UNIVERZITET U TUZLI MAINSKI FAKULTET

S E M I N A R S K I R A D

Tema:Poveanje energetske upotrebljivosti mobilnih maina upotrebom novih tehnologija i senzorike

Predmet:INTELIGENTNI SENZORI

Ime i prezime:Samel Salibai

Broj indeksa:III-164/08

Odsjek:Mehatronika

Datum:05.08.2012

SADRAJ1. Uvod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32. Klasifikacija senzora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.1. Klasifikacija prema vrsti izlaznog signala. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2. Klasifikacija prema prirodi mjerene veliine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.3. Klasifikacija senzora prema principu rada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.3.1. Aktivni i pasivni senzori. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.4. Klasifikacija senzora prema gabaritima. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.5. Klasifikacija prema prirodi izlazne veliine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.6. Klasifikacija senzora prema uslovima rada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.7. Klasifikacija prema nainu upotrebe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.8. Klasifikacija prema unutranjoj strukturi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.9. Klasifikacija prema pouzdanosti u eksploataciji. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73. Fizikalni pricipi rada i upotreba senzora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.1. Senzori u motoru automobila. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.1.1. Senzor temperature rashladne tenosti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.1.2. Senzor temperature vazduha. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.1.3. Senzor protoka. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.1.3.1. Protokomjer sa vrelom icom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.1.3.2. Protokomjer sa leptirom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.1.4. Senzor pedale gasa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.1.5. Senzor brzine automobila (VSS, Vehicle Speed Sensor) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.2. Senzori u hidraulikim sistemima. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.2.1. Metalno- otporni senzor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.2.2. Kombinirani senzori. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.2.3. Mjerne turbine (volumetrijski senzori) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.2.4. Senzori i mjerni ureaji za analizu fluida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.2.5. Broja estica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.2.6. Sadraj vode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173.3. Senzorika kod bagera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184. Zakljuak. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225. Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

POPIS slikaSlika 1.1. Struktura mjernog pretvaraaSlika 2.1. Podjela senzora na osnovu energije potrebne za mjerenje: a) pasivni, b) aktivni senzorSlika 3.1. Senzori u motoru automobilaSlika 3.2. Karakteristika NTC senzoraSlika 3.3. Senzor temperature rashladne tenostiSlika 3.4. Senzor temperature vazduhaSlika 3.5. Mjera protoka sa vrelom icomSlika 3.6. Mjera protoka sa leptiromSlika 3.7. Senzor pedale gasaSlika 3.8. Senzor brzine automobilaSlika 3.9. Kombinirani senzorSlika 3.10. Mjerna turbinaSlika 3.11. Broja estica CCS 2Slika 3.12. Blok dijagram brojaa estica.Slika 3.13. Inline-mjerni sistem: prikazni i upravljaki ureaj CCM 01 i Inline senzor PFS 01Slika 3.14. Mjerni prikljuakSlika 3.15. Induktivino mjerenje metalnih estica. a) Senzor bez estica, b) Ulaz estica, c)Izlaz esticaSlika 3.16. Senzor metalnih estica, a) MPS 01, b) Mjerni signalSlika 3.17. Inline- Mjerni sistem kontaminacije vode WSTM 01Slika 3.18. Senzor vlanosti,a) shematska izgradnja, b) izraeni sensorSlika 3.19. Palice za hidrauliko upravljanje rukom bageraSlika 3.20. Mehaniki princip upravljanjaSlika 3.21. ema hidraulikog sistema upravljanja bageromSlika 3.22. Uproena hidraulika ema otvaranja i zatvranja kaikeSlika 3.23. Blok ema rada ruke bageraSlika 3.24. Logiki blok dijagram mehatronikog sistema upravljanja rukom bagera

1. UvodSredstva za dobivanje informacija u sistemu automatskog upravljanja daju informaciju o kvalitativnim i kvantitativnim karakteristikama procesa to se odvijaju u upravljanom objektu kao i u samom upravljakom sistemu. Za upravljanje tehnikim sistemima veoma su vane informacije o ponaanju osnovnih parametara kao to su: temperatura, protok, nivo, pritisak, vrijeme, poloaj, i td.Trokovi za dobivanje informacija u sistemima automatskog upravljanja ine 1/3 ukupne cijene proizvoda. Informacije se u sutini dobivaju mjerenjem fizikalnih veliina koje karakteriziraju ponaanje procesa. Dobivena informacija se obrauje po nekom algoritmu. Mjerni ureaji pomou kojih se u sistemu automatskog upravljanja dobivaju informacije su: senzori, transdjuseri i mjerni pretvarai.Senzor ili dava je primarni osjetilni element, koji pretvara fizikalnu veliinu X'F koja je pogodnija za mjerenje. Senzor vri prvo pretvaranje fizikalne veliine u nizu pretvaranja koja su prisutna u sloenim mjernim ureajima.Transducer pretvara mjernu fiziku veliinu XF u neki standardni oblik najee elektrini signal, strujni ili naponski a moe biti i pneumatski.Mjerni pretvara ili transmiter pretvara fiziku veliinu u standardni signal. Konstruktivno je osposobljen da alje informaciju sa jednog mjesta na drugo putem prenosnih linija ili medijuma. Sastoji se od primarnog elementa koji procesnu veliinu XF pretvara u neki pogodniji oblik XF', te baznog elementa (adaptera) koji tu veliinu pretvara u informacioni signal sa normalnim obiljejima.ema pretvaranja mjernog signala data je na slici 1.1.

Slika 1.1. Struktura mjernog pretvaraa

2. Klasifikacija senzoraTehnika senzora razvija se u tri osnovna pravca:1. Minimalizacija i vei stepen integracije sastavnih dijelova to je tendencija i u drugim oblastima nauke.2. Realizacija viestrukog djelovanja, tako da se pomou jednog senzora istovremeno odreuje nekoliko razliitih fizikalnih veliina (npr. senzor temperature i vlanosti zraka)3. Proirivanje funkcionalnih mogunosti senzora zahvaljujui ugradnji mikroprocesora.Podjela senzora nije jednostavna. Vri se u odnosu na: vrstu izlaznog signala, prirodu mjerne veliine, princip rada gabarite, prirodu izlazne veliine, uvjete rada, naina upotrebe, unutranje strukture, pouzdanosti, itd.

2.1. Klasifikacija prema vrsti izlaznog signalaPrema vrsti izlaznog signala senzori se dijele na analogne i digitalne. Analogni senzori imaju normiran dinamiki opseg izlaznog signala i osjetljivost na umove. Digitalni senzori imaju veliku mogunost interakcije sa mikroprocesorskim upravljakim sredstvima. aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa

2.2. Klasifikacija prema prirodi mjerene veliinePrema prirodi mjerene veliine dijele se na: toplotne, mehanike, kinematike, geometrijske, radijacijske, vremenske i elektrine, hemijske i fizikalne.Toplotni se koriste za mjerenje temperature, toplotnog kapaciteta, entalpije, toplote izgaranja.Mehaniki se koriste za mjerenje sile i momenta, pritiska, vakuuma, mehanikog naprezanja.Kinematiki se koriste za mjerenje linearnog i ugaonog ubrzanja i brzine, protoka.Geometrijski se koriste za mjerenje poloaja (koordinata) tijela razmjere, nivoa.Radijacijski se koriste za mjerenje intenziteta toplotnog, nuklearnog, akustinog i elektromagnetnog zraenja, boje, parametara talasnog procesa.Vremenski se koriste za mjerenje vremenskog perioda i frekvencije.Elektrini se koriste za mjerenje elektromotorne sile, struje, otpora, induktivnosti, kapaciteta, provodnosti.Hemijski senzori se koriste za mjerenje hemijskog sastava.Fizikalni senzori se koriste za mjerenje mase, gustine, vlanosti, tvrdoe, plastinosti, hrapavosti.

2.3. Klasifikacija senzora prema principu radaPretvaranje neelektrinih mjernih veliina u elektrine vri se pomou odgovarajuih pretvaraa na dva naina. Prvi nain podrazumijeva da se odgovarajua neelektrina veliina pretvara u pretvarau u elekrinu veliinu. Pretvarai koji rade na ovaj nain zovu se aktivni pretvarai. Aktivni pretvarai za svoj rad ne trebaju dodatnu energiju.Aktivni senzori mogu biti: Indukcioni Elektromagnetni Elektrodinamiki Piezoelektrini Piroelektrini Termoelektrini Fotoelektrini.Drugu grupu pretvaraa ine pasivni pretvarai ili parametarski pretvarai. U pasivnim pretvaraima neelektrine veliine utiu na promjenu neke elektrine karakteristike, kapaciteta, otpora ili induktiviteta.Pasivni senzori se dijele na: Induktivne Otpornike Kapacitivne.Hemijski senzori rade na principu: polarizacija jona, kombinovanja hemijskih i elektrinih metoda, promjena impedance u zavisnosti od hemijskog sastava.Hemijski senzori mogu biti: Polarizacioni Hemijsko-elektrini Impedantni.Optoelektronski dovode do pojave struja u poluprovodnicima koja djeluje na spontanu ili stimulisanu emisiju svjetlosti (svjetlea ili laserska dioda). Kvanti svijetlosti mijenjaju gustinu nosilaca naboja u poluprovodniku , otpor p-n prelaza (fotodioda) ili otpor zapornog sloja metal poluprovodnik (fotoelement).Optoelektronski senzori su: Predajnici Prijemnici sa vanjskim fotoefektom2.3.1. Aktivni i pasivni senzoriAktivni pretvarai za svoj rad ne zahtijevaju dovoenje dodatne energije tj. izlazni signal senzora je nastao na osnovu energije mjerene veliine. Pasivni pretvarai moduliraju energiju nekog vanjskog izvora tj. potrebno im je dovesti dodatnu energiju.

Slika 2.1. Podjela senzora na osnovu energije potrebne za mjerenje: a) pasivni, b) aktivni senzor

Pasivni senzori su zapravo mjerni ureaji direktnog tipa, jer energiju neophodnu za mjerenje i transport izlaznog signala uzimaju sa objekta mjerenja. Na slici 2.1.a prikazan je pasivni ureaj za mjerenje pritiska. Pritisak fluida prenosi se preko klipa tako da se vri pomjeranje kazaljke. Ovo pomjeranje je rezultat promjene mjerenog pritiska, jer, nema nikakvog vanjskog izvora energije.Aktivni senzori su mjerni instrumenti indirektnog tipa, oni energiju neophodnu za mjerenje dobijaju iz vanjskog izvora. Vanjski izvor je najee elektrini, ali moe biti i pneumatski ili hidraulini. Na slici 2.1.b prikazan je aktivni senzor za mjerenje nivoa goriva u rezervoaru. Promjena nivoa prenosi se preko plovka na kliza potenciometra. Energija izlaznog signala dolazi iz vanjskog izvora, tako to kliza modulira vrijednost izlaznog napona u skladu sa promjenom nivoa. Razlika izmeu pasivnih i aktivnih senzora je u rezoluciji mjerenja. U prethodnom primjeru se vidi da se rezolucija mjerenja pasivnih senzora moe poveati produavanjem kazaljke ali je ta mogunost ograniena iz praktinih razloga. Rezolucija aktivnih senzora se poveava uzimanjem izvora sa veim iznosom energije, to je opet ogranieno zbog zagrijavanja vodova i poveanih gubitaka toplote i zbog opasnosti od eksplozije. Pasivni senzori su jednostavnije konstrukcije i jeftiniji su od aktivnih pa je izbor jednog od njih stvar kompromisa izmeu cijene i potrebe rezolucije mjerenja.U literaturi se moe nai i drugaije poimanje pasivnog odnosno aktivnog senzora. Naime, pasivni senzor mehanikim kontaktom prenosi promjene mjerne fizikalne veliine na promjenu nekog elektrinog parametra: otpora, induktivnosti, kapaciteta, struje, napona ili intenziteta zraenja. Aktivni generiraju elektrini signal (struja, napon, naboj) zahvaljujui konverziji mehanike, svijetlosne ili hemijske energije. Primjer pasivnog senzora je otporniki detektor mehanikog pomjeranja, a aktivnog termoelement, koji toplotnu energiju pretvara u napon.

2.4. Klasifikacija senzora prema gabaritimaPrema veliini mjerni senzori mogu biti: Normalni i oni su standardne izvedbe Malogabaritni za primjenu u ogranienom prostoru Minijaturne koji se koriste za specijalne namjene

2.5. Klasifikacija prema prirodi izlazne veliinePrema prirodi izlazne veliine senzore moemo podijeliti na: Mehaniki iji je izlazni signal sila ili pomak Vremenski iji je izlazni signal vremenski ili frekventni kod Elektrini iji se izlazni signali mjerene veliine odraavaju kroz promjenu R, L, C parametara izlaza, pa se zovu i parametarski. Ukoliko se na izlazu generira elektrini signal to su generatorski ili aktivni senzori.

2.6. Klasifikacija senzora prema uslovima radaPrema uslovima rada senzori mogu da budu: Stacionarni koji su fiksirani na jednom mjestu i Prenosivi koji se mogu pomjerati na razna mjesta

2.7. Klasifikacija prema nainu upotrebePrema nainu upotrebe mogu biti: Operativni koji slue za neposredno davanje informacija Pomoni za dobivanje pomonih informacija.

2.8. Klasifikacija prema unutranjoj strukturiPrema svojoj unutranjoj strukturi senzore moemo podijeliti na: Direktni kojima se vri od ulaza do izlaza direktan prijenos (konverzioni lanac) i Kompenzacioni sa negativnom povratnom spregom po izlaznoj veliini. 2.9. Klasifikacija prema pouzdanosti u eksploatacijiPrema pouzdanosti u eksploataciji senzore moemo podijeliti na: Pouzdane koji imaju mali intenzitet otkaza i malo vrijeme obnavljanja i Nepouzdane

3. Fizikalni pricipi rada i upotreba senzoraSenzori rade na osnovu njihove interakcije sa procesom i to tako to reagiraju na stanja, a reakciju transformiraju u izlazni signal. Postoji veliki broj fizikalnih pojava i efekata, naina transformacije svojstava procesa kao i metoda konverzije energije koji se mogu primijeniti pri gradnji senzora. Nosilac informacije je masa ili energija. Mjerenje neelektrinih signala poinje pretvaranjem u elektrini pa se onda obavlja procesiranje. Vanost imaju fizikalni efekti koji omoguavaju takvu konverziju. Za neelektrino-elektrino pretvaranje potrebna je energija iz domena mjernog signala ili van njega.Danas se senzori koriste u mnogim mainama kako bi se na neki nain olakao rad ovjeka, te na neki nain omoguila sigurnost ovjeka u svim uvjetima rada. Takoe su prisutni i kod automobila sa kojima se ovjek susree svaki dan. U daljem tekstu e biti navedeni najee koriteni senzori, kao i neka podruja primjene.

3.1. Senzori u motoru automobilaElektronski sistem (raunar) za svoj rad koristi senzore. Stotinu puta u sekundi senzori alju mjerenja raunaru o stanju u motoru. Raunar upravlja sistemom i u mnogim automobilima se on obiljeava sa ECU. Programiran je od strane fabrike da daje odgovarajue izlazne veliine na osnovu podataka koje dobija od senzora. ECU u svakom trenutku mora imati informaciju o stanju u motoru . Da li se automobil nalazi na uzbrdici, dok motor radi na 3000 ob\min, po vrelom danu ili je moda u pitanju gradska vonja po hladnom vremenu, a motor upravo pokrenut. Sve ove podatke ECU dobija preko ugraenih senzora.

Slika 3.1. Senzori u motoru automobilaSenzori pretvaraju fizike veliine iz jednog oblika u drugi. U podruju motora i vozila najee se pretvaraju mehanike pojave kao to su sila, pritisak, poloaj, brzina rotacije itd. u elektrine signale tj. elektrini napon.

3.1.1. Senzor temperature rashladne tenostiSenzor temperature rashladne tenosti daje ECU podatke o temperaturi rashladne tenosti. U veini sluajeva smjeten je na kuitu termostata. Ovaj senzor ima promjenljivu NTC karakteristiku sa promjenom temperature tj. ako se poveava temperatura motora, njegova otpornost se smanjuje. Senzor se preko ECU napaja konstantnim naponom, a informacija se vodi nazad u ECU jer je povezivanje realizovano na principu Fildbus sistema (sa dvije ice). Na slici 3.2. prikazana je NTC karakteristika senzora, dok je na slici 3.3. prikazan senzor temperature rashladne tenosti.

Slika 3.2. Karakteristika NTC senzoraKad ECU dobije informaciju da je temperatura rashladne tenosti dovoljno visoka, zakljuuje da je motor dostigao radnu temperaturu i tada ECU sa "open loop" prelazi na zatvoreni povratni hod (closed loop) upravljanja motorom. Sa prelaskom na "closed loop" ECU analizira i ostale ulazne podatke sa senzora kako bi kontrolisao kvalitet (emisiju) izduvnih gasova. Ovaj senzor je jako pouzdan u eksploataciji, ali ako pretrpi oteenje i izgubi funkciju spreava ECU da pree na "closed loop", to ce dovesti do "prebogate" smjee, jako izraenog poveanja potronje i poveane emisije karbon monoksida (CO). Senzor koji nije vie u funkciji se lako moe dijagnostikovati mjerenjem elektro provodljivosti istog dok motor dostie radnu temperaturu, jer se njegova elektro provodljivost nee mijenjati sa promjenom temperature rashladne tenosti motora.

Slika 3.3. Senzor temperature rashladne tenosti

3.1.2. Senzor temperature vazduhaTemperatura vazduha koji se usisava se takoe mjeri. Senzor za ovu namjenu se moe nalaziti na kutiji vazdunog filtera ili na usisnoj cijevi. Ovaj sensor je takoe sa NTC karakteristikom promjenljive otpornosti. On ima otpornost od 3555 -a na 20 C, a 475 -a na 70 C. Temperatura ulaznog vazduha moe dostii blizu 70 C kada je vreo ljetni dan. Na slici 3.4. prikazan je senzor temperature vazduha.

Slika 3.4. Senzor temperature vazduhaSenzori temperature NTC otpornik izraen je od tankog sloja nikla. Nikal je naparen u obliku filma na keramiku jezgru koja slui kao nosivi dio senzora. Obino su i prikljuni kontakti izvedeni istom tehnologijom tj. naparivanjem.

3.1.3. Senzor protokaDa bi ECU obezbijedio odgovarajuu koliinu goriva i zapalio smjeu u odgovarajuem trenutku, potrebno je da ima informaciju koliko je optereenje motora. Neki automobili koriste Mjera koliine vazduha ili Protokomjer da bi izmjerili optereenje motora. Snaga motora zavisi direktno od koliine vazduha koji u njega ulazi. Ako motor koristi mnogo vazduha, onda je potrebno da se ubrizga i vea koliina goriva, a sve u cilju da se odri optimalan odnos vazduha i goriva. Postoji nekoliko tipova protokomjera koji se danas ugrauju. Dva standardna tipa protokomjera su: Protokomjer sa vrelom icom, Protokomjer sa leptirom.

3.1.3.1. Protokomjer sa vrelom icomVazduh koji ulazi u motor struji oko ianog otpornika napravljenog od platine.iani otpornik se zagrije istosmjernom strujom koja tee kroz njega a vazduh koji struji hladi ga. ECU odrava platinasti otpornik na konstantnoj temperaturi. to je vie struje potrebno da se otpornik grije, vie vazduha ulazi u motor. Ovaj tip senzora pravi mali otpor vazduhu koji ulazi u motor jer su mu dimenzije radnog dijela male. Na slici 3.5. prikazan je protokomjer sa vrelom icom.

Slika 3.5. Mjera protoka sa vrelom icom

3.1.3.2. Protokomjer sa leptiromOvaj tip protokomjera koristi za svoj rad leptir koji pregrauje usisnu cijev. to je vei otklon leptira, vea je i koliina vazduha koja ulazi u motor. Leptir je povezan sa elektrinim potenciometrom. Otpornost potenciometra se mijenja direktno proporcionalno sa otklonom leptira tj. direktno zavisi od ugla otklona leptira. Ovaj tip protokomjera prua vei otpor vazduhu koji ulazi u motor, jer je povrina radnog dijela tj. leptira velika. Na slici 3.6. prikazan je protokomjer sa leptirom.

Slika 3.6. Mjera protoka sa leptirom3.1.4. Senzor pedale gasaTakoe ECU jedinica mora imati podatke i o poloaju papue gasa. Senzor papue gasa daje vane informacije naroito prilikom ubrzavanja. Veina ovakvih senzora su dvopoloajni (0, 1) gdje 0 predstavlja osnovni poloaj tj. prazan hod, a 1 pun gas. Na slici 3.7. prikazan je senzor pedale gasa.

Slika 3.7. Senzor pedale gasa3.1.5. Senzor brzine automobila (VSS, Vehicle Speed Sensor)Svrha senzora brzine automobila je jednostavna. Sa ovog senzora se alje informacija ka ECU o tome kolika je brzina kretanja automobila. Senzor se moe nalaziti na mjenjau, ili na toku. Ovaj senzor se u nekim automobilima koristi za ogranienje maksimalne brzine, a takoe i da se poboljaju ekonominost i vozne karakteristike. Na slici 3.8. prikazan je senzor brzine automobila. Ovaj senzor konstantno nadzire trenutnu brzinu vozila. Na osnovu te informacije koja se prosljeuje u ECU, regulie se brzina "zatvaranja" konvertora momenta, adaptira nain reagovanja na promenu stepena prenosa i slino. Senzor se moe nalaziti na diferencijalu, tijelu transmisionog sistema, glavi brzinomera ili na drugoj lokaciji. Problemi u radu ovog senzora mogu uticati na funkciju "cruise" kontrole, kao i "osjetljivost" sistema na promjene stepena prenosa u zavisnosti od brzine kretanja.

Slika 3.8. Senzor brzine automobila

3.2. Senzori u hidraulikim sistemima

Moderne maine i postrojenja, koje koriste hidrauliki sistemi, moraju se prilagoditi trenutnim uvjetima esto uz obzir na mehatronike aspekte. Potrebno je podesiti ventile, ali to esto nije dovoljno, jer se koriste upravljaki i regulacijski sistemi, koji se takoe moraju optimalno podesiti. Za hidraulikog ininjera u praksi je bitno poznavanje strukture i djelovanja senzora i mjernih instrumenata za mjerenje fizikalnih parametara. Inovacije u hidraulici ne znae samo efektivan dizajn komponenti, njihovu optimalnu kombinaciju i kontrolu, nego i upotrebu senzorskih i mjernih sistema za praenje i dijagnostiku komponenti. Neki od tih senzora i mjernih sistema opisani su u daljem tekstu.

3.2.1. Metalno- otporni senzorZavisnost otpora jednog elektrinog provodnika, zavisi od temperature T, dobija se jednainom (3.1), gdje je Ro otpor kod definitivno odreene temperature, i je termiki koeficijent:

(3.1)

Promjenom jednaine (3.1) po temperaturi T moe se u jednaini (3.2) odrediti temperatura iz izmjerenih otpornih vrijednosti:

(3.2)ice od platinskih ili niklovanih senzora, su tako izjednaeni, da pri temperaturi T=0 javlja se otpor od 100. Iz toga proizilazi i upotreba oznaka PT 100 za ovaj senzor. U DIN 43760 su odreeni termiki koeficijenti, otporne vrijednosti i klase tanosti. Elementi senzora se postavljaju kao iani ili slojni otpori. Mjerni signali se esto u senzoru pojaavaju a potom dodaju obradi mjerne vrijednosti. Metalno- otporni senzori su taniji od termoelemenat, ali imaju esto veliku vremensku konstantu. Oni su pogodni za mjerenje u hidraulici , jer ispunjavaju uslove koji su potrebni u praksi.

3.2.2. Kombinirani senzoriU dananjoj mjernoj praksi, sa jednim zahvatom u hidrauliki sistem, se snimi vie mjernih veliina. To je mogue sa kombiniranim senzorima (slika 3.9.), koji sadre senzor pritiska i senzor temperature.

Slika 3.9. Kombinirani senzorVe poznate pojedinane komponente za pritisak i temperaturu su konstruktivno tako spojene, da je dovoljan mini mjerni prikljuak. Jedino je elektrini prikljuak kompaktnije postavljen, jer se prenosi vie signala preko prikljunog kabla. Senzori se samo mogu koristiti za temperaturu mjerenja na predvienim mjernim mjestima, jer se temperaturni mjera mora nalaziti u tekuini.

3.2.3. Mjerne turbine (volumetrijski senzori)Volumetrijski senzori, koji koriste energiju stujanja protonog medija, oznaavaju se kao mjerne turbine. One se esto u uljnoj hidraulici koriste za mjerenje volumetrijskog protoka. Turbinski zupanik je aksijalno protoan, prikazan na slici 3.10. ,i tako se stavlja u rotaciju. Obrtni sloj turbinskog zupanika je zavisan od brzine strujanja i viskoznosti fluida. Ona je uzrona komponenta snage na turbinskom zupaniku, zavisna od odnosa trenja u fluidu(granini slojevi) i cijelokupnog mjernog puta. Obrtni broj turbinskog zupanika se mjeri bez dodira, koristi se za prikaz volumetrijskog protoka. Mjerne turbine su otporne na pritisak, i mogu u oba protona smjera, uz uzimanja u obzir odgovarajuih kalibracijskih vrijednosti (viskoznosti) biti pokrenute.

Slika 3.10. Mjerna turbinaKod upotrebe treba voditi rauna da kalibrirajue vrijednosti koje pripadaju svakoj mjernoj turbini, vae samo za jedan viskozitet, to znai, kod primjene fluida, tj. temperature fluida javljaju se mjerne greke, koje se od korisnika ne mogu procjeniti. Tome dodatno, da kroz neistou fluida tj.kroz visoke mjerne vrhove, uticaj na odnose trenja leajeva turbinskih zupanika, moe pojaviti. Time je u svakom sluaju pogreka mjernih vrijednosti povezana. Mjerne turbine imaju mjernu greku od 2,5% koja se odnosi na trenutnu vrijednost, to znai da procentualna greka ostaje nezavisna od trenutne mjerne vrijednosti, konstantna.

3.2.4. Senzori i mjerni ureaji za analizu fluidaStanje kontaminacije fluida utie na osobine cijelokupnog hidraulinoh sistema i daje informacije o trenutnom stanju habanja sistema, i time naoekivanu dostupnost postrojenja. Upotreba odgovarajue mjerne tehnike u razliitim konfiguracijama omoguava kontinuirani nadzor i dijagnozu stanja hidraulikih sistema, kao i nadzor i rano otkrivanje greke.

3.2.5. Broja esticaKroz poznavanje postojanja podjele estica u hidraulikom tj podmazivnom sistemu( broj i veliina vrstih estica u definiranom fluidnom volumenu) dobijaju se lane informacije za ocjenu stanja sistema, kao: Uinkovitost konfiguracije filtera, Promjena stanja habanja u sistemu, Promjena vezana dejstvom sekundarne neistoe u sistemu.

Primjenjiva je tako u stanju, kroz odgovarajue mjere, utie na stanje sistema i time osigurava optimalnu dostupnost postrojenja. Pitanje tanosti mjerenja nije zavisno od toga, da li online ili pomou uzorka boce, rezultat laboratorije biva mjeren, nego se kroz koriteno za brojanje estica, senzoriku odredi usklaeni mjerni tok. U laboratorijskoj mjernoj tehnici se obino koriste laserski senzori: s time direktno povezana mjerna metoda, pri kojoj estice putem lasersek zrake oslikavaju na fotoeliji, sadre visokomjernu tanost, podlijee u vodi koju sadrava medijum ili mjehuriima, koji se takoe detektuju kao neistoe. Indirektna mjerna metoda, koja na efekat zaepljena sita(princip blokade), kroz neistoe i s time povezani porast razlike pritiska prljavtine, se kroz zrak ili vodu, ne utie. Mjerna tanost je jako zavisna o veliini podjele estica i ne moe se porediti sa direktnim bri+ojanajem estica.U CCS 2, prikazanom na slici 3.11., se upotrebljava automatski broja estica sa unaprijed ukljuenom prialgodbom pritiska. Raunar za procjenu je integrisan u mobinom mjernom ureaju. Manjinska jedinica pritiska omoguava direktni prikljuak mjernog sistema na hidraulika postrojenja do radnih pritisaka do 420 bar. Jedinica doziranja i dovoda ima zadataka, da osigura definirani tok mjerenja na senzoru.

Slika 3.11. Broja estica CCS 2Cilindrino- klipni sistem se puni sa analizirajuim fluidom od 15ml, kod potrebe se izvodi vie koraka ispiranja. Kod samog brojanja estica, se senzor odvaja u odnosu na smetajue udjele sistema. Pulsacije pritiska ili volumetrijske pulsacije u hidraulikom sistemu nemaju uticaj na mjerni rezultat. Mogu se izvoditi jedinina mjerenja, kontinuirana mjerenja, ciklina mjerenja i bottelsampling mjerenja. Na slici 3.12. je prikazan blok dijagram brojaa estica .

Slika 3.12. Blok dijagram brojaa estica.Jeftina rjeenja za stalno nadgledanje hidraulikih i podmaznih sistema nude inline senzori. Oni su pogodni za stalno ostajanje u postrojenju, ali u poreenju sa mobilnim preciznim mjernim ureajima imaju ogranieni radni raspon parametara. Inline brojai estica se efektivnije upotrebljavaju u sporednom strujnom kolu. Inline mjerni sistem kao na slici 3.13. sastoji se od inline senzora za primanje mjernih vrijednosti, kao i ureaja za snimanje i upravljanje, za preradu, mjernih vrijednosti, izlaza upravljakog signala i nadzora granine vrijednosti. Mjerni snima PFS 01 sastoji se iz dva elementa senzora, jednog laserskog senzora za optiku detekciju estica, sa veliinom estice koja je proporcionalna izlaznom naponskom signalu, kao i senzoru volumetrijskog protoka sa izlaznim naponskim signalom od 4- 20mA, koji radi po termikom postupku.

Slika 3.13. Inline-mjerni sistem: prikazni i upravljaki ureaj CCM 01 i Inline senzor PFS 01Broj estica se odvija u sporednom strujanju. Strujanje ulja kroz PFS 01, koje pomou slijednog ventila jednog dijela volumetrijskog protoka preko laserskog senzora brojaa estica i senzora volumetrijskog protoka, provodi. Laserski senzor se prema ISO 11171 kalibrira sa testnom prainom. On se moe direktno upotrijebiti u vodovima za volumetrijske protoke do 50l/min pri pritiscima od 50 bara.

Slika 3.14. Mjerni prikljuakProcjena broja estica i podjela na kase istoe, odvija se prema standardima(ISO 4406). Izbor raznih estica moe se npr. izvriti pomou senzora metanih estica. Na slici 3.15. prikazan je induktivni mjerni princip za senzor metalni estica MPM 01, hvata metalne estice >200m. Kao izlazni signal stvara se jedinini impuls neovisno o veliini detektovane metalne estice. Uvoenje senzora u hidrauliki tok je mogue za volumetrijske protoke do 50l/min. Brojanje i procjena impulsa, kao i nadzor granine vrijednosti se odvija u odgovarajuem pokaznom ureaju, tj. sa drugim odgovarajuim mjernim ureajima.

Slika 3.15. Induktivino mjerenje metalnih estica. a) Senzor bez estica, b) Ulaz estica, c)Izlaz esticaGlavna upotrebna podruja takvih senzora su u ranom otkrivanju tete velikih pogona i kod nadzora istoe komponenti na neistoama gotovljeno kao metano struganje.

Slika 3.16. Senzor metalnih estica, a) MPS 01, b) Mjerni signal

3.2.6. Sadraj vodePored zagaenja vrste materije je kontaminacija sa vodom za hidraulike komponente i fluide jedan od glavnih noseih razloga. Stoga je korisno zagaenje vodom nadgledati inline. Na slici 3.17. je predstavljen odgovarajui inline- vodo kontaminacijski sistem.

Slika 3.17. Inline- Mjerni sistem kontaminacije vode WSTM 01

U WSTM 01 je integriran prikuplja mjerne vrijednosti, koji se sastoji od senzora vlanog elementa i senzora temperature. Senzor vlanosti radi na principu polimerne folije, koja fungira kao kapacitivni senzor. On mjeri relativnu vlanost u fluidu, ali ne apsolutni vodeni nivo(slobodna i emulgirana voda), kako je mogue sa Karl- Fischer titracionom metodom. Senzor vlanosti se sastoji iz vie komponenti kao to se vidi na slici ispod.

Slika 3.18. Senzor vlanosti,a) shematska izgradnja, b) izraeni sensor

3.3. Senzorika kod bageraOtkrivanjem novih tehnologija te razvijanjem senzorike uveliko se olakaje rad na bagerima. Konkretan primjer je dananji mehatroniki sistem upravljanja rukom bagera. Ugradnjom senzora i ostalih komponenti ovjek puno lake kontrolie rad ruke bagera.Upravljanje rukom bagera se vri preko kontrolnih palica odnosno dojstika. Upravljanje moe biti mehaniko, hidrauliko ili mehatroniko. U sva tri sluaja ovjek upravlja rukom bagera, razlika je samo u signalima koji se koriste za upravljanje bagerom.

Slika 3.19. Palice za hidrauliko upravljanje rukom bageraU prvih bagera koji su se pojavili upravljanje je bilo isto mehaniko, palica je bila spojena preko sistema poluga sa klipom razvodnika, te se pomicanjem palice regulirao protok na razvodniku a samim time i klip, odnosno poloaj ruke bagera. Takvi sistemi su imali puno palica za kotrolisanje ruke bagera, i nije postojala mogunost zadravanja kaike bagera u zraku nakon putanja palice.

Slika 3.20. Mehaniki princip upravljanja

Slika 3.21. ema hidraulikog sistema upravljanja bagerom

Na gornjoj slici je predstavljena ema hidraulikog sistema upravljanja bagerom. Sa oznakom "E" koja je numerisana brojem jedan, oznaen je pogonski agregat u najeem sluaju dizel motor. Sa oznakom 2,3,4 su oznaene pumpe koje vre snabdijevanje sistema hidraulikom energijom. Pritisak sa pumpi 2 i 3 vodi se cijevima oznaenim oznakom L1 i prolazi razvodnik 5, razvodnik 6 koji kontrolie cinlindar na katarki bagera,razvodnik 7 koji takoer kontrolie poloar ruke bagera. Dojstici su oznaeni brojevima 20,22 i 25. Sa eme se jasno vidi da cilindri 12 i 13 nee biti u pokretu dok ne doe hidrauliki signal sa kontrolnih palica na razvodnike 6 i 7.

Slika 3.22. Uproena hidraulika ema otvaranja i zatvaranja kaikePorastom funkcionalnosti poljoprivrednih maina, omoguena upotrebom elektronskih sistema upravljanja, zahtjev je i korisnika i trend razvoja, to obino dovodi do poveanja sloenosti sistema i moe da otea upravljanje takvim mainama. Integracija senzora i elektronike u hidraulike komponente omoguuje unapreenje hidraulikih sistema upravljanja na mobilnim mainama, koje sve vie postaju mehatroniki sistemi . Moderni ventili danas ukljuuju digitalnu energetsku i upravljaku elektroniku kao i senzore za pritisak, protok i hod razvodnika. Integracija funkcija daje "inteligenciju" sistemu, to obezbjeuje da se kompleksna procedura obavlja automatski i kontrolisano od samog sistema. U tom sluaju korisnik samo postavlja jednostavne komande pomou interfejsa.

Slika 3.23. Blok ema rada ruke bageraPojava nove generacije haptic (haptikih) ulaznih ureaja otvorila je nove mogunosti u oblasti upravljanja hidraulikim ureajima na poljoprivrednim mainama. Haptic interfejsi su ureaji koji stimuliu osjeaj dodira, kao to su senzorske sposobnosti ruku . Klasini metodi upravljanja hidraulikim ureajima ostvaruju se koritenjem runo upravljanih proporcionalnih ventila. Uobiajeno je da kod mobilnih maina dizel-motor, preko mehanike sprege, pogoni hidrauliku pumpu, koja proizvodi pritisak. Direktna mehanika veza postoji izmeu ruke operatora i razvodnika ventila preko ruice i spojnih poluga. Klip razvodnika mora da se pomjeri iz njegovog neutralnog poloaja da bi dozvolio protok fluidu pod visokim pritiskom do cilindara i izazivao kretanje prikljuka. Svaka ruica moe da upravlja s jednim ili dva stepena slobode prikljuka. Na primjer, operator koji radi sa zadnjim rovokopaem mora da kontrolie vie ruica istovremeno u skladu s ostvarivanjem eljenog kretanja kaike, to je vjetina koja se stie s vremenom. Takoe, povratne informacije o silama koje djeluju na radni organ su ograniene, zbog toga to na ruice djeluju promjene pritiska u cilindrima, promjena brzine motora pod optereenjem i vibracije samog vozila. Znaajno unapreenje upravljanja hidraulikim ureajima na mobilnim mainama moe da se postigne primjenom nove generacije haptikih ureaja. Mehatroniki sistem upravaljanja rukom bagera je zasnovan na pretvorbi mehanikog signala koji proizvodi ovjek u elektrini, te se rad sistema kontrolie elektrinim signalima.

Slika 3.24. Logiki blok dijagram mehatronikog sistema upravljanja rukom bagera

4. Zakljuak

Senzori se danas koriste pri raznim mjerenjima, pri upravljanju raznim mainama pa tako i kod mobilnih maina dananjice. U ovom seminaskom radu su opisani mjerni ureaji i razni senzori koji se koriste u savremenim mobilnim mainama, senzori u motoru automobila, senzori u hidraulikim sistemima te kako je olakano upravljanje rukom bagera upotrebom novih tehnologija i senzorike.

5. Literatura

1. http://auto-elektrika.bloger.hr/post/ senzori-na-motoru-ili-engine-managment-sensors /2653922.aspx (24.07.2012)2. http://bs.wikipedia.org/wiki/Senzor (24.07.2012)3. Sensors for Automotive Applications. (Sensors Applications Volume 4), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 20034. Karadi B Upravljanje hidraulikim sistemima pomou haptikog interfejsa, 2006.5. http://www.infoelektronika.net/ (01.08.2012) 6. http://autoelektrika.forumotion.com/t131-senzori (01.08.2012)7. http://www.renaultforumserbia.com/index.php?topic=7521.0 (01.08.2012)8. prof.dr. Nermina Zaimovi-Uzunovi Mjerna tehnika , Zenica, 2006

23