2.2 Encoder Abs- Incremental - Oct2017 - Febrero 2018

INSTRUMENTACIÓN Y SENSORES ENCODER 

SENSORES DE VELOCIDAD Y POSICIÓN 

Sensor analógico de posición (potenciómetro)

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Sensor analógico de velocidad (tacogenerador)

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Sensor digital de velocidad (tren de pulsos)

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Sensor digital de posición (encoder).

 Aplicaciones

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Sensor analógico de posición ( potenciómetro)

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El sensor analógico de posición está basado en un potenciómetro (resistencia variable). El circuito representativo es el siguiente:

La figura representa una resistencia conectada a +10V por uno de sus extremos y a  –10V por el otro. El cursor o aguja gira solidario con el eje del cual queremos conocer la posición. La tensión de salida VSAL tomará valores entre  –10V y +10V en función del ángulo girado por el eje.

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Sensor analógico de velocidad ( tacogenerasor)

El sensor analógico de velocidad está basado en un tacogenerador . Al igual que en el caso del potenciómetro, el sensor nos ofrece una tensión proporcional a la magnitud que queremos medir.

En este caso, la magnitud a medir es la velocidad angular w, y la tensión de salida VSAL ofrecida por el tacogenerador es proporcional a esa velocidad

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El tacómetro puede ser un generador de CC adosado al mismo eje, y por lo general integrado en la misma carcasa con el motor, o también de CA.

Hoja de datos

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Sensor digital de velocidad ( tren de pulsos)

El sensor digital de velocidad está basado en fototransistores que provocan pulsos de tensión al enfrentarse a partes oscuras o claras de un disco que gira solidario con el motor.

Pr inci pio de operación · Se basan en optoacopladores: · Un diodo fotoemisor y un transistor fotoreceptor. · Detectan la presencia / ausencia de luz a través de un disco solidario al eje, con ranuras radiales.     =

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SENSOR DIGITAL DE POSICIÓN (ENCODER)

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Cuando se desea obtener mejores rendimientos del motor o un mayor control sobre los parámetros característicos del mismo, se necesita utilizar un elemento de feedback más preciso como por ejemplo un encoder.

Existen encoders de varias tipologías y resoluciones: lineales, rotatorios, magnéticos, ópticos, incrementales, absolutos, monovuelta, multivuelta, etc.

Los encoders son los elementos de feedback más utilizados hoy en día en las aplicaciones de control de motores que requieren precisión, por su buena relación coste/prestaciones así como su facilidad de uso e integración.

El encoder es un transductor rotativo que transforma un movimiento angular en una serie de impulsos digitales. Estos impulsos generados pueden ser utilizados para controlar los desplazamientos de tipo angular o de tipo lineal. Las señales eléctricas de rotación pueden ser elaboradas mediante controles numéricos (CNC), contadores lógicos programables (PLC), sistemas de control etc.

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Se basan en optoacopladores:

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Un diodo fotoemisor y un transistor fotoreceptor.

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Detectan la presencia / ausencia de luz a través de un disco solidario al eje, con ranuras radiales.

TIPOS DE ENCODERS ÓPTICOS

ENCODER INCREMENTAL Básicamente un encoder incremental es un disco con perforaciones o marcas unidas al eje del motor. Cuando el eje gira en encoder genera pulsos proporcionales a la cantidad de movimiento ( ángulo, número de revoluciones). La principal característica es el número de pulsos que genera por cada revolución.

Los codificadores incrementales proporcionan una cantidad especificada de impulsos en una rotación del codificador. La salida puede ser una sola línea de pulsos (un canal "A") o dos

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líneas de pulsos (un canal "A" y "B") que están desplazados para determinar la rotación. Este desafase entre las dos señales se llama cuadratura.

Se puede proporcionar un canal de índice o 'Z' como una señal de impulso por vuelta para la verificación de referencia y de contaje de impulsos en los canales A y / o B

Con la lectura de un solo canal se dispone de la información correspondiente a la velocidad de rotación, mientras que si se capta también la señal "B" es posible discriminar el sentido de rotación en base a la secuencia de datos que producen ambas señales. Está disponible además otra señal llamado canal Z o Cero, que proporciona la posición absoluta de cero del eje del encoder. Esta señal se presenta bajo la forma de impulso cuadrado con fase y amplitud centrada en el canal A

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Características

- Dan salidas serie de acuerdo con el ángulo del eje de rotación, mientras éste gira. - No dan salida si el eje está parado. - Es necesario un contador para conocer la posición del eje.

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Clasificación

 Atendiendo a su salida se clasifican en:

1. Unidireccionales : o

Dan una sola salida A.

o

No se puede determinar el sentido de giro.

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2. Bidireccionales 

Dan dos salidas serie A y B

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Se distingue el sentido de giro por la diferencia de fase.

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Salida de paso por cero

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Un pulso por vuelta Z.

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La resolución se mide por el número de pulsos de la salida por cada revolución del eje.

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Cuantas más ranuras tenga el disco, mayor será la resolución del encoder.

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Las ranuras de la salida A están desplazadas (1/4 + 1/8) de periodo T respecto de las de la salida B.

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Diferencia de Fase (sentido de giro): Si gira en sentido horario la fase A está adelantada y si gira en sentido antihorario, retrasada respecto de la fase B.

En el estator hay como mínimo dos pares de fotorreceptores ópticos, escalados un número entero de pasos más ¼ de paso. Al girar el rotor genera una señal cuadrada, el escalado hace que las señales tengan un desfase de ¼ de periodo si el rotor gira en un sentido y de ¾ si gira en el sentido contrario, lo que se utiliza para discriminar el sentido de giro. Un

simple

sistema

lógico

permite

determinar

desplazamientos a partir de un origen, a base de contar impulsos de un canal y determinar el sentido de giro a partir del desfase entre los dos canales.

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Las aplicaciones principales de estos transductores están en las máquinas herramienta o de elaboración de materiales, en los robots, en los sistemas de motores, en los aparatos de medición y control.

Salida del circuito ( tipo transistor)

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ENCODER ABSOLUTO Los encoders rotativos absolutos son dispositivos que transmiten una representación numérica de la posición angular de un eje. Este número está codificado en código binario o Gray. Cada dígito en código binario o gray se conoce como un bit. La cantidad de bits que tiene un codificador es equivalente a la resolución del codificador. Por ejemplo, un codificador de 22 bits tiene una resolución de aproximadamente cuatro millones de cuentas por revolución.

Los encoders absolutos muestran importantes diferencias desde el punto de vista funcional con respecto a los encoders incrementales. Mientras en los encoders incrementales la posición está determinada por el cómputo del número de impulsos con respecto a la marca de cero, en los encoders absolutos la posición queda determinada mediante la lectura del código de salida, el cual es único para cada una de las posiciones dentro de la vuelta. Por consiguiente los encoders absolutos no pierden la posición real cuando se corta la alimentación (incluso en el caso de desplazamientos), hasta un nuevo encendido (gracias a una codificación directa en el disco), la posición está actualizada y disponible sin tener que efectuar, como en el caso de los encoder incrementales la búsqueda del punto de cero - Dan una salida paralelo (codificada), indicando la posición angular del eje. La salida paralelo, puede estar codificada en:

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BCD (Binario Codificado a Decimal)

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Gray: El cambio de números sucesivos se realiza con la conmutación de un solo bit, minimizando la posibilidad de errores.

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Los encoders pueden ser utilizados en una gran variedad de aplicaciones. Actúan como transductores de retroalimentación para el control de la velocidad en motores, como sensores para medición, de corte y de posición. A continuación se relacionan algunos ejemplos: • Dispositivo de control de puertas • Robótica • Plotter  • Soldadura ultrasónica • Maquinas de ensamblaje, • Maquinas etiquetadoras • Indicación x/y • Dispositivos de análisis • Maquinas taladradoras • Maquinas mezcladoras • Equipo medico

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Tarea 1   Anemómetros PICK UP

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Estas tres temas serán preguntas de las pruebas y de la evaluación final

TRABAJO DE FIN DE UNIDAD Diseñar e implementar un medidor y control de velocidad ( manual) y sentido de giro de un motor Motor LCD PIC Soporte Puede ser realizado mediante PC Trabajo de 1 personas (Defensa del trabajo)

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SENSORES DE VELOCIDAD MAGNÉTICOS Los sensores de velocidad magnéticos (pickup) son utilizados para detectar revoluciones de motor proporcionando información en tiempo real para el contorlador de velocidad electrónico. También se utiliza para proporcionar datos de paro de motor de arranque o protección por sobre velocidad en los controles de arranque Existen modelos con muy diversos tamaños y conectores.

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MEDIANTE SENSORES DE EFECTO HALL

1. Pantalla obturadora 2. Pastíla HALL 3. Eje del distribuidor 4. Imán permanente 5. Conector eléctrico

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Aplicaciones de los sensores en monitoreo de velocidad de automóvil

Sensor de Velocidad Unas dos décadas atrás los sensores de velocidad eran poco vistos, la mayoría de vehículos para mostrar la velocidad en el tablero de instrumentos utilizaba un engranaje con un cable que salia desde la transmisión el cual giraba e incrementaba sus revoluciones según la velocidad del vehículo aumentaba,este cable iba directamente conectado al velocímetro, su única función era mostrar la velocidad a la que rodaba el vehículo.

Función del sensor de velocidad en la actualidad Mas que solo mostrarnos la velocidad por la que transitamos por las carreteras el sensor de velocidad es muy importante para otros sistemas en el automóvil como en los siguientes ejemplos:

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Transmisión automática

En las transmisiones con control electrónico la velocidad a la que viaja el vehículo es indispensable para una buena sincronización en los cambios, de manera que una PCM

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que no pueda establecer la velocidad tendrá problemas en poder hacer los cambios de forma correcta, otro punto importante sera que las PCM en muchos casos utilizan esta información para activar el TCC ( solenoide que enclava el convertidor de la trasmisión), en una trasmisión automática no existe pedal del embregue o “clutch” de forma que es el convertidor el que se encarga de traspasar el torque a la transmisión, esto significa que un TCC que no se active podría incrementar la temperatura del aceite y el consumo de combustible al no enclavarse el convertidor.

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Velocidad crucero

La velocidad crucero poco utilizada en nuestro país debido a que habrán pocas carreteras donde activar el sistema tiene como misión mantener una velocidad permanente sin la necesidad de tener el pie sobre el pedal del acelerador, de esta forma la información exacta a la que viaja el vehículo es indispensable para el correcto funcionamiento del sistema.

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Sistemas con asistencia electrónica para la dirección

En estos casos podemos observar como dependiendo de la información del sensor de velocidad la dirección del vehículo se tornará mas suave o mas rígida, ya sea en sistemas con dirección hidráulica o con dirección eléctrica la asistencia tendrá la capacidad de a bajas velocidades en-suavizar la dirección a fin de que acomodar el auto en un estacionamiento sea un procedimiento sencillo con un mínimo esfuerzo pero a la misma vez cuando transitamos por autopistas a altas velocidades la asistencia en la suavidad al mover la dirección sea mínima o nula aportando de esta forma mayor control y sensibilidad en el volante.

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Velocidad del vehículo

Lógicamente sera el sensor de velocidad el dispositivo encargado de generar la información que determinara la velocidad exacta a la que se mueve el vehículo, la cual se mostrará en el tablero de instrumentos.

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Otras funciones

 Algunas otras funciones tendrán que ver con el accionamiento del cierre central en las puertas, la activación de los sistemas de control de emisiones, la respuesta de la

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suspensión del vehículo en casos de que exista modos aplicables electronicamente controlados.

Bilbiografía

https://www.pce-instruments.com/espanol/instrumento-medida/medidor/medidor-derevoluciones-pce-instruments-medidor-de-revoluciones-pce-at-5det_97390.htm?_list=kat&_listpos=2

http://www.coevagi.com/Docs/Hengstler_Encoder.pdf 

http://www.soltecna.com/doc/es-catalogo-de-encoder.pdf 

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