algilayicilar(sensÖrler) algılayıcılar, sistem fonksiyonlarının

of 16 /16
ALGILAYICILAR(SENSÖRLER) Algılayıcılar, sistem fonksiyonlarının doğru bir şekilde yapılabilmesi ve işlemlerin gerçekleştirebilmesi için Elektronik Kontrol Modülüne (ECM veya ECU) girdi sağlayan sistem elemanlarıdır. Taşıtlarda algılayıcılar genellikle Elektronik Kontrol Ünitesinde işlem görebilen bir gerilim sinyali üretirler. Diğer bir deyişle algılayıcılar, fiziksel büyüklükleri kontrol ünitesinin anlayabileceği halde elektrik sinyaline dönüştüren bileşenlerdir. ALGILAYICILARIN SINIFLANDIRILMASI Algılayıcıları birbirinden farklı birçok sınıfa ayırmak mümkündür. Ölçülen büyüklüğe göre, çıkış büyüklüğüne göre, besleme ihtiyacına göre vs. Bir çıkış sinyalinin oluşumu için, ilgilenilen bilgiyi taşıyan giriş sinyali ile yorumlayıcı eleman yada aygıt arasında etkileşim gereklidir. Algılayıcılarla ölçülen büyüklükler 6 gruba ayrılabilir. Sinyaller bu altı büyüklükle taşınabildiklerinden aynı zamanda bu büyüklüklerle de sınıflandırılabilirler. Bunlar; Giriş Büyüklüklerine Göre Sınıflandırma 1. Mekanik: Uzunluk, alan, miktar, kütlesel akış, kuvvet, tork (moment), basınç, hız, ivme, pozisyon, ses (dalga boyu ve yoğunluğu) 2. Termal: Sıcaklık, ısı akısı 3. Elektriksel: Voltaj, akım, elektrik yükü, direnç, endüktans, kapasitans, dielektrik katsayısı, polarizasyon, elektrik alanı ve frekans 4. Manyetik: Alan yoğunluğu, akı yoğunluğu, manyetik moment, geçirgenlik 5. Işıma(radiant): Yoğunluk, dalga boyu, polarizasyon, faz, yansıtma, gönderme 6. Kimyasal: Yoğunlaşma, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hızı, pH miktarı Çıkış Büyüklüklerine Göre - Analog veri ve sinyal Analog veri, giriş sinyalinin bazı başka sinyaller ile toplama, çarpma veya faz farkı gibi elektriksel işlemler geçirilerek değiştirilmesi ile elde edilir. Dolayısıyla, giriş sinyali ve çıkış sinyali arasındaki geçiş bir matematiksel formül ile gösterilebilir. Analog veri ile sayısal veri arasındaki en büyük fark, analog verinin sürekli olan bir ölçekte, sayısal verinin ise rakamlarla sınırlı olan, sürekli olmayan bir ölçekte olmasıdır. Analog sinyallere örnek olarak, gerilim, akım, sıcaklık, ses gibi süreklilik taşıyan sinyaller örnek verilebilir. Çoğu zaman analog sinyaller istediğimiz özelliklere sahip değildir. Pratikte analog sinyaller çok küçük (genellikle milivolt mertebesinde), çok gürültülü (genellikle elektromanyetik parazit nedeniyle), yanl ış bilgi (tasarım veya montaj hataları nedeniyle), DC ofseti (donanım tasarımından kaynaklanan) olan sinyaller olabilmektedir.

Author: vantruc

Post on 28-Jan-2017

240 views

Category:

Documents


4 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • ALGILAYICILAR(SENSRLER)

    Alglayclar, sistem fonksiyonlarnn doru bir ekilde yaplabilmesi ve ilemlerin gerekletirebilmesi iin Elektronik Kontrol Modlne (ECM veya ECU) girdi salayan sistem elemanlardr. Tatlarda alglayclar genellikle Elektronik Kontrol nitesinde ilem grebilen bir gerilim sinyali retirler. Dier bir deyile alglayclar, fiziksel byklkleri kontrol nitesinin anlayabilecei halde elektrik sinyaline dntren bileenlerdir.

    ALGILAYICILARIN SINIFLANDIRILMASI Alglayclar birbirinden farkl birok snfa ayrmak mmkndr. llen bykle gre, k byklne gre, besleme ihtiyacna gre vs.

    Bir k sinyalinin oluumu iin, ilgilenilen bilgiyi tayan giri sinyali ile yorumlayc eleman yada aygt arasnda etkileim gereklidir. Alglayclarla llen byklkler 6 gruba ayrlabilir. Sinyaller bu alt byklkle tanabildiklerinden ayn zamanda bu byklklerle de snflandrlabilirler. Bunlar;

    Giri Byklklerine Gre Snflandrma

    1. Mekanik: Uzunluk, alan, miktar, ktlesel ak, kuvvet, tork (moment), basn, hz, ivme, pozisyon, ses (dalga boyu ve younluu)

    2. Termal: Scaklk, s aks

    3. Elektriksel: Voltaj, akm, elektrik yk, diren, endktans, kapasitans, dielektrik katsays, polarizasyon, elektrik alan ve frekans

    4. Manyetik: Alan younluu, ak younluu, manyetik moment, geirgenlik

    5. Ima(radiant): Younluk, dalga boyu, polarizasyon, faz, yanstma, gnderme

    6. Kimyasal: Younlama, ierik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hz, pH miktar

    k Byklklerine Gre

    - Analog veri ve sinyal Analog veri, giri sinyalinin baz baka sinyaller ile toplama, arpma veya faz fark gibi elektriksel ilemler geirilerek deitirilmesi ile elde edilir. Dolaysyla, giri sinyali ve k sinyali arasndaki gei bir matematiksel forml ile gsterilebilir.

    Analog veri ile saysal veri arasndaki en byk fark, analog verinin srekli olan bir lekte, saysal verinin ise rakamlarla snrl olan, srekli olmayan bir lekte olmasdr.

    Analog sinyallere rnek olarak, gerilim, akm, scaklk, ses gibi sreklilik tayan sinyaller rnek verilebilir. ou zaman analog sinyaller istediimiz zelliklere sahip deildir. Pratikte analog sinyaller ok kk (genellikle milivolt mertebesinde), ok grltl (genellikle elektromanyetik parazit nedeniyle), yanl bilgi (tasarm veya montaj hatalar nedeniyle), DC ofseti (donanm tasarmndan kaynaklanan) olan sinyaller olabilmektedir.

  • - Dijital veri ve sinyal Dijital veri veya dijital sinyal, saysallatrlm sinyaldir. Bir analog sinyalden belirli rnekleme yoluyla alnarak analog sinyalin tam karl olmayan dijital sinyal oluturulur. Giriteki verinin saklanma veya aktarlma eklinin deitirilmesiyle elde edilir.

    Dijital sinyaller zamana baml olarak ON yada OFF turlar. Dijital devrelerin genel karakteristii, giriin belli bir seviyeye gelmesiyle kn aniden deimesidir.

    Bir sinyalin ON (1) yada OFF (0) olduunu sylemek, sinyalin gnderildiini yada gnderilmediini ifade etmek iin kullanlr. Analog klara alternatif olan dijital klar bilgisayarlarla dorudan iletiim kurabilirler. Bu iletiimler kurulurken belli baz protokoller kullanlr(CAN, RS232, RS422, RS 485 vs.).

    Elektronik ortamlarda analog sinyallerin ilenmesi ok nemlidir. Bu i iin ADC ve DAC konvertor devreleri kullanlr. ADC ( Analog to Digital Convertor) devreleri giriine uygulanan herhangi bir analog sinyali, knda dijital deerlere dntren devrelerdir. DAC (Digital to Analog Convertor) devreleri de tam tersi bir ilem gerekletirir.

  • Dijital sinyalle bilgi tanmas

  • Besleme htiyacna Gre Besleme ihtiyacna gre alglayclar iki snfa ayrlabilir. Bunlar, pasif ve aktif alglayclardr.

    - Pasif Alglayclar: Hibir ekilde dardan harici enerji almadan (besleme gerilimine ihtiya duymadan) fiziksel ya da kimyasal deerleri bir baka bykle evirirler. Bu alglayc tipine rnek olarak sl ift (T/C) gsterilebilir.

    - Aktif Alglayclar: almalar iin harici bir enerji beslenmesine ihtiya duyarlar. Bu alglayclar tipik olarak zayf sinyalleri lmek iin kullanlrlar. Aktif alglayclarda dikkat edilmesi gereken nokta giri ve klardr. Bu tip alglayclar dijital ya da analog formatta elektriksel k sinyali retirler. Analog kllarda, k bykl gerilim ya da akmdr. Otomotivde, gerilim ks genellikle 0-5V aralnda olduka yaygn kullanlmaktadr. 4-20mA akm ks ise endstride standart haline gelmitir.

    Transdserler lm sistemlerinde ayn kavram birok farkl terim ile anlatlmaktadr. Endstride alglayc, transdser, transmiter, detektr, prob terimleri birbirinin yerine kullanlmaktadr.

    Bir enerji tipini veya sinyali baka bir enerji tipine dntren aygtlara dntrc(transducer) denir. Aadaki tabloda dntrclere rnek verilmitir. Tablodaki stunlar elektriksel yada elektriksel sinyale dntrlebilir k sinyallerini gstermektedir. Alglayclar genellikle elektronik ilem birimlerine (CPU, mikro denetleyici, ECU vs.) kt bilgisi salamak zorunda olduklarndan alglayclar asndan k sinyali nem arz eder. Transdser alglayclarn bir alt grubu olarak grlebilir.

    Farkl etkilere bal dntrclerin verimlilikleri, statik karakteristikleri(dorusal, ssel, vs.) ve dinamik davranlar(bant genilii, zaman sabiti, vs.) da farkl olmaktadr.

    Transdserlerin temel gsterimi

    Kendi retken

    Modle

  • SENSR TPLER

    Sensor Features Linear/Rotational sensors

    Linear/Rotational variable differential transducer (LVDT/RVDT) High resolution with wide range capability Very stable in static and quasi-static applications Optical encoder Simple, reliable, and low-cost solution Good for both absolute and incremental measurements

    Electrical tachometer Resolution depends on type such as generator or magnetic pickups

    Hall effect sensor High accuracy over a small to medium range Capacitive transducer Very high resolution with high sensitivity Low power requirements Good for high frequency dynamic measurements Strain gauge elements Very high accuracy in small ranges Provides high resolution at low noise levels Interferometer Laser systems provide extremely high resolution in large ranges Very reliable and expensive Magnetic pickup Output is sinusoidal Gyroscope Inductosyn Very high resolution over small ranges

    Acceleration sensors

    Seismic accelerometer Good for measuring frequencies up to 40% of its natural frequency

    Piezoelectric accelerometer High sensitivity, compact, and rugged Very high natural frequency (100 kHz typical)

    Force, torque, and pressure sensor Strain gauge Good for both static and dynamic measurements Dynamometers/load cells They are also available as micro- and nanosensors Piezoelectric load cells Good for high precision dynamic force measurements Tactile sensor Compact, has wide dynamic range, and high Ultrasonic stress sensor Good for small force measurements

    Flow sensors Pitot tube Widely used as a flow rate sensor to determine speed in aircrafts Orifice plate Least expensive with limited range Flow nozzle, venturi tubes Accurate on wide range of flow More complex and expensive Rotameter Good for upstream flow measurements Used in conjunction with variable inductance sensor Ultrasonic type Good for very high flow rates

    Can be used for both upstream and downstream flow measurements

    Turbine flow meter Not suited for fluids containing abrasive particles

  • Relationship between flow rate and angular velocity is linear Electromagnetic flow meter Least intrusive as it is noncontact type Can be used with fluids that are corrosive, contaminated, etc. The fluid has to be electrically conductive

    Temperature sensors Thermocouples This is the cheapest and the most versatile sensor Applicable over wide temperature ranges (-200 to 1200 C typical) Thermistors Very high sensitivity in medium ranges (up to 100 C) Compact but nonlinear in nature Thermodiodes, thermo transistors Ideally suited for chip temperature measurements Minimized self heating RTDresistance temperature detector More stable over a long period of time compared to thermocouple Linear over a wide range Infrared type Noncontact point sensor with resolution limited by wavelength Infrared thermography Measures whole-field temperature distribution

    Proximity sensors Inductance, eddy current, hall effect, photoelectric, capacitance, etc. Robust noncontact switching action The digital outputs are often directly fed to the digital controller

    Light sensors Photoresistors, photodiodes, photo, transistors, photo conductors, etc. Measure light intensity with high sensitivity Inexpensive, reliable, and noncontact sensor Charge-coupled diode Captures digital image of a field of vision

    Smart material sensors Optical fiber As strain sensor Alternate to strain gages with very high accuracy and bandwidth Sensitive to the reflecting surfaces orientation and status As level sensor Reliable and accurate As force sensor High resolution in wide ranges As temperature sensor High resolution and range (up to 2000 C) Piezoelectric As strain sensor Distributed sensing with high resolution and bandwidth As force sensor Most suitable for dynamic applications As accelerometer Least hysteresis and good setpoint accuracy Magnetostrictive As force sensors Compact force sensor with high resolution and bandwidth Good for distributed and noncontact sensing applications As torque sensor Accurate, high bandwidth, and noncontact sensor

  • Micro- and nano-sensors

    Micro CCD image sensor Small size, full field image sensor

    Fiberscope Small (0.2 mm diameter) field vision scope using SMA coil actuators

    Micro-ultrasonic sensor Detects flaws in small pipes Micro-tactile sensor Detects proximity between the end of catheter and blood vessels

    Elektromanyetik sensrler

    Elektromanyetik alglayclar genelde dnen bir objenin hz veya asal konumunu alglamak iin kullanlr. Otomotivdeki kullanm alanlar;

    1. Pskrtme ve atelemenin kontrol iin krank pozisyonunun belirlenmesinde

    2. Motor devir saysnn lmnde

    3. Otomatik anzmanlarda anzman dililerinin dn hzlarnn belirlenmesinde

    4. ABS ve eki kontrol sistemi (TCS) iin tekerlek dn hznn belirlenmesinde

    Elektrik ve manyetizma arasndaki etkileimler, istenen alglamay retmek iin eitli ekillerde kullanlrlar. Ancak, tatlarda yaygn olarak kullanlan iki tip elektro manyetik alglayc bulunmaktadr. Deiken manyetik tip ve Hall tipi sensrler.

    Deiken Manyetik Tip

    Bu tip alglayclar birok tat uygulamasnda kullanlmaktadr. (Ateleme ve yakt sistemlerinde motor hz ve konum alglamada, ABS sisteminde teker hznn alglanmas vs.). Hava demire gre daha yksek bir relktansa(manyetik diren) sahiptir.

    Alglaycnn temel elemanlar;

    - zerinde loblar(knt) bulunan demir rotor (sinyal jeneratr)

    - Mknats

    - Manyetik aknn tand demir ekirdek

    - Metal ekirdek etrafna sarlm zerinde gerilim indklenen bobin

    Rotor zerinde bulunan kntlar, manyetik devre zerinde hava boluunun deiimine ve bu sayede manyetik aknn deimesine neden olurlar. Manyetik aknn deiimi bobin zerinde bir gerilim indkler. Manyetik akdaki deiim oran ne kadar byk olursa sensr bobininde oluan voltajda o kadar byk olur. Relktr rotoru zerinde bulunan kntlar manyetik devredeki hava boluunun dndaysa voltaj deeri 0 dr. kntlar manyetik devredeki hava boluuna yaklatka manyetik ak hzl bir ekilde artar. Bu durum alglaycda elde edilen voltajn hzl bir ekilde artmasna ve maksimum pozitif deerine ulamasna neden olur. Relktr knts manyetik devre ierisinde hareketine devam ettiinde voltaj dmeye balar ve manyetik devredenin tam karsna geldiinde voltaj deeri 0 olur.

    Bu noktada manyetik alan en gl olmasna karn manyetik ak deiimi olmadndan voltaj 0 dr. Metal knt, manyetik alan hava boluu iinde hareketine devam ettiinde ve manyetik alandan uzaklamaya baladnda, manyetik ak deiim oran yksek olacak ve bu durum voltajda da bir art meydana getirecektir. Ancak hareketin yn manyetik devreden uzaklar olduundan voltaj art negatif blgede olacaktr. Negatif blgede maksimuma ulaan voltaj art kntnn hava boluundan uzaklamaya balamasyla birlikte tekrar dmeye balar ve 0 olur. Rotor dnmeye devam ettike ve bir sonraki knt manyetik devreden getike sinyal deiimi sreklilik arz edecek ekilde devam eder.

  • Krank mili konum sensr ekilde krank mili alglaycs grlmektedir. Burada, relktr, rotor yada sinyal jeneratr olarak adlandrlan disk motor volanna ilikilendirilmitir. Sabit mknats ve bobinden oluan alglayc u silindir blouna balanmtr. Sinyal jeneratr zerindeki her knt alglayc u nnden geerken bobin zerinde bir gerilim oluur. Sargda indklenen bu gerilimin bykl(genlii) motor hzna baldr. Motor ne kadar hzl dnerse bobinde oluan voltajn bykl de o oranda yksek olur. Alternatif akm formundaki alglayc sinyali, dk devirlerde 1-2 V mertebelerinde iken alglaycnn yapsna bal olarak yksek devir hzlarnda 100 V mertebelerine kadar ulaabilmektedir. Baz alglayc devreleri maksimum voltaj snrlandracak ekilde tasarlanmlardr. Sinyal jeneratr zerinde bir knt eksik braklmtr. Bunun amac Nnn belirlenmesi iindir.

  • ABS tekerlek sensr Birok ABS tekerlek sensrnn alma prensibi krank sensr ile ayndr. Etkili frenlemenin salanabilmesi ve srcnn tatn kontroln koruyabilmesi iin frenleme esnasnda tekerlerin kitlenmemesi yani bloke olup kaymamas gerekmektedir. ABS sensr lastik ile yzey arasndaki kaymay belirlemek amacyla kullanlr. ABS sensrlerinin amac tekerlek kilitlenme balangcn tespit etmektir. Frenleme esnasnda ABS teker sensrlerinden gelen sinyaller deerlendirilerek sinyaller arasnda bir tekerin dierine gre daha yavalad tespit edildiinde yavalayan tekerdeki fren basnc azaltlarak tekerin kilitlenme eiliminden kmas salanr.

  • HALL ETKL SENSRLER

    1879'da Edwin Hall tarafndan kefedilen bu etkiye gre, yar iletken bir plakada elektronlar hareket ettiinde, manyetik aknn dorultusuna dikey olarak oluan elektromanyetik kuvvet (Lorentz kuvveti) her elektronu akm ak ynne dik olarak hareket ettirir. Bu kuvvetin etkisinde, elektronlar yar iletken plakann bir tarafna doru ynlendirilirler. Bu durum yar iletken plakann bir tarafna biriken elektronlar nedeniyle negatif polarize, elektron azalmas olan tarafta ise pozitif polarize olumasna neden olur. Bu iki u arasnda manyetik ak iddetiyle orantl olarak oluan gerilime Hall gerilimi denir. Bu gerilimin deeri, besleme akm ve manyetik alan iddetine baldr. Hall tipi sensrler tm hzlarda hemen hemen sabit bir k gc retirler.

  • Hall etkili sensrler dier elektromanyetik sensrlerin kullanld her yerde kullanlr. rnein, motor hz ve krank pozisyonu, ABS tekerlek sensrleri, kam mili konum sensr (Ateleme ve pskrtme sistemler iin) vs.

  • Hall Etkili Sensrl Transistrl Ateleme Sistemi