close

Enter

Log in using OpenID

Bilgisayar Destekli Ölçme Uygulaması

embedDownload
BİLGİSAYAR DESTEKLİ ÖLÇME UYGULAMASI
1. AMAÇ
Teknolojideki gelişmeyle birlikte fiziksel büyüklüklerin hızlı, kolay ve doğru ölçümü için
birçok mühendislik uygulamasında artık algılayıcılar yani sensörler vazgeçilmez bir tercih haline
gelmiştir. Sensör bir ölçüm sistemine giriş sinyali gönderen cihaz olarak tanımlanmaktadır.
Fiziksel büyüklüklerin doğru ölçümü, ölçümlere bağlı olarak verilecek kararlarda ve yapılacak
değerlendirmelerde hayati önem taşımaktadır. Bu nedenle fiziksel büyüklüklerin doğru ölçümü
için ölçmede kullanılacak sensörlerin de doğru seçilmesi gerekmektedir. Yapılacak deneyde bir
hidroşekillendirme presindeki kuvvet, basınç ve mesafe (konum) değerlerinin sensörler ile nasıl
ölçüldüğü ve sonuçların nasıl değerlendirilmesi gerektiği konusunda bilgi verilecektir.
2. SENSÖRLERİN KARAKTERİSTİKLERİ
Mekanik, elektrik ve ısıl sistemlerdeki ölçmeler için çok değişik sensör çeşitleri
mevcuttur. Sensörler, ölçüm kabiliyetlerini ve ölçülecek fiziksel büyüklüğe göre uygunluğunu
etkileyen birçok karaktere sahiptir. Bu nedenle sensörlerin seçiminde aşağıdaki kavramlara göre
özellikleri dikkatle ele alınmalıdır:
2.1. Ölçüm Aralığı bir sensörün gerçek çıkış değeri veren maksimum ve minimum giriş
değerleri arasındaki fark olarak tanımlanır.
2.2. Doğrusallık (Lineerlik): Bir sensörün veya ölçme sisteminin lineerliği, girdi ve çıktı
sinyallerinin düzenli rejim değerlerinden elde edilen ilişkiyi yansıtan grafiktir.
Bunun doğrusal olması durumunda ilgili sistem veya sensör lineerdir; aksi halde
lineer değildir. Çoğu sensörün giriş büyüklüğü ve çıkış sinyali arasındaki ilişki
özellikle ölçüm aralığında lineerliğe yakın olsa da Şekil 1’de görüldüğü gibi
lineerlikten bir miktar sapma bulunur. Bu sapma değeri ile de sensörün doğruluğu
belirtilir.
Şekil 1. Sensörlerin lineerliği
2.3. Doğruluk ve Tekrarlanabilirlik: Bir sensörün doğruluğu (accuracy), sensörün
ölçtüğü
değerin,
gerçek
değerine
olan
uzaklığını
ifade
eder.
Sensörün
tekrarlanabilirliği (repeatability) ya da kesinliği (certainty) ise tekrarlı ölçümlerde
aynı giriş için aynı sonucu verme derecesidir. Tekrarlı ölçümlerde ölçmelerin
ortalaması gerçek değere ne kadar yakın ise, sensörün doğruluğu o kadar yüksektir.
Ölçümler arasındaki fark da birbirine ne kadar yakın ise, sensörün kesinliği o kadar
yüksektir (Şekil 2). Bu fark tekrarlı ölçmelerin standart sapması alınarak belirlenir ve
standart sapma ne kadar küçükse sensörün belirsizliği (uncertainty) o kadar azdır.
Şekil 2. Doğruluk ve kesinlik
2.4. Hata: Ölçülen değer ile gerçek giriş değeri arasındaki fark hata olarak tanımlanır.
Hatalar sistematik (bias) ve rasgele (precision) hatalar olarak sınıflandırılır. Rasgele
hatalar bir büyüklüğün tekrarlı ölçümünde, önceden tahmin edilemeyecek şekilde
değişir ve ölçüm değerlerinin bir ortalama etrafında sapmasını gösterir. Rasgele hata
için düzeltme yapmak mümkün değildir. Sistematik hata ise bir büyüklüğün tekrarlı
ölçümünde, ölçüm boyunca sabit kalan veya önceden tahmin edilebilen değişimler
gösteren hata bileşenidir. Sistematik hatanın düzeltilmesi mümkündür.
2.5. Sinyal Şekli ve Arabirim Devreleri: Sensörler verdikleri sinyalin şekline göre
analog ve dijital sensörler olarak ayrılırlar. Analog sinyal kesintisiz ve süreklidir.
Dijital sinyal ise sayısallaştırılmış bir sinyal formatıdır. Sensörlerin çoğunluğu 4 – 20
mA, 0 – 10 V, 10 – 50 mA, 1 – 5 V ve 0 – 20 mA aralığında analog sinyal üretirler.
Bilgisayar gibi dijital ortamda çalışan cihazlara analog bir bilgi aktarılmak
istendiğinde bu bilginin öncelikle dijitale çevrilmesi gerekmektedir. Bu iki sinyal
çeşidi arasındaki çevrim ADC (Analog to Digital Converter) analog bir sinyali dijital
sinyale çevirmeye yarayan ünite veya DAC (Digital to Analog Converter) dijital
sinyali analog sinyale çevirmeye yarayan arabirim devresi ile Şekil 3’deki gibi
sinyalin belirli aralıklarda örneklenmesi yoluyla gerçekleştirilir. ADC ve DAC sinyal
kalitesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu nedenle bu tip cihazların son derece
özenli bir şekilde seçilip sinyal zincirine dâhil edilmeleri gerekmektedir.
Şekil 3. Analog sinyalin dijital sinyale dönüştürülmesi
2.6. Çözünürlük: Bir sensörün çözünürlüğü güvenilir bir şekilde algıladığı en küçük
girişin artımıdır. Çözünürlük genellikle sensörün algıladığı en küçük değer olarak da
bilinir. Sayısal sinyalde çözünürlük genellikle 8, 12, 16, 24 bit gibi değerlerde ifade
edilir. Örneğin 12 bit çözünürlükteki bir sinyalde okunacak en küçük değer ölçüm
aralığının 212 = 4096 da biri kadardır. Analog sensörlerin çözünürlüğü genellikle
düşük seviyeli elektrik gürültüsü ile sınırlandırılır ve denk bir sayısal sensörden çok
daha iyidir.
2.7. Hassasiyet: Sensörün hassasiyeti, giriş değeri değişimi başına çıkış sinyalinin
değişimi olarak tanımlanır. Sayısal sensörlerin hassasiyeti, çözünürlüğü ile yakından
ilişkilidir. Analog sensörlerin hassasiyeti girişe karşılık çıkış doğrusunun eğimidir.
2.8. Histerezis: Ölçme elemanlarının en önemli karakteristiğinden birisi de girdi
değerlerinin artışı veya eksilişi sırasında çıktı değerlerinin değişimini yansıtan
karakteristiğin aynı kalmaması, yani histerezli olmasıdır. Şekil 4’de bir kontrol
vanasının açma ve kapama karakterstikleri arasındaki histerezis görülmektedir.
Şekil 4. Histerezis oluşumu
3. HİDROŞEKİLLENDİRME PRESİNDEKİ KUVVET, BASINÇ VE KONUM
ÖLÇÜMELERİ
Deneyde
kullanılacak
hidroşekillendirme
presinin
sistem
şeması
Şekil 5’de
görülmektedir. Preste stampanın ve baskı plakasının kuvvet değerleri, basınç kabındaki sıvının
basıncı ve stampanın konumu ile hızı parametreleri sensörler aracılığıyla ölçülerek, sinyaller
Hidrolik Nümerik Kontrol (HNC) kartına aktarılmakta, bu kart yardımıyla analog sinyaller
sayısal değerlere dönüştürülmekte ve değerler bilgisayarda okunmaktadır. Preste ayrıca
bahsedilen parametrelerin kontrolü, sabit değerlerde ayarlanabildiği gibi, bir eğri şeklinde
zamana göre değişken olarak da ayarlanabilmektedir. Genellikle preste stampa konumu-baskı
plakası kuvveti grafiği ve stampa konumu-sıvı basıncı grafiği ayarlanarak sac malzemenin
hidromekanik derin çekme prosesi gerçekleştirilmektedir.
Şekil 5. Hidroşekillendirm presinin sistem şeması
3.1. Hidroşekillendirme Presinde Kuvvet Ölçümü
Hidroşekillendirme presinde stampanın kuvvet değeri bir adet 60 tonluk yük hücresi ile,
baskı plakasının kuvveti de 40’ar tonluk 2 adet yük hücresinin seri bağlanması ile
ölçülmektedir. Şekil 6’da preste kullanılan yük hücresi görülmektedir.
Yük hücresinin çalışma prensibi strain gage yani uzama teline dayanır. Uzama teli yük
hücresi içerisinde özelikleri belirli bir çeliğin üzerine yapıştırılır ve kuvvet ile birlikte
boyu elastik olarak değişen çelik uzama telinin direncinde bir değişiklik meydana getirir.
Bu direnç elektrik sinyali olarak ölçülerek kuvvet belirlenmiş olur.
Şekil 6. Hidroşekillendirme presinde kullanılşan yük hücresi
Preste kullanılan yük hücresine ait karakteristik özellikler Tablo 1’de verilmiştir. HNC
kartının ara yüz yazılımında, yük hücresinin verdiği 4-20 mA aralığındaki analog sinyalin
sınırları 4 mA de 0 kg, 20 mA de 60.000 kg şeklinde Şekil 7’deki gibi ayarlanmaktadır.
Tablo 1. Yük hücresinin özellikleri
Maksimum kapasite (Emaks)
Hassasiyet sınıfı C3 (OIML R 60 standardına göre)
Minimum ölçüm aralığı (Emaks/6750)
Doğrusallık
Toplam hata
Sıfıra dönüş hatası (% 0.0039.Emaks)
Çıkış
60.000 kg
20 kg
8 kg
% 0.005
% ±0,02
2.3 kg
4-20 mA
Şekil 7. Yük hücresinin HNC ara yüz yazılımında tanıtılması
3.2. Hidroşekillendirme Presinde Basınç Ölçümü
Hidroşekillendirme presinde baskı plakası ve stampa silindiri ile basınç yükselticinin
pompa ve tank hatlarında toplam 6 adet 250 bar kapasitede basınç sensörü kullanılmaktadır.
Şekillendirmede kullanılan sıvının basıncı 1000 bar kapasitede basınç sensörü ile ölçülmektedir.
Basınç sensörleri piezoelektrik basınç ölçerlerdir. Piezoelektrik basınç ölçerler Şekil 8’de
görüldüğü gibi kuvars kristaline uygulanan basınç sonucunda elektrik şarjı üretmektedir. Oluşan
elektrik şarjı uygulanan kuvvet ile orantılı olup gerilim E=g.t.p formülünden hesap edilir. Burada
Şekil 8. Basınç sensörü ve elemanları
E kristalde oluşan gerilim (V), g kristalin voltaj hassasiyeti (V.m/N), t kristalin kalınlığı (m) ve p
de kristale uygulanan basınç (Pa) dır.
Preste kullanılan 1000 barlık basınç sensörüne ait özellikleri Tablo 2’deki gibidir.
Tablo 2. Basınç sensörünün özellikleri
Kapasite (Emaks):
1000 bar
Doğruluk (% ±0.1 Emaks):
±1 bar
Tekrarlanabilirlik (% ±0.03 Emaks):
±0,3 bar
Histerezis (% ± 0.1 Emaks):
±1 bar
Çıkış
0-10 Volt
Basınç sensörü, HNC kartının ara yüz yazılımında 0 barda 0 volt, 1000 barda 10 volt
analog sinyal gönderdiği belirtilerek tanıtılmıştır (Şekil 9).
Şekil 9. Basınç sensörünün HNC kartına tanıtılması
3.3. Hidroşekillendirme Presinde Konum Ölçümü
Hidroşekillendirme presinde stampa silindirinin konumu ve hızı Şekil10’da görülen
pozisyon sensörü ile ölçülmektedir. Manyetik bir parça sensörün klavuz borusu üzerinde hareket
ederken konum bilgisi üretilmektedir. Burada özel olarak dizayn edilmiş kılavuz borusu içindeki
tele uyarma puls’u gönderilir ve kronometre başlar. Bu puls doğrusal bir manyetik alan yaratarak
tel boyunca ilerler, pozisyon mıknatısının yarattığı manyetik alanla karşılaşınca kılavuz borusu
üzerinde sensör kafasına doğru ses hızı ile ilerleyen bir ultrasonik puls meydana gelir. Bu puls
sensör kafası içindeki puls alıcısına ulaşınca kronometre durur. Uyarma pulsu ile dönüş pulsu
Şekil 10. Stampa silindirinin konumunu ve hızını ölçmede kullanılan konum sensörü
arasında geçen zaman çok hassas olarak hesaplanır ve uzaklık hiçbir temas olmadan büyük bir
doğrulukla bulunur. Pozisyon sensörü mutlak konum bilgisi vermektedir.
Preste kullanılan pozisyon sensörünün özellikleri Tablo 3’de verilmiştir.
Ölçme Uzunluğu
Çözünürlük
Lineerlik
Tekrarlanabilirlik
Histerezis
Data uzunluğu
Tablo 3. Pozisyon sensörünün özellikleri
300 mm
0.15 mm
± 40 µm
±2.5 µm
2 µm
26 bit
Pozisyon sensörü HNC kontrol kartına Şekil 11’de görüldüğü gibi çözünürlük ve data uzunluğu
bilgileri girilerek tanıtılmıştır.
Şekil 11. Pozisyon sensörünün HNC kontrol kartına tanıtılması
4. DENEY
Hidromekanik derin çekme prosesinde bilgisayarlı ölçüm uygulaması için
1. Sac malzemeyi kalıplar arasına yerleştiriniz.
2. Şekil 12’deki pencereden prosesin gerçekleştirileceği stampa konumuna göre sıvı
basıncı ve baskı plakası kuvveti eğrilerini (Tablo 4) giriniz.
3. Baskı plakasını kapatınız.
4. Basınç kabına şekillendirmeyi gerçekleştirecek sıvıyı doldurup, boşaltma vanasını
kapatınız.
5. Verileri kaydetmek için Şekil 13’deki görüldüğü gibi ölçme yani measurement
penceresini açıp, ölçmeyi başlatınız.
6. Önce basınç yükselticiyi sonrada stampayı hareket ettirme tuşlarına basarak
şekillendirmenin tamamlanmasını bekleyiniz.
7. Şekillendirme işlemi bitince baskı plakasını ve stampayı geriye çekip verileri
kaydediniz.
8. Microsoft Excel yazılımında uygulanan stampa pozisyonuna göre sıvı basıncı ve baskı
plakası kuvveti eğrileri ile deney sonrasında elde edilen eğrileri çizdiriniz.
9. İstenilen ve gerçekleşen eğriler arasındaki maksimum, minimum ve ortalama sapma
değerlerini bulunuz.
Şekil 12. Stampa konumuna göre sıvı basıncı ve baskı plakası kuvveti eğrilerinin girildiği
pencere
Tablo 4. Prese girilecek sıvı basıncı ve baskı plakası kuvveti eğrileri
Stampa
deplasmanı (mm)
0.00
0.14
3.09
6.32
13.65
17.09
22.19
25.49
27.40
39.40
41.15
54.90
Basınç (bar)
Kuvvet (kgf)
25
30
50
240
270
290
310
330
400
400
400
400
4489
4987
6174
23798
24734
28787
30429
32147
39275
39831
40623
43331
Şekil 13. Kayıt işleminin yapıldığı pencere
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
0
File Size
1 618 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content