|
Prof. Dr. Sinsi
|
Kapasitif Sensör Nedir? Kapasitif Sensör Resimleri - Kapasitif Sensör Hakkında Bilgi
SENSÖRLER
Günümüzde sensörler kullanım alanı sürekli artmaktadır ve çeşitli amaçlara göre sensörler geliştirilmektedir Bunlara örnek olarak, çok yaygın kullanım alanı olan ısı, ışık, manyetik ve konum değişmelerine duyarlı olacak şekilde geliştirilenler gösterilebilir11 İndüktif Sensörler:
Bu tip sensörler genellikle dönen bir mekanizmanın hızını ve konumunu hesaplamada kullanılırlar Elektrik iletkenliğinin temel prensibine göre çalışırlar (değişen manyetik alan içerisinde elektro motor kuvveti indüklenir) Aşağıdaki şekilde bir İndüktif sensör prensibini ve tipik bir krank mili hız ve konum sensörü görülmektedir
Şekil 11a Krank mili hız sensörü
İndüktif tip Sensörlerin çoğunun çıkış voltajı sinüs dalgasına yakındır Bu sinyalin büyüklüğü akının değişme hızına bağlıdır Bu büyüklük genellikle orijinal dizayndan belirlenir (dönüş sayısından, mıknatıs gücünden ve sensör bileşen arasındaki boşluktan)
Çıkış voltajı dönüş hızıyla doğru olarak artar Başlıca uygulamalarda bu kullanılan sinyalin frekansıdır Endüktif sensör den çıkan bilgiyi sinyale çevriminin en yaygın yolu bilgiyi SCHMİDT dönüştürücü devresinden geçirmektir Bu sabit bir büyüklük fakat değişken bir frekans kare dalgası oluşturur
Bazı durumlar da sensörden çıkan dalgalar osilatörü açmada veya kapamada yada osilasyonu geciktirmede kullanılırlar Bu amaçla bir devre aşağıdaki şekilde görülmektedir [21]
Şekil 11b Kare dalga dönüştürücü devresi
Osilatör çok yüksek frekans üretir( yaklaşık 4 MHz ) ve sensör sinyali tarafından açılıp kapandıkça kare dalga oluşturur Bu sistem örtüşmeye karşı iyi bir dirence sahiptir12 Isı Sensörleri:
Isı sensörleri üç ana grupta toplanabilir Bunlar yarı iletken ısı sensörleri, ısı transmitterleri, kızılötesi yüksek sıcaklık cihazlarıdır Yarı iletken ısı sensörleri bir PN birleşiminden oluşur Isıyla doğru orantılı olacak şekilde bir voltaj veya akım üretirler Bu sensörler hızlı, doğru ve ucuzdurlar ayrıca bunların bir avantajı da PClerde kullanılabilmeleridir Bu sensörlerin PC boardlardaki uygulamalarında ölçülen sıcaklığın ayarlanması ve sabit tutulması sağlanabilmektedir
Isı transmitterleride yarı iletken ısı sensörlerine benzemektedir Bunlarda ısıyla doğru orantılı olarak bir çıkış voltajı veya akımı verirler Yapıları termokapıldan oluşmaktadır Kızılötesi yüksek sıcaklık cihazları (pyrometerler) radyasyon (EMR) yaymaları itibariyle çoğu mühendislik çalışması sırasında, optik fiber sistemi içerisinde istenmeyen dış etkilerden izole edilecek şekilde paketlenmelidir[15]13 Dış Etkileşimli Fiber Sensörler:
Bu tip sensörlerde; kılavuzlanan ışığın yolu başka bir harici eleman cihaz veya modülatör ile kesilir Bu harici elemandan dolayı bu tip sensörler Dış EkiliSensörler (DES) adını alır
Şekil 13a da bu sensör uygulamasına ait temel prensip, Şekil 13b de ise DES fiber optik sensörler tipleri ve uygulamaları görülmektedir [ 22]
Şekil 13a Dış etkileşimli fiber optik sensör prensip şeması
Şekil 13b Dış etkileşimli fiber optik sensör tipleri ve uygulama alanları
131 Dış Etkileşimli Fiber Optik Sensörlerin Uygulama Alanları:132 Işık Kesintisi / Yansıması: Açma kapama sensörleri, mikroswitehler, frekans çıkışı sensörleri, uzaklık sensörleri
133 Spekroskopi: Emme, ışık yayma, flöresans, sıçrama (parıltı) sensörleri, Lazer hazmetresi
134 Çift Kırılma: Foto elastik etki, araya girmiş çift kırılma elemanları (örneğin Pockels etkisi), akım ve voltaj ölçümü
135 Yayılmış Etkiler: Optik zaman domen yansıtıcısı, fiber kırılma sensörleri [22]
14 İç Etkileşimli Fiber Optik Sensörleri:
İç etkileşimli sensörler (İES) fiberin kendi parametrelerinin etkilenmesi ile algılama yapan fiber optik sensör tipidir Buna ait prensip şeması Şekil 14ada görülmektedir Şekil 14bde ise iç etkileşimli fiber optik sensör tipleri görülmektedir
Şekil 14cde ise girişim ölçer tip fiber optik sensörler ve uygulamalar görülmektedir [15]
Şekil 14a İç etkileşimli fiber optik sensör prensip şeması
Şekil 14b İç etkileşimli etkili fiber optik sensör tipleri ve uygulama alanları
Şekil 14c Girişim ölçer tipi fiber optik sensörler ve uygulamaları
141 İç Etkileşimli Fiber Optik Sensörlerin Uygulama Alanları:1411 Faz Ölçümü: Gyroskop, hidrofon, magnetometre
1412 Poliremetre: Akustik,magnetik alan sıcaklık ölçümü için fiberlerin çift kırılma özellikleri
1413 Mikro Bükülme: Basınç, gerilme, uzaklık, akustik sensörler
1414 Yayılmış Etkiler: OTDR, intrusion sensörler, ısı sensörleri ve raman geri yansıtıcısı[22]
15 Sensörlerin Dezavantajları
151 Kolay Kırılma:Sağlamlıktan emin olmak için sıcaklıkla paketlemede çok dikkatli olunması gerekir
152 Optik Elemanların Küçük Skalası: Optik fiberlerin küçük boyutları,montaj ve saha onarımları boyunca özel teknikler, kullanımlar isteyen hizalama,cihaz işletme problemlerine sebep olabilir
153 Çoklu Çevre Parametrelerine Hassasiyet: Isıl ve akustik /titreşimli girişimler yüksek hassasiyetli cihazlarda bir problem olabilir Özel paketleme ve sinyal işleme gerekli olabilir
154 Sınırlı Optik Band Genişliği: Spektroskobik uygulamalar,kızıl ötesi transmisyon fiberlerinin mevcudiyeti ile sınıflandırılır(orada dalga boyu =3μm) Kızıl ötesi fiberler için özel kaplama kullanılmaktadır
155 Maliyet: Özel fiyatlıdırlar Çoğu mevcut fiber elemanı ve tekniği haberleşme gereklerinden türer Bu yüzden bütün sensörler için en uygun değildir
16 Sensörlerin Avantajları:
161 Güvenlik: Metalik olmayan yapısı, tehlikeli voltajların geçmesine ve kıvılcım riskine müsaade etmez (yüksek optik güç seviyelerinde fiberin kırılması patlama yapabilir)
162 Küçük Kablo Boyutu Ve Ağırlığı: Uzay uygulamalarında, kıyıdan uzak ve çok uzak uygulamalarda kullanışlıdır Bu uygulamalarda ağır kabloların döşenmesi pahalı ve zordur
163 Elektromanyetik Girişimden Etkilenmez: Elektrik enerji kabloları ile diğer yüksek elektrik alanları ( trafo yanı gibi) içinde beraber döşenebilir
164 Pasif Radyo Frekansı: FR yayılımları olmaz, RF kaplama içinde kalır
165 Düşük Termal Ve Atalet Kütlesi: Bir uzunluk boyunca toplam ölçüm, sıcaklık sezisme ve hızlı tepkime için (1μsn den daha az ) kullanışlıdır Örneğin, ivme metreye uygulanabilir, fakat termal etkilerden etkilenebilir
166 Küçük Sensör Boyutu: Çok küçük hacimler içerisin de veya zor gözleme durumlarında kullanılabilir (Tıbbi uygulamalar gibi)
167 Seçici Yüzey Hassasiyeti: Toplam dahili yansıma ve yüzey plasman etkileri, kimyasal numuneleri sezmek için kullanılabilir (Tersi problem olabilir)
168 Geometrik Çok Yönlülük: Çeşitli konfigürasyonlar içinde şekillendirilebilir, sarılabilir Hidrofon dizilerde, manyetik gradyant sezinleme ve fiber gyro bobinlerde olduğu gibi
169 Radyasyon Hassasiyeti: Radyasyona karşı korunan yer altı istasyonlarında kullanılır
1610 Güç Transferi: Silica fiberlerin verimi, uzaklık mesafeli sensörlerin optik gücünü destekleyebilir Sensör tarafındaki elektrik güç kaynağına olan ihtiyacı ortadan kaldırabilir[15]
OTOMOTİVDE KULLANILAN SENSÖRLER
21 EFI Ana Röle:
Bu röle devre açıcı röle ile ECU nun güç kaynağı olarak görev yapar Ana röle ECU devresi içindeki voltaj düşmelerini engeller
Kontak anahtarı ON konumunda iken akım rölenin sarımına doğru akar Kontak uçları temas eder ve akım sigortalı bağlantı içerisinden hem ECU ya hem de yakıt pompası için devre açıcı röleye doğru akar Ana rölenin hatalı çalışması kontak uçlarının açılması neden olacaktır ve ECU ile devre açıcı röleye giden güç kesilerek sonuçta motor stop edecektir [1]
Şekil 21 EFI Ana Röle Devre Şeması
22 Gaz kelebeği konum sensörü:
Gaz kelebeği konum sensörü gaz kelebeği gövdesi üzerine monte edilmiştir Bu müşir gaz kelebeğinin açılma açısını voltaja çevirir ve gaz kelebeği açılma açısını sinyal olarak ECU ya gönderir
Gaz kelebeği konum müşiri ECU ya iki sinyal gönderir IDL sinyali ve PSW sinyali IDL esasen yakıt kesme kontrolü için ve PSW sinyali ise esasen yakıt enjeksiyon hacminin arttırılması ve motor gücünü arttırmak için kullanılır [1]221Yapısı:
1 Levye (gaz kelebeği ile aynı eksen üzerine tutturulmuştur)
2 Kılavuz kam (Levye tarafından kumanda edilir)
3 Hareketli kontak ucu (kılavuz kamın kanalı boyunca hareket eder)
4 Rölanti kontak ucu
5 Güç kontak ucu
Şekil 221aTerminal
Şekil 221b Gaz kelebeği sensörünün yapısı 222 Çalışması:
2221 Rölanti Kontak Ucu:
Gaz kelebeği kapalı konumda iken (tam kapalı konumdan 15 derece daha küçük açıda iken) hareketli kontak ucu ve rölanti kontak ucu temas ederek ECU ya motorun rölantide olduğuna dair bilgi verir Bu sinyal hız kesme esnasında yakıt kesme içinde kullanılır [1]
Şekil 2221 Rölanti kontak ucu2222 Güç kontak ucu:
Gaz kelebeği (motorun durumuna bağlı olarak) yaklaşık 50˚ veya 60˚ açıldığı zaman, hareketli kontak ucu ile güç kontak ucu temas eder ve tam yük durumu tespit edilmiş olur
Buraya kadar tarif edilen gaz kelebeği konum müşiri motorun rölanti durumunu gösteren IDL kontakları ve ağır yük durumunu gösteren PSV kontakları olmak üzere iki tip müşirdir Nitekim, Toyota motorlarında fakir yanmanın düzeltilmesi için LSW li (fakir yanma anahtarı) üç kontaklı tip hızlanmanın tespit edilmesi için Acc (hızlanma anahtarı ) terminalleri olan bir gaz kelebeği konum müşiri gibi değişik tipte gaz kelebeği konum müşirleri vardır [1]
Şekil 2222 Güç kontak ucu2223 Gaz kelebeği konum sensörünün elektrik devresi:
Gaz kelebeği konum sensörü ve ECU Şekil 2e de gösterildiği gibi bağlanmışlardır Akü voltajı ECU içinde bulunan bir direnç içerisinden geçer, daha sonra gaz kelebeği konum sensörünün TL Terminaline tatbik edilir
Rölantide voltaj gaz kelebeği konum müşirinin kontak uçları ve IDL terminali üzerinden ECU nun IDL terminaline tatbik edilir Gaz kelebeği tam kapalı konumundan 50˚ ila 60˚ daha fazla açık olduğu zaman, voltaj gaz kelebeği konum müşirinin konum uçları ve PSV terminali üzerinden ECUnun PSV terminaline tatbik edilir [1]
Şekil 2223Gaz kelebeği konum sensörünün elektrik devresi23 Hava akış sensörü:
Hava akış ölçer emme havası hacmini tespit eder ve esas enjeksiyon hacmine karar veren ECU ya bir sinyal gönderir Hava-akış ölçer ölçme klapesi, geri getirme yayı ve potansiyometreden meydana gelir
Ayrıca, hava-akış ölçerde rölanti karışım ayar vidası, emme havası sıcaklığını tespit eden bir emme havası sıcaklık sensörü, bir yakıt pompası anahtarı, bir sönümleme odası, bir dengeleme levhası ve bir tam-yük tahditi vardır [1]
Şekil 23a Hava akış sensörünün yapısı
Şekil 23b Hava akış sensörünün yapısı
Silindir içine emilen havanın hacmi gaz kelebeğinin açıklığı ve motor devri tarafından belirlenir Hava-akış ölçer içerisinden emilen emme havası geri getirme yayının direncini yenerek ölçme klapesini açar Ölçme klapesi ile potansiyometre aynı eksen üzerinde hareket eder Dolayısıyla ölçme klapesinin açılma açısı potansiyometre tarafından bir voltaj oranına çevrilir ECU bu voltaj sinyaline (Vs) tespit eder ve böylece ölçme klapesinin açılma açısını potansiyometre den öğrenir Şekil 3c de görüldüğü gibi, P1 den P5 e kadar olan dirençler (direnç değerleri eşittir) seri olarak bağlanmışlardır ve devreye 12 volt tatbik edildiği zaman P5 e 12 volt, P4 e 9 volt, P3 e 6 volt, P2 ye 3 volt ve P1E ise 0 volt tatbik edilmiş olur
Potansiyometrenin ölçme plakası ile birlikte hareketli olan noktası mevcut voltajı tespit eder ve ECU ya bir sinyal gönderir [1]
Şekil 23c Potansiyometre devresi
Şekil 23d Potansiyometrenin yeri
Şekil 23e Voltaj-Emme havası grafiği
Hava akış ölçer ve ECU şekil 23f diyagramında görüldüğü gibi bağlanmışlardır Ölçme plakasının açılma açısı ile ilgili bir sinyal (Vs) ECUya gönderilir
Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi, Vc sabit bir voltaj değerinde olduğu zaman, çıkış voltajı Vs ölçme plakasının açılma açısıyla doğru orantılı olarak artar
Şekil 23f ECU-Potansiyometre bağlantı şekli
Şekil 23g Potansiyometre devresi
ECU emme havası hacmini tespit edebilmek için akü voltajı (UB) ile Vc ve Vs voltajları arasındaki farkı (US) karşılaştırır Hesap için kullanılan formül şöyledir
Emme havası hacmi= UB/US = VB/(Vc-Vs) [1]24 Emme havası sıcaklık sensörü:
Isı algılama elemanının önemli bir parçası NTC dirençtir NTC direnç yarı iletken malzemelerden üretilir Isı yükseldiğinde NTC direnci düşer ECU dan uygulanan 5 voltluk gerilim sensörün çıkış ucundan alınan gerilimle karşılaştırılır ve daha önceden kaydedilmiş haritalar yardımıyla hava sıcaklığı tespit edilir ECU 20˚ lik sıcaklık değerini bir standart olarak kullanır ve sıcaklık bu değerden az ise enjeksiyon hacmini arttır, fazla ise enjeksiyon hacmini azaltır Böylece gerekli hava yakıt-hava oranı ortam sıcaklığından bağımsız olarak sağlanmış olur [2]
Şekil 24a Emme havası sıcaklık sensörü
Şekil 24b Sıcaklık-Direnç diyagramı
Emme havası sıcaklık sensörü ile sensörün ECU ile olan bağlantılarının karakteristikleri su sıcaklık sensörünün karakteristikleriyle temel olarak aynıdır [3]
Şekil 24c Elektriki devre
|