En az 4 adet farklı tipte endüktif sensör (algılayıcı) bulur musunuz?

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 gösterilebilir.



1.1. 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 1.1.a. 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 1.1.b. 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 sahiptir.



1.2. 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].



1.3. 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 1.3.a da bu sensör uygulamasına ait temel prensip, Şekil 1.3.b de ise DES fiber optik sensörler tipleri ve uygulamaları görülmektedir [ 22].



Şekil 1.3.a. Dış etkileşimli fiber optik sensör prensip şeması



Şekil 1.3.b. Dış etkileşimli fiber optik sensör tipleri ve uygulama alanları



1.3.1. Dış Etkileşimli Fiber Optik Sensörlerin Uygulama Alanları:

1.3.2. Işık Kesintisi / Yansıması: Açma kapama sensörleri, mikroswitehler, frekans çıkışı sensörleri, uzaklık sensörleri

1.3.3. Spekroskopi: Emme, ışık yayma, flöresans, sıçrama (parıltı) sensörleri, Lazer hazmetresi

1.3.4. Çift Kırılma: Foto elastik etki, araya girmiş çift kırılma elemanları (örneğin Pockels etkisi), akım ve voltaj ölçümü.

1.3.5. Yayılmış Etkiler: Optik zaman domen yansıtıcısı, fiber kırılma sensörleri [22]



1.4. 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 1.4.a.da görülmektedir. Şekil 1.4.b.de ise iç etkileşimli fiber optik sensör tipleri görülmektedir.

Şekil 1.4.c.de ise girişim ölçer tip fiber optik sensörler ve uygulamalar görülmektedir [15].





Şekil 1.4.a. İç etkileşimli fiber optik sensör prensip şeması



Şekil 1.4.b. İç etkileşimli etkili fiber optik sensör tipleri ve uygulama alanları



Şekil 1.4.c. Girişim ölçer tipi fiber optik sensörler ve uygulamaları



1.4.1. İç Etkileşimli Fiber Optik Sensörlerin Uygulama Alanları:

1.4.1.1. Faz Ölçümü: Gyroskop, hidrofon, magnetometre.

1.4.1.2. Poliremetre: Akustik,magnetik alan sıcaklık ölçümü için fiberlerin çift kırılma özellikleri.

1.4.1.3. Mikro Bükülme: Basınç, gerilme, uzaklık, akustik sensörler.

1.4.1.4. Yayılmış Etkiler: OTDR, intrusion sensörler, ısı sensörleri ve raman geri yansıtıcısı.[22].



1.5. Sensörlerin Dezavantajları

1.5.1. Kolay Kırılma:Sağlamlıktan emin olmak için sıcaklıkla paketlemede çok dikkatli olunması gerekir.

1.5.2. Optik Elemanların Küçük Skalası: Optik fiberlerin küçük boyutları,montaj ve saha onarımları boyunca özel teknikler, kullanımlar isteyen hizalama,cihaz işletme problemlerine sebep olabilir

1.5.3 Çoklu Çevre Parametrelerine Hassasiyet: Isıl ve akustik /titreşimli girişimler yüksek hassasiyetli cihazlarda bir problem olabilir. Özel paketleme ve sinyal işleme gerekli olabilir.

1.5.4. Sınırlı Optik Band Genişliği: Spektroskobik uygulamalar,kızıl ötesi transmisyon fiberlerinin mevcudiyeti ile sınıflandırılır.(orada dalga boyu =3μm) Kızıl ötesi fiberler için özel kaplama kullanılmaktadır.

1.5.5. Maliyet: Özel fiyatlıdırlar. Çoğu mevcut fiber elemanı ve tekniği haberleşme gereklerinden türer. Bu yüzden bütün sensörler için en uygun değildir.



1.6. Sensörlerin Avantajları:

1.6.1. Güvenlik: Metalik olmayan yapısı, tehlikeli voltajların geçmesine ve kıvılcım riskine müsaade etmez (yüksek optik güç seviyelerinde fiberin kırılması patlama yapabilir).

1.6.2. Küçük Kablo Boyutu Ve Ağırlığı: Uzay uygulamalarında, kıyıdan uzak ve çok uzak uygulamalarda kullanışlıdır. Bu uygulamalarda ağır kabloların döşenmesi pahalı ve zordur.

1.6.3. Elektromanyetik Girişimden Etkilenmez: Elektrik enerji kabloları ile diğer yüksek elektrik alanları ( trafo yanı gibi) içinde beraber döşenebilir.

1.6.4. Pasif Radyo Frekansı: FR yayılımları olmaz, RF kaplama içinde kalır.

1.6.5. 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.

1.6.6. Küçük Sensör Boyutu: Çok küçük hacimler içerisin de veya zor gözleme durumlarında kullanılabilir. (Tıbbi uygulamalar gibi).

1.6.7. Seçici Yüzey Hassasiyeti: Toplam dahili yansıma ve yüzey plasman etkileri, kimyasal numuneleri sezmek için kullanılabilir. (Tersi problem olabilir).

1.6.8. Geometrik Çok Yönlülük: Çeşitli konfigürasyonlar içinde şekillendirilebilir, sarılabilir. Hidrofon dizilerde, manyetik gradyant sezinleme ve fiber gyro bobinlerde olduğu gibi.

1.6.9. Radyasyon Hassasiyeti: Radyasyona karşı korunan yer altı istasyonlarında kullanılır.

1.6.10. Güç Transferi: Silica fiberlerin verimi, uzaklık mesafeli sensörlerin optik gücünü destekleyebilir. Sensör tarafındaki elektrik güç kaynağına olan ihtiyacı ortadan kaldırabilir.[15]

OTOMOTİVDE KULLANILAN SENSÖRLER

2.1. 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 2.1. EFI Ana Röle Devre Şeması.



2.2. 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].



2.2.1.Yapısı:

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 2.2.1.a.Terminal.





Şekil 2.2.1.b. Gaz kelebeği sensörünün yapısı.



2.2.2. Çalışması:

2.2.2.1. Rölanti Kontak Ucu:

Gaz kelebeği kapalı konumda iken (tam kapalı konumdan 1.5 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 2.2.2.1. Rölanti kontak ucu



2.2.2.2. 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 2.2.2.2. Güç kontak ucu



2.2.2.3. Gaz kelebeği konum sensörünün elektrik devresi:

Gaz kelebeği konum sensörü ve ECU Şekil 2.e. 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 2.2.2.3.Gaz kelebeği konum sensörünün elektrik devresi



2.3. 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 2.3.a Hava akış sensörünün yapısı.



Şekil 2.3.b. 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 3.c. 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. 2.3.c. Potansiyometre devresi





Şekil 2.3.d. Potansiyometrenin yeri





Şekil 2.3.e. Voltaj-Emme havası grafiği



Hava akış ölçer ve ECU şekil 2.3.f. 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 2.3.f. ECU-Potansiyometre bağlantı şekli



Şekil. 2.3.g. 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]



2.4. 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 2.4.a. Emme havası sıcaklık sensörü.



Şekil 2.4.b. Sıcaklık-Direnç diyagramı

Emme havası sıcaklık sensörü ile sensörün ECU ile olan bağlantılarının karakteristikleri su sıcaklık sensörünün karakteristikleriyle temel olarak aynıdır [3].



Şekil 2.4.c. Elektriki devre
Alıntı

endüktif sensör tarihçesi,avantajları,dezavantajları,kullanım alanları ve çalışma prensibi hakkında bilgi.