Motoare Si Autovehicule

1 Cuprins Prefa ...................................................................................................................... 4 1. Sisteme de monitorizare i control. Generaliti............................................ 5

1.1. Sisteme de monitorizare i control specifice autovehiculelor ................... 5 1.2. Senzori....................................................................................................... 9

1.2.1 Senzori rezistivi .............................................................................. 10 1.2.2 Senzori capacitivi ........................................................................... 11 1.2.3 Senzori inductivi............................................................................. 12 1.2.4 Senzorii generatori de tensiune....................................................... 13

1.2.4.1 Termocuple ................................................................................ 13 1.2.4.2 Tahogenerator............................................................................. 13 1.2.4.3 Senzori care au la baz efectul Hall ........................................... 15 1.2.4.4 Sonda lambda ............................................................................. 15

1.2.5 Senzori generatori de sarcin electric ........................................... 17 1.2.5.1 Senzori piezoelectrici ................................................................. 17

1.3. Adaptoare de semnal ............................................................................... 17 1.3.1 Puni Wheastone............................................................................. 17 1.3.2 Amplificatoare de tensiune............................................................. 19 1.3.3 Amplificatorul de sarcin ............................................................... 20 1.3.4 Integratorul ..................................................................................... 21

2. Msurarea temperaturii................................................................................ 22 2.1. Generaliti .............................................................................................. 22 2.2. Termocuple.............................................................................................. 23 2.3. Termorezistene....................................................................................... 26 2.4. Termistori ................................................................................................ 26 2.5. Circuit integrat......................................................................................... 26 2.6. Termometrie n infrarou ........................................................................ 27 2.7. Senzori utilizai pe autovehicul ............................................................... 27

3. Msurarea poziiei ....................................................................................... 29 3.1. Generaliti .............................................................................................. 29 3.2. Senzori de poziie utilizai pe autovehicul .............................................. 32

4. Msurarea presiunii ..................................................................................... 34 4.1. Generaliti .............................................................................................. 34 4.2. Senzori de presiune utilizai pe autovehicul............................................ 36

5. Msurarea debitelor ..................................................................................... 37 5.1. Debitmetru cu difaragm......................................................................... 37 5.2. Debitmetru cu fir cald ............................................................................. 37 5.3. Senzori de debit utilizai pe autovehicul ................................................. 39

6. Msurarea forelor i a momentelor............................................................. 39 6.1. Senzori rezistivi cu timbre tensometrice ................................................. 40 6.2. Msurarea forei cu senzori capacitivi..................................................... 42 6.3. Msurarea momentului cu senzori optici ................................................ 42

7. Prezentarea standului monocilindrului M511.............................................. 43

2 7.1. Generaliti .............................................................................................. 43 7.2. Sistemul de achiziii de date.................................................................... 47 7.3. Etapele realizrii instrumentului virtual de achiziie a datelor................ 50 7.4. Sistemul AVL DiCom 4000de monitorizare turaie i noxe ................... 58

7.4.1 Controlul msurrii......................................................................... 64 7.5. Achiziia presiunii din cilindru i a presiunii de injecie......................... 67

7.5.1 Determinarea momentului de nceput al arderii ............................. 69 7.5.1.1 Elemente teoretice ...................................................................... 69 7.5.1.2 Mersul lucrrii ............................................................................ 74

7.5.2 Determinarea momentului de nceput al injeciei ........................... 75 7.5.2.1 Elemente teoretice ...................................................................... 75 7.5.2.2 Mersul lucrrii ............................................................................ 77

7.5.3 Determinarea duratei injeciei ........................................................ 78 7.5.3.1 Elemente teoretice Conform lucrrii anterioare ...................... 78 7.5.3.2 Mersul lucrrii ............................................................................ 78

7.5.4 Determinarea duratei perioadei de ntrziere la autoaprindere....... 78 7.5.4.1 Elemente teoretice Conform lucrrilor anterioare................... 78 7.5.4.2 Mersul lucrrii ............................................................................ 78

8. Stand experimental echipat cu motor pe benzin n 2 timpi........................ 79 8.1. Descrierea standului ................................................................................ 79

8.1.1 Prezentarea motorului BAUTEIL 2S9............................................ 82 8.1.2 Prezentarea generatorului monofazat tip GTE 4/220 TS deparazitat.

84 8.1.3 Tabloul de comand........................................................................ 86 8.1.4 Ridicarea diagramei indicate i caracterizarea acesteia.................. 87

8.1.4.1 Elemente teoretice Conform capitolului 7............................... 87 8.1.4.2 Mersul lucrrii ............................................................................ 87

8.1.5 Determinarea duratei perioadei de ntrziere la autoaprindere....... 87 8.1.5.1 Elemente teoretice Conform capitolului 7............................... 87 8.1.5.2 Mersul lucrrii ............................................................................ 87

8.2. Utilizarea unor criterii empirice la controlul momentului optim de inceput al arderii la motoarele cu aprindere prin scnteie ..................................................... 88

8.2.1 Criterii empirice utilizate la controlul momentului optim de inceput al arderii 89

8.2.1.1 Criteriul poziionrii maximului presiunii.................................. 89 8.2.1.2 Criteriul fraciunii de carburant.................................................. 90 8.2.1.3 Criteriul raportului de presiune .................................................. 91 8.2.1.4 Concluzii .................................................................................... 93

8.2.2 Verificarea ndeplinirii criteriului maximului presiunii.................. 93 8.2.3 Verificarea ndeplinirii criteriului raportului presiunilor................ 93

8.3. Stand pentru comanda i calibrarea injectoarelor de benzin ................. 94 8.3.1 Determinarea corelaiei dintre masa injectat i timpul de injecie 97 8.3.2 Realizarea unui pogram pentru comanda injectorului motorului n

doi timpi 97

3 8.4. Comanda bobinei de inducie. Influena avansului la producerea scnteii.

Caracteristica de avans.............................................................................................. 97 8.4.1 Ridicarea caracteristicii de avans.................................................... 98 8.4.2 Elaborarea unui algoritm de reglaj folosind caracteristica de avans

99 8.4.3 Elaborarea unui algoritm de reglaj folosind criterii empirice de

reglaj 99 9. Bibliografie.................................................................................................. 99

4 Prefa

Prefa

n lucrarea de fa se prezint succint elemente de baz necesare nelegerii modului de funcionare a sistemelor electrice ce echipeaz n prezent motoarele cu ardere intern i autovehiculele. Astfel, n primele capitole sunt prezentate aspecte cu caracter general referitoare la modul de interconectare a diferitelor sisteme de control ce echipeaz autovehiculele, principiile de funcionare a acestor sisteme de control, a lanurilor de msur i comand.

n partea a doua a lucrrii sunt prezentate aspecte teoretice legate de fenomenele specifice ce au loc n motoarele cu ardere intern astfel c studenii pot aprofunda cunotinele dobndite pe durata cursurilor de specialitate i n acelai timp pot dobndi deprinderi noi referitoare la tehnica msurtorilor, a prelucrrii i interpretrii rezultatelor. n acest scop, n carte sunt prezentate n detaliu dou standuri: primul echipat cu un monocilindru diesel n 4 timp, iar cel de-al doilea cu un motor cu un singur cilindru, cu aprindere prin scnteie n doi timpi.

Lucrarea de fa se dorete a fi un suport pentru studeni, venind n ajutorul acestora n vederea fixrii informaiilor vehiculate pe durata cursurilor de specialitate precum i pe durata seminariilor i a orelor de laborator ce se desfoar n cadrul Facultii de Mecanic fiind adaptat aparaturii i instalaiilor din cadrul catedrei de Termotehnic, Maini Termice i Autovehicule Rutiere.

Lucrarea a fost elaborat de cei doi autori dup cum urmeaz: dr.ing. Virgil Stoica: cap. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8.3, 8.4 .l. dr. ing .mat. Sorin Holotescu cap. 7, 8.1, 8.2

1.1 Sisteme de monitorizare i control specifice autovehiculelor 5

1. Sisteme de monitorizare i control. Generaliti

1.1. Sisteme de monitorizare i control specifice autovehiculelor

Monitorizarea i controlul tuturor dispozitivelor existente n prezent pe autovehicule se face cu ajutorul unor uniti de control cum ar fi: unitatea de control a motorului (ECU Engine Control Unit), unitatea de control a transmisiei (TCU Transmission Control Unit), unitatea de control a sistemului de frnare (ABS Anti Blocking System), a sistemului de stabilitate (ESP - Electronic Stability Program) unitatea de control a instrumentelor de bord, a sistemelor din habitaclu (lumini, semnalizare, aer condiionat, poziie oglinzi, controlul geamurilor, nclzitoare, etc.) a sistemelor de securitate antifurt etc. Toate aceste uniti de control sunt interconectate ntre ele (Figura 1.1.1) prin intermediul protocolului de comunicare CAN (Controller Area Network), putndu-se face astfel schimb de informaii. De exemplu, atunci cnd conductorul auto frneaz, sistemul ABS intr n funcie trimind informaia necesar, prin intermediul reelei, ctre unitatea de control a motorului comandnd decelerarea chiar dac oferul continu s apese pedala de acceleraie. De asemenea, n cazul unui accident motorul va fi oprit automat prin ntreruperea alimentrii cu combustibil pe baza informaiei primite de la sistemele de siguran, respectiv crash detector.

ECU TCU ESP ABS

CAN

Figura 1.1.1, Reprezentare schematic a unei reele CAN de pe autovehicul

Aceste uniti de monitorizare i control au la baz n general un microcontroler. Un microcontroler este un circuit integrat care conine: o unitate de calcul (procesorul), memorie non-volatil (ROM) pentru stocarea programului care urmeaz a fi rulat i pentru nregistrarea diferiilor parametri necesari funcionrii, memorie volatil RAM necesar pentru stocarea informaiilor de intrare ieire pe durata funcionrii, un ceas, un controler pentru liniile de intrare ieire precum i o serie de echipamente periferice cum ar fi convertorul analogic numeric, cronometre, generatoare de semnal PWM,

6 Sisteme de monitorizare i control. Generaliti 1 convertoare numeric analogice, ieiri i intrri digitale, periferice care asigur comunicaia serial tip CAN, RS232 etc. Toate aceste uniti de control dispun de o serie de linii de intrare digitale i/sau analogice care permit monitorizarea sistemului conform schemei din Figura 1.1.2 (motor, transmisie, sistem de frnare etc.), o unitate de calcul care permite pe baza informaiilor primite s determine starea n care se afl sistemul i starea n care se dorete s se ajung i o serie de linii de ieire pentru comanda diferitelor elemente de acionare ce asigur trecerea sistemului de la o stare la alta, cum ar fi de exemplu injectoarele de pe motor.

INTRARE IESIRE

RAM

ROM

Unitatecontrol

I/O

CPUProcesor

CLOCK

A/Dconvertor

Generator

PWM

Figura 1.1.2, Schem de principiu a unui microcontroler

Ca semnale de intrare i/sau ieire putem distinge dou mari categorii i anume: semnale analogice; semnale digitale. Semnalele analogice sunt acele semnale continue att n timp ct i n amplitudine,

ce pot avea o infinitate de stri. Spre deosebire de acestea, semnalele digitale au unu numr finit de stri, putnd lua doar valori discrete. Orice semnal analogic care urmeaz a fi analizat sau prelucrat cu ajutorul unui calculator sau microcontroler trebuie convertit ntr-un semnal digital lucru care se face cu ajutorul convertoarelor analogic numeric. Aceste convertoare pot fi clasificate n funcie de numrul de bii dup care se face conversia n convertoare pe 8, 10, 12, 14, 16 bii sau alt numr de bii. n figura 1.1.3 este exemplificat corelaia dintre un semnal analogic i un semnal digital. Conversia unui semnal analogic ntr-un semnal digital poate fi fcut cu o formul de forma:

( )nADCmax

2 1 0 5V

inA

ADC

= +

INT . 1.1.1

unde Ain este tensiunea de intrare n convertorul analogic numeric, n este numrul de bii pe care se face conversia, VADCmax este tensiunea maxim de intrare n convertor, iar INT este funcia ntreg.


0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 0.05 0.1 0.15 0.2

timp [s]

ten

siu

ne

[V

]

0

2

4

6

8

10

12

14

valo

are

dig

ita

la [

-]

semnal analogic

semnal digital (4 biti)

1.16666V

1.49999V

Figura 1.1.3, Corelaia dintre un semnal analogic i unul digital corespunztor unei conversii cu

un convertor analogic numeric pe 4 bii cu tensiune de intrare de 0-5 V

n urma conversiei analogic-numeric, unui interval de tensiune corespunztor semnalului analogic i se atribuie o singur valoare digital. De exemplu, n Figura 1.1.3 putem observa c valorii digitale 4 i corespund toate valorile de tensiune din intervalul 1.1666 1.49999 V. Conversia acestui semnal analogic n semnal digital de tensiune se poate face prin calcul :

( ) ADCmaxnV

2 1ADC

ADCV =

1.1.2

obinnd n final semnalul prezentat n Figura 1.1.4. Tot n aceast figur se observ c, cu ct numrul de bii pe care se face conversia este mai mare cu att semnalul digital se apropie mai bine de semnalul analogic.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 0.05 0.1 0.15 0.2

timp [s]

ten

siu

ne [

V]

semnal analogic



Figura 1.1.4, Conversia semnalului analogic de tensiune n semnal digital. Comparaie ntre un

semnal digital pe 4 i 5 bii

8 Sisteme de monitorizare i control. Generaliti 1 Un alt parametru important al convertorului analogic-numeric l reprezint

domeniul tensiunilor de intrare (de exemplu 0-5 V sau 0-10 V). Acest lucru este important de tiut deoarece unele semnale au domeniul de variaie foarte mic neacoperind ntreaga plaj de valori digitale caz n care este necesar utilizarea unui amplificator sau foarte mare, caz n care semnalul digital se va satura.

Semnalele digitale pot lua dou valori de tensiune de exemplu 0V i 5V plus minus un anumit interval de tensiune. n programele de calcul acest tip de semnal va avea asociat o variabil de tip boolean adic 0 sau 1.

SenzorDispozitiv

conditionaresemnal

Convertoranalogicnumeric

(A/D)

ProcesorProces

Afisaj(optional)

Figura 1.1.5, Schema de principiu a unui lan de msur

Monitorizarea unui anumit sistem, specific autovehiculelor i motoarelor cu ardere intern, presupune existena unui ntreg lan de msur format n principal din urmtoarele componente (Figura 1.1.5): 1. Senzor sau traductor dispozitiv ce asigur transformarea mrimii fizice

monitorizate ntr-un semnal de ieire care poate fi manipulat ntr-un circuit electric i/sau mecanic;

2. Dispozitiv de condiionare a semnalului aceste dispozitive asigur transformarea sau adaptarea semnalului de ieire din senzor ntr-un semnal de tensiune adecvat ca semnal de intrare ntr-un convertor analogic numeric;

3. Convertorul analogic numeric; 4. Sistemul de prelucrare i afiare a datelor (calculator sau microcontroler). De cele mai multe ori sistemul de condiionare a semnalului este integrat fie n aceeai carcas cu senzorul, fie n interiorul unitii de control. n cazul sistemelor de msurare staionare din cadrul laboratoarelor vom identifica acest dispozitiv ca un modul de sine stttor montat ntre senzor i unitatea de control. Aceast situaie poate fi ntlnit i n cazul autovehiculelor ns foarte rar.


ActuatorDispozitiv

conditionaresemnal

Procesor Proces

Figura 1.1.6, Schema de principiu a unui lan de comand

n mod similar controlul diferitelor actuatoare (electromagnei, motoare electrice) nu se face direct de ctre microcontroler ci prin intermediul unui releu electronic sau amplificator ce separ circuitul de putere n care se afl actuatorul de circuitul de comand n care se afl microcontrolerul.

1.2. Senzori

Aa cum am menionat anterior senzorii sunt dispozitive ce asigur conversia unei mrimi fizice (for, presiune, temperatur, deplasare, vitez etc.) ntr-un semnal care poate fi ulterior manipulat ntr-un circuit electric ce va fi afiat pe un ecran sau folosit pentru prelucrri numerice.

n general senzorii pot fi mpri n funcie de semnalul de ieire n 6 mari categorii. a. rezistivi senzori a cror rezisten se modific proporional sau invers proporional cu parametrul fizic monitorizat (poteniometre pentru determinarea poziiei, timbre tensometrice pentru determinarea forelor i a momentelor, rezistene electrice pentru determinarea temperaturii); b. capacitivi senzori a cror capacitate electric se modific o dat cu modificarea mrimii fizice monitorizate (senzori capacitivi montai n scaunele autovehiculelor pentru determinarea greutii pasagerilor); c. inductivi senzori n cazul crora se modific inductana electric; d. optici sunt acei senzori care transform o mrime fizic (temperatur, presiune, for) ntr-un parametru optic cum ar fi culoare, intensitate luminoas, modificarea indicelui de refracie etc. e. generatori de tensiune senzori la bornele crora se msoar o tensiune electric proporional cu mrimea fizic urmrit (tahogeneratoare pentru determinarea turaiei, termocuple folosite pentru determinarea temperaturii, celule fotovoltaice pentru determinarea intensitii luminoase); f. generatori de sarcin electric senzori la armturile crora se genereaz sarcin electric proporional cu mrimea fizic monitorizat (traductoare piezoelectrice la armrile crora se genereaz sarcin electric proporional cu fora de apsare sau cu deformaia cristalului piezoelectric).

10 Sisteme de monitorizare i control. Generaliti 1 1.2.1 Senzori rezistivi

Senzorii rezistivi se bazeaz pe modificarea rezistenei electrice. Este tiut faptul c rezistena electric a unui conductor depinde de rezistivitatea electric a materialului din care aceasta este realizat, de lungimea conductorului precum i de seciunea transversal a acestuia. Formula rezistenei electrice este de forma:

00 0

0

lR

S= 1.2.1

unde R este rezistena electric a unui conductor de lungime l, avnd o seciune transversal S, realizat dintr-un material cu rezistivitatea electric .

Acest tip de senzori pot fi folosii pentru determinarea temperaturii deoarece rezistivitatea electric a acestora este proporional cu temperatura deci o dat cu modificarea temperaturii senzorului se modific rezistivitatea electric i implicit se va modifica rezistena electric.

Deoarece rezistena electric mai depinde i de caracteristicile geometrice ale firului din care este realizat senzorul, putem s-l folosim i pentru determinarea deformaiilor, dar doar atunci cnd deformaia senzorului este n domeniul elastic. Datorit deformaiei firului rezistiv vom avea att o modificare a lungimii ct i a seciunii transversale (de exemplu dac lungimea firului crete seciunea transversal va descrete). Prin difereniere i mprire la valoare iniial putem observa modul n care se modific rezistena electric n funcie de rezistivitatea electric i caracteristicile geometrice.

0 0 0 0

R l S

R l S

= + 1.2.2

Legtura dintre cei doi parametri ce se modific simultan, lungimea i seciunea transversal a firului, este dat de coeficientului lui Poisson , deci putem scrie:

( )0 0 0

1 2R l

R l

= + + 1.2.3

Deci rezistena electric se modific direct proporional cu modificarea lungimii senzorului.

O alt modalitate de a folosi senzorii rezistivi are la baz faptul c rezistena electric se modific cu lungimea senzorului. Astfel putem determina poziia (liniar sau radial) dac msurm rezistena electric corespunztoare diferitelor poziii ale unui cursor pe firul rezistiv acesta fiind cazul poteniometrelor Figura 1.2.1.

1.2 Senzori 11

R

R1 R2

Figura 1.2.1, Exemplificarea modului de funcionare a unui poteniometru liniar (R=R1+R2)

Tot n aceast categorie putem introduce i senzorii piezorezistivi. Acest tip de senzori au la baz efectul piezorezistiv care const n modificarea rezistenei unui material piezorezistiv atunci cnd acesta este supus unei presiunii sau fore. i acest tip de senzor este sensibil la modificrile de temperatur astfel c acestea vor trebui sa fie compensate.

1.2.2 Senzori capacitivi Senzorii capacitivi au la baz modificarea capacitii electrice (1.2.4) a unui

condensator n funcie de anumii parametri ce o definesc.

0 r

AC

h = 1.2.4

unde C - capacitatea electric, 0 - constanta dielectric a aerului, r - constanta dielectric relativ a izolatorului, A - aria suprafeei comune celor doi electrozi, iar h - distana dintre cei doi electrozi. Reprezentarea schematic a unui condensator este redat n Figura 1.2.2.

A

0 r

A 0 r

Figura 1.2.2, Reprezentarea schematic a unui senzor capacitiv

O analiz a parametrilor ce definesc capacitatea electric ne permite s identificm parametrii fizici care pot fi monitorizai cu un astfel de senzor. Att distana dintre electrozi ct i suprafaa comun fiind parametri geometrici ce pot fi modificai prin deplasarea relativ a electrozilor condensatorului aceti senzori permit monitorizarea

12 Sisteme de monitorizare i control. Generaliti 1 deplasrilor. n ce privete constanta dielectric a izolatorului aceasta poate s depind de temperatur.

1.2.3 Senzori inductivi

Similar cu senzorii capacitivi i cei inductivi pot fi folosii pentru monitorizarea deplasrilor, diferena const n domeniul deplasrilor care pot fi monitorizate. Senzorii inductivi permit monitorizarea deplasrilor de ordinul milimetrilor i sutelor de milimetri. Inductana electric a unei bobine prezentat schematic in Figura 1.2.3 este dat de formula:

2

m

NL

R= 1.2.5

unde N este numrul de spire iar Rm este reluctana magnetic i poate fi calculat cu formula:

9

1

4 10f

m

f f a

lR

A A

= +

1.2.6

unde lf - lungimea circuitul n fier, Af - seciunea transversal a circuitului n fier, f -

permeabilitatea relativ a miezului de fier, - grosimea ntrefierului, iar Aa este seciunea transversal a ntrefierului.

De cele mai multe ori, acest tip de senzor este folosit pentru determinarea poziiei deoarece inductana magnetic depinde de grosimea ntrefierului. Astfel, modificnd poziia armturii mobile a bobinei vom obine o variaie a inductanei acesteia. Senzorii inductivi sunt folosii cu precdere n cazul laboratoarelor sau instalaiilor staionare i mai puin pe autovehicule.

Aa

Af

lf

Figura 1.2.3 Reprezentarea schematic a unui senzor inductiv

1.2 Senzori 13 1.2.4 Senzorii generatori de tensiune

1.2.4.1 Termocuple Termocuplele sunt cele mai utilizate traductoare pentru msurarea temperaturii.

Acest lucru se datoreaz simplitii lor, att din punct de vedere al realizrii ct i din punct de vedere al utilizrii, implicnd n acelai timp un pre de cost foarte redus.

O termocupl const de fapt, din dou fire din materiale conductoare diferite i are la baz efectul Seebek. n cazul n care, ntre jonciunile (sudurile) dintre cele dou conductoare apare o diferena de temperatur, n circuit va fi indus o tensiune termoelectric care poate fi detectat prin inserarea n circuit a unui voltmetru (Figura 1.2.4).

Figura 1.2.4, Descrierea unei termocuple

ntre tensiunea nregistrat de voltmetru E i diferena de temperatur (T1-T2) dintre cele dou jonciuni exist o anumit corelaie:

)TT(fE 21 = 1.2.7

Tensiunea msurat va fi cu att mai mare cu ct diferena de temperatur va fi mai mare.

1.2.4.2 Tahogenerator Generatoarele de curent, fie el alternativ sau continuu, pot fi folosite pentru

determinarea turaiei. n cazul generatoarelor de curent alternativ att amplitudinea tensiunii ct i frecvena acesteia sunt proporionale cu turaia generatorului iar n cazul generatoarelor de curent continuu doar tensiunea de ieire este direct proporional cu turaia.

14 Sisteme de monitorizare i control. Generaliti 1

Uiesire

SN

n

Generator de curent continuu

Uiesire

SN

n

Generator de curent alternativ

Figura 1.2.5, Reprezentarea schematic a tahogeneratoarelor de curent continuu respectiv alternativ mpreun cu semnalele generate de acestea

n mod similar, dac micm un magnet permanent n interiorul unui bobine vom obine acelai efect, respectiv o tensiune generat la bornele bobinei direct proporionale cu viteza de deplasare a magnetului.

N

S

uiesire

x

Figura 1.2.6, Reprezentare schematic a senzorilor inductivi generatori de tensiune

1.2 Senzori 15

iesireu K v= 1.2.8

unde v - viteza de deplasare a magnetului permanent iar K - o caracteristic a senzorului care ine cont de numrul de spire al bobine, diametrul firelor, diametrul bobine precum i de caracteristicile magnetice al armturii mobile.

Acest tip de senzor este folosit cu precdere pe instalaii experimentale staionare pentru determinarea ridicrii supapelor de admisie i evacuare de pe motor sau pentru determinarea legii de micare a acului injectorului n timpul funcionrii acestuia.

1.2.4.3 Senzori care au la baz efectul Hall Efectul Hall conform Figura 1.2.7 const n generarea unei tensiuni electrice ntre

armturile A i B atunci cnd proba de form paralelipipedic este strbtut de un curent i dup direcia C- D iar perpendicular pe prob acioneaz un cmp magnetic H. La baza acestui efect stau forele Lorenz care acioneaz asupra sarcinilor electrice ce se deplaseaz cu o vitez v dup o direcie perpendicular pe liniile de cmp magnetic H. Acest tip de senzori sunt folosii cu precdere la determinarea turaiilor i a vitezelor, iar n electrotehnic acest senzor este folosit pentru determinarea sensului curentului ntr-un circuit electric.

Ualimentare

Uiesire

H

D

C

BA

I

Figura 1.2.7, Reprezentarea schematic a unui senzor de tip Hall

1.2.4.4 Sonda lambda i acest tip de senzori fac parte din categoria senzorilor generatori de tensiune. Ei

sunt realizai dintr-un corp ceramic, respectiv din oxid de zirconiu, (material impermeabil pentru gaze dar care devine conductiv pentru ionii de oxigen atunci cnd este nclzit la aproximativ 300 de grade Celsius), pe suprafaa cruia sunt depuse dou straturi de platin (Figura 1.2.9).

Prin construcia senzorului electrodul de platin exterior va fi splat de gazele de evacuare pe cnd electrodul interior va fi n contact cu aerul ambiant. Tensiunea generat ntre cei doi electrozi este dependent de diferena ntre concentraiile de

16 Sisteme de monitorizare i control. Generaliti 1 oxigen din zona celor doi electrozi. Caracteristica unui astfel de senzor este prezentat n Figura 1.2.8. Deoarece aceti senzori funcioneaz la temperaturi ridicate ei sunt prevzui cu rezisten de nclzire pentru a funciona optim nc de la pornirea motorului atunci cnd sistemul de evacuare nc nu a atins temperatura de funcionare normal.

[-]

U [V]

10.9 1.1

Figura 1.2.8, Variaia tensiunii la bornele sondei lambda n funcie de coeficientul excesului de aer

Incalzitor

Gazeevacuare

Ualimentare

Uiesire

Stratde

platina

Aer

Figura 1.2.9, Reprezentare schematic a unei sonde lambda

1.2 Senzori 17 1.2.5 Senzori generatori de sarcin electric

1.2.5.1 Senzori piezoelectrici Senzorii piezoelectrici au la baz proprietatea unor materiale ceramice de a genera

sarcini electrice atunci cnd sunt deformate, sau reciproc de a-i modifica dimensiunea atunci cnd sunt supui unei diferene de potenial electric. Cantitatea de sarcin generat pe armturi este proporional cu deformaia pastilei ceramice.

Acest tip de senzor este folosit pentru determinarea parametrilor mecanici n regim dinamic, pentru c este foarte dificil de a menine sarcina electric pe electrozii senzorului. Datorit conductivitii materialelor din jurul armturilor cristalului piezo i datorit faptului c amplificatoarele de sarcin folosite nu au o impedan infinit, sarcina electric se va pierde astfel c n cazul unei presiunii statice, datorit pierderilor de sarcin, determinarea presiunii este practic imposibil.

1.3. Adaptoare de semnal

1.3.1 Puni Wheastone

Punile wheastone sunt folosite cu precdere pentru determinarea variaiei rezistenelor electrice sau a impedanelor senzorilor. Reprezentarea schematic a unei astfel de puni este redat n Figura 1.3.1.

uiesire

Rsenzor R2

R3R4

ualimentare

i2i1

Figura 1.3.1, Reprezentare schematic a unei puni Wheastone (cu un singur bra activ)

Modul de calcul a tensiunii de ieire n raport cu tensiunea de intrare, respectiv cu valoarea rezistenei senzorului, este prezentat n continuare i are la baz legile lui Ohm i Kirkoff:

( )alimentare 1 4senzoru i R R= + 1.3.1


( )alimentare 2 2 3u i R R= + 1.3.2

iesire 1 2 2senzoru i R i R= 1.3.3

2iesire alimentare

4 2 3

senzor

senzor

R Ru u

R R R R

=

+ + 1.3.4

Reglarea punii se poate face prin intermediul rezistenelor R2, R3 i R4 astfel ca tensiunea de ieire la momentul iniial, cnd senzorul primete un semnal de referin, s fie zero. n acest caz trebuie s avem egalitile R2=Rsenzor0 i R3=R4. Cnd are loc o modificare a parametrului msurat, rezistena senzorului se va modifica cu o valoare proporional, astfel c putem scrie:

0 2iesire alimentare

4 2 3

senzor

senzor

R R Ru u

R R R R R

+ =

+ + + 1.3.5

Iar dup cteva simplificri vom obine o relaie de forma:

( ) ( )3

iesire alimentare4 2 3senzor

R Ru u

R R R R R

=

+ + + 1.3.6

Tensiunea de ieire nu este direct proporional cu variaia rezistenei senzorului, modul de variaie al tensiunii de ieire n funcie de variaia rezistenei senzorului fiind prezentat n Figura 1.3.2:

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 10 20 30 40 50 60

DDDDR [WWWW]

uie

sir

e [

V]

Figura 1.3.2, Legea de variaie a tensiunii de ieire n funcie de variaia rezistenei senzorului

pentru o tensiune de alimentare de 12 V avnd urmtoarele valori pentru rezistenele din punte R0=50, R2=50, R3=100, R4=100

1.3 Adaptoare de semnal 19 Compensarea diferitelor efecte nedorite cum ar fi de exemplu variaia rezistenei

senzorului cu variaia temperaturii (atunci cnd senzorul este folosit pentru determinarea tensiunilor sau forelor) se face folosind senzori suplimentari care vor fi legai n braele punii n aa fel nct efectele nedorite sa fie eliminate.

Acest tip de puni pot fi folosite i pentru determinarea impedanelor (inductana sau capacitana) caz n care, n braele puni vom avea conectate circuite RLC de impedan Z. Pentru funcionare, alimentarea punii se va face n curent alternativ iar tensiunea alternativ de ieire va fi modulat n amplitudine, valoarea acesteia indicnd variaia impedanei senzorului.

1.3.2 Amplificatoare de tensiune Amplificatoarele de tensiune sunt folosite mai mult pentru adaptarea semnalelor

de ieire din senzori cu cel de intrare n sistemele de msur echipate cu convertor analogic numeric. De exemplu, n cazul folosirii termocuplelor, tensiunea generat de acestea ar fi imposibil de detectat cu ajutorul convertoarelor analogic numerice. n acest caz este necesar interpunerea unui astfel de amplificator ntre termocupl i convertorul analogic numeric.

uiesireAO

+

-R1

i

i

R2

uintrare

Figura 1.3.3, Schema de principiu a unui amplificator de semnal

Datorit impedanei mari de intrare i a caracteristicilor amplificatoarelor operaionale putem scrie:

intrare 1u R i= 1.3.7

2iesireu R i= 1.3.8

Corelaia dintre tensiunea de intrare i cea de ieire fiind:


2intrare

1iesire

Ru u

R= 1.3.9

Tensiunea de ieire este direct proporional cu tensiunea de intrare, dar de semn contrar, factorul de proporionalitate fiind dat de raportul celor dou rezistene din cadrul amplificatorului acesta fiind numit de fapt, factor de amplificare.

1.3.3 Amplificatorul de sarcin Amplificatorul de sarcin este folosit pentru determinarea sarcinii electrice de pe

armturile condensatoarelor i n mod special pentru cea de pe armturile senzorilor piezoelectrici. n acelai timp, acest tip de amplificator poate fi considerat i convertor deoarece face conversia semnalului de intrare care este sarcina electric ntr-un semnal de ieire sub form de tensiune. Aceast conversie este necesar pentru a putea folosi ulterior un convertor analogic numeric sau un voltmetru pentru cuantificarea sarcini electrice i implicit a presiunii sau deformaiei pastilei piezoelectrice folosit pe post de senzor. De cele mai multe ori acest tip de amplificator la fel ca i amplificatoarele de tensiune au la baz un amplificator operaional cu o impedan de intrare foarte mare. Aceast impedan de intrare mare este imperios necesar pentru a evita scurgerile de sarcin electric i implicit denaturarea semnalului msurat (amplificatoarele operaionale de uz general ca de exemplu AO741 nu sunt suficient de performante pentru acest tip de convertor de sarcin).

O reprezentare schematic a acestui tip de amplificator este redat n Figura 1.3.4. n acelai timp pentru o mai bun exemplificare a semnalelor avem conectate la

amplificator i un senzor piezoelectric.

uiesireAO

+

-

i

i

Q

C

Figura 1.3.4, Reprezentare schematic a amplificatorului de sarcin

Pentru determinarea curentului din ramurile amplificatorului operaional se folosete formula:

1.3 Adaptoare de semnal 21 dQ

idt

= unde Q este sarcina electric de pe armturile senzorului, iar i este curentul

generat de variaia sarcinii electrice ce este transferat pe armturile condensatorului C astfel c tensiunea la ieire amplificatorului va fi de forma:

1iesire

u i dtC

= 1.3.10

Prin nlocuirea curentului, relaia de mai sus devine:

1iesire

u dQC

= 1.3.11

Iar n final vom obine:

iesire

Qu

C= 1.3.12

Ca urmare, tensiunea la ieirea amplificatorului de sarcin este direct proporional cu sarcina de pe armturile senzorului i de semn contrar. Ca factor de amplificare, avem capacitatea electric C a condensatorului legat n paralel cu amplificatorul operaional.

1.3.4 Integratorul Integratorul funcioneaz n mod similar cu amplificatorul de sarcin diferena

constnd n tipul semnalului de intrare. n acest caz, semnalul de intrare este sub form de tensiune electric. Acest tip de dispozitiv electronic este folosit n special n combinaie cu senzorii inductivi (generatori de tensiune), pentru a determina, pe baza tensiunii generate de senzor, poziia armturii mobile a acestuia. Astfel se poate determina cu acest tip de senzor nu doar viteza de deplasare a armturii dar i poziia acesteia.

Tensiunea generat de acest tip de senzor este direct proporional cu viteza de deplasare a armturii mobile (magnet permanent), iar prin integrare vom obine poziia tiut fiind c:

dxv

dt= 1.3.13


uiesireAO

+

-R

i

i

C

uintrare

Figura 1.3.5, Reprezentare schematic a integratorului

n figura 1.3.5. este redat schema electronic a acestui tip de amplificator.

intrareu i R= 1.3.14

1iesire

u i dtC

= 1.3.15

intrareintrare

1 1iesire

uu dt u dt

C R C R= =

1.3.16

Tensiunea de ieire este proporional cu integrala tensiunii de intrare de unde i numele de integrator pentru acest dispozitiv electronic.

2. Msurarea temperaturii

2.1. Generaliti

Monitorizarea temperaturii se poate face n mai multe feluri n funcie de fenomenul care se dorete a fi caracterizat. Astfel putem face o clasificare a metodelor de msurare a temperaturi conform cu Figura 2.1.1.

2.1 Generaliti 23

Metode de msurare a temperaturii

Invazive Ne-invazive

Punctiform Bidimensional Punctiform Bidimensional

Termocuple

Termistori

Termorezistene

Cristale lichidetermosensibile

FluorescenIndus laser

Termometrie infrarou

Interferometrie





Termocuple

Termistori

Termorezistene




Interferometrie





Termocuple

Termistori

Termorezistene




Interferometrie


Figura 2.1.1, Clasificarea metodelor de msurare a temperaturii

Se pot distinge att metode invazive n care se stabilete un contact intim ntre senzor i substana a crei temperatur dorim s o determinm, precum i metode neinvazive unde contactul nu este necesar. De asemenea se pot distinge metode de msurare punctiform atunci cnd temperatura este msurat ntr-o anumit locaie sau metode bidimensionale cnd se determin de fapt distribuia temperaturii pe o anumit suprafa (n general perete, sau temperatura medie din interiorul unei celule de testare dup direcia fascicolului laser n cazul msurtorilor interferometrice).

Exist posibilitatea determinrii distribuiei temperaturii i n volum folosindu-se tomografia optic interferometric sau utiliznd o metod mai simpl ce folosete un algoritm de calcul i un set de msurtori dup o singur direcie n cazul proceselor ce prezint simetrie axial.

2.2. Termocuple

Aa cum s-a menionat anterior, cu ajutorul termocuplelor se msoar de fapt o temperatur relativ. n procesul de msurare, una dintre cele dou jonciuni trebuie pstrat la o anumit temperatur foarte bine cunoscut, care, de cele mai multe ori, este temperatura de zero grade Celsius uor de obinut n condiii normale de presiune dac se face un amestec omogen de ap cu ghea. Aceast jonciune, fiind de fapt referina, mai poart i denumirea de jonciune rece sau sudur rece, cealalt purtnd denumirea de jonciune cald sau sudur cald. n cazul n care sudura rece este pstrat la zero grade Celsius, tensiunea msurat este o indicaie a temperaturii la care se afl sudura cald.

De obicei, msurarea unei temperaturi nu se realizeaz ntr-un singur punct ci se recurge la utilizarea mai multor termocuple dispuse la o anumit distan n zona

24 Msurarea temperaturii 2 investigat. n acest caz, este suficient o singur jonciune rece, toate termocuplele vor mpri aceeai sudur rece, conexiunea acestora realizndu-se conform Figura 2.2.1.

De foarte multe ori, este dificil s fie asigurate condiiile necesare pentru sudura rece, respectiv amestecul de ap cu ghea, aceast cale fiind mai puin practic. Din acest motiv, au fost dezvoltate metode de compensare a sudurii reci, astfel c o termocupl poate fi conectat direct la aparatul de msur, Figura 2.2.2.

Figura 2.2.1, Modul de conectare a termocuplelor

Figura 2.2.2, Modul de conectare a termocuplei la aparatul de msur

In aceste condiii, jonciunea cald se afl la temperatura pe care dorim s o msurm iar sudura rece se va afla la temperatura la care se afl bornele de conectare a termocuplei la aparatul de msur. Sistemele moderne pot msura cu ajutorul unui termistor temperatura la care se afl sudura rece respectiv bornele de conectare a termocuplei astfel c se va face o compensare electronic a sudurii reci. n cazul sistemelor de achiziie de date compensarea se poate face att hardware ct i software.

Termocuplele se comercializeaz sub o gam foarte larg de variante: o gam larg de materiale, diferite domenii de msur, diferite dimensiuni, protejate sau neprotejate s.a.m.d.

Pentru fiecare pereche de materiale exist o anumit corelaie ntre tensiune i temperatur. Pentru o scurt exemplificare se prezint n Figura 2.2.3 caracteristicile ctorva tipuri de termocuple:

2.2 Termocuple 25

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Temperatura [oC]

Te

nsiu

nea

ele

ctr

om

oto

are

[mm mm

V]

E J K T S R

Figura 2.2.3 Variaia tensiunii termoelectrice n funcie de temperatur pentru diferite tipuri de

termocuple

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Temperatura [oC]

Co

efi

cie

nii S

eeb

ek [mm mm

V/o

C]

E J K T S R

Figura 2.2.4 Coeficienii Seebek n funcie de temperatur pentru diferite tipuri de termocuple

Exist o anumit codificare, a principalelor tipuri de termocuple, prezentat n tabelul 2.2.1.

Tabel 2.2.1, Principalele tipuri de termocuple

Materiale Cromel

Constantan Cromel Alumel

Fier Constantan

Cupru Constantan

Platina10% Rodium Platina

Platina13% Rodium Platina

Tip E K J T S R

O alt caracteristic important este coeficientul Seebek care ne arat cu ct crete

tensiunea termoelectric la o cretere a temperaturii cu un grad. Acest parametru este foarte important atunci cnd se alege o anumit termocupl mai ales dac se cunoate

26 Msurarea temperaturii 2 domeniul de temperaturi pentru care aceasta urmeaz s fie folosit. Coeficienii Seebek sunt prezentai n Figura 2.2.4.

2.3. Termorezistene

Cele mai utilizate materiale pentru realizarea traductoarelor de temperatur rezistive sunt platina, cuprul i nichelul deoarece acestea au o puritate ridicat (99%), schimbarea rezistivitii n funcie de temperatur fiind foarte bine cunoscut. Cu toate c au o perioad de rspuns mai mare dect termocuplele, fiind n acelai timp mai costisitoare, ele sunt folosite datorit stabilitii lor precum i a capacitii de a msura temperatura absolut.

2.4. Termistori

Termistorii funcioneaz dup aceleai principii ca i termorezistenele. Spre deosebire de termorezistene, termistorii sunt realizai din materiale semiconductoare. Rezistivitatea electric a acestora descrete pe msur ce temperatura crete. Deoarece au o caracteristic parabolic, pot fi utilizai pentru domenii restrnse de temperatur, ns precizia pe care o ofer e superioar termorezistenelor. Utilizarea acestora presupune folosirea unor circuite identice cu cele ale termorezistenelor.

2.5. Circuit integrat

Traductoarele de temperatur sub form de circuite integrate se caracterizeaz printr-o liniaritate aproape perfect. Ele au la baz anumite caracteristici ale tranzistorilor.

Tabel 2.5.1 Scurt comparaie ntre diferite tipuri de traductoare de temperatur

Caracteristica Termocuple (TC) Termorezistene

(RTD) Circuite

integrate (CI)

Robustee Excelent Sensibil la fore

exterioare i la ocuri Sensibil la

ocuri Domeniu de msur (oF)

-400 - +4200 -200 - +1475 -70 - +300

Liniaritate Neliniar Mai liniar dect TC Foarte liniar Temperatur de

referin Necesar Nu e necesar Nu e necesar

Timp de Rspuns

Sczut( depinde de dimensiunea

conductoarelor folosite) Mare

Mai sczut dect RTD

Cost Sczut atta timp ct nu

se folosesc materiale scumpe

Ridicat Sczut

Precizie redus Mai bun dect TC Cea mai bun

2.6 Termometrie n infrarou 27 Unul dintre cei mai utilizai senzori de acest tip este traductorul AD590 produs de

firma Analog Device. Tensiunea de alimentare a acestuia este n domeniul 4-30 V, iar la ieire acesta furnizeaz un curent proporional cu temperatura msurat (1A/K).

Pentru a pune n eviden avantajele folosirii senzorilor de temperatur sub form de circuite integrate se prezint comparativ, in tabelul 2.5.1 anumite caracteristici ale senzorilor de temperatur pentru diferite tipuri de senzori.

2.6. Termometrie n infrarou

Termometria n infrarou se ncadreaz n metodele de msur fr contact. Cunoaterea principiilor de funcionare a acesteia este foarte important pentru a asigura precizia de msur dorit, respectiv pentru a cunoate limitele i posibilitile oferite de aceasta.

Termometria n infrarou are la baz determinarea energiei radiat de orice corp a crui temperatur este mai mare de zero absolut, n domeniul infrarou. Un termometru infrarou este format n principiu dintr-o lentil care focalizeaz radiaia colectat de la corpul a crui temperatur dorim s o msurm, pe detector, acesta asigurnd conversia radiaiei n semnal electric. Semnalul electric trebuie corectat astfel nct s se in cont de emisivitatea corpului i de temperatura mediului ambiant pentru ca apoi s fie afiat pe un indicator direct n grade Celsius sau Kelvin. Schema unui astfel de termometru este prezentat n Figura 2.6.1. Detectorul poate s fie un element fotosensibil cu ajutorul cruia se determin intensitatea luminoas radiat sau o termocupl care, absorbind radiaia incident, se nclzete atingnd astfel o temperatur proporional cu radiaia incident i implicit cu temperatura suprafeei investigate.

Figura 2.6.1 Schema de principiu a unui termometru infrarou

2.7. Senzori utilizai pe autovehicul

n cadrul autovehiculelor cei mai folosii senzori de temperatur sunt cei rezistivi respectiv termorezistene i termistori datorit simplitii i robusteii lor, a circuitelor corespunztoare de condiionare a semnalelor precum i datorit faptului c i pstreaz caracteristicile n timp.

28 Msurarea temperaturii 2 Pentru exemplificare, n Figura 2.7.1- Figura 2.7.4 sunt prezentai civa senzori

specifici autovehiculelor rutiere.

Figura 2.7.1, Senzor rezistiv pentru determinarea temperaturii lichidului de rcire (termistor

NTC)

Figura 2.7.2, Senzor de temperatur i presiune pentru determinarea caracteristicilor aerului

aspirat (montat dup compresor)

2.7 Senzori utilizai pe autovehicul 29

Figura 2.7.3, Senzor pentru determinarea temperaturii combustibilului (termistor NTC)

Figura 2.7.4, Senzor pentru determinarea temperaturii gazelor evacuate (termistori PTC)

3. Msurarea poziiei

3.1. Generaliti

Msurarea poziiei diferitelor componente, de pe motoare sau autovehicule, cum ar fi poziia pedalei de acceleraie, a clapetei obturator, a supapelor de admisie sau de evacuare, poziia acului injectorului, poate fi mprit n dou mari categorii i anume:

30 Msurarea poziiei 3 msurarea poziiei liniare folosit n cazul n care componenta a crei poziie

dorim s o determinm se afl n micare de translaie; msurarea poziiei unghiulare folosite n cazul componentelor aflate n

micare de rotaie. De cele mai multe ori pentru acest tip de determinri sunt folosii senzori rezistivi

de tipul poteniometrelor, soluie aplicabil n cazul modificrilor lente de poziie adic pentru procese statice sau cvasistatice. Acest tip de senzor nu este potrivit pentru monitorizarea proceselor dinamice cum ar fi ridicarea supapelor, sau a acului injector sau pentru determinarea poziiei arborelui cotit.

Determinarea poziiei acului injector sau determinarea ridicrii supapelor (msurtori specifice ce se realizeaz doar n laboratoare nu i pe autovehicul) se face utiliznd senzori liniari generatori de tensiune. Aa cum s-a menionat, acest tip de senzor genereaz o tensiune proporional cu viteza de deplasare a armturii mobile Figura 1.2.6.

intrareu K v= 3.1.1

Dac semnalul obinut de la senzor este integrat se obine o tensiunea de ieire direct proporional cu poziia x a armturii (3.1.2), dar cu semn schimbat, factorul de proporionalitate fiind dat de caracteristica K a senzorului i de valoarea rezistenei R precum si de capacitatea C a condensatorului din circuitul integratorului.

1iesire

Ku K v dt x

C R C R= =

, 3.1.2

Determinarea poziiei arborelui cotit i a axului cu came se face n prezent folosind senzori generatori de tensiune (Hall) n combinaie cu o roat dinat sau disc cu fante pentru generare de impulsuri (Figura 3.1.1). Aceeai abordare o gsim i n cazul determinrii turaiei roilor autovehiculelor.

3.1 Generaliti 31

SenzorHall

a. b.

Figura 3.1.1, Schema de principiu a senzorilor de poziie n impulsuri

n aceste cazuri, senzorii vor genera nite pulsuri de tensiune de fiecare dat cnd prin dreptul traductorului va trece un dinte (traductor Hall) sau de fiecare dat cnd prin dreptul senzorului optic va trece o fant astfel ca senzorul s fie sub incidena sursei luminoase. Semnalul obinut de la senzor este achiziionat, prin intermediul unui amplificator (opional n funcie de senzor), cu ajutorul sistemelor de achiziie de date, iar prelucrarea se face cu ajutorul calculatorului.

n cazul autovehiculelor, semnalul de la senzor este folosit pe post de declanator al cronometrului din structura microcontrolerului, determinndu-se n acest fel perioada impulsurilor i implicit turaia sau viteza cvasiinstantanee.

La fiecare puls de tensiune (front de tensiune cresctor sau descresctor) putem incrementa valoarea poziiei cu pasul unghiular corespunztor (n cazul motoarelor de autovehicule pentru determinarea poziiei arborelui cotit se folosesc roi dinate cu 60 de dini astfel c pasul unghiular este de 6 grade). O abordare simplist bazat doar pe incrementare la apariia unui puls de tensiune ar permite determinarea poziiei arborelui cotit cu o precizie de 6 grade, lucru care este neacceptabil n cazul controlului motoarelor cu ardere intern unde nceputul injeciei sau momentul generrii scnteii trebuie s fie stabilit cu o precizie mult mai mare. Se pot concepe ns algoritmi cu ajutorul crora se poate estima poziia arborelui cotit la fiecare moment de timp chiar ntre dou fronturi de tensiune dac considerm c viteza unghiular nu se modific sau se modic foarte puin astfel putnd face o extrapolare liniar de forma:

( )i i it t = + 3.1.3

32 Msurarea poziiei 3 unde t este timpul curent, iar ti este timpul corespunztor ultimului front de tensiune,

i este viteza unghiular medie calculat ntre ultimelor dou fronturi de tensiune, iar

i este poziia unghiular corespunztoare ultimului font de tensiune:

1

1

i i

i

i it t

=

3.1.4

Se pot concepe algoritmi mai complicai care s in cont i de modificrile de vitez unghiular de la un puls de tensiune la altul.

n cadrul instalaiilor staionare se folosesc senzori de poziie capacitivi. n acest caz armturile condensatorului au o form special realizat, pentru ca semnalul de ieire al senzorului s fie proporional cu poziia unghiular a armturii mobile. O reprezentare schematic a unui astfel de senzor este redat n Figura 3.1.2. Datorit profilului armturilor i datorit faptului c una dintre armturi este mobil i se poate roti, aria suprafeelor suprapuse a armturilor este variabil i proporional cu aceasta se va modifica i capacitatea electric a condensatorului.

Figura 3.1.2, Reprezentarea schematic a unui senzor de poziie capacitiv (condensatorul

variabil prezentat are dou armturi semicirculare, una fix i una mobil)

3.2. Senzori de poziie utilizai pe autovehicul

n cadrul autovehiculelor, cei mai folosii senzori de poziie sunt cei rezistivi sau senzori Hall, primii utilizai pentru determinarea poziiei pedalei de acceleraie i a clapetelor obturator iar cei din urm pentru determinarea poziiei arborelui cotit sau a axului cu came respectiv a vitezei roilor.

3.2 Senzori de poziie utilizai pe autovehicul 33

Figura 3.2.1, Senzori de poziie pentru pedala de acceleraie

Conform schemei electrice pedala de acceleraie este prevzut cu doi senzori rezistivi de tipul poteniometrelor. Montarea a doi senzori se face din motive de siguran. n accei categorie a senzorilor poteniometrici avem i senzorul de nivel al combustibilului din rezervor.

Figura 3.2.2, Senzor de nivel al combustibilului din rezervor

34 Msurarea poziiei 3

Figura 3.2.3, Senzor pentru determinarea poziiei arborelui cotit

Figura 3.2.4, Senzor pentru determinarea poziiei arborelui cu came

4. Msurarea presiunii

4.1. Generaliti

Msurarea presiunii se reduce n cele mai multe cazuri la determinarea unei deformaii proporionale cu presiunea din sistemul monitorizat. n Figura 4.1.1 sunt prezentate cteva configuraii de senzori de presiune capacitivi. Acetia au dou armturi (armturile condensatorului) din care una fix nedeformabil i una deformabil i anume armtura care delimiteaz zonele de presiune p1-p2 sau p1-patmosferic. Datorit faptului c una din armturi este supus aciunii unei diferene de presiune aceasta se va deforma modificndu-se distana dintre cele dou armturi i implicit capacitatea electric a senzorului. Configuraia din Figura 4.1.1 a permite

4.1 Generaliti 35 determinarea diferenelor de presiune. Orificiul prevzut n armtura fix face ca pe armtura mobil s avem o diferen de presiune p1-p2.

n cazul senzorului din Figura 4.1.1 b ntre cele dou armturi, datorit orificiului prevzut n carcas, presiunea este egal cu presiunea atmosferic, astfel c acest tip de senzor este folosit pentru determinarea presiunii relative. n cazul configuraiei din Figura 4.1.1 c, spaiul dintre cele dou armturi este nchis ermetic avnd n faza nedeformat a armturilor presiunea p1 ntre armturi. Aa cum se observ, una dintre armturi este fix, lipit de carcas deci la orice variaie a presiunii p2 armtura mobil se va deforma fie c aceast presiune este mai mare sau mai mic dect p1. Corespunztor, distana dintre armturi crete sau scade i implicit capacitatea electric a senzorului se modific. Aceast configuraie permite determinarea presiunii absolute.

p1p2

patmosferic

p1

p1p2

a b c

Figura 4.1.1, Reprezentare schematic a ctorva senzori de presiune

Pentru aceeai configuraie a senzorului exist i varianta rezistiv, deosebirea constnd n faptul c avem o singur armtur sau membran i anume cea supus unei diferene de presiune. Pe suprafaa acesteia este fixat un timbru tensiometric, astfel c orice deformaie a membranei va induce o deformaie a senzorului rezistiv (Figura 4.1.2).

p1p2

timbrutensiometric

Figura 4.1.2, Senzori de presiune rezistivi cu timbre tensiometrice

36 Msurarea presiunii 4 Pentru msurarea presiunii pot fi folosite i cristale piezoelectrice sau

piezorezistive care sub aciunea unei presiuni se vor comprima sau relaxa (n cazul n care sunt montate cu prestrngere) proporional cu presiunea la care sunt supuse i implicit i vor modifica i caracteristicile n concordan.

n cazul senzorilor piezorezistivi acetia i vor modifica rezistena proporional cu presiunea la care sunt supui iar n cazul senzorilor piezoelectrici se va genera o sarcin electric pe armturile cristalului Figura 4.1.3.

123

p1

Figura 4.1.3, Senzori de presiune piezorezistivi sau piezoelectrici (1,2 izolatori electrici, 3 cristal piezoelectric sau piezorezistiv)

4.2. Senzori de presiune utilizai pe autovehicul

n general, pe autovehicule, n funcie de tipul motorului, putem avea o serie de senzori de presiune i anume: senzorii de presiune pentru monitorizarea presiunii din roi, senzorul de presiune ce determin presiunea atmosferic, senzorul de presiune din galeria de admisie i/sau evacuare, senzorul de presiune din rampa comun n cazul motoarele cu sistem de injecie Common Rail, senzorul presiunii de supraalimentare etc.

Figura 4.2.1, Senzorul de presiune din rampa comuna (sistem injecie Common rail)

5.2 Debitmetru cu fir cald 37

5. Msurarea debitelor

5.1. Debitmetru cu diafragm

Debitmetrele cu diafragm (Figura 5.1.1) sunt foarte rspndite, ele fiind ncorporate n instalaiile staionare sau de laborator.

p

v

Figura 5.1.1, Schema de principiu a unui debitmetru cu diafragm

Acestea se bazeaz pe faptul c la trecerea unui fluid printr-o diafragm apare o cdere de presiune pe diafragm adic presiunea din amonte de diafragm este mai mare dect presiunea din aval. Relaia de legtur dintre debit i presiune este:

0 2tm k A p = & 5.1.1

unde m& este debitul masic, este coeficientul de debit, este coeficientul de compresibilitate al fluidului (gazului),

tk este un factor de corecie pentru dilatare

folosit atunci cnd temperatura fluidului este diferit de 20 oC, este densitatea

fluidului, iar p este cderea de presiune pe diafragm.

5.2. Debitmetru cu fir cald

Debitmetrele cu fir cald sunt folosite cu preponderen pe autovehicule, pentru determinare debitului de aer aspirat de motor. n practica msurrilor, dispozitivele cu fir cald sunt folosite pentru determinarea vitezelor (anemometrele) i se bazeaz pe modificarea coeficientului de schimb de cldur , dintre firul cald i fluidul care curge pe lng acesta, ca urmare a modificrii vitezei de curgere. n cazul curgerii prin evi, debitul volumic V& depinde de viteza medie de curgere

mv prin conduct i de

seciunea transversal a conductei S, relaia de legtur fiind:

38 Msurarea debitelor 5

mV S v= & 5.2.1

Ca urmare, determinarea debitului volumic se reduce de fapt la determinarea vitezei medii de curgere prin conduct sau la determinarea vitezei maxime tiut fiind faptul c n cazul unei curgeri laminare viteza medie de curgere este egal cu jumtate din viteza

maxim n centrul conductei circulare max2m

vv = .

Alimentarea firului (Figura 5.2.1) cu o anumit tensiune Ualimentare va duce la nclzirea acestuia atingnd la echilibru temperatura T2, iar ntreaga energie electric se va disipa sub form de cldur ( alimentareQ U I= & ) respectiv se va transfera prin convecie fluidului ce curge pe lng acesta, astfel c putem scrie ecuaia de conservare a energiei sub forma:

( )alimentare 2 1U I A T T = 5.2.2

unde Ualimentare este tensiunea de alimentare a firului, I curentul ce trece prin conductorul electric, coeficientul de schimb de cldur, A aria suprafeei exterioare a conductorului electric, T2 temperatura firului iar T1 este temperatura mediului ambiant.

Termenul din stnga reprezint energia electric iar termenul din dreapta reprezint cldur transferat prin convecie mediului nconjurtor. Msurarea curentului, respectiv a tensiunii de alimentare permite determinarea energie disipate sub form de cldur i mai mult, determinarea rezistenei electrice a conductorului i implicit temperatura acestuia T2. Temperatura T1 se msoar cu ajutorul unui senzor suplimentar montat naintea firului cald n curentul de fluid (aa se explic de ce pe motoarele de autovehicule, n aceeai carcas cu senzorul de debit avem i senzorul temperaturii aerului la intrarea n motor).

Suprafaa exterioar a firului este cunoscut, aceasta fiind o caracteristic constructiv, astfel c toi termenii din ecuaia anterioar sunt cunoscui cu excepia coeficientului de schimb de cldur care poate fi scris sub forma:

( )alimentare

2 1

U I

A T T

=

5.2.3

Coeficientul de schimb de cldur depinde de viteza de curgere, de natura fluidului precum i de temperatura firului i a fluidului, legtura dintre acestea fiind dat de ecuaii criteriale.

5.2 Debitmetru cu fir cald 39

UalimentareI

Q.

T2

v

T1

Figura 5.2.1, Schema de principiu a unui dispozitiv de msurat viteza de curgere

5.3. Senzori de debit utilizai pe autovehicul

Figura 5.3.1, Senzorul de debit pentru determinarea cantitii de aer aspirat de motor. (n

aceeai carcas este inclus i senzorul de temperatur al aerului aspirat)

6. Msurarea forelor i a momentelor

n mod similar senzorilor de presiune i senzorii de for i moment se bazeaz pe determinarea unor deformaii. Conform teoriei elasticitii orice sistem elastic supus unei solicitri mecanice se va deforma reversibil (revine la forma iniial dup ce

40 Msurarea forelor i a momentelor 6 solicitarea a ncetat) atta timp ct solicitarea nu depete pragul de plasticitate, n domeniul elastic existnd o relaie de legtur liniar ntre variaia lungimii i fora la care sistemul este supus. Pe aceste considerente sunt realizai senzorii de for i moment care de fapt se reduc la nite senzori de deformaie.

6.1. Senzori rezistivi cu timbre tensometrice

Timbrele tensiometrice sunt cele mai simple i utilizate dispozitive pentru determinarea solicitrilor mecanice respectiv a forelor sau momentelor. Timbrul tensiometric prezentat n Figura 4.1.2 este format de fapt dintr-un fir rezitiv, fixat pe suprafaa probei a crei deformaie se dorete a fi determinat. O dat cu deformaia probei se deformeaz i timbrul tensiometric i proporional i se va modifica rezistena electric Figura 6.1.1.

F

F

Figura 6.1.1, Reprezentare schematic a unui senzor de for echipat cu timbru tensiometric

n mod similar se pot determina i momentele la cupla unui motor. Datorit momentului motor, proba montat ntre motor i consumator va suferi o deformaie unghiular (se va rsuci) astfel, montnd senzori tensiometrici pe prob acetia i vor modifica rezistena. n general pentru acest tip de determinare senzorii se vor fixa pe arbore conform cu Figura 6.1.2 caz n care doi senzori vor fi supui la ntindere, iar doi la comprimare.

6.1 Senzori rezistivi cu timbre tensometrice 41

M M

Figura 6.1.2, Montarea timbrelor tensiometrice pentru determinarea momentului

Determinarea momentului la cupla unui motor legat la un generator electric (fixat n consol) se poate face folosind un singur timbru tensiometric fixat ca n Figura 6.1.3. n acest caz, determinm de fapt fora de ntindere sau comprimare a barei. Cunoscnd braul forei se poate calcula momentul ca fiind: M F l= .

M

F

Figura 6.1.3, Schema de principiu pentru determinarea momentului de rotaie a unui motor

sau generator

42 Msurarea forelor i a momentelor 6

6.2. Msurarea forei cu senzori capacitivi

Msurarea forei se poate face i cu senzori capacitivi folosind un dispozitiv schematizat n Figura 6.2.1, unde se disting cele dou armturi ale unui condensator, care sub aciunea forei F se vor deplasa datorit deformaiilor din sistem, astfel c distana dintre ele va crete sau se va micora n funcie de fora de ntindere sau de comprimare aplicat.

F

F

Figura 6.2.1, Msurarea forelor cu ajutorul unui senzor capacitiv

6.3. Msurarea momentului cu senzori optici

O reprezentare schematic a unui astfel de dispozitiv este redat n Figura 6.3.1. Datorit deformaiei arborelui, ntre cele dou discuri cu fante va apare un defazaj care face ca durata ct senzorul luminos este sub aciunea luminii s se micoreze, aceasta fiind de fapt o indicaie a momentului msurat. La analiza semnalelor obinute de la senzorul optic trebuie realizat o corelare ntre influena dat de viteza unghiular i cea dat de moment (n cazul motoarelor cu ardere intern viteza unghiular nu este constant).

MM

Figura 6.3.1, Reprezentare schematic a unui senzor de moment optic

7.1 Generaliti 43

7. Prezentarea standului monocilindrului M511

7.1. Generaliti

Pentru a se putea caracteriza ct mai exact ciclul real al unui motor, se apeleaz la msurarea pe instalaii special amenajate a mrimilor de interes (presiuni , temperaturi , debite , turaii , etc.) i pentru subsistemele motorului (sistemul de rcire, sistemul de ungere, turbosuflanta , rcitor intermediar , pe admisiune , n cilindru i la evacuare, etc.), numite standuri de prob. Acestea trebuie s permit n principal evaluarea bilanului termic al motorului i funcie de cercetare, msurarea (direct sau indirect) a parametrilor special avui n vedere, dar obligatoriu i monitorizarea compoziiei gazelor de ardere.

Att sistemul de rcire ct i cel de ungere sunt nglobate parial n standul de probe n vederea posibilitii de reglare a lor din exterior, evident aceast reglare se face pe baza msurrii parametrilor lor specifici, temperatura fluidului de lucru i debitul, n puncte care s permit evaluarea pierderilor de cldur prin aceste sisteme. Instalaia de alimentare cu combustibil trebuie de asemenea controlat prin pupitrul standului de probe avndu-se n vedere msurarea cantitii de combustibil , a presiunii de injecie i temperaturii cel puin. La fel trebuie controlat funcionarea rcitorului intermediar (dac exist) i a celorlalte agregate.

Standul trebuie prevzut cu o frn care permite simularea regimului de lucru avnd posibilitatea de reglare a sarcinii ntr-o plaj acoperitoare pentru domeniul de utilizare a motorului . De asemenea standul trebuie s permit msurarea n faz (punctele de msur trebuie s aib aceeai baz de timp raportat la poziia arborelui cotit) a mrimilor de interes n vederea unei corecte interpretri a rezultatelor .

Prezentm n cele ce urmeaz un stand parial echipat aparinnd Laboratorul de Procese n Motoare Termice al catedrei TMT-AR a Facultii de Mecanic din cadrul Universitii Politehnica Timioara care permite evidenierea desfurrii proceselor din cilindrul motorului.

Schema standului de prob este prezentat n Figura 7.1.1 (n Figura 7.1.2 i Figura 7.1.3 sunt prezentate vederi ale bancului de probe).

44 Prezentarea standului monocilindrului M511 7

Figura 7.1.1, Schema de principiu a standului de prob

Dup cum se observ din schem, standul este prevzut cu o frn electric de curent continuu(12) fixat rigid pe soclul standului de probe. Funcionarea frnei i a aparatelor de msur i control a puterii disipate pe rezistena de sarcin(2) permit frnarea motorului prin varierea rezistenei de sarcin(2) respectiv prin creterea intensitii curentului n nfurarea de excitaie (prin intermediul sursei de curent continuu 3), puterea efectiv determinndu-se prin calcul.

Sistemul de achiziii (1) este compus dintr-un calculator PC Intel Pentium III ,o plac de achiziii tip DAQ , un convertor de semnal , un traductor de poziie optic(4) ,si dou traductoare de presiune(unul montat n chiulasa motorului de tip Kistler(5) respectiv unul de tip Elkon montat pe conducta de nalt presiune(6) la intrarea n injectorul (7), nregistrarea i prelucrarea semnalelor fcndu-se cu ajutorul pachetului de programe LabVIEW aferent plcii de achiziie. Consumul de combustibil este msurat cu ajutorul vasului gradat (9) alimentat intermitent din rezervorul (8) i prin msurarea timpului n care s-a consumat o anumit cantitate de combustibil cu ajutorul

7.1 Generaliti 45 unui cronometru. Pe figur mai sunt indicate pompa de injecie(10) , motorul (11) , discul cu fante (14) respectiv cuplajul motor-frn (13).

Motorul folosit la ncercrile experimentale este un monocilindru diesel cu injecie direct de tip M511 produs de Aerostar S.A. Bacu.

Figura 7.1.2, Motorul M511 montat pe stand

Caracteristicile ce definesc motorul diesel M511 sunt:

Motor diesel cu injecie direct n patru timpi

Puterea maxim: 12 CP (8,82 KW)

Numr de cilindrii: 1

Raportul de compresie: = 16,31

Alezajul: D = 85 mm


Cursa: S = 90 mm Cilindree:510 cm3

Lungimea bielei: L = 145 mm

Numr de supape de admisiune: 1

Numr de supape de evacuare: 1

Pompa de injecie : Aerostar, tip 511.10

Injector: ROKBAL 79S64, Hidrojet S.A. Breaza

Pompa de ulei: cu roi dinate

Sistem de rcire : cu aer

Figura 7.1.3, Motorul M511

n componenta standului este inclus i sistemul de tip AVL DiCom 4000 pentru determinarea a noxelor i turaiei.

7.2 Sistemul de achiziii de date 47

7.2. Sistemul de achiziii de date

Calculatoarele personale, au posibiliti deosebite de prelucrare i afiare a datelor, asociate cu interfee hardware de achiziie de date permit generarea unor aparate de msur sofisticate numite instrumente virtuale, n care elementul software este dominant. Realizarea acestora cu funcii diferite, uneori modificnd doar cteva elemente ale celor deja create, reutiliznd integral alte instrumente virtuale, adaptnd i adugnd funcionaliti noi, determin realizarea cerinelor cercetrii i proiectrii.

Prin introducerea instrumentului virtual, utilizatorului i se d posibilitatea s-i defineasc el nsui funcionalitatea instrumentului pe care-l va utiliza. Reconfigurarea sa ulterioar, pentru alte aplicaii, este iari o problem relativ uoar, operaia rezumndu-se doar la elaborarea unui nou soft de aplicaie, suportul hard fiind n general acelai. Sumele investite n echipament nu se pierd, n majoritatea cazurilor impunndu-se doar operaii de reconfigurri-recablri n echipamentul hard.

Instrumentul virtual este combinaia dintre echipamentele hard flexibile (sisteme se achiziii de date sau aparate de msur programabile) ataate unui microcalculator i un soft de aplicaie care implementeaz funciile aparatului, fiind interfaa dintre operatorul uman i instrument. Instrumentele virtuale combin, ntr-un mod care rmne transparent utilizatorului, resursele calculatorului (procesor, memorie, display) cu posibilitile de msur i control ale echipamentului hardware (traductoare, circuite de condiionare a semnalului, convertoare A/D i D/A, interfee standardizate) cu software-ul pentru analiza datelor, comunicarea proceselor i prezentarea rezultatelor. Instrumentul virtual reuete s colecteze semnale fizice prin intermediul traductoarelor i convertoarelor A/D i s le prelucreze cu aparatul matematic puternic al PC- ului. Pentru aplicaii de control al proceselor mai este un pas: dup colectarea datelor de intrare (caracteristice strii unui sistem) se genereaz, dup un algoritm dat, cu ajutorul unor convertoare D/A, semnalele electrice trimise la ieirea instrumentului virtual pentru comanda elementelor de execuie.

Se pot realiza astfel osciloscoape, analizoare spectrale, sintetizatoare de frecvene, multimetre, termometre, care au aceleai funcii cu cele reale, dar pot introduce elemente suplimentare de analiz, prelucrare i stocare a datelor. De asemenea butonarea poteniometrelor i comutatoarelor se face cu mouse-ul, tastatura sau automat, utiliznd imaginea panoului frontal al aparatului realizat pe display-ul calculatorului.

Instrumentaia Virtual reprezint ceea ce era acum un deceniu lanul de msurare, la care s-a nlocuit partea de instrumente fizice cu instrumente virtuale.

Un instrument virtual este compus dintr-o parte hardware i o parte software care permite configurarea instrumentului dup dorina utilizatorului.

Pentru realizarea unui instrument virtual, microcalculatorului i se ataeaz unul sau mai multe sisteme, plci de achiziie de date. Avnd o concepie modular, blocurile componente ale instrumentului se pot interconecta. Astfel, un lan clasic de msurare cuprinde urmtoarele:

48 Prezentarea standului monocilindrului M511 7 - traductorul sau senzorul (capteaz mrimea fizic i o transform n

mrime electric); - circuitul de condiionare a semnalului (aducere n gam, filtrare, izolare

galvanic, preprocesare analogic); - plac de achiziie (multiplexare, eantionare a semnalului la intervale

prestabilite, conversia analog-digital); - microcalculator (prelucrare matematic i logic, stocare date,

comunicare n reea cu alte sisteme de calcul, prezentarea i stocarea datelor).

Microcalculatorul cu display-ul constituie inima instrumentului virtual. Se pot utiliza PC-uri, cu procesoare 486, 586, P1, P2, P3, etc., sau chiar staii de lucru n cazul sistemelor complexe, asociate cu monitoare de nalt rezoluie, tastatur i un mouse. Puterea de procesare a calculatorului, facilitile de afiare i memorare, determin n mare msur performanele instrumentului virtual. Procesorul performant al noilor generaii de calculatoare rezolv partea de procesare digital a semnalelor culese. n cazuri excepionale, cnd se cere o vitez de prelucrare foarte ridicat se apeleaz la plci de achiziie care au n componena lor circuite DSP (Digital Signal Processor).

Instrumentele virtuale realizate prin software extind posibilitile instrumentelor reale, pe care ns nu le elimin, ci le folosesc inteligent. Majoritatea productorilor de aparate de msur programabile avnd n componena lor microcontrolere specializate, care asigur funcionarea aparatelor pe baza unui algoritm nscris n memorie, ofer astzi ca accesorii ale acestora interfee standard GPIB, cu protocol IEE488.2 sau RS232 seriale, cu imunitate mai mare la zgomote, dar cu o rat de transfer redus.

Software-ului asigur o interfa om-main uor de folosit, conlucreaz cu echipamentul hard, realizeaz prelucrarea matematic a datelor, prezint i stocheaz rezultatul.

Utilizatorul vede aceast interfa soft ca o imagine grafic, cu butoane, indicatoare, ideograme, iar cu un clic cu mouse-ul pe aceste elemente obine funcia simbolizat de ele: vizualizarea anumitor date, analize matematice complexe, generarea anumitor semnale, citirea datelor de intrare.

Funcia principal comunicarea cu hardul instalat nu este o problem uoar. Nu oricine poate programa eficient dispozitive cu zeci de registre sau implementa anumite protocoale de comunicaie. Un software de instrumentaie bun posed o serie de biblioteci specifice care scutesc utilizatorul de aceast munc de rutin. n cazuri particulare, fac posibil accesarea unor drivere preinstalate, livrate odat cu echipamentul hard. Apelnd aceste funcii de limbaje de nalt nivel, transferul de date rezultat este sigur, corect i suficient de rapid.

n general softul livrat cu sistemele de achiziie permite realizarea unor dispozitive mai simple ca: multimetre, osciloscoape, sintetizatoare de frecven. Programe (rutine) specializate permit implementarea unor funcii mult mai puternice, inclusiv cele de control pentru procese.

LabVIEW utilizeaz o abordare revoluionar a ingineriei software, programarea vizual. Ofer flexibilitatea unui limbaj de programare de nivel nalt, fr ca utilizatorul s scrie mcar un rnd de cod-program. Este o cale rapid, sigur i uoar

7.2 Sistemul de achiziii de date 49 spre eliberarea unor aplicaii mai deosebite, adaptate cerinelor impuse, uor de testat i depanat, permind programatorilor neprofesioniti realizarea de programe performante.

n loc s scrie mii de rnduri de cod-program, utilizatorul i construiete aplicaia ntr-un mod elegant, folosind mouse-ul. Interfaa grafic utilizator (GUI) este schiat n cteva minute, alegnd din meniu o serie de elemente vizuale, butoane de selecie, cmpuri de afiare, indicatoare luminoase i cu ac, becuri de control, panouri de reprezentare 2D/3D, blocuri de I/O . Programarea propriu-zis const n schiarea schemei bloc a sistemului: elementele selectate sunt interconectate cu ajutorul mouse-ului, specificnd astfel i calea fluxului de date. Utilizatorul, fr s cunoasc vreun limbaj de programare clasic, poate realiza programul de care are nevoie, concentrndu-se doar asupra unei scheme-bloc (diagrame), mult mai apropiat de gndirea sa dect sutele de cod-program, uneori greu de controlat.

Ofer avantajele semnificative ale unui mediu multitasking, putnd rula simultan mai multe instrumente virtuale. Fluxul de date schiat n diagrama funcional specific implicit i operaiile ce se execut simultan. Avnd un design modular, exist posibilitatea ca orice instrument virtual deja creat s poat deveni a altuia.

Bibliotecile aferente conin funcii-sistem puternice, axate pe urmtoarele domenii: - o achiziie de date i control (drivere pentru dispozitive I/O i automate

programabile, regulatoare numerice, dispozitive de nregistrare-vizualizare);

- control de dispozitive (GPIB, VXI, RS-232); - analiz date (evaluri statistice, elemente de algebr liniar, funcii de

calcul pentru domeniul timp i frecven, filtre numerice). Schimbul de date cu alte aplicaii sau alte sisteme de calcul este posibil prin

funciile de comunicare n reea sau inter-aplicaii incluse, neexistnd nici un impediment n calea realizrii unor sisteme de control distribuite.

Dispunnd de un editor i de un utilitar complex pentru depanare, munca programatorului este uurat mult de un help on-line foarte bogat (practic un manual complet, unde se gsesc informaii multiple, de la coduri de eroare pn la exemple de programe complete).

LabVIEW ca mediu de programare vizual este recomandat n primul rnd celor care nu au avut ocazia s se familiarizeze cu vreun limbaj de programare clasic. Poate fi adoptat de asemenea i n cazul cnd este vorba de o munc n echip, care implic conlucrarea unui numr mare de specialiti, din diverse domenii, cu o pregtire n informatic foarte variat.

*LabVIEW ofer peste 150 drivere pentru controlul unor aparate de msur prevzute cu interfee GPIB, RS-232 i VXI provenind de la 40 de diferii productori, precum i cele necesare pentru controlul unui numr mare de plci de achiziie de date, ntr-o gam larg de performane.


7.3. Etapele realizrii instrumentului virtual de achiziie a datelor

Pentru realizarea achiziiei parametrilor ce definesc funcionarea motorului diesel M511 trebuie parcuri urmtorii pai:

Montarea trusei de achiziie date. Montarea traductorilor de presiune. Conectarea traductorilor cu placa de achiziie. Instalarea softului necesar funcionarii i softul LabVIEW. Configurarea canalelor. Realizarea programului de captare a datelor. Achiziia propriu-zisa a datelor. Vizualizarea i prelucrarea rezultatelor. Etalonarea traductorilor Achiziia propriuzis a datelor PRIMUL PAS: Montarea trusei de achiziie date. Sistemul de achiziie a datelor cuprinde componente att hardware cat i software. Componentele hardware coninute de trusa de achiziie a datelor sunt:

-Placa achiziii de date NI PCI 6013 -Magistrala de transfer a datelor -Blocul conector

Asamblarea trusei de achiziie a datelor se face prin montarea plcii de achiziie * NI PCI 6013(pe un slot liber al PC-ului folosit, conectndu-se i magistrala de date la placa NI PCI 6013.

PASUL DOI: Instalarea aplicaiilor. Aceast etapa presupune instalarea driver-ului i a programelor software, furnizate

de productor odat cu trusei de achiziie a datelor, n modul clasic de instalare a oricrui soft n sistemul de operare Windows.

Pachetul software conine urmtoarele aplicaii: -Driver-ul plcii de achiziie; -Programul Measurement & Automation Explorer; -Programul LabVIEW; Driver-ul plcii de achiziie reprezint un cod maina care face legtura intre

componentele hardware ale computerului i permite utilizarea corespunztoare a acesteia.

Programul Measurement & Automation Explorer permite configurarea canalelor i a plcii de achiziie.

Programul LabView este un Instrument virtual ce permite att achiziia de date cat i vizualizarea i interpretarea acestora.

Dup instalarea tuturor aplicaiilor necesare se trece la urmtoarea etapa .

7.3 Etapele realizrii instrumentului virtual de achiziie a datelor 51 PASUL TREI: Realizarea programului de captare a datelor. n modul clasic de lucru pe un sistem de calcul cu Mouse-ul se alege pictograma

corespunztoare mediului de lucru sau prin alegerea succesiv a opiunilor: Start / Programs / National Instruments LabView / LabView ceea ce are ca efect deschiderea meniului din figura de mai jos.

Se alege opiunea DAQ Solution pentru afiarea soluiilor din galeria de soluii pe care o conine aplicaia sau opiunea Open VI pentru deschiderea unui fiier IV existent.

Revenirea n meniul principal respect principiile de lucru n mediul Windows.

Figura 7.3.1, Meniul dup lansarea mediului LabView

Dup alegerea unei soluii predefinite a acestui program se trece la adaptarea i modelarea acestuia la cazul specific. Modelarea aplicaiei se efectueaz cu ajutorul uneltelor generale (Tools Palette) ce permit crearea, editarea sau trasarea execuiei instrumentelor virtuale specifice softului LabVIEW, aa cum a fost prezentat anterior. Dup realizarea programului interfaa se prezint ca n figura urmtoare :


Figura 7.3.2, Interfaa grafic a programului

Diagrama ( codul sursa al programului ) se prezint astfel :

Figura 7.3.3, Codul surs

Numele programului de achiziii este ales de utilizator. n exemplu acesta este Achizitie.vi

7.3 Etapele realizrii instrumentului virtual de achiziie a datelor 53 PASUL PATRU: Configurarea canalelor.

Configurarea canalelor se face cu ajutorul aplicaiei Measurement & Automation Explorer. Aceasta presupune definirea precum i setarea parametrilor canalului dorit a fi folosit pentru a efectua o achiziie a unei mrimi.

Figura 7.3.4 Interfaa grafic pentru configurarea canalelor pentru msurare

PASUL CINCI : Montarea traductorilor pe blocul conector.

Parametrii motorului (presiunea din cilindru, presiunea de injecie, poziia pistonului) sunt achiziionai prin intermediul a dou traductoare de presiune, i unul de poziie.

Figura 7.3.5, Blocul de conectori

54 Prezentarea standului monocilindrului M511 7 Traductorul piezoelectric de tip Kistler pentru presiunea din cilindru se monteaz

n chiulas iar cel .de tip Elkon pentru presiunea de injecie, pe conducta de nalt presiune la intrarea n injector. Semnalele acestor traductoare sunt introduse ntr-un convertor de semnal fiecare pe cte un canal. Traductorul optic pentru determinarea poziiei arborelui cotit, se poziioneaz n dreptul fantelor discului montat pe arborele cotit. Principiul de msurare este bazat pe bariera de lumin. Este utilizat metoda cu lumina din spate sau lumina reflectat, depinznd de configuraie. Senzorii optici de poziie al arborelui cotit satisfac condiii de precizie foarte ridicate (chiar i cei de dimensiuni mici) datorit posibilitilor de fabricare precis a discurilor marcate. Rezoluia unghiular a arborelui cotit este de obicei mai mic de 1 %. Aceste semnale sunt transmise ctre placa de achiziii prin intermediul blocului conector.

PASUL ASE: Conectarea blocului conector cu placa de achiziie. Conectarea se face direct pe pini prevzui n blocul conector al plcii de achiziie

dup schema electrica data de productor n cartea tehnica a trusei de achiziie a datelor.

Conectarea traductorilor cu placa de achiziie.

Figura 7.3.6, Conectarea firelor la blocul de conectori

7.3 Etapele realizrii instrumentului virtual de achiziie a datelor 55

Figura 7.3.7, Schema electrica a unei poriuni de bloc conector.

Dup montarea tuturor componentelor hardware se trece la pasul urmtor, adic instalarea echipamentului cu ajutorul driver-ului coninut n pachetul primit de la productor, precum i de configurarea canalelor ce urmeaz a fi folosite ulterior.

PASUL APTE : Achiziia propriu-zisa a datelor. Pentru achiziia datelor se procedeaz n felul urmtor : Se pornete aplicaia achizitie.vi; Se seteaz parametrii dorii ( Canal / Scan rate / Buffer size / Numr de

scanri); Se ruleaz programul apsnd butonul Run; Se introduce numele fiierului dorit pentru a salva datele achiziionate, precum

i calea de acces la memorie. Se vizualizeaza graficul mrimilor analizate.

Se oprete din lucru aplicaia apsnd butonul . Pornirea aplicaiei Achizitie.VI se face n modul clasic de pornire a oricrei

aplicaii din mediul Windows. Setarea parametrilor presupune :

56 Prezentarea standului monocilindrului M511 7 -alegerea din caseta Canale a canalelor dorite a fi monitorizate i care au fost

definite anterior la instalarea softului Measurement & Automation Explorer.

-introducerea unor valori pentru parametrii specificai n caseta respectiva :

Scan rate, Buffer size, Numar de scanari scrise;

Unde : Scan rate numrul de scanri pe care instalaia le citete intr-o secunda; Buffer size mrimea memoriei tampon alocate pentru citirea scanrilor

respective. Aceasta valoare trebuie sa fie egala sau multiplul valorii introduse la seciunea Scan rate pentru a nu omite nici o scanare.

Numr scanri numrul scanrilor scrise n fiier la o citire. Se ruleaz acesta apsnd butonul Run, n urma acestei comenzi aplicaia va

deschide o fereastra de dialog n care se introduce locaia i numele fiierului n care se dorete salvarea datelor achiziionate.

Se vizualizeaz graficul mrimilor analizate n caseta destinata Graficului .

Aplicaia ruleaz n mod continuu pana la apsarea butonului .

7.3 Etapele realizrii instrumentului virtual de achiziie a datelor 57 PASUL OPT : Vizualizarea i prelucrarea rezultatelor. Datele achiziionate sunt stocate ntr-un fiier ASCII hard-diskul PC-ului. Acest

fiier se poate deschide apoi cu orice program ce recunoate aceste date. Datele stocate pot fi interpretate ulterior cu diferite programe ce permit trasarea i

vizualizarea graficelor. Pentru interpretarea datelor cu ajutorul softului LabVIEW se procedeaz n felul

urmtor: Se pornete aplicaia vizualizare. vi; Setarea parametrilor; Se ruleaz programul apsnd butonul Run; Se introduce calea de acces numele fiierului dorit pentru a ncrca datele

achiziionate anterior. Se vizualizeaz graficul mrimilor analizate.

Se oprete din

Motoare Si Autovehicule

Documents

Transcript of Motoare Si Autovehicule