REZİSTİF TİP MESAFE ALGILAYICILAR Rezistif tip mesafe

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.
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
▶ 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 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.
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. 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.
φ = φ(x)
İndüktans;
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. 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 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.