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Actuadores electromagnéticos y electromecánicos LXVII Cursos de Verano Ángel Torres Pérez Juan Díaz González Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo INDICE 1.- Definiciones. 2.- Principio de funcionamiento. 3.- Circuitos y técnicas de medida. 4.- Medida de la posición. 5.- Sentido de giro. 6.- Otros encoders: - Analógicos - Lineales 7.- Dinamos tacométricas. 8.- Conclusiones. UNIVERSIDAD DE OVIEDO 2 Definiciones Sensores de Velocidad (y posición): - Encoders: Sensor que permite conocer posición/velocidad de un eje, giratorio o lineal Opticos Lineal Incrementales Analógicos Magnéticos Rotatorios Absolutos Digitales - Dinamos Tacómetricas: Motores de continua UNIVERSIDAD DE OVIEDO 3 Principio de funcionamiento: ópticos Opticos UNIVERSIDAD DE OVIEDO Principio de funcionamiento: ópticos En definitiva, consiste en contar ranuras o agujeros, bien sea de forma óptica o magnética. Son sensores sin contacto Tan precisos como queramos: Pulsos por vuelta Compromiso velocidad de giro, número de ranuras y velocidad del sensor Existen más posibilidades, basándose en reflexión Es fácil conocer la velocidad. Podemos conocer cuanto gira, pero no sabemos el sentido. Tampoco conocemos la posición. UNIVERSIDAD DE OVIEDO Principio de funcionamiento: ópticos UNIVERSIDAD DE OVIEDO Principio de funcionamiento: ópticos +Vcc ¿Es importante el retraso? Depende de la frecuencia, del número de ranuras, capacidades parásitas .. UNIVERSIDAD DE OVIEDO Principio de funcionamiento: ópticos Misma situación que antes: dependerá de la frecuencia, número de ranuras, etc… ¿Como podríamos detectar la velocidad del eje? Si contamos los pulsos y el tiempo desde una posición dada, pues llevando la cuenta UNIVERSIDAD DE OVIEDO 8 Circuitos y técnicas de medida Contamos pulsos por unidad de tiempo, por ejemplo UNIVERSIDAD DE OVIEDO Circuitos y técnicas de medida Un esquema válido: Encoder Contador Contador Biestables D Resultado: En código binario UNIVERSIDAD DE OVIEDO 10 Circuitos y técnicas de medida Un ejemplo: -Encoder: 1.200 Pulsos por vuelta -Velocidad de giro máxima: 1.000 r.p.m. Preguntas: ¿Cada cuanto tiempo mido velocidad? ¿Cuántos bits necesito en el contador? Si gira a 1000 r.p.m., quiere decir que en un minuto nos suministra: 1200 x 1000 = 1.200.000 PULSOS Necesito 24 bits (120.000=124F80) para tener la información Y además, esperar un minuto UNIVERSIDAD DE OVIEDO Circuitos y técnicas de medida A lo mejor, resulta mas rentable medir cada menos tiempo; así necesito menos bits: 1 Vuelta 1 Vuelta Vueltas 60 300 Minuto 1 Minuto 1 Minuto 60 300 Luego si mido cada 1 Segundo, y cuento no el número de vueltas, sino que cuento el numero de 1/30 vueltas, tengo la misma información. El esquema cambia, ya que debo de incluir un divisor por 30. El número de bits preciso también cambia UNIVERSIDAD DE OVIEDO Circuitos y técnicas de medida Encoder Divisor Contador Contador (/30) Biestables D Cada 1 Segundo Gira a 1.000 r.p.m. y nos da 1.200 pulsos en un minuto Divide por 30, luego tenemos en un minuto: 1.000 x 1.200/30 En 1 Segundo, tendré 1.000 x 1.200/30 x 1/60 = 666 Pulsos UNIVERSIDAD DE OVIEDO Circuitos y técnicas de medida Conclusión: Puedo ajustar el tiempo de muestreo y el divisor para obtener el número de pulsos codificado en el número de bits que considere oportuno. Ejemplo: Quiero obtener directamente en binario el valor de las r.p.m., midiendo cada 0.5 Segundos ¿Qué tamaño tiene que tener el divisor? O bien: Tengo un divisor por 200. ¿Cada cuanto tiempo tengo que muestrear para obtener 1000 a 1000 rpm Solución: UNIVERSIDAD DE OVIEDO Circuitos y técnicas de medida Para velocidades lentas, lo que se utiliza es medir el tiempo entre pulsos. Encoder Contador Temporizador UNIVERSIDAD DE OVIEDO Biestables D Medida de la posición ¿Cómo podemos saber la posición? Si siempre gira en un sentido, no hay problema siempre que conozcamos el punto inicial y no nos perdamos. Punto Cero UNIVERSIDAD DE OVIEDO Medida de la posición También es posible con Absolutos: Tenemos n parejas receptor-emisor A B C D E F G H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 . . . . Pero el sentido de giro, de forma inmediata, no lo sabemos UNIVERSIDAD DE OVIEDO Medida de la posición UNIVERSIDAD DE OVIEDO 18 Sentido de giro 1 B A A 2 1 3 B UNIVERSIDAD DE OVIEDO Sentido de giro 1 2 B A A 2 1 3 B UNIVERSIDAD DE OVIEDO 3 Analógicos Suelen ser magnéticos: La salida es una tensión continua que depende de la posición. Para el sentido de giro, es preciso comparar con un valor anterior En cierto sentido, son como un potenciómetro UNIVERSIDAD DE OVIEDO 21 Lineales En este caso, magnéticos UNIVERSIDAD DE OVIEDO 22 Parámetros y características Número de pulsos por vuelta Número de Canales Máxima frecuencia de funcionamiento Diámetro del Eje Tensión de alimentación Tensiones de los pulsos Corrientes de salida Desfase nominal (90º) Anchura de estados lógicos Tiempos de subida y bajada Temperatura de funcionamiento Momento de inercia de la rueda Conectividad Para lineales Precisión, repetitividad, resolución, velocidad lineal, resistencia al movimiento Catálogos 1, 2 UNIVERSIDAD DE OVIEDO 23 Acoplamientos Acoplamientos por muelles Acolplamientos flexibles UNIVERSIDAD DE OVIEDO 24 Dinamos tacométricas -Nos dan la velocidad. -Son “motores” de continua, cuyo flujo magnético está producido por imanes permanentes de alto contenido energético y que, trabajando sin apenas carga, son capaces de generar una tensión en bornes proporcional a la velocidad de giro. -Dependen fuertemente de la temperatura. -Rozamientos: Escobillas rotor. UNIVERSIDAD DE OVIEDO 25 Dinamos tacométricas Es la tensión de continua la que depende de la velocidad; la senoide superpuesta depende de: - Velocidad de giro - Numero de polos, ranuras, etc: parámetros constructivos - Vibraciones UNIVERSIDAD DE OVIEDO Parámetros - Gradiente de tensión (V/rpm). -Linealidad -Rizado -Reversibilidad -Temperatura -Contacto escobillas colector -Vida útil Catálogo 1 UNIVERSIDAD DE OVIEDO Conclusiones -Con encoders, se puede medir velocidad y posición -Dinamos solo velocidad -Importante que sean medidas sin contacto -Importante no afectar a la medida -Medida con encoders => microprocesador UNIVERSIDAD DE OVIEDO Ejemplos de aplicación Ratones de ordenador Disqueteras (indice) Impresoras (Lineales) Etc.. UNIVERSIDAD DE OVIEDO Sensores de Efecto Hall El efecto Hall consiste en la aparición de un en un conductor cuando es atravesado por un campo magnético campo eléctrico. A este campo eléctrico se le llama campo Hall. Este efecto fue descubierto en 1879 por el físico estadounidense Edwin Herbert Hall. Se utiliza para medir velocidad en motores UNIVERSIDAD DE OVIEDO Sensores de Efecto Hall UNIVERSIDAD DE OVIEDO Sensores de Efecto Hall Hay una ventaja: No hay contacto, y el dispositivo a acoplar puede no existir => PAR necesario nulo Son programables: Tipo de salida: pulso, PWM, etc UNIVERSIDAD DE OVIEDO Sensores de Efecto Hall Ejemplo de aplicación MICROMOTOR Goretex tubes UNIVERSIDAD DE OVIEDO