MESAFE VE KONUM ALGILAYICILARI

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "MESAFE VE KONUM ALGILAYICILARI"

Onur Yumlu
6 yıl önce
İzleme sayısı:

Düşük fiyatları, kullanım ve montaj kolaylıkları nedeniyle ultrasonik ve optik mesafe ölçüm cihazları bu alanda popülerdir.

1 MESAFE VE KONUM ALGILAYICILARI Mesafe (veya yer değiştirme) algılayıcıları birçok farklı türde ölçüm sistemini temel alabilir. Temassız tip mesafe algılayıcıları imalat sanayinde geniş kullanım alanına sahiptir. Düşük fiyatları, kullanım ve montaj kolaylıkları nedeniyle ultrasonik ve optik mesafe ölçüm cihazları bu alanda popülerdir. REZİSTİF TİP MESAFE ALGILAYICILAR Rezistif tip mesafe algılayıcılarına çoğunlukla potansiyometre(ayarlı direnç) veya kısaca pot ismi verilmektedir. Potansiyometre, sabit değere sahip bir direnç üzerinde döner bir mil veya doğrusal bir sürgü vasıtasıyla kayabilen bir iletkenden oluşan elektromekanik aygıttır(şekil). Kayabilir iletken bulunduğu temas noktasında rezistif elemanı elektriksel olarak böler. Potansiyometreler genellikle üç bağlantı terminallidir. Üç bağlantı terminali A, B, C diye adlandırılırsa, A-C potansiyometrenin toplam direncidir ve ayarlanamaz. B ucu gezer sürgünün bağlı olduğu uçtur. A-B ve B-C direnç değerleri B sürgüsünün bulunduğu konuma göre değer alır. A-B ve B-C direnç değerlerinin toplamı A-C direncine eşittir. B hareketli sürgüsü A noktasına en yakın iken A-B direnci 0, B-C direnci de A-C direncine eşit olur. B sürgüsü C noktasına en yakınken B-C direnci 0, A-B direnci de A-C direncine eşit olur.

2 Mesafeyi yada yer değiştirmeyi ölçmek için potansiyometre gerilim bölücü olarak kullanılır. Hareketli sürgünün fonksiyonu olan devrenin çıkışı analog voltajdır. Potansiyometre tipi algılayıcıların avantajları Düşük maliyet Basit tasarım Geniş ölçüm aralığı (Ölçüm aralığı besleme gerilimi) Elektronik devre gerektirmemesi Elektromanyetik parazite karşı dirençli Geniş sıcaklık aralığı (250 C ye kadar) Yüksek hassasiyet (ölçme aralığının % 1'inden daha iyi) Geniş ölçüm aralığı Çok sayıda üretici Hızlı prototipleme Potansiyometre tipi algılayıcıların dezavantajları Mekanik aşınma Aşınma parçacıkları nedeniyle ölçme hataları Direnç ve sürgü arasında değişken temas direnci Test maliyetlidir Küçük boyutlar için sınırlı olanaklar Arka plan gürültüsü Potansiyometre tipi algılayıcıların uygulama alanları

3 Gaz kelebeği konum sensörü Gaz pedalı sensörü Yakıt seviye sensörü Yakıt püskürtme sistemlerinde (KE-Jetronic ve L-Jetronic) hava akış miktarının ölçümünde plaka konum sensörü

MANYETİK ENDÜKTİF TİP ALGILAYICILAR Mesafe ve konum algılamada kullanılan sensörlerin hemen tamamında, uzun ömürlü, güvenilir ölçüm sonuçları ve elektromanyetik parazitlere karşı dirençli

4 MANYETİK ENDÜKTİF TİP ALGILAYICILAR Mesafe ve konum algılamada kullanılan sensörlerin hemen tamamında, uzun ömürlü, güvenilir ölçüm sonuçları ve elektromanyetik parazitlere karşı dirençli olmalarından dolayı temassız ölçüm yöntemleri kullanılmaktadır. Manyetik endüktif ölçüm prensibi uygulamada en çok kullanılan yöntemlerden biridir. Manyetik endüktif algılayıcılar mikromekanik algılayıcılarla karşılaştırıldığında bobin konfigürasyonlarından dolayı daha fazla alana ihtiyaç duyarlar. Bu sebeple yapıları daha hacimlidir. Endüktif sensörler pasif algılayıcılardır. İletken ve manyetik alan arasında bir bağıl hareket oluştuğunda iletkende bir gerilim indüklenir. Endüktif algılayıcılarda, iletken ve manyetik alan arasındaki bağıl hareket ölçülecek sistemdeki değişimle (mekanik hareketle) sağlanır. Aşağıdaki şekilde basit bir manyetik devre gösterilmiştir. Manyetik devre, ferromanyetik malzemeden yapılmış ve üzerine n sarım bobin sarılmış bir çekirdekten oluşmaktadır. Burada bobin, manyetik devre üzerinde manyetik akıyı oluşturan manyetomotor güç kaynağı (MMF) olarak görev yapar.

Sensör formları açısından kullanımda birçok farklı prensip bulunmasına rağmen, motorlu taşıt uygulamalarında iki tip ön plana çıkmıştır. Bu iki tip, çalışma prensibi olarak birbirlerine benzerdir.

EDDY-AKIM (girdap akımı-indüksiyon akımı) ALGILAYICILAR Düz yada disk şeklindeki bir iletkene, üzerinden yüksek frekanslı akım geçen bir bobin (genellikle demir olmayan) yaklaştırıldığında, bu durum

5 Sensör formları açısından kullanımda birçok farklı prensip bulunmasına rağmen, motorlu taşıt uygulamalarında iki tip ön plana çıkmıştır. Bu iki tip, çalışma prensibi olarak birbirlerine benzerdir. Bu prensipler edyy akımı ve kısa devre halka tipi algılayıcılardır. EDDY-AKIM (girdap akımı-indüksiyon akımı) ALGILAYICILAR Düz yada disk şeklindeki bir iletkene, üzerinden yüksek frekanslı akım geçen bir bobin (genellikle demir olmayan) yaklaştırıldığında, bu durum bobinin eşdeğer direnci ve indüktansı üzerinde bir etki yaratır. Bu artan manyetik bağlantı nedeniyle, disk üzerinde oluşan girdap akımlarının sonucudur. Bu tip algılayıcılar, genellikle yüksek frekanslarda çalışırlar (düşük frekanslar bobinin düşük indüktansından dolayı çok fazla besleme akımı gerektireceğinden MHz mertebelerinde yüksek frekans tercih edilir). Gerekli frekansın sağlanması ve ölçüm açısından özel elektronik devreler gereklidir. Eddy akım algılayıcılar, gaz kelebeği, gaz pedalı gibi büyük mesafe ve açıların ölçümünde kullanılabildiği gibi, tork sensörleri gibi çok küçük değişimlerin olduğu alanlarda da kullanılabilmektedir. Bu tür sensörler, küçük deplasmanların hassas tespiti ve μm mertebelerinde tabaka kalınlıklarının tespitinde, imalat ve kalite kontrol uygulamalarında geniş bir kullanım alanına sahiptir.

KISA DEVRE HALKA TİP ALGILAYICILAR Eddy akımı algılayıcılarının aksine, kısa devre halka tip algılayıcı genellikle U yada E şekilli, yumuşak, manyetik yaprak demir çekirdeğe sahiptir.

Demir çekirdekten dolayı, bu tip sensörler edyy-akım sensörlerinden çok daha büyük indüktansa sahiptirler ve aynı zamanda demir çekirdeğin yaratmış olduğu yüksek manyetik akıdan dolayı daha yüksek

6 KISA DEVRE HALKA TİP ALGILAYICILAR Eddy akımı algılayıcılarının aksine, kısa devre halka tip algılayıcı genellikle U yada E şekilli, yumuşak, manyetik yaprak demir çekirdeğe sahiptir. Bobin ve kısa devre halkası (spoiler-kesici kanat), son derece iletken malzemeden yapılmıştır (bakır veya alüminyum). Demir çekirdekten dolayı, bu tip sensörler edyy-akım sensörlerinden çok daha büyük indüktansa sahiptirler ve aynı zamanda demir çekirdeğin yaratmış olduğu yüksek manyetik akıdan dolayı daha yüksek ölçüm etkisine sahiptirler. Bu özellik, çok düşük frekanslarda dahi algılayıcının iyi çalışmasını sağlar. Sensörün elektronik olarak bir frekans üretecine gereksinimi yoktur. Demir çekirdek aynı zamanda ölçüm alanını dış etkilere karşı korur(hem elektromanyetik parazitler anlamında hem de mekanik anlamda). Bobin akımı I tarafından demir çekirdeğin içinde ve etrafında üretilen alternatif alan, kısa devre halkası içindeki edyy akımları tarafından sıfıra doğru sönümleneceğinden, kısa devre halkası içinden geçemez. Böylece, kısa devre halkası içindeki edyy akımları, bobin ve kısa devre halkası arasındaki boşlukta manyetik akı F nin artmasını sınırlandıran manyetik bir izolatör (yalıtkan) gibi davranır. Diğer bir deyişle, manyetik akı x mesafesi ile sınırlandırılmıştır. İndüktans; φ = φ(x) L= φ/i şeklinde tanımlandığına göre,

kısa devre halkasının pozisyonu x, aynı zamanda direkt olarak bobinin indüktansını etkileyecektir. L = L (x) Sensör üzerinde hareket eden kısa devre halkasının kütlesi çok küçüktür.

Ölçüm aralığının sonuna doğru boşluğun azaltılması, algılayıcının zaten iyi olan doğrusal lığını daha da arttırır.

7 kısa devre halkasının pozisyonu x, aynı zamanda direkt olarak bobinin indüktansını etkileyecektir. L = L (x) Sensör üzerinde hareket eden kısa devre halkasının kütlesi çok küçüktür. Bobin ve demir bacaklar arasındaki boşluğun şekli, algılayıcının karakteristiğini de etkiler. Ölçüm aralığının sonuna doğru boşluğun azaltılması, algılayıcının zaten iyi olan doğrusal lığını daha da arttırır. Çalışma aralıkları genellikle malzeme ve yapısal şekle bağlı olarak 5-50 khz mertebelerindedir. Bu sensörler, disel yakıt pompalarında olduğu gibi zor şartlar altında rahatlıkla kullanılabilirler. Algılayıcının çekirdeği, alternatif akımla çalışmalar için 0.2 mm NiFe plakalardan oluşmuştur. Mekanik dayanım ve zor çalışma koşulları için (titreşim vs.) plakalar bağlı değil ama birbirlerine yumuşak tavlama ile geçmiş şekildedir. Yarı diferansiyel kısa devre halka algılayıcılar oldukça yüksek doğruluğa sahiptirler. Bu tip algılayıcılar, indüktif voltaj bölücü olarak değerlendirilirler.

Uygulama Alanları Sıra tipi Diesel yüksek basınç pompalarında kremayer deplasmanının tespitinde (mesafe sensörü) Distribütörlü tip Diesel yüksek basınç pompalarında yakıt miktarının tespitinde(açısal

Çekirdeğin her bir bacağına algılayıcı bobin ve referans bobin yerleştirilmiştir. Kontrol ünitesi tarafından bobinler üzerinden alternatif akım geçirilerek değişken manyetik alan yaratılmaktadır.

8 Uygulama Alanları Sıra tipi Diesel yüksek basınç pompalarında kremayer deplasmanının tespitinde (mesafe sensörü) Distribütörlü tip Diesel yüksek basınç pompalarında yakıt miktarının tespitinde(açısal pozisyon sensörü) AMT şanzımanlarda konum belirleme Yukarıdaki şekilde 9 diesel distribütörlü tip enjeksiyon pompası için yarım diferansiyel kısa devre halka sensörün yapısı görülmektedir. Çekirdeğin her bir bacağına algılayıcı bobin ve referans bobin yerleştirilmiştir. Kontrol ünitesi tarafından bobinler üzerinden alternatif akım geçirilerek değişken manyetik alan yaratılmaktadır. Ölçüm kısa devre halkası kontrol bileziğine bağlıyken referans kısa devre halkası sabit pozisyondadır. Ölçüm kısa devre halkası hareket ettiği müddetçe manyetik alan değişir ve bobin voltajları da, kontrol ünitesinden sabit akım gönderildiğinden, bu değişimle orantılı olarak değişir. Çıkış voltajlarının oranları kontrol ünitesi tarafından değerlendirerek açı bilgisi işlenmiş olur.

Benzer belgeler

Sensörler. Yrd.Doç.Dr. İlker ÜNAL

Sensörler. Yrd.Doç.Dr. İlker ÜNAL Sensörler Yrd.Doç.Dr. İlker ÜNAL MANYETİK SENSÖRLER VE TRANSDÜSERLER Bir tel bobin haline getirilip içinden akım geçirilirse, bu bobinin içinde ve çevresinde manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan gözle