Download - Fise de Documentare Senzori Si Traductoare

Transcript

Argument

În contextul economic actual, marcat de tensiunipermanente generate de preţul aflat în continuăcreştere al carburantului şi de presiuni din ce în cemai mari de a reduce consumul de energie, conducătoriiauto – fie că este vorba de cei care conduco motocicletă, un autoturism sau un camion,indiferent dacă sunt sau nu şoferi profesionişti –au propriile aşteptări în ceea ce priveşte eficienţaenergetică, siguranţa şi protecţia mediului.In acest scop tehnologia auto a aparut in a doua jumatate a secolului al 19-lea, automobilul a revolutionat transporturile si a concentrat cele mai semnificative eforturi stiintifice si ingineresti, pentru continua perfectionare a performantelor sale. Pana in jurul anilor 1970-1980 componentele mecanice, multe dintre ele adevarate „bijuterii” tehnice, reprezentau o pondere covarsitoare in ansamblul unui automobil, partea electrica si electronica rezumandu-se la un numar restrans de motoare (demaror, alternator, stergatoare de parbriz), senzori (pentru temperatura uleiului si antigelului, presiunea uleiului, nivelul carburantului), relee (pentru semnalizare, aprindere) si becuri .Senzori detecteaza defectiunea la un asamblu de piese,transmite niste impulsuri la traductoare care acestea la randul lor ne arata in bord,sau in calculatorul de la bordul masini,ce piesa este stricata.Defectiunea este scoasa la iveala cu ajutorul acestor senzori si traductoare,ne ajuta sa intelegem mai usor defectiunile si cum trebuie sa procedem in a remedia defectiunile. Mecatronica in tehnologia auto a aparut in a doua jumatate a secolului al 19-lea, automobilul a revolutionat transporturile si a concentrat cele mai semnificative eforturi stiintifice si ingineresti, pentru continua perfectionare a performantelor sale. Pana in jurul anilor 1970-1980 componentele mecanice, multe dintre ele adevarate „bijuterii” tehnice, reprezentau o pondere covarsitoare in ansamblul unui automobil, partea electrica si electronica rezumandu-se la un numar restrans de motoare (demaror, alternator, stergatoare de parbriz), senzori (pentru temperatura uleiului si antigelului, presiunea uleiului, nivelul carburantului), relee (pentru semnalizare, aprindere) si becuri .Senzori detecteaza defectiunea la un asamblu de piese,transmite niste impulsuri la traductoare care acestea la randul lor ne arata in bord,sau in calculatorul de la bordul

masini,ce piesa este stricata.Defectiunea este scoasa la iveala cu ajutorul acestor senzori si tradcutoare,ne ajuta sa intelegem mai usor defectiunile si cum trebuie sa procedem in a remedia defectiunile.Tipuri de senzori:- senzori de parcare,- senzori de contact,- senzori de lumina,- senzori anti blocare a franelor (ABS)- senzori de caldura.Tipuri de traductoare.- traductoare de caldura,- traductoare de debit,- traductoare de presiune

SENZORI DE TEMPERATURA

1.Măsurarea temperaturii lichidelor-senzori de temperatura pentru lichide.

• În faza de dezvoltare a automobilului se măsoară:- temperatura lichidului de răcire,- temperatura uleiului din motor, - temperatura uleiului din transmisie, - temperatura combustibilului, - temperatura lichidului de frână, - temperatura electrotitului bateriei (se folosesc termometre sau

termocupluri cu teacă de sticlă, pentru a proteja senzorul de electrolitul coroziv).

Gama de temperaturi de măsură este tipic –40...+200°C.2.Măsurarea temperaturii bateriei de acumulatoare

• Menţinerea stării de încărcare corecte a bateriei automobilului este esenţială pentru obţinerea unei viteze adecvate de rotaţie la pornire şi o durată de viaţă optimă a bateriei.

• Curba de încărcare a bateriilor cu Pb impune ca tensiunea de încărcare să varieze funcţie de temperatură.

- La temperaturi scăzute e nevoie de tensiuni mai mari. - Temperaturile scăzute impun cele mai dificile cerinţe bateriei,

deoarece vâscozitatea uleiurilor este mare şi sarcina pentru sistemul de pornire este foarte mare. Se prevăd circuite de compensare în stabilizatorul de tensiune din sistemul de încărcare a bateriei, pentru a genera tensiune într-o gamă acceptabilă de funcţionare.

• Bateriile pentru autovehicule electrice cer menţinerea unei game mari de temperaturi de funcţionare.

• Pilele cu sulfură de sodiu pot stoca energie de patru ori mai mare decât cele cu Pb.

• Temperatura de funcţionare a bateriei trebuie menţinută la 300°C ... 350°C.

3.Măsurarea temperaturii catalizatorului-senzori de temperatura

• Pentru a fi eficient, convertorul catalitic trebuie menţinut la o temperatură minimă, peste 350°C. Pentru a creşte eficienţa în controlul

emisiilor de gaze toxice, se folosesc tehnici de scădere a timpului de încălzire a catalizatorului:

- încălzirea scurtă a catalizatorului prin aprinderea unui amestec măsurat de combustibil şi aer într-un arzător plasat înaintea catalizatorului;

- încălzirea electrică a catalizatorului, creşterea puterii consumate de sistemul de pornire.

• Pentru măsurarea temperaturii catalizatorului se introduce diagonal în el un termistor, constanta de timp de măsurare fiind de 2 s.

• Temperatura gazelor arse creşte rapid în condiţii severe de funcţionare (viteză mare sau cifră octanică insuficientă).

• Senzorul de temperatură trebuie plasat în galeria de evacuare. Dacă senzorul detectează o creştere a temperaturii gazelor arse, se comandă mai mult combustibil injectat în camera de ardere, pentru a răci motorul.

• Temperatura gazelor arse poate atinge 1000°C şi se foloseşte ca senzor un termocuplu din oxid de magneziu cu teacă metalică.

4.Măsurarea temperaturii senzorului de oxigen• Senzorul de oxigen generează o tensiune funcţie de diferenţa

concentraţiilor de oxigen din gazele arse şi din mediul ambiant.• Tensiunea generată este afectată de temperatură, iar senzorul de

oxigen necesită o temperatură minimă de funcţionare de 450°C.• Pentru a reduce timpul de încălzire se folosesc încălzitoare.

5.Măsurarea temperaturii pneurilor-senzori de temperatura• Se face împreună cu măsurarea presiunii, de exemplu folosind câte un

senzor de temperatură şi presiune în fiecare roată.• O antenă circulară şi un transceiver transmit aceste semnale unui

modul de procesare electronică, care comandă un compresor de aer, pentru a menţine presiunea dorită a pneurilor.

Dacă temperatura depăşeşte o anumită valoare, de exemplu + 85°C, se comandă scăderea vitezei automobilului.

Aplicaţii de măsurare a vitezelor în automobile

1. Măsurarea vitezei de rotaţie în automobile• Cei mai importanţi factori în controlul motorului sunt:

- viteza de rotaţie a motorului (50 ... 8000 rpm ) şi

- unghiul axului cotit. Aceste semnale sunt folosite pentru injecţia de combustibil şi controlului aprinderii.• Viteza automobilului este în gama tipică 0 ... 180 km/h, cu rezoluţia 1

km/h.• Pentru măsurarea vitezei automobilului se măsoară viteza de rotaţie a

arborelui de transmisie, folosind senzori optici sau senzori magnetici.• Senzorii de acceleraţie sunt folosiţi în:

- sisteme de comandă a pernei de aer, - sisteme de control a cursei suspensiei,- de evitare a blocării frânelor, - tracţiune şi navigaţie inerţială.

In aceste aplicaţii se folosesc comutatoare şi accelerometrele analogice microprelucrate din Si, plasate central pe caroseria automobilului.• În aplicaţii ca ABS, ASR şi transmisie pe patru roţi, se folosesc

senzori de viteză de rotaţie pe fiecare roată, pentru a determina alunecarea diferenţială între roţi.

• În aplicaţiile de transmisie electronică, informaţiile de la senzorii de viteză de deplasare şi turaţie a motorului, cuplu de torsiune şi poziţia clapetei de acceleraţie sunt necesare pentru selecţia raportului de transmisie optim al cutiei de viteze.

Transmisiile controlate electronic asigură tranziţia lină între rapoartele de transmisie şi sunt mai mici decât transmisiile automate convenţionale, permiţând mai multe rapoarte de transmisie, performanţe mai bune, cuplu, eficienţă şi acceleraţii mai mari.• Altă aplicaţie: controlul vitezei de rotaţie a ventilatorului

radiatorului. Depinde de temperatura lichidului de răcire.Folosesc senzori Hall sau cu magnetorezistenţe pentru a determina

poziţia armăturii şi viteza de rotaţie a motorului ventilatorului.

Traductoare Hall si utilizarea lor la autoturisme                 

                                                                       

1. Efectul Hall. Consideratii teoretice

Efectul Hall este un efect galvanomagnetic observat pentru prima data de E. H. Hall in 1880. Acest efect consta in aparitia unui camp electric transversal (denumit camp electric Hall EH ) si a unei diferente de potential intr-un metal sau semiconductor

parcurse de un curent electric, atunci cand ele sunt introduse intr-un camp magnetic, perpendicular pe directia curentului.

Se considera cazul unei proba semiconductoare paralelipipedice de dimensiuni a,b, c (fig.1). Campul electric Hall apare atunci cand proba semiconductoare este plasata intrun camp de inductie magnetica B si intr-un camp electric exterior de

intensitate  .

Vectorii   formeaza un triedru drept (fig. 1), adica   =   (E,0,0);   =   

(0, B,0);  =  (0,0, EH ).

 Sub actiunea campului electric extern   =   (E,0,0) prin proba semiconductoare trece

un curent electric de intensitate I. Prin aplicarea pe proba respectiva a campului magnetic de

inductie   =   (0, B,0) intre fetele laterale ale probei, pe directie normala pe   si   (fig. 1),

apare o diferenta de potential UH = VA −VB  numita tensiune Hall. Tensiunea Hall este determinata de devierea purtatorilor de sarcina electrica ce formeaza curentul prin proba, sub actiunea fortei Lorenz:

                                               

unde v este viteza medie de miscare prin proba a purtatorilor de sarcina electrica (sau viteza de drift) sub actiunea campului E , iar eeste sarcina electrica elementara e=1.6*10-19C [1].

            Intensitatea campului electric Hall este:

EH=UH/a.

2. Efectul Hall in sisteme magnetice

            In materialele feromagnetice( si cele paramagnetice in camp magnetic), reziztivitatea Hall include o contributie aditionala, cunoscuta ca Efect Hall Anormal( sau Efect Hall neobisnuit), care depinde direct de starea de magnetizare a materialului, si adeseori are o pondere mai mare decat efectul Hall normal.

In ciuda faptului ca este un fenomen recunoscut, exista totusi o discutie legata despre originea sa in diferite materiale. Efectul Hall anormal poate fi ori efect extrinsec datorita  dispersiei purtatorilor de sarcina, sau efect intrinsec.

Dispozitivele cu efect Hall produc la iesire un nivel de semnal foarte scazut din aceasta cauza necesita o amplificare. In timp ce pentru instrumentele de laborator amplificatoarele cu tuburi cu vid disponibile in prima parte a secolului 20 erau potrivite, pentru aplicatiile cotidiene  acestea erau prea scumpe si mari consumatoare de energie. Senzori cu efect Hall au devenit convenabili pentru productia de masa odata cu deszvoltarea circuitelor integrate ieftine. Multe dispozitive comercializate acum sub denumirea de “Senzori cu efect Hall” sunt de fapt dispozitive care incorporeaza intro singura capsula atat sensorul Hall cat si circuitul integrat cu amplificare mare. Avantajele recente au rezultat prin adaugarea convertoarelor analog-digitale(ADC) si a I2C( Inter-Intergrated circuit communication protocol) pentru conectarea directa la porturile de intrare/iesire a microcontrolerului integrat in capsula.

3. Avantaje

Dispozitivele cu efect Hall xcapsulate corespunzator sunt imune la praf, noroi si umiditate. Aceste caracteristici fac din dispozitivele cu efect Hall mai potrivite pentru aplicatii pentru detectia pozitiei sau a miscarii  decat alte metode cum ar fi metoda optica sau electromecanica[2].

4. Aplicatii in domeniul auto

Aplicatiile tipice in domeniul auto:

-        pozitia arborelui cu came

-        pozitia vibrochenului

-        sensori de current

-        presiune de ulei

-        pozitia pedalei

-        pozitie

-        presiune

-        pozitia scaunului

-        viteza

-        unghi de virare

-        pozitia volanului

-        pozitia suspensiei

-        pozitia supapelor

1. Detectia vitezei vibrochenului

Fig.2 Pozitia arborelui

Acest tip de sensor este constituit dintr-un magnet permanent, un lant, o bobina. Sensorul este montat aproape de roata dintata. Cand un dinte al rotii trece prin fata senzorului, un current pulsatoriu este indus in bobina. Fiecare dinte produce un impuls. Cu cat viteza rotii creste cu atat numarul de pulsuri creste. Unitatea electronica de control(ECU) va determina viteza de rotatie a componentei in functie de numarul de pulsuri inregistrate. [3].

 

2. Detectia vitezei rotii

Senzorii pentru roata functioneaza conform principiului folosit la detectia vitezei vibrochenului[4]. Componenta mobila, in acest caz roata, are un disc cu dinti de metal. Senzorul este echipat cu o bobina si un magnet permanent. Bobina are o particularitate ca va produce o tensiune cand un camp magnetic variabil este present. Cand nu exista metal in fata senzorului liniile de camp magnetic de la magnetul permanent sunt indreptate dinspre nord spre sud trecand prin infasurarile bobinei. In momentul in care roata incepe sa se invarta dintii de metal vor trece prin fata senzorului si liniile de amp magnetic se vor modifica. Aceasta modificare va produce o tensiune de fiecare data cand un dinte metallic trece prin fata senzorului. Tensiunea se produce la transitia dintre un dintre si un gol aparut in fata senzorului. Daca dintele sta in fata senzorului(roata sta) tensiune scade la zero. Distanta dintre sensor si roata de metal este foarte importanta pentru ca o distanta mai mare va produce un camp magnetic mai slab deci o tensiune mai scazuta. Distanta optima este intre 0.1-1.5 mm[4].

3. Detectia pozitiei scaunului pasagerului

            Pozitia scaunului este utilizata de sistemele de siguranta pentru a determinat pozitia pasagerului fata de volan, limitand forta de explozie a aibag-ului.

            Cea mai utilizata metoda este incorporarea unui sensor Hall pentru detectia zonelor de pozitie a scaunului[5]. Senzorul trebuie sa retransmita  aceasta informatie sub forma digitala spre unitatea de comanda pentru a indica o anumita zona.

            Calea de rulare a scaunului este de obicei din metale feroase capabila sa intrerupa campul magnetic intre un sensor hall si un magnet. Materialul feros din calea de rulare trece printre un comutator si un magnet provocand intrerupatorulul sa comute ON sau OFF, in functie de pozitia scaunului . O modificare in starea de iesire a senzorului indica unitatii de control ca scaunul este intr-o anumita zona.

            Calea de rulare a scaunului poate fi impartita in mai multe zone in functie de numarul de senzori hall care sunt folositi.Daca se folosesc 2 senzori vom avea 4 zone posibile. Daca scaunul este intro zona mai apropiata de volan unitatea de control va stabili o forta de explozie a airbagului mai mica.Unitatea de control va decoda iesirea senzorilor hall pentru a stabili in ce zona se afla scaunul. Doi senzori va furniza la iesire un cod Grey prezentat in fig 3 si in tabelul 1

           

Fig. 3 Zonele depozitie a scaunului

Tabelul 1. Codul Grey

4. Detectia inchiderii centurii de siguranta

In cupla de inchidere a centurii de singuranta se gasesc un mecanism cu resort si un amsamblu cu senzor Hall. Mecanismul cu resort realizeaza blocarea automata a limbii metalice a centurii. In mod normal ansablul cu senzor Hall are un anumit nivel de tensiune la iesire daca limba centurii de siguranta nu este introdusa in mecanismul cu resort. Acest nivel de tensiune este diferit in momentul in care limba centurii este introdusa in mecanism.

Zone Sensor 2 Output Sensor 1 Output

1 0 0

2 0 1

3 1 1

4 1 0

Fig.4 Structura interna a cuplei de inchidere – centura in afara

2.Măsurarea vitezei liniare în automobile

• Aplicaţiile de măsurare a vitezei liniare în automobile sunt:- detecţia obstacolelor apropiate de automobile;- evitarea coliziunilor;- măsurarea distanţei caroseriei faţă de drum pentru controlul cursei

suspensiei;- măsurarea vitezei automobilului pt. ABS, ASR (prevenirea rotirii

rapide a roţilor pe drum lunecos) şi navigaţie inerţială.• În aceste aplicaţii se folosesc traductoare cu ultrasunete pt. distanţe

scurte < 10 m şi RF pentru distanţe mai lungi.• Pentru măsurarea cu ultrasunete a obiectelor aflate la distanţe de 0,5 ...

2 m, frecvenţa impulsurilor este aprox. 15Hz. Impulsurile reflectate se întorc în 3 ... 12 ms. Viteza unui obiect (ţintă) este dată de relaţia:

v = 2L / tL = distanţa faţă de ţintă, t = timpul (viteza ultrasunetelor = 340

m/s).• În cazul măsurării cu ultrasunete a distanţei între caroserie şi drum, de

15...50 cm, pentru controlul cursei suspensiei, se foloseşte viteza de repetiţie a impulsurilor de până la 50 Hz iar impulsul reflectat se întoarce în 0,9 ... 3 ms.

I.TRADUCTOARE PENTRU AUTOMOBILE

1. Traductoare de temperatură, căldură şi umiditate

• Surse de căldură în automobile:- motor,- convertoare catalitice, - pierderi în convertoarele de putere (ex. alternatorul) şi - dispozitive generatoare de căldură ca: parbrizele, scaunele şi

oglinzile încălzite. • Umiditatea se adaugă la efectul temperaturii asupra fiabilităţii

componentelor şi confortul pasagerilor.• Temperatura unui corp sau substanţe = potenţial de debit de căldură,

măsura energiei cinetice medii a moleculelor şi starea termică, abilitatea de a transfera căldura la alte corpuri sau substanţe.

• Temperatura afectează:- performanţele motorului şi sistemelor,- confortul şoferului şi pasagerilor.

• Gama temperaturilor de funcţionare:- autovehicul (-60...+57°C),- module electronice de sub capotă (- 40...+125°C) şi- compartimentele pasagerilor (-40...+85°C). • Vâscozitatea fluidelor de ungere şi răcire este afectată de variaţii mari

de temp.• Vopseaua, ţesăturile, materialele plastice, obiectele de cauciuc,

materialele organice şi anorganice trebuie proiectate pentru medii cu temperaturi şi umiditate extreme.

• Măsurarea temperaturii acestor componente este esenţială în timpul proiectării şi dezvoltării autovehiculului.

• Energia termică se transferă cu variaţiile corespunzătoare de temperatură prin:

- conducţie: prin difuzia în materiale solide, lichide sau gaze staţionare; - convecţie: mişcarea lichidului sau gazului între două puncte, iar

radiaţia are loc prin unde electromagnetice; radiaţie.

5. Detectia pozitiei volanului

Variatia tensiunii unui element Hall sau a resistentei a unui element magnetorezitiv se poate utiliza la sensori de pozitie sau viteza.

O mica portiune(10) al axului volanului este filetata si cuplata la o bucsa. Bucsa include o bara de ghidare(16) care prezinta o neuniformitate magnetica(18,18`). Montajul cu sensor include un senzor galvanometric(30) montat intr-un  canal fix(20). Miscarea de rotatie a axului volan  este  transformata in miscare de translatie repetata a barii de ghidare. Tensiunea de iesire a sensorului indica pozitia axiala a neuniformitatii magnetice deci pozitia volanului se poate afla[7].

                                                                        Fig. 7.

6. Detectia pozitiei pedalei de frana

Pentru detectarea pozitiei unei portiuni feromagnetice a pedalei se foloseste un transistor cu efect Hall si un montaj cu magnet permanent. Modificarea pozitiei pedalei de frana va determnina o variatie a campului magnetic si provocand o miscare a stariidispozitivului cu efect Hall.

Fig.8 Dtectarea pozitiei pedalei

Tranzistorul cu efect Hall ca un comutator alternand la iesire un semnal digital „high” sau „low” dependent de modificarea fluxului magnetic detectata de tranzistorul cu efect Hall. In pozitia normala a pedelei tranzistorul cu efect Hall este in starea `high` .

Cand pedala se apasa, deci elementul feromagnetic este departat , dispozitivul cu efect Hall intra in starea „low”.

.Traductoare pentru gaze de evacuare

1.Arderea• Singurele produse ale unei arderi complete sunt substanţe netoxice:

CO2 şi apă:• Cerinţa pentru acest proces este 14,7 kg de aer pentru fiecare kg de

combustibil, adică 10 m3 de aer la 1 litru combustibil.• Raportul aer/combustibil este stoichiometric atunci când motorul este

alimentat cu cantitatea exactă de aer cerută pentru ardere completă.2.Raport normalizat aer /combustibil

• Raportul amestecului este definit de raportul normalizat aer / combustibil = l

• Condiţiile din motor nu corespund celor absolute ideale pentru o ardere perfectă, rezultă un număr de produse de ardere incompletă chiar dacă este menţinut un raport stoichiometric l = 1.

• CO2 şi H2O sunt însoţite de CO, H2 şi HC, oxigen liber nereacţionat.• Echilibrul apă - gaz defineşte raportul CO la H2.• La temperaturi mari de ardere, N2 şi O2 din aerul de alimentare

formează oxizi de azot: NO, NO3, N2O.3.Compoziţia gazelor de evacuare netratate

• Compoziţia gazelor de evacuare care intră în convertorul catalitic variază funcţie de calitatea combustibilului şi raportul l.

• Amestecurile bogate (l < 1, combustibil exces) produc concentraţii mari CO, H2,,,HC.

• Amestecurile sărace (l > 1, oxigen exces) generează nivele mari de NOx şi O liber. Temperaturi scăzute ale camerei de ardere, asociate cu raporturi amestec l > 1,2 au ca efect reducerea concentraţiilor NOx şi creşterea concentraţiilor HC.

• Emisiile maxime de CO2 au loc la un amestec uşor sărac (l » 1,1).4.Concepte de proiectare ale buclei închise de control lambda

• Elementele principale care definesc sistemele de control în buclă închisă l sunt:- proiectarea motorului, - limitele de emisie, - consumul de combustibil şi - cerinţele de performanţă şi funcţionare silenţioasă

• Tratarea catalitică a gazelor evacuate este esenţială pentru respectarea standardelor de emisie curente.

• În procesul catalitic, CO, H2 şi HC sunt oxidate pentru a forma CO2 şi H2O, iar NOx sunt reduse la N2 şi O2.

• Convertorul catalitic cu 3 căi (convertor catalitic selectiv) şi sistem de control în buclă închisă care foloseşte senzor l sunt elementele esenţiale pentru obţinerea reducerilor adecvate a celor trei poluanţi.

• Motorul trebuie să funcţioneze într-o gamă îngustă de variaţie |lD½< 0,005 la l = 1.

• Controlul l în buclă închisă este încorporat în sistemul de control electronic.

• Sistemul de control reglează l în amonte de convertorul catalitic, cu ajutorul unui senzor de O2. Rezultă întârzieri mari ale sistemului de control, mai ales la viteze scăzute. De aceea, sistemul trebuie să conţină o funcţie pilot de control, capabilă de reglarea amestecului la valoarea l dorită, cu un grad de precizie maxim posibil. Se evită astfel scăderea performanţelor automobilului şi creşterea nivelului de gaze poluante evacuate.

• Conceptul de control în buclă închisă folosit curent în motoarele cu aprindere prin scânteie se bazează pe control în două puncte cu l = 1, cu compoziţia amestecului oscilând în jurul valorii optime pentru l.

• Când amestecul trece de la bogat la sărac, Us de la sonda l, scade de la 0,8 V (l < 1) la 0,1 V (l > 1), cu variaţie rapidă a semnalului la l = 1.

• Când Us trece peste tensiunea de prag fixată, ex. Uprag » 0,45V, sistemul răspunde sărăcind progresiv amestecul până când Us cade din nou sub prag.

Când procesul se încheie, sistemul îşi inversează ieşirea, îmbogăţind gradat amestecul.

Motor

Precontrol stabil

/instabilControler

PI

aer

combustibil

amestec

amestec bogat / sărac

Comparator

CONTROL

ELECTRONIC

Uprag

Us

Senzor l

Gaz evacuat

Catalizator cu 3

căi

Sistem de

formare a

amestecului

III.Traductoare de poziţie liniară şi unghiulară

• Folosite în automobilele moderne, de la microcomutatoarele acţionate de deschiderea uşii, până la transformatoarele diferenţiale liniar variabile din sistemele de suspensie active, pentru indicarea poziţiei sau în sisteme de siguranţă.

• Fiecare tip de traductor are propriile modalităţi de exprimare şi este important să se înţeleagă cum o caracteristică a traductorului se raportează la altă caracteristică a altui traductor, cum afectează forma

semnalului de ieşire, analogică sau numerică, rezoluţia, performanţele sau stabilitatea unui sistem din traductor.

1.Traductoare de poziţie• Din perspectiva unui proiectant de sistem, problema de bază legată de

traductoare este: ce fel de informaţie dă la ieşire şi cum este folosit traductorul.

• Un traductor de poziţie este un dispozitiv electromecanic care transformă informaţia de poziţie în semnale electrice.

• Traductoarele de poziţie pot fi grupate în două categorii de bază:- traductoare incrementale sau absolute şi- traductoare de poziţie în contact sau de proximitate.

a) Traductoare incrementale sau absolute • Măsoară poziţia ca distanţa de la un marcaj arbitrar sau zero.• Se bazează pe metoda de numărare a impulsurilor. Un impuls din

secvenţa de impulsuri este proiectat mai lat sau de polaritate opusă decât altele, încât poate fi folosit ca zero.

• Avantaje: folosesc puţine fire de legătură, tipic patru sau cinci.• Dezavantaje: - la punerea sub tensiune, traductorul nu are nici o

informaţie de poziţie şi necesită un ciclu de indexare mecanic pentru a găsi impulsul marker;

- sensibilitatea la zgomote.• Dau informaţie de ieşire neambiguă la punerea sub tensiune. Fiecare

poziţie liniară sau unghiulară are o valoare unică.• Ieşirea poate fi: tensiune, frecvenţă, cod numeric, etc, asociate poziţiei

de intrare.• Exemple: potenţiometrele,traductoarele numerice absolute,resolverele,

etc.b) Traductoare de poziţie în contact sau de proximitate

• Sunt proiectate să detecteze poziţia componentelor sistemelor mecanice, fiind fie direct cuplate prin arbore sau legătură, ca în cazul potenţiometrelor sau traductoarclor optice numerice, fie prin mijloace fără contact sau proximitate.

• Condiţiile de mediu au influenţă mare în alegerea traductorului. Nivelele mari de vibraţii, mai ales în aplicaţiile cu motoare mici, duc la defecte permanente, de exemplu a stratului conductor de la potenţiometrul de măsurare a poziţiei clapetei de acceleraţie. Murdăria şi praful exclud traductoarele optoelectronice din aplicaţiile de sub capotă, datorită degradării rapide a căii optice.

• Traductoarele de proximitate cele mai folosite sunt cele bazate pe detectarea CM, deoarece pot fi mai uşor izolate de efectele distructive ale mediului dur din cele mai multe aplicaţii din automobile.

2.Traductoare de poziţie optoelectronice• Codoarele optice unghiulare pentru măsurarea incrementală a poziţiei

unghiulare a arborilor au disc cu sectoare transparente şi opace, egal spaţiate.

• Tipuri de discuri:- disc din sticlă - pentru aplicaţii de precizie;- disc din mylar – rezoluţie mare, preţ scăzut;- disc din metal - rezoluţie medie sau mică, preţ scăzut .Discurile sunt rotite şi iluminate pe ambele părţi. Fotodetectoarele

detectează trecerea sectoarelor iluminate şi întunecate.Discurile din metal, de rezoluţie scăzută, lucrează prin reflexie.

• Codoarele au 2 perechi de surse optice şi fotodetectoare, poziţionate la distanţă egală cu jumătate din lăţimea unui sector.

• Ieşirile celor 2 canale de măsură sunt decalate cu 90° (semnale în cuadratură).

• Trecerea unei perechi de sectoare luminoase şi întunecate prin faţa unui fotodetector este numită perioadă, impuls, linie sau 360° electrice.

• Rezoluţia codoarelor: 16 linii/rot, pentru aplicaţii de preţ scăzut,> 6000 linii/rot pt. sisteme de control a poziţiei de precizie.

• Multe codoare folosesc şi al treilea semnal ca index sau impuls de referinţă (marker nord). Acesta are 1 linie/rotaţie şi lăţime tipică de 90°e.

• Din cele 2 ieşiri de pe cele 2 canale defazate la 90°e, pot fi separate 4 stări distincte folosind CI speciale (semnale cu factor de umplere 1/2). Se obţin astfel rezoluţii de patru ori mai mari decât numărul liniilor de pe disc.

• Sensul rotaţiei este dedus din defazajul dintre cele două semnale.• Specificaţiile de acurateţe ale codoarelor unghiulare incrementale se

încadrează în două categorii:- acurateţea poziţiei unghiulare este diferenţa între unghiul real al

arborelui şi unghiul indicat de codor. Eroarea este dată în grade sau minute de arc;

- specificaţiile pentru simetria şi repetabilitatea perioadelor sunt exprimate în grade electrice.

• Codoarele optoelectronice incrementale liniare permit măsurarea directă a mişcării liniare. Tehnologia şi terminologia sunt aproape aceleaşi ca la codoarele unghiulare.

• Codoarele liniare sunt descrise de densitatea liniilor sau rezoluţie în linii pe mm sau mm pe linie, rezoluţia fiind » 8 linii/mm, adică » 30 mm.

• Codoarele absolute au rezoluţie 1/26…1/216 şi date ieşire în binar, BCD sau Gray.

3.Traductoare inductive de unghi

• Resolvere, numite şi sincro resolvere, sunt traductoare absolute de unghi.

• Datorită construcţiei lor, resolverele moderne fără perii oferă soluţia cea mai robustă, fiabilă şi au rezoluţia cea mai mare pentru măsurarea unghiurilor.

• Sunt considerate adesea traductoare de preţ mare pentru automobile, datorită manoperei mari.

• Pot fi complet capsulate sau plate, cu statorul şi rotorul realizate separat, pentru facilitarea montării pe arbori.

• Se caracterizează prin diametrul carcasei.• Acurateţea lor se specifică în minute de arc, valoarea tipică fiind 7

arcmin.• Sunt traductoare rotative.• Funcţionare: tensiunea alternativă la intrarea de referinţă dă excitaţia

primară. Gama de frecvenţă este 400 Hz ... 20 kHz, funcţie de tipul constructiv; de obicei 2 ... 5 kHz. Semnalul de referinţă este cuplat la rotor printr-un transformator montat la un capăt al arborelui rotorului. A doua bobină rotor se cuplează cu două bobine stator orientate perpendicular şi bobinate astfel încât, la rotirea arborelui rotor, amplitudinile ieşirilor bobinelor stator variază cu sinusul şi cosinusul unghiului arborelui faţă de zero.

• Ieşirea resolverului se decodează cu un convertor integrat resolver – numeric.

• Semnalele de intrare de la resolver modulate în amplitudine sinus şi cosinus,reprezentând un unghi q al arborelui, sunt multiplicate, respectiv, cu cosinusulşi sinusul valorii curente F a numărătorului bidirecţional.

• Semnalele obţinute sunt scăzute, rezultând: VE = A.sinωt(q - F),

Asinwt este purtătoarea de referinţă.• Semnalul e demodulat sincron, iar un integrator şi un OCT formează

buclă închisă cu numărătorul /multiplicatorul, care caută să anuleze sin(q - F).

Când se obţine zero, valoarea numărătorului reprezintă unghiul arborelui resolverului, acurateţea fiind dictată de convertor.

Multiplicatorsin / cos

Demodulator sincron

Numărător bidirecţional

Integrator şi OCT

Referinţă

sin

cos

poziţie sens viteză

sin(q - F)

FISA 8

.Traductoare de viteza şi acceleraţie

• Măsurarea vitezei de rotaţie în automobile are două game de aplicaţii principale:- monitorizarea turaţiei motorului, pentru a îmbunătăţi controlul

motorului şi sistemele de control a tracţiunii;- controlul regimului de croazieră şi ABS, pentru siguranţă.

• Măsurarea vitezei liniare este utilă în:- monitorizarea vitezei automobilului,- controlul autovehiculului, - detecţia obstacolelor şi - evitarea accidentelor.

• Trebuie luat în consideraţie mediul în care va funcţiona traductorul.• Condiţii de măsurare:

- acurateţe,- traductoarele să fie robuste, fiabile,- să funcţioneze în prezenţa benzinei, lubrifianţilor, murdăriei şi

condiţii atmosferice aspre. Aceste cerinţe limitează folosirea alternativelor practice: senzorii optici şi cei în contact.• Pentru monitorizarea vitezei de rotaţie, dispozitivele practice folosesc

detecţia CM. Acestea se bazează pe efectul Hall, reluctanţă variabilă sau magnetorezistenţă.

• Pentru monitorizarea vitezei de deplasare a automobilului şi detecţia obiectelor se folosesc:- traductoare optice, - cu laser, - cu microunde (radar) şi - cu ultrasunete.

• Pentru măsurarea vitezei liniare se foloseşte efectul Doppler.

FISA 9Traductoare de presiune pentru automobile

Măsurarea presiunii în automobile• Traductoarele de presiune în automobile sunt:

- dispozitive mecanice, cu deplasarea poziţiei la aplicarea presiunii,- diafragme din cauciuc sau elastomer,- traductoare semiconductoare bazate pe Si.

• Tipuri de măsurători de presiune:- presiune relativă sau efectivă, absolută, diferenţială, nivel de lichid şi

comutator de presiune (manocontact).Presiunea din galeria de admisie, barometrică şi presiunea amplificată turbo.Presiunea uleiuluiPresiunea uleiului de transmisie şi presiunea de frânarePresiunea pneurilorPresiunea gazelor de evacuare recirculatePrezenţa suprapresiuniiPresiunea de ardere

senzor temperatura

senzor nivel apa spalare parbriz

senzor temperature de racier

senzor impulsuri arbore cotit

senzor temperature de ulei

sensor nivel lichid

sensor de viteza

traductor de presiune

sensor thermostat

sensor intreruptor termic