Λύσεις — Αισθητήρες (σελ. 152) – ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΕΛΕΓΧΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΓΝΩΣΕΩΝ Γ΄ ΕΠΑΛ
Λύσεις — Αισθητήρες
Λύσεις στις 15 ερωτήσεις του κεφαλαίου: ρόλος και ταξινόμηση αισθητήρων, αισθητήρες ταχύτητας στροφών και θέσης/μετατόπισης, αισθητήρες θερμοκρασίας και πίεσης, αισθητήρας οξυγόνου (λάμδα), ροής μάζας αέρα, κτυπήματος και επιτάχυνσης/επιβράδυνσης.
Ρόλος των αισθητήρων στο αυτοκίνητο
Ερώτηση: Ποιος είναι ο ρόλος των αισθητήρων στο αυτοκίνητο;
Απάντηση:
- Ποιος είναι ο ρόλος των αισθητήρων στο αυτοκίνητο;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο ρόλος των διάφορων αισθητήρων στο αυτοκίνητο είναι η απόκτηση πληροφοριών για τα συστήματά του και για το εξωτερικό περιβάλλον, με δύο σκοπούς: την αντιμετώπιση μεταβολών και απρόβλεπτων καταστάσεων, δηλαδή τη «δράση», και την επαλήθευση της ποιότητας στα αποτελέσματα πολλών ενεργειών, δηλαδή την «ανάδραση». Οι αισθητήρες λειτουργούν όπως ακριβώς λειτουργούν οι πέντε αισθήσεις του ανθρώπου προς τον εγκέφαλο: μετατρέπουν πληροφορίες (μεταβολή θέσης εξαρτημάτων, κίνηση αξόνων, θερμοκρασία, πίεση, ταχύτητα, σύσταση καυσαερίων κ.λπ.) σε ηλεκτρικά σήματα τάσης, τα οποία στέλνουν στο «εγκέφαλο» του αυτοκινήτου, τον μικροϋπολογιστή, ώστε αυτός να πάρει τις κατάλληλες αποφάσεις.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Απόκτηση πληροφοριών για τα συστήματα του αυτοκινήτου και το περιβάλλον, με σκοπό τη δράση (αντιμετώπιση μεταβολών) και την ανάδραση (επαλήθευση αποτελεσμάτων)
Παράδειγμα αισθητήρα με δευτερογενή μετατροπή
Ερώτηση: Να περιγράψετε ένα δικό σας παράδειγμα αισθητήρα, που απαιτεί δευτερογενή μετατροπή για να μετατρέψει ένα φυσικό μέγεθος, που επιδρά σε ένα σύστημα του αυτοκινήτου, σε σήμα τάσης.
Απάντηση:
- Να περιγράψετε ένα δικό σας παράδειγμα αισθητήρα, που απαιτεί δευτερογενή μετατροπή για να μετατρέψει ένα φυσικό μέγεθος, που επιδρά σε ένα σύστημα του αυτοκινήτου, σε σήμα τάσης.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ο αισθητήρας θερμοκρασίας του αέρα που ρέει μέσα σε έναν αεραγωγό του αυτοκινήτου (π.χ. στην πολλαπλή εισαγωγή). Το φυσικό μέγεθος (είσοδος) είναι η θερμοκρασία Θ του αέρα. Στην πρωτογενή μετατροπή χρησιμοποιείται μια ειδική αντίσταση R1, η τιμή της οποίας μεταβάλλεται ανάλογα με τη μεταβολή της θερμοκρασίας (R1=κ·Θ) — δηλαδή το φυσικό μέγεθος «θερμοκρασία» μετατρέπεται σε ένα άλλο μέγεθος, «αντίσταση», που μετριέται πιο εύκολα. Επειδή όμως η μεταβολή της αντίστασης δεν είναι από μόνη της εύκολα αντιληπτή σε μορφή ηλεκτρικού σήματος, χρειάζεται δευτερογενής μετατροπή: η αντίσταση R1 τοποθετείται σε μία γέφυρα Wheatstone (μαζί με τις αντιστάσεις R2, R3, R4), όπου η μεταβολή της R1 προκαλεί μεταβολή στην τάση εξόδου V της γέφυρας, ανάλογη τελικά της αρχικής μεταβολής της θερμοκρασίας (V=μ·Θ). Έτσι, το φυσικό μέγεθος «θερμοκρασία» μετατρέπεται τελικά σε σήμα τάσης, κατάλληλο να διαβαστεί από τον μικροϋπολογιστή.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Παράδειγμα: αισθητήρας θερμοκρασίας αέρα — πρωτογενής μετατροπή θερμοκρασίας σε μεταβολή αντίστασης R1, δευτερογενής μετατροπή της αντίστασης σε τάση V μέσω γέφυρας Wheatstone (V=μ·Θ)
Αντικατάσταση ενεργών αισθητήρων επαφής από παθητικούς μη επαφής
Ερώτηση: Γιατί υπάρχει η τάση να αντικαθίστανται στις περισσότερες εφαρμογές του αυτοκινήτου οι ενεργοί αισθητήρες επαφής με τους αντίστοιχους παθητικούς αισθητήρες μη επαφής;
Απάντηση:
- Γιατί υπάρχει η τάση να αντικαθίστανται στις περισσότερες εφαρμογές του αυτοκινήτου οι ενεργοί αισθητήρες επαφής με τους αντίστοιχους παθητικούς αισθητήρες μη επαφής;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η τάση αυτή της τεχνολογίας οφείλεται σε δύο ξεχωριστά πλεονεκτήματα, ένα για κάθε χαρακτηριστικό. Αφενός, οι αισθητήρες μη επαφής (π.χ. οπτικοί, μαγνητικοί, ηλεκτρομαγνητικοί) αντικαθιστούν τους παλαιού τύπου αισθητήρες επαφής γιατί δεν έχουν τριβές με το μετρούμενο φυσικό μέγεθος -δηλαδή δεν φθείρονται μηχανικά και δεν έχουν προβλήματα κακής επαφής λόγω υγρασίας ή ρύπων, όπως συμβαίνει π.χ. στη μεσαία λήψη ενός ποτενσιόμετρου αντίστασης. Αφετέρου, οι παθητικοί αισθητήρες αντικαθιστούν τους ενεργούς γιατί θέλουν ελάχιστη συντήρηση, αφού δεν χρειάζονται εξωτερική ηλεκτρική πηγή για να λειτουργήσουν, παράγοντας οι ίδιοι απευθείας το σήμα εξόδου τους από τη δράση του φυσικού μεγέθους πάνω τους.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Οι αισθητήρες μη επαφής δεν έχουν τριβές (καμία μηχανική φθορά/πρόβλημα επαφής)· οι παθητικοί δεν χρειάζονται εξωτερική ηλεκτρική τροφοδοσία, άρα θέλουν ελάχιστη συντήρηση
Παράγοντες περιβάλλοντος που επηρεάζουν τους αισθητήρες
Ερώτηση: Ποιοι παράγοντες του περιβάλλοντος επιδρούν και επηρεάζουν τη λειτουργία των αισθητήρων;
Απάντηση:
- Ποιοι παράγοντες του περιβάλλοντος επιδρούν και επηρεάζουν τη λειτουργία των αισθητήρων;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι αισθητήρες ενός αυτοκινήτου είναι αναγκασμένοι να λειτουργούν στο εξωτερικό περιβάλλον και να δέχονται τις επιδράσεις διάφορων παραγόντων, που αν δεν λαμβάνονταν υπόψη από τους κατασκευαστές θα οδηγούσαν σε λανθασμένες πληροφορίες προς το μικροϋπολογιστή. Οι κυριότεροι παράγοντες είναι: η θερμοκρασία του μέσου που περιβάλλει τον αισθητήρα, οι δονήσεις και τα κτυπήματα στην περιοχή στήριξής του, η σκόνη και τα ξένα σώματα πάνω στις αισθητήριες επιφάνειες, η υγρασία και το νερό στο σώμα και τις συνδέσεις του αισθητήρα, η επίδραση χημικών ουσιών (π.χ. αντιπηκτικό υγρό) και οι παρεμβολές στο σήμα εξόδου από γειτονικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Θερμοκρασία περιβάλλοντος, δονήσεις/κτυπήματα, σκόνη/ξένα σώματα, υγρασία/νερό, χημικές ουσίες, ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές
Ψηφιακή ή αναλογική έξοδος αισθητήρων ταχύτητας στροφών
Ερώτηση: Από τους κυριότερους αισθητήρες ταχύτητας στροφών, ποιοι έχουν ψηφιακή και ποιοι έχουν αναλογική έξοδο τάσης;
Απάντηση:
- Από τους κυριότερους αισθητήρες ταχύτητας στροφών, ποιοι έχουν ψηφιακή και ποιοι έχουν αναλογική έξοδο τάσης;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Από τους κυριότερους αισθητήρες ταχύτητας στροφών, ψηφιακή έξοδο τάσης έχουν ο αισθητήρας φαινομένου Hall (ενεργός, μη επαφής), ο φωτοηλεκτρικός αισθητήρας (ενεργός, μη επαφής, μέσω οπτικού ζεύκτη με εγκοπή) και ο αισθητήρας μαγνητιζόμενων επαφών ή reed relay (ενεργός, μη επαφής). Αναλογική έξοδο τάσης έχει ο αισθητήρας μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης (παθητικός, μη επαφής), ο οποίος παράγει ένα αναλογικό εναλλασσόμενο σήμα τάσης καθώς μεταβάλλεται συνεχώς η μαγνητική ροή που περνά μέσα από το πηνίο του, λόγω της περιστροφής του οδοντωτού γραναζιού.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ψηφιακή έξοδος: αισθητήρας Hall, φωτοηλεκτρικός, μαγνητιζόμενων επαφών (reed)· αναλογική έξοδος: αισθητήρας μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης
Αισθητήρας ταχύτητας στροφών χωρίς εξωτερική πηγή ενέργειας
Ερώτηση: Να προτείνετε έναν αισθητήρα ταχύτητας στροφών, που δεν απαιτεί εξωτερική πηγή ενέργειας για τη λειτουργία του.
Απάντηση:
- Να προτείνετε έναν αισθητήρα ταχύτητας στροφών, που δεν απαιτεί εξωτερική πηγή ενέργειας για τη λειτουργία του.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο αισθητήρας ταχύτητας στροφών με μεταβλητή μαγνητική αντίσταση είναι ο κατάλληλος αισθητήρας για αυτή την περίπτωση, γιατί είναι ένας παθητικός αισθητήρας μη επαφής. Αποτελείται από ένα μόνιμο μαγνήτη με προέκταση πόλου, γύρω από τον οποίο είναι τυλιγμένο ένα πηνίο (μαγνητική κεφαλή), και ένα περιστρεφόμενο οδοντωτό γρανάζι από σιδηρομαγνητικό υλικό, στερεωμένο στον άξονα του οποίου θέλουμε να μετρήσουμε τις στροφές. Καθώς περιστρέφεται ο άξονας, τα δόντια του γραναζιού και τα ενδιάμεσα διάκενα αέρα περνούν διαδοχικά μπροστά από τη μαγνητική κεφαλή, μεταβάλλοντας συνεχώς τη μαγνητική ροή που διαπερνά το πηνίο. Αυτή η μεταβολή της μαγνητικής ροής αναπτύσσει από μόνη της (εξ επαγωγής) εναλλασσόμενη τάση στα άκρα του πηνίου, χωρίς να χρειάζεται καμία εξωτερική ηλεκτρική τροφοδοσία, αφού η ενέργεια προέρχεται απευθείας από τη μηχανική κίνηση (περιστροφή) και το μόνιμο μαγνητικό πεδίο.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ο παθητικός αισθητήρας μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης· παράγει τάση εξ επαγωγής από μόνος του, χωρίς εξωτερική ηλεκτρική τροφοδοσία
Διαφορές ποτενσιόμετρου αντίστασης και ποτενσιόμετρου Hall
Ερώτηση: Ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ δυο αισθητήρων: γωνίας περιστροφής ποτενσιόμετρου αντίστασης και ποτενσιόμετρου φαινομένου Hall;
Απάντηση:
- Ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ δυο αισθητήρων: γωνίας περιστροφής ποτενσιόμετρου αντίστασης και ποτενσιόμετρου φαινομένου Hall;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο αισθητήρας γωνίας περιστροφής ποτενσιόμετρου ωμικής αντίστασης είναι ενεργός αισθητήρας επαφής, με αναλογική έξοδο τάσης ανάλογη της γωνίας περιστροφής (V=κ·θ), βασισμένος στην αρχή του διαιρέτη τάσης. Έχει όμως πολλά λειτουργικά προβλήματα: η μεσαία του λήψη κινείται πάνω σε έναν ωμικό «δρόμο» με πραγματική τριβή/επαφή, οπότε επηρεάζεται από τις δονήσεις, την υγρασία, τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος και την κακή αγωγιμότητα επαφής της μεσαίας λήψης. Ο αισθητήρας γωνίας ποτενσιόμετρου φαινομένου Hall, αντίθετα, είναι ενεργός αισθητήρας μη επαφής, επίσης με αναλογική έξοδο τάσης (αναλογικό ημιτονοειδές σήμα), αλλά χωρίς κανένα από τα προβλήματα επαφής του προηγούμενου, αφού το στοιχείο Hall είναι σταθερά στερεωμένο και μόνο ο μαγνήτης περιστρέφεται γύρω του χωρίς επαφή· έτσι έχει πολύ μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, αν και η ικανοποιητική του απόδοση περιορίζεται σε γωνίες περιστροφής μικρότερες από 180°.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ποτενσιόμετρο αντίστασης: ενεργός, επαφής, προβλήματα φθοράς/υγρασίας στη μεσαία λήψη· ποτενσιόμετρο Hall: ενεργός, μη επαφής, μεγάλη διάρκεια ζωής, αλλά ικανοποιητικό μόνο για γωνίες <180°
Ανίχνευση θέσης μεταλλικών και πλαστικών εξαρτημάτων
Ερώτηση: Με ποιον τύπο αισθητήρα θέσης είναι δυνατή και πώς λειτουργεί η ανίχνευση της θέσης μεταλλικών και πλαστικών εξαρτημάτων;
Απάντηση:
- Με ποιον τύπο αισθητήρα θέσης είναι δυνατή και πώς λειτουργεί η ανίχνευση της θέσης μεταλλικών και πλαστικών εξαρτημάτων;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η ανίχνευση της θέσης τόσο μεταλλικών όσο και πλαστικών (ή άλλων υλικών) εξαρτημάτων είναι δυνατή με τον χωρητικό αισθητήρα, σε αντίθεση με τον επαγωγικό αισθητήρα που ανιχνεύει μόνο μεταλλικά εξαρτήματα, καλούς αγωγούς του ηλεκτρισμού. Ο χωρητικός αισθητήρας είναι ενεργός αισθητήρας μη επαφής, με αναλογική έξοδο τάσης, που παράγει γύρω του ένα ηλεκτροστατικό πεδίο ενώ βρίσκεται σε συντονισμό, όπως ακριβώς συμβαίνει σε έναν πυκνωτή. Όταν το προς ανίχνευση εξάρτημα βρεθεί μέσα σε αυτό το ηλεκτροστατικό πεδίο, αλλοιώνει τη χωρητικότητα του αισθητήρα, με αποτέλεσμα να παράγεται ένα ημιτονοειδές σήμα υψηλής συχνότητας. Αυτή η αρχή λειτουργίας επιτρέπει στον χωρητικό αισθητήρα να ανιχνεύει την παρουσία (όχι όμως και το ακριβές μέγεθος της μετατόπισης) εξαρτημάτων ανεξάρτητα από το υλικό τους, μεταλλικού ή πλαστικού.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ο χωρητικός αισθητήρας· παράγει ηλεκτροστατικό πεδίο, το εξάρτημα (μεταλλικό ή πλαστικό) που μπαίνει μέσα του αλλοιώνει τη χωρητικότητα, παράγοντας ημιτονοειδές σήμα υψηλής συχνότητας
Ανίχνευση γραμμικής μετατόπισης και κατεύθυνσης κίνησης
Ερώτηση: Με ποιον τύπο αισθητήρα είναι δυνατή η ανίχνευση της γραμμικής μετατόπισης, αλλά και η κατεύθυνση της κίνησης ενός εξαρτήματος;
Απάντηση:
- Με ποιον τύπο αισθητήρα είναι δυνατή η ανίχνευση της γραμμικής μετατόπισης, αλλά και η κατεύθυνση της κίνησης ενός εξαρτήματος;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο ηλεκτρομηχανικός αισθητήρας γραμμικής μετατόπισης, γνωστός ως γραμμικός μεταβλητός διαφορικός μετασχηματιστής (LVDT), μπορεί να μετρήσει όχι μόνο το μέγεθος αλλά και την κατεύθυνση της γραμμικής μετατόπισης ενός εξαρτήματος. Πρόκειται στην ουσία για δύο όμοιους μετασχηματιστές με κοινό πρωτεύον κύκλωμα και όμοια δευτερεύοντα, αλλά με αντίστροφη περιέλιξη· ο πυρήνας τους μπορεί να κινηθεί γραμμικά και είναι συνδεδεμένος με το εξάρτημα του οποίου θέλουμε να μετρήσουμε τη μετατόπιση. Όταν ο αισθητήρας ηρεμεί, οι επαγόμενες τάσεις στα δύο δευτερεύοντα είναι ίσες και αντίθετες, οπότε η τάση εξόδου Vout=0. Όταν το εξάρτημα μετατοπίζεται, μετακινείται και ο πυρήνας, επάγοντας ανόμοιες τάσεις στα δύο πηνία λόγω ανόμοιας μαγνητικής ροής, με αποτέλεσμα η τάση εξόδου να είναι ανάλογη προς τη μετατόπιση D (Vout=κ·D). Το μέγεθος της μετατόπισης προκύπτει από την τιμή της τάσης εξόδου, ενώ η κατεύθυνση της μετατόπισης προκύπτει από το πρόσημο (θετική ή αρνητική διαφορά φάσης) ανάμεσα στο σήμα εισόδου Vin και το σήμα εξόδου Vout.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ο γραμμικός μεταβλητός διαφορικός μετασχηματιστής (LVDT)· το μέγεθος μετριέται από την τιμή του Vout=κ·D, η κατεύθυνση από τη θετική/αρνητική διαφορά φάσης Vin-Vout
Χρήση θερμίστορ αντί μεταλλικών αντιστάσεων
Ερώτηση: Γιατί συνήθως χρησιμοποιείται το θερμίστορ σε εφαρμογές μέτρησης της θερμοκρασίας στο αυτοκίνητο αντί των μεταλλικών αντιστάσεων;
Απάντηση:
- Γιατί συνήθως χρησιμοποιείται το θερμίστορ σε εφαρμογές μέτρησης της θερμοκρασίας στο αυτοκίνητο αντί των μεταλλικών αντιστάσεων;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Το θερμίστορ έχει επικρατήσει στις εφαρμογές αισθητήρων θερμοκρασίας γιατί συνδυάζει τρία σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις μεταλλικές αντιστάσεις: είναι πιο φθηνό στην κατασκευή, έχει δεκαπλάσια ευαισθησία (πολύ μεγαλύτερη μεταβολή αντίστασης για την ίδια μεταβολή θερμοκρασίας, αφού η αντίστασή του μειώνεται απότομα όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, λόγω του αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας NTC), και έχει ικανοποιητικό χρόνο αντίδρασης στις μεταβολές της θερμοκρασίας. Η μεγάλη αυτή ευαισθησία σημαίνει ότι μικρές μεταβολές θερμοκρασίας δίνουν εύκολα ανιχνεύσιμη μεταβολή αντίστασης, κάτι που δεν συμβαίνει το ίδιο εύκολα με τις μεταλλικές αντιστάσεις.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Είναι φθηνότερο, έχει δεκαπλάσια ευαισθησία και ικανοποιητικό χρόνο αντίδρασης σε σχέση με τις μεταλλικές αντιστάσεις
Πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας πίεσης και ατμοσφαιρική πίεση
Ερώτηση: Πώς λειτουργεί ένας πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας πίεσης και γιατί είναι ακατάλληλος για τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης;
Απάντηση:
- Πώς λειτουργεί ένας πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας πίεσης και γιατί είναι ακατάλληλος για τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας πίεσης βασίζεται στο πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο: ορισμένοι φυσικοί ή τεχνητοί κεραμικοί κρύσταλλοι, όταν πιεστούν, αναπτύσσουν τάση στα άκρα τους, εξαιτίας της συγκέντρωσης φορτίων που δημιουργείται από την παραμόρφωση του κρυσταλλικού τους πλέγματος. Η κεφαλή του αισθητήρα πιέζεται απευθείας από το υγρό ή το αέριο του οποίου θέλουμε να μετρήσουμε την πίεση και μεταδίδει την πίεση αυτή σε κεραμικούς δακτυλίους, παράγοντας μια αναλογική τάση εξόδου ανάλογη της πίεσης· είναι παθητικός αισθητήρας επαφής. Ο αισθητήρας αυτός είναι όμως ακατάλληλος για τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής (βαρομετρικής) πίεσης, γιατί λόγω της κατασκευής του δεν μπορεί να μετρήσει στατικές πιέσεις, δηλαδή πιέσεις που παραμένουν σταθερές στο χρόνο, όπως είναι η ατμοσφαιρική· μπορεί να μετρήσει μόνο διαρκώς εναλλασσόμενες, δυναμικές πιέσεις.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Παραμόρφωση κρυστάλλου υπό πίεση → ανάπτυξη τάσης ανάλογης της πίεσης (παθητικός, επαφής, αναλογική έξοδος)· ακατάλληλος για ατμοσφαιρική πίεση γιατί μετρά μόνο δυναμικές (μεταβαλλόμενες), όχι στατικές πιέσεις
Πιεζοαντίσταση και πίεση ελαστικών
Ερώτηση: Τι είναι η πιεζοαντίσταση και γιατί δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της πίεσης των ελαστικών ενός αυτοκινήτου;
Απάντηση:
- Τι είναι η πιεζοαντίσταση και γιατί δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της πίεσης των ελαστικών ενός αυτοκινήτου;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η πιεζοαντίσταση είναι μια αντίσταση, κατασκευασμένη από ορισμένα είδη πιεζοκρυστάλλων, της οποίας η τιμή μεταβάλλεται με την πίεση και την παραμόρφωσή της· γι' αυτό ο αισθητήρας που τη χρησιμοποιεί λέγεται και επιμηκυνσιόμετρο. Στερεώνεται πάνω σε μια μεμβράνη λεπτού φύλλου ανοξείδωτου χάλυβα, η οποία πιέζεται απευθείας από το υγρό ή το αέριο του οποίου θέλουμε να μετρήσουμε την πίεση, οπότε η πιεζοαντίσταση επιμηκύνεται και η μεταβολή της τιμής της (μέσω γέφυρας Wheatstone) δίνει τάση ανάλογη της πίεσης. Δεν μπορεί όμως να χρησιμοποιηθεί απευθείας για τη μέτρηση της πίεσης των ελαστικών, γιατί τα ελαστικά είναι περιστρεφόμενα εξαρτήματα και είναι δύσκολο να μεταδοθεί το ηλεκτρικό σήμα από έναν αισθητήρα πιεζοαντίστασης, που είναι στερεωμένος πάνω σε αυτά, προς τον σταθερό μικροϋπολογιστή, εξαιτίας ακριβώς της συνεχούς περιστροφής του τροχού. Γι' αυτό στην πίεση ελαστικών χρησιμοποιείται ειδικός χωρητικός περιστρεφόμενος αισθητήρας, όπου η ζεύξη του σήματος γίνεται χωρητικά, χωρίς καλώδια.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Πιεζοαντίσταση: αντίσταση που αλλάζει με την πίεση/παραμόρφωση (επιμηκυνσιόμετρο)· δεν χρησιμοποιείται στα ελαστικά γιατί είναι περιστρεφόμενα εξαρτήματα και το σήμα δεν μπορεί να μεταδοθεί εύκολα με καλώδια λόγω της περιστροφής
Ανίχνευση οξυγόνου στα καυσαέρια
Ερώτηση: Τι σημαίνει η ανίχνευση οξυγόνου στα καυσαέρια του αυτοκινήτου και ποια είναι η αρχή λειτουργίας και η βασική προϋπόθεση θερμοκρασίας για την ανίχνευση αυτή;
Απάντηση:
- Τι σημαίνει η ανίχνευση οξυγόνου στα καυσαέρια του αυτοκινήτου και ποια είναι η αρχή λειτουργίας και η βασική προϋπόθεση θερμοκρασίας για την ανίχνευση αυτή;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η ανίχνευση οξυγόνου στα καυσαέρια αποτελεί κριτήριο για τη σύσταση του μείγματος καυσίμου-αέρα και τη σωστή καύση του στους κυλίνδρους: η ύπαρξη οξυγόνου στα καυσαέρια σημαίνει φτωχό μείγμα (περισσότερος αέρας, λιγότερο καύσιμο), ενώ η πλήρης απουσία οξυγόνου σημαίνει πλούσιο μείγμα (περισσότερο καύσιμο, λιγότερος αέρας). Η αρχή λειτουργίας του αισθητήρα οξυγόνου (λάμδα) είναι ίδια με την αρχή λειτουργίας των συσσωρευτών: αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια σπογγώδους πλατίνας με στερεό ηλεκτρολύτη διοξείδιο του ζιρκονίου (ZrO2) ανάμεσά τους, με το ένα ηλεκτρόδιο εκτεθειμένο στα καυσαέρια και το άλλο στον καθαρό ατμοσφαιρικό αέρα, λειτουργώντας σαν μικρή μπαταρία που δίνει τάση ανάλογη της διαφοράς συγκέντρωσης οξυγόνου των δύο πλευρών (περίπου 50mV σε φτωχό μείγμα, περίπου 900mV σε πλούσιο μείγμα). Η βασική προϋπόθεση για να λειτουργήσει αυτή η ανίχνευση είναι η θερμοκρασία της πλατίνας να ξεπεράσει τους 250°C, ώστε αυτή να δράσει σαν καταλύτης μετατρέποντας το οξυγόνο σε ιόντα οξυγόνου· κάτω από αυτή τη θερμοκρασία ο αισθητήρας δεν λειτουργεί, γι' αυτό συχνά χρησιμοποιείται και μια θερμαντική αντίσταση που μειώνει τον χρόνο ενεργοποίησής του στα περίπου 20 δευτερόλεπτα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ανίχνευση Ο2: φτωχό μείγμα αν υπάρχει Ο2, πλούσιο αν απουσιάζει· αρχή λειτουργίας: ηλεκτρόδια πλατίνας + ηλεκτρολύτης ZrO2 (σαν μπαταρία)· προϋπόθεση: θερμοκρασία πλατίνας πάνω από 250°C για καταλυτική δράση
Επικράτηση αισθητήρα ροής μάζας αέρα με πιεζοαντίσταση
Ερώτηση: Γιατί ο αισθητήρας ροής μάζας αέρα με πιεζοαντίσταση έχει σχεδόν αντικαταστήσει τους άλλους τύπους αισθητήρων ροής μάζας αέρα;
Απάντηση:
- Γιατί ο αισθητήρας ροής μάζας αέρα με πιεζοαντίσταση έχει σχεδόν αντικαταστήσει τους άλλους τύπους αισθητήρων ροής μάζας αέρα;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο αισθητήρας ροής μάζας αέρα με πιεζοαντίσταση (ουσιαστικά ο ίδιος αισθητήρας πίεσης με πιεζοαντίσταση) έχει σχεδόν αντικαταστήσει τους αισθητήρες με θερμό νήμα/φιλμ και με πτερύγιο, χάρη στη δυνατότητα να υπολογίζει τη μάζα του αέρα έμμεσα, από την υποπίεση στην πολλαπλή εισαγωγή, χωρίς να χρειάζεται κινούμενα μηχανικά μέρη (όπως το πτερύγιο) ή ευαίσθητο θερμαινόμενο στοιχείο. Το βασικό του πλεονέκτημα είναι ότι συνδυάζει χαμηλή τιμή κόστους κατασκευής με πολύ μικρό χρόνο αντίδρασης, που συνήθως δεν ξεπερνά τα δύο χιλιοστά του δευτερολέπτου (2 ms) — πολύ μικρότερο από τον χρόνο απόκρισης των άλλων δύο τύπων.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Μπορεί να υπολογίσει τη μάζα αέρα από την υποπίεση στην πολλαπλή εισαγωγή, συνδυάζοντας χαμηλό κόστος και πολύ μικρό χρόνο αντίδρασης (έως 2 ms)
Αισθητήρας ενεργοποίησης αερόσακων και πλευρικοί αερόσακοι
Ερώτηση: Ποιος τύπος αισθητήρα χρησιμοποιείται για την ενεργοποίηση των αερόσακων και πώς γίνεται να ενεργοποιούνται μόνον οι πλευρικοί αερόσακοι σε μια πλευρική σύγκρουση του οχήματος;
Απάντηση:
- Ποιος τύπος αισθητήρα χρησιμοποιείται για την ενεργοποίηση των αερόσακων και πώς γίνεται να ενεργοποιούνται μόνον οι πλευρικοί αερόσακοι σε μια πλευρική σύγκρουση του οχήματος;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Για την ενεργοποίηση των αερόσακων χρησιμοποιείται ο πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας επιτάχυνσης ή επιβράδυνσης, που βασίζεται στην αδράνεια των σωμάτων: μια μάζα Μ, στερεωμένη πάνω σε πιεζοκρύσταλλο, όταν κινηθεί λόγω αδράνειας εξαιτίας μιας απότομης επιβράδυνσης (σύγκρουση), πιέζει τον κρύσταλλο και προκαλεί την εμφάνιση τάσης στην έξοδό του, ανάλογης της επιτάχυνσης ή επιβράδυνσης (V=κ·f=κ·Μ·α). Για να ενεργοποιούνται μόνο οι πλευρικοί αερόσακοι σε περίπτωση πλευρικής σύγκρουσης, τοποθετούνται κατάλληλα πάνω στο όχημα δύο ή τρεις τέτοιοι πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες, προσανατολισμένους προς διαφορετικές κατευθύνσεις του χώρου, έτσι ώστε να μπορούν να ανιχνεύσουν ξεχωριστά επιταχύνσεις ή επιβραδύνσεις προς κάθε κατεύθυνση. Έτσι, όταν ανιχνευθεί απότομη επιβράδυνση συγκεκριμένα προς την πλευρική κατεύθυνση, ο μικροϋπολογιστής, μέσω της μονάδας ανάφλεξης, δίνει εντολή ενεργοποίησης μόνο στους πλευρικούς αερόσακους της αντίστοιχης πλευράς, και όχι στους μπροστινούς αερόσακους οδηγού/συνοδηγού.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας επιτάχυνσης/επιβράδυνσης (βασισμένος στην αδράνεια μάζας)· με τοποθέτηση 2-3 τέτοιων αισθητήρων προς διαφορετικές κατευθύνσεις ανιχνεύεται η κατεύθυνση της σύγκρουσης και ενεργοποιούνται επιλεκτικά μόνο οι πλευρικοί αερόσακοι της πλευράς που χτυπήθηκε
