Los procedimientos de diagnóstico de fallas para el sensor ultrasónico sería el mismo para aquellos utilizados para otros sensores PWM. El sensor ultrasónico debe ser instalado en un estanque de combustible para ser testeado.

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Solenoides

Varios sistemas de control electrónico Caterpillar utilizan solenoides para ejecutar una función de control. Algunos ejemplos están cambiando de posición la transmisión, alzando un implemento, inyección de combustible, etc. Los solenoides son dispositivos electrónicos que trabajan en el principio de un paso de corriente eléctrica a través de una bobina conductora, por consiguiente produciendo un campo magnético. Este campo magnético puede ser utilizado para ejecutar el trabajo, típicamente moviendo un carrete interno. Este tipo de solenoide que es utilizado es determinado por la tarea que está siendo realizada. Los solenoides del cambio de posición de la transmisión en la foto de arriba difracta el aceite cuando los carretes son movidos por su campo magnético respectivo. Las válvulas solenoide en el equipo Caterpillar son ya sea solenoides de dos etapas (ENCENDIDO/APAGADO), o variable de dos etapas (PWM) que actúan con un voltaje constante, usualmente VDC de +12 o +24. Los solenoides variables actúan utilizando una corriente PWM. 29

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A menor corriente requerida, más bajo el ciclo de trabajo del voltaje desde la fuente. Mientras más corriente se necesita, el ciclo de trabajo es aumentado. Para chequear de manera rápida si un solenoide está energizado, ubique un desatornillador en la tuerca de la bobina. Si la bobina está energizada, la paleta del desatornillador será atraída a la tuerca por el campo magnético de la bobina.

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Los solenoides PWM reciben una corriente diversa PWM desde su respectiva ECU. Una falla es registrada si el ECM siente la señal al solenoide actuador como abierto, puesto en cortocircuito a tierra, o puesto a cortocircuito a la batería. El grafico de arriba muestra la relación entre la corriente enviada por el Implemento del ECM a los solenoides piloto del actuador y el resultante de la presión piloto. Nota:

La línea roja discontinua muestra la “corriente de línea de referencia versus la presión” para una válvula solenoide utilizada en el Sistema del Implemento Electro-Hidráulico. El área entre las dos líneas llenas son las bandas de la tolerancia aceptable para el desempeño de la válvula solenoide.

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Ejercicio Práctico: A Objetivo:



Con un motor o equipo Caterpillar y un multímetro digital medir voltaje de alimentación y la señal de los sensores

Instrucciones:



Completar la hoja de trabajo midiendo con un multímetro y utilizando la T de prueba 326-4904 y los conectores adaptadores par conectores ampseal

Herramientas o Recursos Necesarios:



Multímetro digital



T breakout 326-4904



Motor o simulador de motor C175



Hojas de trabajo

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Sensor

Tipo

señal

Suministro

Temperatura de Refrigerante del Motor Temperatura salida de la bomba de refrigerante Presión de aceite del motor (Filtrado) Presión de aceite del motor (sin filtrar) Presión del carter Presión de refuerzo (Boost) Presión atmosférica Presión de entrada al compresor Derecho 1 Presión de entrada al compresor Izquierdo 3 Temperatura entrada a la turbina izquierda Temperatura entrada a la turbina derecha Posición del acelerador Velocidad y sincronización (Speed & Timming) Presion de combustible riel común Nivel de refrigerante

Ejercicio Práctico: B 33

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Objetivo: 

Con un motor o equipo Caterpillar y un multímetro digital medir voltaje de alimentación y la señal de los sensores

Instrucciones: 

Completar la hoja de trabajo midiendo con un multímetro y utilizando la T de prueba 326-4904 y los conectores adaptadores par conectores ampseal

Herramientas o Recursos Necesarios:    

Multímetro digital T breakout 326-4904 Motor o simulador de motor C175 Hojas de trabajo

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Sensor de Presion Atmosferica Señal DC Volt

Presion (psi A)

Sensor de Presion de Aceite

Señal DC Volt

Presion (psig)

Sensor Temperatura Refrigerante

Señal DC Volt

0

0

0

.2

.2

.2

.5

.5

.5

1.0

1.0

1.0

2.0

2.0

2.0

3.0

3.0

3.0

4.0

4.0

4.0

4.5

4.5

4.5

4.8

4.8

4.8

5.0

5.0

5.0

Señal DC Volt

Temp Deg°

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