¿Cuál es el principio de funcionamiento de un sensor de velocímetro?

Los sensores de velocímetro convierten la velocidad de un objeto en una señal eléctrica mensurable (como voltaje, frecuencia o recuento de pulsos), que luego se procesa electrónicamente para impulsar una aguja o mostrar un valor de velocidad en una pantalla. Su principio básico se basa en la inducción electromagnética, el efecto Hall, el efecto fotoeléctrico o el efecto Doppler. A continuación se muestra cómo funcionan los diferentes tipos de sensores de velocímetro y para qué se utilizan:
I. Sensor de velocidad de inducción electromagnética
Cómo funciona: Según la ley de inducción electromagnética de Faraday, cuando los conductores (como las bobinas) se mueven en un campo magnético, el corte de las líneas del campo magnético crea una fuerza electromotriz inducida (EMF) (voltaje). El tamaño de la fem de inducción es proporcional a la velocidad a la que el conductor corta la línea del campo magnético, de la siguiente manera:
E.L.v.
Dónde,
Grado B
Es la fuerza del campo magnético,
l/
es la longitud efectiva de la bobina, y
v. INTRODUCCIÓN
Es la velocidad de corte.
Estructura:
Núcleos y bobinas magnéticos: fijados en la carcasa del sensor para formar un campo magnético estable.
Eje del núcleo magnético conectado al objeto que se está midiendo: cuando el objeto se mueve, hace que el eje del núcleo gire, lo que hace que la bobina corte la línea del campo magnético.
Señal de salida: La fuerza electromotriz inducida (voltaje) es proporcional a la velocidad y no requiere fuente de alimentación externa (diseño pasivo).
Solicitud:
Sensor de velocidad del motor: montado en la carcasa del eje motriz o de la transmisión, las señales de corriente alterna se generan mediante la rotación de una rueda magnética (rotor con engranajes). La amplitud de la señal es proporcional a la velocidad y la frecuencia refleja la velocidad.
Monitoreo de vibraciones: por ejemplo, el sensor de velocidad SZ-6K monitorea la velocidad, amplitud y frecuencia de las vibraciones para brindar una alerta temprana de fallas en maquinaria rotativa como bombas y ventiladores.
Fortalezas y debilidades:
Puntos fuertes: Estructura simple, confiable, respuesta de baja frecuencia, no requiere fuente de alimentación externa.
Debilidades: Tamaño pequeño, no apto para medición de velocidad; Sensible a la temperatura, requiere circuitos de compensación.
ii. Sensor de velocidad de efecto Hall
Cómo funciona: cuando una corriente eléctrica pasa a través de un semiconductor (elemento Hall) colocado en un campo magnético, crea una diferencia de voltaje (voltaje Hall) perpendicular a la dirección de la corriente y el campo magnético. A medida que cambia la intensidad del campo magnético, también cambia el voltaje Hall, lo que produce pulsos de onda cuadrada-proporcionales a la velocidad.
Estructura:
Elemento Hall: Proporciona corriente de trabajo constante.
Engranaje de gatillo/rueda de polo magnético: cambia la intensidad del campo magnético a medida que gira el eje medido.
Señal de salida: la frecuencia es proporcional a la velocidad, la amplitud es la configuración posterior del circuito.
Propósito: Sensor de posición del árbol de levas/cigüeñal automotriz: Activar circuitos de encendido e inyección de combustible.
Sensor de velocidad de las ruedas (ABS): Detecta la velocidad de las ruedas para evitar que se bloqueen al frenar.
Fortalezas y debilidades:
Ventajas: Medición sin contacto, larga vida útil, velocidad de respuesta rápida, procesamiento conveniente de señal de salida digital.
Debilidades: Se necesita fuente de alimentación externa, es necesario activar el objetivo (engranaje/poste).
III. Sensor de velocidad de efecto fotoeléctrico
Cómo funciona: La velocidad se mide por la emisión, el bloqueo o el reflejo de la luz. La luz de una fuente de luz (como un LED) ilumina la superficie de un objeto giratorio (o un disco perforado/dentado), mientras que un receptor fotosensible (como un fotodiodo) detecta cambios en la luz y produce una señal de pulso.
Estructura: Fuente de luz y receptor: colocados uno frente al otro (transmisión) o en el mismo lado (reflexión).
Disco de código/marcador reflectante: altera la trayectoria de la luz durante la rotación, produciendo pulsos.
Señal de salida: la frecuencia es proporcional a la velocidad y requiere un procesamiento posterior del circuito.
Propósito: servomotores, máquinas herramienta CNC, impresoras y otras mediciones de alta-precisión.
Medición de la velocidad del mouse óptico: la velocidad de movimiento se calcula detectando cambios en la luz reflejada en el escritorio.
Fortalezas y debilidades:
Puntos fuertes: Sin contacto, alta precisión, tiempo de reacción rápido.
Debilidades: Sensible a la contaminación, puede verse afectado por la luz ambiental, estructura compleja.
IV. INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN Sensor de velocidad del efecto Doppler
Cómo funciona: cuando una fuente de ondas se mueve con respecto a un observador, la frecuencia de las ondas recibidas por el observador cambia (desplazamiento Doppler). Los sensores emiten ondas electromagnéticas (ondas de radar o láseres), cuya frecuencia es proporcional a la velocidad del objeto (v) y la frecuencia está entre las ondas reflejadas y emitidas (Δf):
vf
Usos: Utilizado para medición de velocidad: Velocímetros de radar, velocímetros láser.
Monitoreo Industrial: Medición de la velocidad del alambre de láminas metálicas y papel.
Medición de la velocidad del fluido: los velocímetros láser Doppler (LDV) miden la velocidad del flujo de un líquido o gas.
Pros y contras
Puntos fuertes: medición sin contacto, de largo-alcance y alta precisión.
Debilidades: Alto costo, requiere centrarse en el objetivo, el ángulo afecta los resultados de la medición (necesidad de compensación del coseno).
V. Aplicaciones específicas de los sensores de velocímetro en automóviles
Visualización de velocidad del vehículo: la señal de salida del sensor se procesa electrónicamente y el indicador de conducción o las pantallas muestran la velocidad.
Velocímetro electromagnético: impulsa la desviación del puntero a través de la señal actual, alta precisión.
Velocímetro digital: Muestra números directamente, posiblemente integrado en un panel de instrumentos o pantalla de control central.
Funciones de control
Servocontrol de velocidad de ralentí del motor: ajusta la velocidad de ralentí y reduce el consumo de combustible.
Cambio de transmisión automática: determine el tiempo de cambio según la velocidad y la velocidad del motor.
Control de crucero: mantenga la velocidad establecida para reducir la fatiga del conductor.
Control del ventilador de refrigeración: ajuste la velocidad del ventilador según la velocidad y la temperatura del motor.