UNIVERZITET U TUZLI- MAŠINSKI FAKULTET

SEMINARSKI RAD

Tema: Upotreba senzora u hidrauličkim sistemimaPredmet: Inteligentni senzori

Ime i prezime: Nermina MujićBroj indeksa: III-74/05Odsjek: MehatronikaDatum:

SADRŽAJ

1. Uvod 42. Mjerne veličine 5

2.1 Općenito 52.2 Pritisak 7

2.2.1 Manometar 72.2.2 Principi deformacije metalne membrane 8

2.3 Temperatura 11 2.3.1 Termoelementi 11 2.3.2 Metalno- otporni senzori 12 2.4 Kombinirani senzori 13 2.5 Volumetrijski protok 13 2.5.1 Proces efektivnog pritiska 14 2.5.2 Proces istiskivanja 14 2.5.3 Proces strujanja 16 2.5.4 Termički procesi 17 2.6 Broj obrtaja 19 2.7 Razina zvuka 20

3. Hidraulički mjerni uređaji 213.1 Digitalni uređaji za prikazivanje 213.2 Hidro testeri 213.3 Senzori i mjerni uređaji za analizu fluida 24

3.3.1 Brojač čestica 243.3.2 Vodeni sadržaj 27

4. Računar kao mjerni uređaj 295. Zaključak 316. Literatura 32

2

POPIS SLIKA

Slika 1.0 Kontinuirani analogni mjerni signali y1(t) i y2(t)Slika 1.1 Karakterisitčna krivulja pumpeSlika 2.0 Mini mjerni priključak (Hidrotehnika)Slika 2.1 Bourdon cijeviSlika 2.2 Mjerni otpori (Premosni sklop)Slika 2.3 Zahtjevnost mjernih otporaSlika 2.4 Mjerna pritisna ćelijaSlika 2.5 Senzor pritiska u tankoslojnoj tehniciSlika 2.6 Električni senzor pritiska sa ISDS (Hidrotehnika)Slika 2.7 Shema hidrauličkog pritiska ravnotežeSlika 2.8 Mjerna greška senzora pritiska (npr. 1% dozvoljene greške)Slika 2.9 Mjerno kolo sa termoelementomSlika 2.10 Princip jednog kompenzacijskog sklopaSlika 2.11 Kombinirani senzor (Hidrotehnika)Slika 2.12 Mjerna greška senzora volumetrijskog protoka na temelju trenutne vrijednostiSlika 2.13 Zupčasti senzor sa dodatnim priključkom pritiskaSlika 2.14 Ovalno- zupčasti senzor volumetrijskog protokaSlika 2.15 Vijčano- vretenasti senzor volumetrijskog protokaSlika 2.16 Mjerna turbinaSlika 2.17 Krivotvorenje mjerne vrijednosti kroz promjernu viskoznosti od HLP46Slika 2.18 Temperaturna razlika kao funkcija oticanja uljaSlika 2.19 Temperaturna razlika kao od pritiskaSlika 2.20 Anemometar vruće žice sa konstantnim naponskim napajanjemSlika 2.21 Anemometar vruće žice sa konstantnim otporom vruće žiceSlika 2.22 Princip mjerenja frekvencijeSlika 2.23 Princip mjerenja trajanja periodaSlika 2.24 Nastanak i prenos bukeSlika 3.0 Ugradni uređaj komandne tableSlika 3.1 Blok shema hidro testeraSlika 3.2 Ručni uređaj (Hidrotehnika)Slika 3.3 Multi sistem 8050 (Hidrotehnika)Slika 3.4 Brojač čestica CCS2Slika 3.5 Blok shema brojača česticaSlika 3.6 Inline- mjerni sistem: prikazni i upravljački uređaj CCM 01 i inline senzor PFS 01Slika 3.7 Mjerni priključakSlika 3.8 Induktvino mjerenje metalnih česticaSlika 3.9 Senzor metalnih česticaSlika 3.10 Inline- Mjerni sistem kontaminacije vode WSTM 01Slika 3.11 Senzor vlažnostiSlika 3.12 Krivulja zasićenosti vode pri 100%-noj zasićenosti za HLP46Slika 4.0 Shema mjerne dužine sa bilježnicom i PCMCIA- karticomSlika 4.1 LabView program i ekran procjene

POPIS TABELA

Tabela 1.0 Sastav izbaranih, za hidrauliku važnih fizikalnih veličinaTabela 2.0 Parametri pogreške indirektno mjerenih fizikalnih veličinaTabela 2.1 Proračun statičkih parametaraTabela 2.2 Klase tačnosti i pripadajuće granice pogreške manometara

3

1. UVOD

Mjerenje danas predstavlja jedno disciplinski- preovlađujuće naučno područje, koje se kod stvarnog mjernog postupka bavi prikupljanjem i predstavljanjem fizikalnih veličina. Ono podliježe, uslovljeno tehnološkim razvojem Senzorike, računarski podpomognutom prikupljanju mjernih vrijednosti, obradi mjernih vrijednosti i analizi mjernih vrijednosti, stalnom razvoju. Svaka fizikalna veličina G, prema jednačini (1.1) obuhvata kvantitativni izjavu {G}, koja se izražava kroz brojčanu vrijednost (često i mjerni broj) i kvalitativnu izjavu [G] koja se karakterizira kroz jedinicu (često i mjernu jedinicu).

(1.1)

Uzimajući u obzir, od 1.1.1978.godine, obaveznu primjenu tzv SI- jedinica, kao osnovnim parametrima smatraju se vrijeme, dužina, masa, električna jačina struje, temperatura, intenzitet svjetlosti i količina tvari. Iz toga se mogu izvesti mnoge druge fiziklane veličine, kao npr. predstavljene u tabeli 1.0, za Hidrauliku. Prikazane su u jedinicama koje se koriste u praksi, jer i mjerni uređaji koriste iste jedinice.

Tabela 1.0 Sastav izbaranih, za hidrauliku važnih fizikalnih veličina

Fizikalne veličine Formulske oznake Proračun Mjerne veličine

Pritisak p bar, MPa

Volumetrijski protok Q dm3/min, l/min

Obrtni broj n l/min

Snaga F N

Obrtni moment M Nm

Brzina v m/s

Moderne mašine i postrojenja, koje koriste Hidraulički sistemi, moraju se prilagoditi datim uvjetima često uz obzir na mehatroničke aspekte. Potrebno je podesiti ventile, ali to često nije dovoljno, jer se koriste upravljački i regulacijski sistemi, koji se takođe moraju optimalno podesiti. Za hidrauličkog inžinjera u praksi je bitno poznavanje strukture i djelovanja senzora i mjernih instrumenata za mjerenje fizikalnih parametara. Inovacije u hidraulici ne znače samo efektivan dizajn komponenti, njihovu optimalnu kombinaciju i kontrolu, nego i upotrebu senzorskih i mjernih sistema za praćenje i dijagnostiku komponenti.

4

2. Mjerne veličine

2.1 Općenito

Neophodna upotreba usporednih normi za mjerni postupak često nije jasna hidrauličarima u praksi. Osim toga se u mjernom poretku često vrši pretvorba u druge fizikalne veličine. Kako se po pravilu ne mjere osnovne fizikalne veličine, moraju se kalibrirati cijelokupni mjerni lanac. Osnovna kalibracija može biti izvedena samo od strane ovlaštenih firmi, koje zadovoljavaju potrebne mjerno- tehničke kvalifikacije.

Slika 1.0 Kontinuirani analogni mjerni signali y1(t) i y2(t)

Činjenica o kojoj treba voditi računa je mjerni signal, gdje se pod pojmom signal podrazumjeva fizikalna veličina u funkciji vremena. Na slici 1.0 prikazan je tipičan tok kontinuiranog analognog signala. Sami signali se u senzoru pretvaraju u električne jedinične signale. Usvojeni jedinični signali iznose 0- 20mA (mrtva nula), 4- 20mA (živa nula) tj. 0- 10V. Signal se mijenja neovisno o mjernom području, ali uvijek je proprcionalan izmjerenoj vrijednosti. Mrtva nula znači, da je početna vrijednost izlaznog signala jednaka nulia, ako mu je ulazna vrijednost takođe nula. Korištenje žive nule ima tu prednost da se funkcionalnost može provjeriti i bez postrojenja za kalibraciju, jer se kod prekida prenosa signala mehanički postavlja nulta tačka. Izlazni električni signal je u ovom slučaju npr. 4mA. Osim toga, nelinearnosti koje se nalaze u blizini nulte tačke, ne dovode do iskrivljenosti, jer se nalaze izvan područja funkcije. Kod pretvorbe analognih mjernih signala u digitalne impulse potrebno je voditi računa o teoremu snimanja po Shanonu. Kod pretvorbe jedne analogne vrijednosti potrebno je kratko vrijeme, jer se iz kontinuiranog toka uzimaju samo uzorci. Dalja obrada tako dobijenog digitalnog signala, takođe zahtjeva vrijeme. Ako vremenska funkcija x(t) ne sadrži veće frekvencije od f0, tok snimljenih vrijednosti može biti opisan jednačinom (2.1). U periodu između dva signala tA

moguća je analogno- digitalna pretvorba. Teorem snimanja (uzorkovanja) je teorijska podloga za pretvorbu analognih u digitalne signale. Za praktične svrhe je važno, da se orginalni tok jednog mjernog signala može digitalno predstaviti, koristeći jednačinu (2.1). Teoretski granični slučaj se praktično i ne koristi, jer se često biraju i do 10 puta veće stope uzorkovanja. Ako je potrebno da se istovremeno procjeni više mjernih signala, onda se često upotrebljavaju Mulitplekseri, koji u vremnu tA moraju uhvatiti i proslijediti sve signale.

sa (2.1)

5

Mjerna tačnost je takođe od ključnog značaja. To je za razlikovati, od sistematski za mjerni postupak karakteristično odstupanje, i od mjernog osoblja zavisno odstupanje. Sistematsko odstupanje se određuje kada se od istog uzorka vrše mjerenja sa raznih mjesta, čiji se rezultati upoređuju . iz slučajnih odstupanja se preko pogreške određuje mjerna tačnost primjenjenih mjernih postupaka. Praktični postupci su sažeto navedeni u normama(standardima):

DIN 1319: Osnovni pojmovi mjerne tehnike DIN 55302: Statističke metode procjene DIN 55303: Statistička procjena podataka DIN 55350: Osiguranje kavlitete i statistika.

Ako se fizikalne veličine ne mjere direktno, nego se izračunavaju iz dijela veličine, mora se uzeti u obzir Gausov metod propagacije pogreške. Kao mjerni rezultati dobijaju se aritmetički prosjeci i standardna odstupanja za dio veličine, iz koji se izračunavaku granične greške fizikalnih veličina, prema tabeli (2.0). Eksperimentalna istraživanja često imaju za cilj, ne samo da mjere vrijednosti određenih fizikalnih veličina, nego određene odnose numerički opišu i odrede matamtičke relacije. Kao pomoćno sredstvo se koristi regresijska analiza, gdje prisutnost između, npr. dvije mjerne veličine iz pojedinačnih vrijednosti jednog grafičkog prikaza ili matematičke funkcije, mogu odrediti. Pod uslovom linearne zavisnosti, prema jednačini (2.12), koji je često dat u hidrauličkoj mjernoj tehnici, ili koji moge biti proizvedeni iz korisnih transformacija koordinata, važe jednačina tabele (2.0).

Tabela 2.0 Parametri pogreške indirektno mjerenih fizikalnih veličinaKarakteristike reprodukcije pogreške Proračun

najvjerovatnija vrijednost indirekto mjerene fiziklane veličine f

(2.9)

sf standardno odstupanje veličine f

Δƒ najveća apsolutna greška veličine f

y(x)= a+bx (2.12)

Ako je koeficijent korelacije rxy , prema jednačini (2.10), blizu 1, onda sa velikom vjerovatnoćom postoji linearna zavisnost između dva mjerna podatka. Koeficijent korelacije prenosi uticaj neovisne varijable x na vremensku varijablu y. Često se i umjesto rxy koristi mjerilo određivanja, rxy

2. Stoga nije dovoljno odrediti samo funkcionalni odnos, već se stalno provjerava da li funkcija to izražava sa dovljnom tačnošću. Na slici (1.1) je kvalitativno prikazan primjer aplikacije iz hidrauličke mjerne prakse. Sa jednačinama iz tabele (2.0), može se odrediti regresija prema jednačini (2.5). Pri konstantnom broju obrtaja pogona i za dvije temperature ulja, jedne hidrauličke pumpe, snimljenih mjernih podataka određena je jednačina Q=-0,0052p +7,51. ona važi za nižu temperaturu ulja, prema slici (1.1). Donja prava se dobije sa višom temperaturom fluida, sa tim povezanim većim volumetrijskim gubicim. Sa koeficijentom korelacije od r=0,99 dobro su opisane činjenice. Brojčana vrijednost za određivanje volumetrijskog protoka u l/min, se koristi samo ako je pritisak dat u barima.

Tabela 2.1 Proračun statičkih parametara

6

Statistički parametri Proračun

Srednja aritmetička veličina = (2.12)

Srednja aritmetička veličina = (2.13)

Empirijske distribucije (2.14)

Empirijske distribucije (2.15)

Empirijski koeficijent korelacije rxy

(2.16)

Procjena za parametar a ( 2.17)Procjena za parametar b

(2.18)

Slika 1.1 Karakterisitčna krivulja pumpe

2.2 Pritisak

Pritisak je u hidraulici glavna veličina. Mjerenjem pritiska se mogu izraditi osnovne postavke uređaja, i od velikog su značaja za dijagnostiku cijelog hidrauličkog sistema. Mjerenje pritiska zahtjeva da , mjerna mjesta imaju na raspolaganju jednostavan priključak senzora tj. Mjernih uređaja. Na slici (1.2) su predstavljeni mini mjerni priključci koji su se već dugi niz godina dokazali. Na njih se mogu priključiti manometri za statička mjerenja ili senzori pritiska, davaoci električnih signala, stvarnom pritisku sistema.

7

Slika 1.2 Mini mjerni priključak (Hidrotehnika): a)senzor pritiska, b)temperaturni- ili dualni senzor

2.2.1 Manometar

Korištenjem manometara kjoi se upotrebljavaju za statička mjerenja, vrši se čisto mehaničko prenošenje mjernog signala na pokazivač. Ovoj kategoriji pripada Bourdon cijev, koja je prikazana na slici (2.1). Koristi se Bourdon- ov efekat, i to tako što se jedan na kraju zatvoreni krivi komad cijevi, kod punjenja pritiskom, savija. Za pritisak od ca. 100 bara koriste se izvučeni profili cijevi od bronze ili čelika, a osim toga i izvučene Bourdon- ove cijevi od čelika. Savijanje se direktno ili preko međjuspoja prenosnika dovodi do pokazivača. Manometri koji su relativno osjetljivi na preopterećenje, nisu pogodni za dinamička mjerenja. Za prigušenje pokazivača u manometrima se često koristi dejstvo prigušnog tijela tj. manometar se puni tečnošću (najčešće Glicerinom).

Slika 2.1 Bourdonova cijev, a) Shema: 1 Mjerna cijev, 2 Zupčanik, 3 Segment prenosnika, 4 Poluga, 5 Prigušno mjesto; b)Bourdonova cijev punjenja glicerinom

2.2.2 Principi deformacije metalne membrane

U hidrauličkoj mjernoj praksi se prevenstveno koriste senzori za pritisak koji rade u elastičnom području deformacije metalne membrane. Mjerenje pritiska odvija se uvijek u odnosu sa referentnim pritiskom koji je ovdje identičan vazdušnom pritisku. Elastična deformacija membrane, koja je izazvana od razlike pritisaka, je osnovni princip pretvarača pritiska, koji koristi piezoefekat tj. koji rade na osnovi piezoelemenata. U većini slučajeva membrana je izložena djelujućem pritisku i tako se mjeri deformacija. Zbog mehaničkih naprezanja koja se često na graničnim površinama javljaju, električni naponi često korištenih kristala, koji rade kao piezoelektrični senzori, javlja se električni

8

naboj čija veličina vremenski nije konstantna. Mjerljivi električni napon, pri statičkom opterećenju, nakon kratkog vremena pada na nulu. S tim, ova vrsta senzora nije pogodna za upotrebu kod promjenljivih opterećenja. Nisu pogodni ni za hidrauličke sisteme. Senzori pritiska na bazi piezoelemenata koriste piezoelektrični efekat, to znači pod dejstvom mehaničkog napona mijenja se električni otpor materijala. Takvi snimatelji pritiska su pogodni kako za statičku taki i za mehaničku primjenu. Oni su pasivni i potrebno im je napajanje napona. Zavisno koji otpor koriste i po kom principu se izrađuju, snimatelji pritiska, imaju razne nazive. Upotreba tenzometarskih traka, preko membrane se lijepe metalne trake ili poluprovodnički materijali, i preko promjene napona i deformacije se mjeri pritisak. Kroz optimalnu raspodjelu tenzometarskih traka na površini pritiska mjerne sonde, mogu se mejriti vrlo mala istezanja. Po raspodjeli tenzometarskih traka na Wheatston- ovom mostu i napajanjem istog naponom, ponašanje mjernog signala je proporcionalno razlici pritsika, slika (2.2). za tenzometraske trake se koriste materijali od žice ili poluprovodnički materijali. Tenzometarske trake mjenjaju svoj otpor zbod deformacije, slika(2.3). normalne tenzometraske trake se dobijaju nagrizanjem sa trake, koja je na metalnoj foliji, i koriste se za mjernje adeformacija svih vrsta. Promjena otpora rezultira iz dva preklopljena efekta. S jedne strane, istezanje mjernog tijela smanjuje presjek i time povećava otpor. S druge strane, sa istezanjem, se mijenja i specifični otpor. Ovaj drugi efekat se naziva specifični piezoelektrični efekat. Njemu pripada oko 20% promjene otproa kod normalnih tenzometarskih traka. Kod poluprovodničkih materijala je specifični piezielektrični efekat više rasprostranjen nego kod metala. On zavisi od orijentacije poluprovodničkog kristala i od vrste, gustoće i raspodjele starnih atoma, koji određuju provodnost. Kod poluprovodnih tenzometarski traka je specifični piezoelektrični efekat 50 puta jači nego kod metalni tenzometarskih traka. U posljednje vrijeme se koriste kompaktniji senzori pritiska, koji rade na osnovi specifičnog piezoelektričnog principa, koji koriste mjerne ćelije sa tankom čeličnom membranom. Unutrašnjost ćelije je ispunjenja silikonskim uljem, koje djelujući pritisak na membrani prenosi na senzor pritiska. Membrana, koja je sačinjena sa mjeračima, bi trebala bez napona da se deformiše. Ipak se u interseu, dobrog stanja temperature, promjer membrane se ne može po želji reducirati, jer se istezanjem ulja uzrokovano temperaturno zavisno ispupčenje, ne dešava bez djelovanja sile. S tim povezan promjena pritiska, se prikazuje kao pomjernje nulte tačke. Prikazni snimač pritiska, slika(2.4), koji je predstavljen kao ugradbeni mjerni element, sa piezootpornom mjernom ćelijom kao komada jezgra, može se univerzalno koristiti.

Slika 2.2 Mjerni otpori(premosni sklop) Slika 2.3 Zahtjevnost prema mjernim otporima

Kod tehničke izvedbe treba razlikovati tehniku tankog filma, i tehniku debelog sloja. Kod prve vrste je neophodna uglačana površina elementa senzora, koja je na izolacionom sloju opremljena sa niskoomskim vođicama. Tankoslojni otpori se nanose u više radnih koraka. Zbog mogućnosti minimiziranja i ekonomične proizvodnje spekatar upotrebe je jako širok. Debeloslojna tehnika često koristi keramički materijal kao podlogu, na koju se sitopritisnom tehnikom i tehnikom maske, nanosi otporna mreža, za koju su potrebni još dodatni koraci obrade. Taj način izrade, prvenstveno niskom opterećenju, elemnata senzora, zaptivačkim problemima u praktičnoj izvedbi, različitih koeficijenata širenja korištenih materijala i jedno u odnosu na drude procese veće termičke histerze, obilježen. Na slici (2.5) je predstavljen senzor pritiska koji je izrađen u tankoslojnoj tehnici.

9

Slika 2.4 Mjerna pritisna ćelija slika 2.5 Senzor pritiska u tankoslojnoj tehnici

Promjena električnog signala, koja je zavisna od pritiska, koja se nalazi na elementu senzora neminovno se pojačava u senzoru i pretvara u jedinični signal, obično od 0- 20mA. Snadbjevač napona i mjerni signal se preko prekrivene mjerne linije odvodi, tj. dovodi do mjernog uređaja. Na slici (2.6) je prikazan električni senzor pritiska. Kod praktične primjene senzora pritiska je , pored izbora mjernog mjesta, od iznimne važnosti je klasa tačnosti. Maximalno očekivani pritisak na mjernom mjestu dodatne sigurnosne rezerve (često 1,5pmax) ne bi smio biti prekoračen, jer se onda javlja trajna deformacija na elemntu senzora koja senzor čini neuoptrebljivim. Kalibracija mjernih senzora je veća od strane proizvođača, pripremljena do te mjere da samo treba mjenjati maximalnu vrijednost mjernog pojačivača senozra pritiska i da se treba izjednačiti nulta tačka mjernog uređaja. Kod ovakvog lakog načina kalibracije, pretpostavlja se linearna zavisnot između izmjerenog pritiska i elktrično- izolacijskog signala senzora. Ako je potrebno povećati mjeru tačnosti za male vrijednosti pritiska, može se mjenjati tzv tabela linearizacije, koja uzima u obzir male nelinearnosti.

Slika 2.6 Električni senzor pritiska sa ISDS

Posljednja generacija senzora je opremljena sa ISDS. Kod ovih senzora se u fazi uključivanja priključeni senzor detektuje i sledeći parametri se preuzimaju od mjernog uređaja:

Mjerno područje, Mjerna jedinica, Fizikalna mjerna veličina, Izlaz signala, i Karakteristična kriva.

Pošto je svaki senzor pritiska i njemu odgovarajući pokazivač mjerne vrijednosti sa greškom pokazivnja, djele se svi mjerni uređaji pritiska u kalse tačnosti, prema tabeli (2.2). Pri tome se kod manometara predpostavlja temeljna konačna greška, prema jednačini (2.14). Na slici (2.7) je prikazan

10

primjer sa greškom konačne vrijednosti od 1%. Ovdje je jasno, da je izbor pravog mjernog područja od iznimne važnosti.

(2.14)

Tabela 2.2 Klase tačnosti i pripadajuće granice pogreške manometaraKlasa 0,1 0,2 0,3 0,6 1,0 1,6 2,5 4,0granica kalibrirajuće pogreške ± % KV

0,09 0,16 0,25 0,5 0,6 1,3 2,0 3,0

Granica prometne pogreške ±% KV

0,1 0,2 0,3 0,6 1,0 1,6 2,5 4,0

Kalibracija senzora pritiska vrši se na vagama pritiska, koje su postavljene npr. kao na slici(2.8). Cilindar pogonjen preko vretena, potiskuje volumetrijski protok o drugi cilindar, koji je opterćen kalibrirajućim tegovima. Tako se u hidrauličkim sistemima uzima u obzir tačna primjena ventila Vi, ostvaruje egzaktni izjednačavajući pritisak. Jedna druga vrsta izrade vaga za pritisak, koristi samo jedan cilindar i jedan visoko pokazni element(klasa tačnosti 0,1 tj. 0,2) kao normu poređenja. U, po ISO 9001, certificiranim kalibriranim mjestima, mogu se senzori pritiska provjeriti na pridržavanju tačnosti.

Slika2.7 Shema hidrauličke vage pritiska Slika2.8 Mjerna greška senzora pritiska(npr. sa 1% dozvoljene

greške)

11

2.3 Temperatura

Temperatura je posebno, za tačnu spoznaju viskoznosti i gustoće fluida, i tako se reproduktivnost rezultata, jedna važna mjerna veličina. Postoje razni principi mjernj od kojih se najviše korišteni, prikazuju u hidraulici, gdje bi se temperautra trebala detektovati kao električni signal. U principe mjerenja spadaju termički elementi i senzori otpora, toplotni provodnici, hladni provodnici, silicijsko- zaprečnoslojni senzori i senzori temperature, pogotovo u laboratorijskom prometu korišteni, postupci koji nisu relevantni za hidrauličku mjeru praksu.

2.3.1 Termički elementi

Termički elementi se izrađuju, kada se dva provodnika(prema slici 2.9) kji u električnom otpornom redu stoje po mogućnosti široko razdvojeni, a koji su na kraju spojeni zavarivanjem, lemljenjem ili drobljenjem. Spojna tačka je stvarni termički senzor. Prelaz koji se nalazi između senzora i mjernog kabla, mora bit obložen poznatom temperaturom TV , jer predati napon termičkog elementa UT uvijek predstavlja razliku temperature koja ima za posljedicu nelinearnu karakterističnu krivu. Kao norminirani materijali se koriste npr. NiCr- Ni ili Fe- CuNi, koji se kao termički elementi koriste u mjernim tj. obloženim termoelementima. Predati napon, koji se nalazi u području od nekoliko mV, prije daljne izrade se mora pojačati.

Slika 2.9 Mjerni sklop termoelementa

Kod viših zahtjeva prema mjernoj tačnosti(mjerna greška manja od 0,5%) je termički napon prikazan na slici (2.10) treba mjeriti. Kroz korisne mjerne postupke postiže se, da u mjernom sklopu ne teče struja. Kompenzacija se može realizovati, tako što se stabilni kompenzacijski napon(termički napon) uključuje suprotno termičkom naponu.

Slika 2.10 Princip komenzaciskog sklopa

Dobra dinamika termičkog elementa se često kroz neophodne zaštitne prostore, koji štite sistem, pogoršava. Oni se skoro pa nikako ne koriste u mobilnoj mjernoj tehnici, jer proizvodnja konstantne temperature tj. odgovarajuće referetne temperature tj odgovarajućeg referentnog napona je prilično zahtjevna.

12

2.3.2 Metalno- otporni senzor

Zavisnost otpora jednog električnog provodnika, zavisi od temperature T, dobija se jednačinom (2.15), gdje je Ro otpor kod definitivno određene temperature, i α je termički koeficijent:

(2.15)

Promjenom jenačine(2.15) po temperaturi T može se jednačina (2.16) odrediti temperatura iz izmjerenih otpornih vrijednosti:

(2.16)

Žice od platinskih ili niklovanih senzora, su tako izjednačeni, da pri temperaturi T=0° javlja se otpor od 100Ω. Iz toga proizilazi i upotreba oznaka PT 100 za ovaj senzor. U DIN 43760 su određeni termički koeficijenti, otporne vrijednosti i klase tačnosti. Elementi senzora se postavljaju kao žičani ili slojni otpori. Mjerni signali se često u senzoru pojačavaju a potom dodaju obradi mjerne vrijednosti. Metalno- otporni senzori su tačniji od termoelemenat, ali imaju često veliku vremensku konstantu. Oni su pogodni za mjerenje u hidraulici , jer ispunjavaju uslove koji su potrebni u praksi.

2.4 Kombinirani senzori

U današnjoj mjernoj praksi, sa jednim zahvatom u hidraulički sistem, se snimi više mjernih veličina. To je moguće sa kombiniranim senzorima (slika 2.11), koji sadrže senzor pritiska i senzor temperature.

Slika 2.11 Kombinirani senzor

Već poznate pojedinačne komponente za pritisak i temperaturu su konstruktivno tako spojene, da je dovoljan mini mjerni priključak. Jedino je električni priključak kompaktnije postavljen, jer se prenosi više signala preko priključnog kabla. Senzori se samo mogu koristiti za temperaturu mjerenja na predviđenim mjernim mjestima, jer se temperaturni mjerač mora nalaziti u tekućini.

13

2.5 Volumetrijski protok

Jedan važan dio u području električnog mjerenja neelektričnih veličina je mjerenje protoka. On je npr. u procesnom inžinjerstvu jenda očita osnova za procesno automatiziranje. Mjreni signali se često povezuju u mehatroniičke sisteme upravljanja i regulacije. Protok fluida(npr u cjevovodima) je kroz poprečnotekuću količinu materije za razlikovati između volumetrijskog protoka i masenog protoka. Za hidrauliku je volumetrijski protok od iznimnog značaja, jer mjerno utiče na hidrauličnu snagu. Volumetrijski protok je vremenski zavisna mjerena veličina, prema jednačini (2.3), koja se može odrediti sledećim procesima:

Procesom dejstva pritiska, Procesom istiskivanja, Procesom strujanja, i Termičkim procesima.

Drugi mjerni principi koji često za brzinu strujanja koriste proprcionalne efekte, kao npr. induktivni mjerač protoka, ultrazvučni mjerač protoka, vrtložni mjerač protoka, mjerač protoka lebdećih čestica, se ovdje ne obrađuju, jer se rijetko koriste u hidraulici. Zavinsno od procesa, svi ovdje predstavljeni volumetrijski mjerni senzori imaju mjernu grešku koja je svedena na trenutnu vrijednost, čime važi slika (2.12).

Slika 2.12 Mjerna greška senzora volumetrijskog protoka na temelju trenutne vrijednosti

2.5.1 Proces dejstva pritiska

Mjerni princip senzora dejstva pritiska mjernog protočnog senzora, zasniva se suženju presjeka strujanja(prigušnica), i sa pratećom prmjenom ralike pritiska. Iz jednačine kontinuiteta se može izvesti jednačina(2.16) iz koje se vidi, da pri uzimanju u obzir jedne membrane zavisne konstante c može izračunati volumetrijski protok Q. Izvori grešaka nastaju iz pritisnog i temperaturnog zavisnog uticaja na gustoću konstante c mjernog uređaja. Konstanta c je u velikoj mjeri pod uticajem Reynoldsovog broja. S time je jasno da dovoljna mjrena tačnost po instacionarnim mjrenim uslovima, koji se često nalaze u hidraulici ne može realizovati.

(2.17)

14

2.5.2 Proces istiskivanja

Mjerači volumetrijskog protoka, koji rade na principu istiskivanja, koriste konstruktivno dat volumen, koji se mjeri po vremenskoj jedinici. U tu vrstu senzora spadaju Ovalno- zupčasti senzori, Zupčasi senzori i Vijčano- vretenasti senzori. Za mjernu tačnost je volumetrijski stepen dejstva mjerodavan. Kod pridržavanja viskoh mjernih tolerancija mogu se ovdje ostvariti praktični rezultati. Još jedna činjenica koju treba posmatrati, je pad pritiska nad senzorom, koji je mjerodavan od mehaničkog stepena dejstva. Time se može mjeriti borj obrtaja u mjernim komorama, jer kod poznatog volumena V iz jednačine (2.3) pri poznavanju odgovarajućeg vremenskog intevala dt dobija se traženi volumetrijski protok Q. Tehnička izvedba se održava u različitim formama, koje se približno rade neovisno o viskoznosti.

Slika 2.13 Zupčasti senzor sa dodatnim priključkom za pritisak

Jedan suštinski predstavnik, senzora volumetrijskog protoka po principu istiskivanja, je zupčasti senzor, koji prestavlja zupčasti motor sa viokim stepenom tačnosti izrade i optimiranim mehaničkim stepenom djelovanja. Volumen isitiskivanja je poznat i posredstvom određenog obrtnog broja, slijedi kalibracija l/min. Zupčasti senzor koji je otporan na pritisak, može se po veličini izrade od nekoliko ml/min do nekoliko 100l/min za trenutnu vrijednost zavisnim mjernim greškama od ±0,4% - 1% upotrijebiti. Za posmatranje je činjenica, da kod viših volumetrijskih strujanja razlika pritisaka iznad senzora se povećava. Na slici (2.14) je predstavljen zupčasti senzor, koji istovremeno posjeduje mini mjerne priključke za senzore pritiska i temperature. Zupčasti senzori su u odnosu na mjerne turbine kompaktniji i teži, o čemu treba voditi računa pri priključku u hidrauličkim postrojenjima. Takođe u kategoriju senzora, koji rade po principu istiskivanja, spadaju Ovalno-zupčasti tj. kotrljajno- klipni senzori koji se od zupčastog senzora razlikuje kroz drugačija geometrijska tijela. Oni nisu otporni na pritisak i mogu se upotrijebiti samo u vodovima, u kojima vlada niži pritisak. Dodato treba vidjeti, da se na sonovu svoje konstruktivne izrade čini prigušno mjesto, koje povećanje pritiska, u zavisnosti od viskoznosti fluida i volumetrijskog protoka ima kao posljedicu. Kod upotrebe propuštajnih linija ne smije se npr. prekoračiti dozvoljeni pritisak. Na slici (2.14) je predstavljen ovalno- zupčasti volumetrijski senzor koji takođe radi po principu istiskivanja. Mjerni element se sastoji od dva ovalna zupčanika, koji se pokreću volumetrijskim protokom koji treba mjeriti. Kod svakog obrtaja, se jedan od geometrijski istisnog volumena zavisni volumetrijski protok, transportuje kroz komore. Posredstvom mjernih obrtnih impulsa obrađuje se kalibracija i mjerna vrijednost u l/min. Dopšteno viskozno područje fluida prostire se često na 10- 1000 mm2/s pri pogrešci od ± 2,5% od mjerne vrijednosti. Gubitak pritiska iznad senzora je <1,0bar ali se može samo upotrijebiti za niže pritiske u mjernim linijama.

15

a) b)

Slika 2.14 Ovalno- zupčasti senzor volumetrijskog protoka, a) shema, b) izvedena varijantaOsim toga postoje i vijčano- vrtložni volumetrijski senzori(slika 2.15). koriste dva vrtloga sa cikloidnim profilom koji su vođeni kugličnim ležajevima. Fluid koji aksijalni priče postavlja vrtlog u jednako rotaciju, koja se preko senzora pretvara u frekventne signale. Uslovljeno geometrijski tačno definiranim mjernim komorama dobija se viskozno neovisan mjerni signal. U praksi su takvi senzori poznati sa viskoznim područjem od 1- 5000 mm2/s sa mjenom tačnosšću od 0,3% od mjerne vrijednosti i mjernim područjem od 0,2- 2000l/min. Gubitci pritiska su u zavisnosti od mjernog volumetrijskog protoka i viskoznosti fluida.

Slika 2.15 Vijčano- vretenasti senzor volumetrijskog protoka

2.5.3 Procesi strujanja

Volumetrijski senzori, koji koriste energiju stujanaj protočnog medija, označavaju se kao mjerne turbine. One se često u uljnoj hidraulici koriste za mjerenje volumetrijskog protoka. Turbinski zupčanik koji je aksijalno protočan, prikazan na slici (2.16), i tako se stavlja u rotaciju. Obrtni sloj turbinskog zupčanika je zavisan od brzine strujanja i viskoznosti fluida. Ona je, obrtni broj , uzročna komponenta snage na turbinskom zupčaniku, zavisna od odnosa trenja u fluidu(granični slojevi) i cijelokupnog mjernog puta. Obrtni broj turbinskog zupčanika se mjeri bez dodira, koristi se za prikaz volumetrijskog protoka. Mjerne turbine su otporne na pritisak, i mogu u oba protočna smjera, uz uzimanja u obzir odgovarajućih kalibracijskih vrijednosti(viskoznosti) biti pokrenute.

16

Slika 2.16 Mjerna turbina

Kod upotrebe treba voditi računa da kalibrirajuće vrijednosti koje pripadaju svakoj mjernoj turbini, važe samo za jedan viskozitet, što znači, kod primjene fluida, tj. temperature fluida javljaju se mjerne greške, koje se od korisnika ne mogu procjeniti. Tome dodatno, da kroz nečistoću fluida tj.kroz visoke mjerne vrhove, uticaj na odnose trenja ležajeva turbinskih zupčanika, može pojaviti. Time je u svakom slučaju pogreška mjernih vrijednosti povezana. Mjerne turbine imaju mjernu grešku od ± 2,5% koja se odnosi na trenutnu vrijednost, to znači da procentualna greška ostaje nezavisna od trenutne mjerne vrijednosti, konstantna. Mjerne turbine, kao i svi senzori, zavisno od vremena upotrebe i uslova upotrebe, dozvoljenih provjerenih mjesta kalibracije. Slika (2.17) pojašnjava raspored veličina pogreške sa mjernim turbinama mjrenog volumetrijskog protoka ΔQ ako se za kalibraciju ne bazirana postavljena kinematička viskoznost ν fluida(često 30mm2/s) preuzme mjerenje. Vrijednost na slici (2.17) važe za , npr konstantni volumetrijski protok od 10l/min kod upotrebe HLP46 za konkretne mjerne turbine. Izjave se mogu samo kavlitativno uopštiti.

Slika 2.17 Krivotvorenje mjerne vrijednosti kroz promjernu viskoznosti od HLP46

2.5.4 Termički postupci Izlazna tačka jenod termičkog procesa je temperatura T tj razlika temperature mjerenja ΔT, gdje su različite početne tačke praktično uoptrebljive. Osnovna misao mjernog temperaturnog diferencijala se sastoji u tome, da se većina gubitaka učinka u sistemu javlja kao disipativne toplotne energije, i koji se mogu odvesti samo iz radne grupe izlaznim fluidnim strujanjem. Kroz mjerni toplotni diferncijal između do i odtoka ili pritoka propuštanja može se npr vanjsko prpuštanje protoka odrediti iz temperature diferencijala, gdje jednačina (2.17) predstavlja odsječak iz cijelokupnog poznatog područja.

17

(2.17)

Mjerenjem razlike temperature ΔTZu-Le između dotočne i propuštajuće linije dobija se na slici (2.18) prikazani tok, koji pojašnjava da kod povećavanja volumetrijskog strujanja kroz povećanje trošenja i druge odnose trenja i promjene razlike temperature, odbija. Oni dovode kroz male vrijednosti za ΔT do većih mjernih nesigurnosti i time do problematičnih izjava.

Slika 2.18 Temperaturna razlika kao funkcija oticanja ulja Slika 2.19 Temperaturna razlika kao od pritiska

Jedan drugi termodinamički proces dolazi od, na slici (2.20) predstavljenog anemometra vruće žice sa konstantnim naponskim napajanjem. Kod konstantenog električnog kapaciteta grijanja toplotne žice mjreni se pad temperature senzora djelujućeg otpora RH toplotne žice (prenos hlađenja). Promjena od RH nastaje iz činjenice da se kod promjenenog volumtrijskog protoka odvodi i drga koičina toplote. Za taj proces dovoljna je mali toplotni kapacitet grijanja, ali je jako osjetljivo na nečistoću i električnog preoterećenja RH. Kod jako malih volumetrijskih protoka uslovljeno samokonvekcijom mjrenog poredka, nije moguće ocjenjujuća izjava.

Slika 2.20 Anemometar vruće žice sa konstantnim naponskim napajanjem

Proces konstantne temperature uslovljen je regulirajućim toplotnim kapacitetom. Otpor toplotne žice RH kroz podešavanje toplotnog napona U drži konstantnim. Toplotni napon, tj toplotna struja su kod izjednačenog mosta jedinice za volumterijski protok. Osjetljivost se smanjuje sa povećanjem volumetrijskog protoka. Ukupno se dobije veće mjerno područje u odnosu na proces hlađenja pri čemu se samokonvekcija kod mali volumetrijskih protoka treba posmatrati.

18

Slika 2.21 Anemometar vruće žice sa konstantnim otporom vruće žice

Kod primjene procesa zagrijavanja se posredstvom napona zagrijavanja fluidu dovodi toplota. S time povezano zagrijavanje fluida može pri konstantnim toplotnim kapacitetom, tj konstantnog toplotnog diferencijala korisiti kao mjera za volumetrijski protok. Posljedica visokog električnog toplotnog kapaciteta, stoje prednosti linearne mjerne povezanosti i nezavisnosti od gustine fluida.

2.6 Obrtni broj

Mjernjem obrtaja mogu se mejriti analognim ili digitalnim senzorima. U prvu kategoriju spadaju tahogeneratori, koji se izvode kao permanentno uzbudni istonaponski generatori ili kao promjeno naponski generatori. Kod isto naponskih generatora je stezni napon proporcionalan obrtnom broju. Generatori promjenjivog napona zahtjevaju procjenu amplitude ili frekvencije. Praktična primjena često podliježe nedostatku slobodnog vratila za mehaničku vezu. Digitalno mjerenje obrtaja je često, tako što element senzora, koji sadrži izvor svjetlosti i svjetlosni prijemnik, u blizini rotirajućeg vratila je uređen. Na samom vratilu postave se jedna ili više reflektirajućih markera, tako da se po obrtajau svjetlosnog zraka jednom ili više puta reflektira. Pored optičkih davaoca signala mogu se koristiti i kapacitivni ili induktivni davaoci. Pripadajuća obrada mjerenja , prema slici (2.22) broji za poznato vrijeme torzije (konstantni referentni oscilator) broj nultih prolaza signala obrnog broja UX sa nepoznatim frekvencijama. Stanje brojača je proporcionalno traženoj frekvenciji Hz(frekventno mjerenje).

Slika 2.22 Princip mjerenja frekvencije

Druga mogućnost je prikazana na slici (2.23) sa mjerenjem trajanja perioda. Tako se iz obrtnog broja signala stvara vrata signala koji je odgovarajući trajanju perioda, koji oslobađa električni brojač. Tokom tog vremena se broje impulsi oscilatora sa poznatom frekvencijom. Povratna vrijednost broja izbrojanih impulsa proprcionalan je traženo broju obrtaja.

19

Slika 2.23 Princip mjerenja trajanja perioda

Oba procesa se u osnovi razlikuju, ali su ravnopravno mogući. Za korisnika se ovi zadaci realizuju preko upotrebe hardvera. On samo treba da unese broj reflektirajućih markera, da bi dobio jednak prikaz u min-1. Kod veoma sporo krećućih postupaka treba voditi računa o uzorkovanju, jer se neki senzori pri prekoračenju donje granične frekvencije automatski prebacuju u drugo uzorkovanje.

2.7 Razina zvuka

Redukcija buke je generalni zadatak, koji se mora posmatrati i kod hidrauličkih sistema. Radni i funkcionalni način hidrauličkih sistema čini ih jako osjetljivim na emitovanje buke. Da bi se mogle usmjeriti učinkovite mjere za nastanak i uzrok nivoa šumova, koji se čine da bi došlo do smanjenja, moraju se izvesti mjerenja koja označavaju veličinu poredka. Kod osjetne buke vazdušne razine, radi se o promjenama pritiska zraka koji su povezani sa oscilacijama zračnih čestica u frekventnom području od 20- 20000 Hz. Za hidrauliku je relevantno pristojno čujno područje.Vazdušni zvuk može nastati na različite načine:

Zvuk hidrauličkih postrojenja često nastaje iznad zvuka tijela, to znači oscilacija, koje se unutar komponenti prenose, šire se iznad površine u zraku.

Zrak se može uzbuditi i direktno preko oscilacija npr. vazdušni zubci.

Uzrok zvuka tijela su promjenjiva opterećenja, to znači u iznosu, smjeru ili napadnoj tački, ne konstantne sile ili obrtni momenti. Ova problematika se po gore navedenoj izvedbi, kako za samu frekvenciju (promjene obrtnog momenta pogoskog motora), kao i sa tim povezanim dejstvom na zvuk tijela, treba voditi računa. U hidraulici treba posebno voditi računo o volumetrijskom protoku i pulsacijama pritiska, koje se kao zvuk tečnosti šire u linijskom sistemu. Pulsacije pritiska utiču kao promjenjiva opterećenja na okolne komponente i tako također dovode do uzbude razine tijela. Razina tečnosti, koja se javlja u hidrauličkim sistemima, ima različite uzroke. Najvažnija među njima u većini slučajeva je neravnomjerni poredak istisnih jedinica. Naravno i promjene komponenti mogu dovesti do promjena tečnosti. Ali i kavitacione pojave, promjenjivi postupajući pritsci, šumovi strujanja kao i prebacivanje operacija na ventilima, dovode do promjene pritiska u sistemu, i time razine tečnosti. Cjelokupni heterogeni proces je u svom promjenjivom dejstvu prikazan na slici (2.24). Iz potrebe, određivanje jačine zvučnih događaja, na različitim mjestima za različita vremena, da bi se poredile, razvijeni su objektivni mjerni procesi.

20

Slika 2.24 Nastanak i prenos buke

Važna poznata veličina je frekventna razina zvuka zvučne promjene pritiska, pri čemu se ocjena vrši prema poznatim frekventnim krivuljama. Kako je utisak sluha kod čovjeka dodatno frekventno zavisan, pri čemu se npr. zavisno od starosti, smanjuje slušno područje (16Hz...16kHz), se mjerena veličina navodi frekventno zavisnom korekcijom. S time se dobiva tzv. A-procjena. Razina zvuka L se računa prema jednačini (2.18):

(2.18)

Ako se preslažu šumovi više zvučnih izvora ne sabiraju se razine nego ozvučenje tj. kvadrati zvuka pritiska. Intenzitet zvuka je u protivnom definiran kao protok ozvučenja kroz jediničnu površinu koja je upravna na mjerni uređaj, to znači vektorska veličina, koja pored iznosa može imati pravac. Tako se može odrediti pravac širenja zvuka i detektovati izvor zvuka. Kod unaprijed i unazad tekćim zvučnim talasima, koji npr. nastaju kroz refleksiju, se kroz intenzitet mjerenja zvuka obuhvata samo srednji tok energije. Zbog toga za mjerenje nije potrebno koristiti posebnu prostoriju za mjerenje zvuka. Pored objektivnog utiska sve više se uzimaju i subjektivni utisci. Tako npr. zvuk može biti okarakterisan po jačini, s druge strane po svom opterećenju pri čemu oba izraza u osnovi treba razlikovati. Sa jačinom šuma povećava se njegovo opterećenje. Npr. kod dva šuma sa sličnim podjelama frekvencija, onaj glasniji se doživljava kao neugodan. U suprotnom se kod dva različita šuma, ono tiše može doživiti opterećenijem nego ono glasno. Kod sudjelovanja dva šuma utisak opterećenja se može umanjiti, ukoliko se opterećeni zvuk prekrije jednim manje opterećenim. Iz toga proizilazi da za karateriziranje opterećenja, nije samo mjerodavna glasnoća već se moraju uzeti u obzir i dodatni fizikalni i psihološki kriteriji kao što su podjela frekvencije, trajanje djelovanja, tok razine u vremenu, duševno stanje opterećenih, lični odnos prema šumu i slični efekti. Poznato je da se razina šuma u različitim mjernim područjima može širiti i do 5dB. Uzroci su, čvorovi poredci i izvedbe tokova pritiska i usisnih tokova kao i od teretnih ventila. Dalje, tolerancije gotovljena i toleranicje podešavanja, također djeluju na šum u pumpama. Razlike od ±2dB u izradnom redu mogu se smatrati normalnim. Mjerača razine zvuka ima u različitim modifikacijama, koji idu od hvatanja nivoa zvuka do istovremenog snimanja mjernih vrijednosti u više frekventnih traka omogućuje. Kod upotrebe različitih senzora kao, akcelerometara, mjernih mikrofona ili intenzivnih sondi i opširnih softvera za procjenu su moguća kompleksna mjerenja.

21

3. Hidraulični mjerni uređaji

Optimalna izvedba mjernih zadataka, da li za glavno postavljanje u postrojenjima ili za dijagnostičke efekte, ne uslovljava samo priključak senzora, nego i zahtjeva odgovarajuće mjerne uređaje. Spoj senzora i mjernih uređaja se odvija preko prekrivene mjerne linije, koja istovremeno osigurava napajanje strujom i koji snimaju izlazne signale senzora. Sami mjerni uređaji prikazuju različita stanja koja zadovoljavaju od, jediničnog prikaza do memorisanja mjernih podataka sa grafičkim prikazom u nastavku. Moderni hidraulički testeri su opremljeni sa računarom koji omogućava razmjenu podataka sa drugim računarima, gdje se mjerni podaci mogu dalje preraditi.

3.1 Digitalni pokazni uređaji

Ova kategorija mjernih uređaja se koristi za stacionarne zadatke na provjernim mjestima za nadgledanje pojednih mjernih veličina. Napajanje strujom se dešava sa 220V promjenjivog napona od 12V/24V. Pravedni jedinični prikaz zahtjeva da se odgovarajući mjerni uređaj mjernom mjestu senzora podešava. Komforni uređaji mogu se sa raznim mjestima i računarom tako programirati, da željeni efekti, kao nadgledanje graničnih vriednosti mjernih veličina, bude moguće. Slika (3.0) prikazuje jedan često u stacionarnim provjernim mjestima korišteni digitalni pokazni uređaj.

Slika 3.0 Ugradni uređaj komandne table

3.2 Hidrotesteri

Hidrotesteri su kompleksnije izvedeni od običnih digitalni pokaznih uređaja, jer se koriste za opširnije mjerne zadatke. Slika(3.1) prikazuje principjelnu izgradnju takvih mjernih uređaja. Kroz različitu opremu integriranog računara A/D pretvarača, memorijske opreme i grafičkog displeja daju se u primjeni, prerade mjernih podataka memorijskih mjernih podtaka a pogotovo u mogućnosti prikaza mjernih vrijednosti izvjesne razlike.

22

Slika 3.1 Blok shema hidro testera

Hidrotestera ima kao običnih ručnih uređaja (slika 3.2), ili u veoma kompaktnom obliku sa internim računarom i grafičkim displejom(slika 3.3). Svi mjerni uređaji se odlikuju kroz jedinstvenim, često meni vođenim upravljanjem. Sledeći prikazni koraci primjene su potrebni za efektivnu izvedbu mjernih zadataka:

Izbor senzora odgovarajućom oskrbom napona i izlazni signal, Određivanje mjernog područja, tj broja impulsa po senzoru, Unos faktora pojačanja ili tabela linearizacije po senzoru, Uzorkovanja, Izbor mjernih veličina koji treba da se prilažu, Izbor mjernih veličina koje treba numerisati, Određivanje mjernog vremena, okidanja mjernog signala ili manualni okidač, Prikaz tj prenos mjernih podataka na računar.

Slika 3.2 Ručni uređaj slika 3.3 Multisistem 8050

Visoko kvalitetni mjerni uređaji, kao na slici (3.3) predstavljenji multisistem 8050 sadrže mogućnost generiranja toka ispitivanja i upravljanje toka ispitivanja. Tako mogu brojne programske komponenete, koje kroz simboličke uređaje mogu prikazati, mogu se u tok spojiti. Automatizacija mjernih zadataka za dijagnozu, za potragu greške ili za nadgledanje procesa, je time postala stvarnost.

23

3.3 Senzori i mjerni uređaji za analizu fluida

Stanje kontaminacije fluida utiče na osobine cijelokupnog hidrauličnoh sistema i daje informacije o trenutnom stanju habanja sistema, i time naočekivanu dostupnost postrojenja. Upotreba odgovarajuće mjerne tehnikeu različitim konfiguracijama omogućava kontinuirani nadzor i dijagnozu stanja hidrauličkih sistema, kao i nadzor i rano otkrivanje greške.

3.3.1 Brojač čestica

Kroz poznavanje postojanja podjele čestica u hidrauličkom tj podmazivnom sistemu( broj i veličina čvrstih čestica u definiranom fluidnom volumenu) dobijaju se lažne informacije za ocjenu stanja sistema, kao:

Učinkovitost konfiguracije filtera, Promjena stanja habanja u sistemu, Promjena vezana dejstvom sekundarne nečistoće u sistemu.

Primjenjivač je tako u stanju, kroz odgovarajuće mjere, utiče na stanje sistema i time osigurava optimalnu dostupnost postrojenja. Pitanje tačnosti mjerenja nije zavisno od toga, da li online ili pomoću uzorka boce, rezultat laboratorije biva mjeren, nego se kroz korišteno za brojanje čestica, senzoriku odredi usklađeni mjerni tok. U laboratorijskoj mjernoj tehnici se obično koriste laserski senzori: s time direktno povezana mjerna metoda, pri kojoj čestice putem lasersek zrake oslikavaju na fotoćeliji, sadrže visokomjernu tačnost, podliježe u vodi koju sadržava medijum ili mjehurićima, koji se takođe detektuju kao nečistoće. Indirektna mjerna metoda, koja na efekat začepljena sita(princip blokade), kroz nečistoće i s time povezani porast razlike pritiska prljavštine, se kroz zrak ili vodu, ne utiče. Mjerna tačnost je jako zavisna o veličini podjele čestica i ne može se porediti sa direktnim bri+ojanajem čestica.U CCSZ 2, prikazanom na slici (3.4), se upotrebljava automatski brojač čestica sa unapriejd uključenom prialgodbom pritiska. Računar za procjenu je integrisan u mobinom mjernom uređaju. Manjinska jedinica pritiska omogućava direktni priključak mjernog sistema na hidraulička postrojenja do radnih pritisaka do 420 bar. Jedinica doziranja i dovoda ima zadataka, da osigura definirani tok mjerenja na senzoru.

Slika 3.4 Brojač čestica CCS 2

Cilindrično- klipni sistem se puni sa analizirajućim fluidom od 15ml, kod potrebe se izvodi više koraka ispiranja. Kod samog brojanja čestica, se senzor odvaja u odnosu na smetajuće udjele sistema. Pulsacije pritiska ili volumetrijske pulsacije u hidrauličkom sistemu nemaju uticaj na mjenri rezultat.

24

Mogu se izvoditi jedinična mjerenja, kontinuirana mjerenja, ciklična mjerenja i bottelsampling mjerenja. Na slici (3.5) je prikazan blok dijagram brojača čestica sa slike (3.4).

Slika 3.5 Blok dijagram brojača čestica.

Jeftina rešenja za stalno nadgledanje hidrauličkih i podmaznih sistema nude inline senzori. Oni su pogodni za stalno ostajanje u postrojenju, ali u poređenju sa mobilnim preciznim mjernim uređajima imaju ograničeni radni raspon parametara. Inline brojači čestica se efektivnije upotrebljavaju u sporednom strujnom kolu. Inline mjerni sistem kao na slici(3.6) sastoji se od inline senzora za primanje mjernih vrijednosti, kao i uređaja za snimanje i upravljanje, za preradu, mjernih vrijednosti, izlaza upravljačkog signala i nadzora granične vrijednosti. Mjerni snimač PFS 01 sastoji se iz dva elementa senzora, jednog laserskog senzora za optičku detekciju čestica, sa veličinom čestice koja je proporcionalna izlaznom naponskom signalu, kao i senzoru volumetrijskog protoka sa izlaznim naponskim signalom od 4- 20mA, koji radi po termičkom postupku.

Slika 3.6 Inline-mjerni sistem: prikazni i upravljački uređaj CCM 01 i Inline senzor PFS 01

Broj čestica se odvija u sporednom strujanju (slika 3.6). Strujanje ulja kroz PFS 01, koje pomoću slijednog ventila jednog dijela volumetrijskog protoka preko laserskog senzora brojača čestica i senzora volumetrijskog protoka, provodi. Laserski senzor se prema ISO 11171 kalibrira sa testnom prašinom. On se može direktno upotrijebiti u vodovima za volumetrijske protoke do 50l/min pri pritiscima od ≤50 bara.

25

Slika 3.7 Mjerni priključak

Procjena broja čestica i podjela na kase čistoće, odvija se prema standardima(ISO 4406). Izbor raznih čestica može se npr. izvršiti pomoću senzora metanih čestica. Na slici (3.8) prikazan je induktivni mjerni princip za senzor metalni čestica MPM 01, hvata metalne čestice >200µm. Kao izlazni signal stvara se jedinični impuls neovisno o veličini detektovane metalne čestice. Uvođenje senzora u hidraulički tok je moguće za volumetrijske protoke do 50l/min. Brojanje i procjena impulsa, kao i nadzor granične vrijednosti se odvija u odgovarajućem pokaznom uređaju, tj. sa drugim odgovarajućim mjernim uređajima.

Slika 3.8 Induktivino mjerenje metalnih čestica. a) Senzor bez čestica, b) Ulaz čestica, c)Izlaz čestica

Glavna upotrebna područja takvih senzora su u ranom otkrivanju štete velikih pogona i kod nadzora čistoće komponenti na nečistoćama gotovljeno kao metano struganje.

Slika 3.9 Senzor metalnih čestica, a) MPS 01, b) Mjerni signal

26

3.3.2 Sadržaj vode

Pored zagađenja čvrste materije je kontaminacija sa vodom za hidrauličke komponente i fluide jedan od glavnih nosećih razloga. Stoga je korisno zagađenje vodom nadgledati inline. Na slici (3.10) je predstavljen odgovarajući inline- vodo kontaminacijski sistem.

Slika 3.10 Inline- Mjerni sistem kontaminacije vode WSTM 01

U WSTM 01 je integriran prikupljač mjerne vriejdnosti, koji se sastoji od senzora vlažnog elementa i senzora temperature. Senzor vlažnosti radi na principu polimerne folije, koja fungira kao kapacitivni senzor. On mjeri relativnu vlažnost u fluidu, ali ne apsolutni vodeni nivo(slobodna i emulgirana voda), kako je moguće sa Karl- Fischer titracionom metodom. Procjena mjerenja se odvija sa, na slici (3.11), prikazanom primjeru od HLP46 predstavljene krivulje. Eksperimentalno mogući određeni tok krive dobija se kod 100%-nog zasićenja fluida vodom.

Slika 3.11 Senzor vlažnosti,a) shematska izgradnja, b) izrađeni senzor

U praksi je često ovako, da je povezana voda daleko manje štetna nego slobodna voda, za hidraulički sistem i time i spoznaja stanja zasićenja često važnija od apsolutne kontaminacione vrijednosti. Uz to je vrijednost zasićenja ovisna od temperature, tako da zasićenim mjerenjima mogu otkriti različita stanja opasnosti za hidraulički sistem pri različitim stanjim radnog pritiska. Iznad zasićenog stanja od 70% može se već govriti o vjerovatnoći postojanja malih dijelova slobodne vode.

27

Slika 3.12 Krivulja zasićenosti vode pri 100%-noj zasićenosti za HLP46

28

4. Računar kao mjerni uređaj

Na slici (4.0) je prikazan shematski tok signala mjernog poredka pri korištenju računara sa reznim karticama. Mjerne vrijednosti mogu se npr. preko bilježnice i PCMCIA izraditi i procjeniti.

Slika 4.0 Shema mjerne dužine sa bilježnicom i PCMCIA- karticom

Mjerne kartice često koriste više normiranih naponskih ulaza |0– 10 V|,koji se pri odgovarajućoj konfiguraciji uobičajenih senzora mogu koristiti. Važno za mjerenja je uzimanje u obzir najmanjih koračnih dužina, najmanje prikazne promjene napona ΔU, koja odgovara njenom sistemu. Sadrži li mjerna kartica npr. 12-to bitnu rezoluciju, može se ΔU izračunati sa jednačinom (2.19):

(2.19)

Upotreba mjernog poredka takve vrste, je od značaja u laboratorijskoj mjernoj praksi, jer pod upotrebom odgovarajućeg softvera, napotrebe korisnika, specijalno skrojenih programa, mogu se upotrijebiti. Desktop se može sačiniti kao virtualni mjerni uređaj. Prerada i procjena mjerne vrijednosti je indiviudalno i flexibilno moguća. Na uređajima takve vrste mogu se priklučiti skoro svi senzori u hidraulici. Na slici (4.1) ucrtani D/A pretvarači za volumetrijski protok i obrtni broj, su svjesno izabrani, da bi se prerada mjerne vrijednosti u PCMCIA kartici za digitalne signale, bez primjene veoma vremenski intenzivnih mjernih rutina, mogle izvesti.

29

Slika 4.1 LabView program i ekran procjene

Na slici (4.1) je dat primjer ekrana bilježnice koji je sačinjen od LabView programa. Tako se između ostalog mogu grafički predstaviti mjerni podaci, u datom ASC-II kodu, i sa MS- Execel ili u drugim programima dalje obrađivati.

30

5. Zaključak

Senzori su danas neophodni pri raznim mjerenjima, pa tako i za mjerenja u hidraulici. U ovom seminraskom radu su opisani mjerni uređaji i razni senzori koji se koriste u hidraulici. Opisani su i faktori koji utiču na mjerenja, kao i metode mjerenja.

31

6. Literatura

32