Senzori sile , ubrzanja i vibracije

Amil Cerovac i Ahmed Ramić Senzori sile,ubrzanja i vibracije

1.Uvod

Senzor (njem. Sensor, engl. sensor, prema lat. sensus: osjećanje; osjećaj; osjetilo) ,
pretvornik   ili   mjerno   osjetilo   je   dio   mjernoga   sustava   koji   je   u   izravnom   dodiru   s
mjerenom veličinom i daje izlazni signal ovisan o njezinu iznosu. Zbog prevladavajuće
primjene električnih i elektroničkih sustava, većina mjernih osjetila pretvara mjerenu
veličinu u električki mjerljiv signal. Tako se na primjer mehaničko titranje membrane
koja   čini   jednu   ploču   električnoga   kondenzatora   u   kondenzatorskome   mikrofonu,
uzrokovano zvučnim valovima, pretvara u promjenu električnoga kapaciteta. Senzor
dakle   mjeri   fizikalnu   veličinu   (na   primjer   temperaturu,   vlažnosti   zraka,   tlaka,   broj
okretaja motora) i pretvara ju u signal pogodan za daljnju obradu (najčešće u električni
signal).

Jedna od najprimjenjenijih vrsta senzora su senzori pokreta. Oni registriraju

pomak izratka koji se kreće po tvorničkoj traci. Kada izradak dođe do mjesta koje je
označeno   senzorskom   zrakom,   izradak   je   prekida   i   time   omogućuje   senzoru   da
registrira   pokret,   te   tu   informaciju   šalje   do   glavnog   računala   koje   prati   proces
proizvodnje.   Također   u   nekim   postrojenjima   klimatski   uvjeti   igraju   veliku   ulogu,
pogotovo ako se radi o, recimo proizvodnji hrane. U takvim postrojenjima koristimo
senzore temperature  koji reguliraju protok  zraka  te njegovo zagrijavanje odnosno
hlađenje, tako da registriraju temperaturu i u skladu sa zahtjevima proizvodnje šalju
signal glavnom računalu koje regulira protok hlađenja/zagrijavanja.

Senzori se koriste

u svakodnevnim predmetima, kao što su pozivna dugmad lifta (osjetilni senzor) ili
lampa koja se pali na dodir. Postoje i mnoge druge aplikacije o koijma ljudi uopće ne
razmišljaju. primjene uključuju automobile, letjelice, medicinu, proizvodnju i robotiku.
Senzor je uređaj koji prima signal i reaguje na njega ili na neki poticaj. Poticaj mora biti
konvertovan u električnu formu. Signal tako konvertovan može biti korišten dalje u
elektroničkim uređajima. Senzori mogu biti veoma osjetljivi, zavisno od namjene.
Dobar senzor je osjetljiv na mjerenu osobinu, ujedno je neosjetljiv na bilo koju drugu
nebitnu a prisutnu osobinu. Senzor ne utiče na mjerenu osobinu.

Svi živi organizmi

posjeduju biološke senzore sa funkcijama sličnim kao kod već opisanih uređaja.
Većina prirodnih senzora su specijalizovane ćelije koje su osjetljive na: svjetlo, pokret,
temperaturu, magnetno polje, gravitaciju, vlažnost, vibracije, pritisak, električno polje,
zvuk, i druge fizičke pojave iz okruženja. Drugi biološki senzori koji se nazivaju
unutrašnjim, jesu osjetljivi na istezanje, pokret organizma i nesvjesni osjećaj pokreta i
prostorne pozicije.

Amil Cerovac i Ahmed Ramić Senzori sile,ubrzanja i vibracije

Senzori sile, ubrzanja i vibracije

2.1. Senzori sile

Jednokomponentni senzori sile smješteni su u hermetički zatvorenim kućištu,
pogodnom za montažu.Rad senzora sile zasniva se na različitim fizičkim principima,u
strukturi svakog senzora mogu se uočiti sljedeći elementi:



Ulazni element (oblik prijemne površine zavisi od toga da li ulazna sila
djeluje na sabijanje ili istezanje elemenata)



Element za prenos sile od ulaznog elementa do kovertora sile u električni
signal



Selector koji štiti senzor od poprečnih parazitnih sila, pravi se u obliku
jednostruke i dvostruke membrane pričvršćene za kuciste



Osigurac od opterecenja



Elastični element (pretvara ulaznu silu u ekvivalentnu deformaciju)



Konvertor sile u električni signal



Kućište (štiti senzor od mehanickih i termičkih uticaja)

2.2 Princip rada senzora sile

Senzor sile služi za pretvaranje sile (opterecenja) u napon, tj. pretvaranje neelektrične
veličine u lako mjerljivu električnu veličinu, što je zadatak i svih ostalih senzora. Slika
prikazuje zavisnost  napona (elektične velicine) na izlazu o povećanju sile (neelektične
veličine) na ulazu. Senzori sile rade na principu da se otpor silikonskih piezootpornika
poveća   kada   se   otpornici   savijaju   pod   bilo   kojom   primjenjenom   silom.   Senzor
usmjerava silu kroz  čelični klip, direktno na silikonski osetljivi element. Količina otpora
se   mjenja   razmjerno   s   količinom   sile.   Ta   promjena   u   otpornom   krugu   rezultira
odgovarajućom razinom mV izlaza.

Senzori sile predstavljaju električne osjetilne naprave koje se koriste za mjerenje sila
napetosti,   kompresije   i   poprečne   sile.   Ćelije   napetosti   se   koriste   za   mjerenje
pravocrtne sile koja se "rastavlja" duž jedne ose, obično označene kao pozitivna sila.
Ćelije kompresije se koriste za mjerenje pravocrtne sile koja se "sastavlja" duž jedne
ose,   obicno   oznacene   kao   negativna   sila.   Smicanje   je   uzrokovano   napetošcu   ili
kompresijom   duž   pomaknutih   osa.   Proizvode   se   u   mnogo   različitih   paketa   i
konfiguracija. Važni parametri senzora sile su mjerni raspon i tačnost. Mjerni raspon je
raspon zahtjevanog linearnog izlaza. Većina senzora sile zapravo mjeri pomicanje
strukturnih   elemenata   da   bi   odredili   silu.   Sila   je   povezana   s   deformacijom   kao
rezultatom   kalibracije.Senzori   sile   mogu   imati   jedan   od   mnogih   tipova   izlaza.   To
uključuje  analogni  napon,  struju,  frekvenciju,   sklopku  ili  alarm,  serijski  i  paralelno
instrument ili mjerač, mjerni instrument ili indikator, te snimač i totalizator.

Najčešce tehnologije senzora sila su piezoelektronika i mjerni instrument za mjerenje
natezanja. Za piezoelektricne naprave, piezoelektrični materijal je kompresovan i
generira naboj koji je uslovljen pojačalom naboja. Za mjerne instrumente za mjerenje
natezanja, promjenjivi otpornici osetljivi na natezanje su vezani za djelove strukture koji