Comprensión de los sensores PWM:guía de pruebas y funcionalidad

Un número cada vez mayor de sistemas industriales está reemplazando las señales analógicas tradicionales con una modulación de ancho de pulso limpia y resistente al ruido.

Debido a que la salida PWM se enciende y apaga en lugar de mantener un nivel analógico constante, se produce un menor consumo de energía y una menor producción de calor. Explicaremos las operaciones de ENCENDIDO y APAGADO más adelante en el artículo.

Los sensores de modulación de ancho de pulso (PWM) ahora están en todas partes. En este artículo, explicaremos en detalle cómo la señal de un sensor PWM puede representar una variable de proceso y le mostraremos cómo probarla con su confiable multímetro digital.

Los sensores PWM se utilizan en diversas aplicaciones. Por ejemplo, miden la posición y el desplazamiento, la presión y la fuerza, monitorean la velocidad y las RPM, entre otras funciones.

Sensores analógicos y PWM

Comencemos identificando dos sensores analógicos que están siendo reemplazados por sensores PWM.

Potenciómetros

Los potenciómetros alguna vez fueron la opción preferida para muchas aplicaciones de medición de posición.

También eran comunes en joysticks, palancas y pedales.

¿Por qué están siendo sustituidos por dispositivos PWM? Un potenciómetro tiene un limpiador de metal que frota contra un material resistivo para crear una resistencia variable. Con el tiempo se ensucian y se desgastan. Limpiarlos es casi imposible, por lo que se reemplazan con frecuencia.

Sin embargo, no han desaparecido por completo y probablemente seguirán presentes durante bastante tiempo.

Codificadores de eje

Muy bien, ¿qué pasa con los codificadores de eje? Los codificadores ópticos se han utilizado durante décadas para determinar la posición del eje. Existen codificadores absolutos PWM que ofrecen mejor resistencia al polvo, aceite, vibraciones y golpes; no dependen de una fuente de luz LED ni de un disco de código para generar una señal de salida.

Cómo funcionan los sensores PWM

Bien, ahora que hemos analizado dónde se pueden encontrar sensores PWM y por qué, sigamos adelante y expliquemos cómo funcionan.

En términos simples, PWM implica ajustar el ciclo de trabajo de una forma de onda digital de frecuencia constante. Con un sensor PWM, los cambios en el ciclo de trabajo reflejan variaciones en un parámetro físico, como la rotación, la posición o la presión.

Ciclo de trabajo y frecuencia

Entonces, ¿qué es el ciclo de trabajo? Comencemos hablando de la frecuencia.

En Norteamérica, todos estamos familiarizados con la frecuencia de 60 Hz de una tensión de línea de CA.

En un osciloscopio, el voltaje de la línea de CA se muestra como una onda sinusoidal que se repite a 60 ciclos por segundo.

Usando matemáticas simples, podemos determinar que el tiempo para completar un ciclo, llamado Período, es 16,67 milisegundos. ¿Cómo conseguimos eso? El Periodo es el inverso de la frecuencia.

P es el período de un ciclo.

Tipos de formas de onda

No todas las formas de onda repetidas son sinusoidales o de polaridad alterna como el voltaje de línea. Hay formas de onda en diente de sierra y formas de onda cuadradas, por nombrar algunas.

PWM es una forma de onda repetitiva donde cada medio ciclo puede variar en duración.

Cada ciclo de la forma de onda tiene un tiempo en el que el voltaje está ENCENDIDO y otro cuando está APAGADO.

El ciclo de trabajo es la proporción del tiempo de encendido con respecto al período o la duración de un ciclo. El ciclo de trabajo se expresa como porcentaje.

Ejemplo de sensor PWM

Veamos un ejemplo.

Disponemos de un sensor PWM con un periodo de 2 segundos y un tiempo de ON de 0,5 segundos. El ciclo de trabajo es la relación entre el tiempo de encendido y el período total. En este ejemplo, son 0,5 segundos divididos por 2 segundos. Recuerde, expresamos el ciclo de trabajo como un porcentaje, por lo que es 25 %.

El dispositivo Megatron de la serie HTP36 es un codificador absoluto de una sola vuelta con salida PWM.

Opera a una frecuencia de 244 Hz. El ciclo de trabajo oscila entre el 10% y el 90%, lo que corresponde a una rotación de 0 a 360 grados. Con un voltaje de suministro de 5 V CC, podemos asumir que el pulso de voltaje en el momento de ENCENDIDO es de 5 V CC.

¿Por qué el ciclo de trabajo varía del 10% al 90%? Este rango es común para los sensores PWM, aunque también es típico entre el 5% y el 95%. El rango completo de 0 % a 100 % no se utiliza con fines de diagnóstico. Una señal inferior al 10 % o superior al 90 % indica una posible condición de falla.

Observación de una señal PWM con un osciloscopio

Examinemos la forma de onda que observaríamos en un osciloscopio portátil Fluke 190 alimentado por batería conectado a la salida de este codificador.

Con una rotación de 0 grados, observamos un ciclo de trabajo del 10%. El período de la forma de onda es de 4,0 milisegundos y el tiempo de ENCENDIDO es de 0,4 milisegundos.

Con una rotación de 360 grados, observamos un ciclo de trabajo del 90%. Como es habitual, el período de la forma de onda es de 4,0 milisegundos. El tiempo de ENCENDIDO es de 3,6 milisegundos.

Vale la pena señalar aquí que la especificación establece un ciclo de trabajo máximo del 90 %, que es aproximadamente 3,5 ms.

¿Por qué la diferencia? Básicamente, esta es una práctica estándar en las hojas de datos. El fabricante redondea los valores para simplificar.

Medición de señales PWM con un multímetro digital

Bueno, es fantástico si usted o su empresa pueden permitirse un costoso osciloscopio portátil, pero no muchos pueden hacerlo.

Todo lo que realmente necesitas es un DMM (multímetro digital) con un par de opciones especiales, como el Fluke 87V, que puede medir la frecuencia y el ciclo de trabajo.

Un sensor PWM es un dispositivo activo, a diferencia de un potenciómetro, que es pasivo. Necesita energía para funcionar. No hay pruebas de óhmetro que pueda realizar para determinar si es útil.

Este DMM en particular tiene un botón denominado Hz con un signo de porcentaje %.

Este botón le permite medir la frecuencia en hercios y el ciclo de trabajo como porcentaje con una sola pulsación.

Para medir la frecuencia, conecte los cables a los terminales VAC DMM y configure el selector en voltios CA. Conecte los cables como lo hizo con el osciloscopio. Presione el botón Hz una vez y la pantalla mostrará la frecuencia en hercios.

Recuerde, la frecuencia PWM permanece constante; por lo tanto, la lectura no debe cambiar al girar el codificador.

Para medir el ciclo de trabajo, mantenga conectados los mismos cables. Presione el botón Hz nuevamente y la pantalla ahora mostrará el ciclo de trabajo como porcentaje. Verá que el valor del ciclo de trabajo cambia del 10 % al 90 % a medida que gira el codificador de 0 a 360 grados.

Será obvio si el sensor está muerto, es cuestionable o inestable según las lecturas del DMM.

Prueba de sensores PWM usando voltaje CC

Si su DMM no tiene la opción de medir la frecuencia o el ciclo de trabajo, no todo está perdido. Aún puede tener una idea aproximada del funcionamiento de un sensor PWM configurando el medidor para que mida voltios CC. En este modo, el DMM muestra el promedio de la forma de onda pulsada.

Como el ciclo de trabajo varía con la rotación del codificador, el voltaje de CC promedio también cambia. Cuando aumenta el ciclo de trabajo, el voltaje de CC medido aumenta en consecuencia.

No podrá determinar el ciclo de trabajo con este método. Sin embargo, si el voltaje de CC permanece sin cambios mientras gira el codificador, el sensor PWM debe considerarse sospechoso.

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Resumen

Los sensores PWM son sorprendentemente fáciles de probar en el campo con un multímetro digital, siempre que comprenda el ciclo de trabajo y la frecuencia.

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18 de marzo de 2026