KURZUS: Műszaki diagnosztika

MODUL: Előadások

10. hét: Zajdiagnosztika lecke

| A járműdiagnosztikában mindig valamely jellemző mennyiség mérésével próbálunk következtetni egy adott alkatrész állapotára vagy meghibásodásának okaira. Ezek a mennyiségek legtöbbször tapintható vagy elektromos jellemzők, de egyre nagyobb szerepet kap az autóiparban a zajdiagnosztika. Ezt a kevésbé ismert területet térképezzük fel cikksorozatunkban.
Mi is az a zaj?
Ahhoz, hogy a zajt megértsük, először a hang definícióját kell meghatározni. A hang a levegőben, mint közvetítő közegben terjedő nyomáshullám. A zaj pedig különböző intenzitású és frekvenciájú hangok (nyomáshullámok) keveréke. A zaj általában valamilyen információt hordoz a vizsgált rendszer állapotáról, hiszen a zajkibocsátáshoz először valamilyen mechanikai hullámnak (rezgésnek) kell létrejönni a vizsgált testfelszínen, mely elindítja a hanghullámokat.
A hang és zaj
1. ábra
Milyen zajokat ismerünk?
A zajokat vagyis a hanghullámok keverékét több csoportba is oszthatjuk a jelalakjuk, illetve periodicitásuk szerint: beszélhetünk sztochasztikus zajokról melyek esetében nem tudunk összefüggéseket fellelni, valami véletlenszerű eloszlást mutat a zaj amplitúdója és frekvenciája, ugyanakkor léteznek determinisztikus, vagyis előre meghatározható, ugyanolyan gerjesztésre ugyanúgy viselkedő rendszerek. A determinisztikus jelek egyik speciális csoportja a periodikus jelek, melyek valamilyen ismétlődést mutatnak az időtartománybeli vizsgálatok során, magyarul bizonyos hanghullámok ismétlődnek.
Diagnosztikai szempontból egyértelműen a determinisztikus zajokat tudjuk felhasználni, azok közül is kiemelkedő a periodikus zajok szerepe, mivel a gépjárművekben a legtöbb felügyelni kívánt alkatrész forgó vagy alternáló mozgást végez, azaz önmaga is periodikus működést mutat.
A zaj mértékegységei
A hang a levegőben terjedő nyomáshullámokat jelenti, melyből következik, hogy a hangnyomás a légnyomás ingadozását jelenti. A hangnyomás szintjét egy logaritmikus skálán dB mértékegységgel jelölik.
A különböző zajszintek
2. ábra
Ha nem időtartományban vizsgáljuk a hangot, akkor jellegzetes frekvenciákat tudunk vizsgálni. Mivel a hang longitudinális hullám, ezért az időben mért jelet egy transzformáció segítségével frekvenciatartományba lehet konvertálni. A frekvencia-vizsgálat lényege, hogy a különböző frekvenciájú és erősségű hangokból összeálló zajokat szétbontsuk alkotóelemeire, így láthatjuk, hogy mely frekvenciák dominánsak a zajban. A jellegzetes frekvenciákat Hz mértékegységben szokás megadni.
A Fourier transzformációi
A szinuszos összetevőkre való felbontást a közismert Fourier transzformációval lehet elvégezni. A Fourier transzformáció fontos tulajdonsága, ill. a jól elvégzett Fourier transzformáció alapvető kritériuma, hogy az eredeti, mintavételezett jel alapján nyert, más tartományba transzformált jelekből inverz Fourier transzformációval az eredeti jel - véges, elvárhatóan kis eltéréssel - visszakapható.
Frekvencia-analízis
3. ábra
A mintavételezési időköz kérdése
A mintavételezési időközt a szakirodalom általában nemes egyszerűséggel teljesen állandó, ?t jellel jelölt időköznek veszi. Erre alapot adhat az, hogy időzíteni általában nagyon pontosan, az elméletileg pontos időponthoz képest többnyire ppm aránynál pontosabban lehet. Erre a kérdésre később visszatérünk, de most fogadjuk el azt a feltételezést, hogy a mintavételezési időintervallumok teljesen pontosak. A következő kérdés a mintavételezési időköz értéke, aminek szokásos jele: ?t. Ezzel a kérdéssel térben és időben egymástól függetlenül több kutató foglalkozott. A nálunk használt irodalom Shannon vagy Nyquist kritériumként adja meg a peremfeltételt.
Különböző szempontok szerinti vizsgálat
4. ábra
Milyen zajforrások vannak egy járműben?
A gépjárműnek egyik legnagyobb zajforrása a belső égésű motor, melyet próbálnak egyre jobban hangszigetelni, hogy az utastérben ne érezzük túl hangosnak. A zajért a motor esetében az egymással érintkező, egymáson elmozduló alkatrészek és maga az égési folyamat felelős. Az égési csúcsnyomás összefüggésben van a motor által kibocsátott zajra, ezért is hallottuk hangosabbnak a dízelmotorokat, amíg kevésbé volt leválasztva az utastér a külső zajoktól. A forgó alkatrészek csapágysúrlódása és a levegő keverése is jellegzetes zajt kelt.
A különböző meghibásodások a referenciaértékeknél nagyobb zajjal járnak, így a zajmérés segítségével felfedezhetők. Felsorolunk néhány hibalehetőséget a hajtásláncban, ami a szokásostól eltérő zajkibocsátással jár:
kiegyensúlyozatlanság excentricitás tengelygörbülés egytengelyűségi hiba tengelykapcsoló-hiba siklócsapágyak túlzott kopása kenéshiány gördülőelemes csapágyak hibái hajtómű-meghibásodások fogaskerék-problémák lánchajtások hibái szíjhajtások hibái szivattyú-meghibásodások ventilátor-problémák villamos gépek hibái rezonancia jelenségek folyadékok és gázok áramlásával kapcsolatos problémák
Miért érdemes zajt mérni?
A zajmérés nagy előnye, hogy úgynevezett "contactless" vagyis érintés nélküli vizsgálatot tesz lehetővé, így nem kell a nehezen hozzáférhető alkatrészre csatlakozni, nem szükséges kiszerelni és nem jár semmiféle roncsolással a mérés elvégzése.
A periodikus jelek könnyen feldolgozhatók és kiértékelhetők, valamint könnyen társíthatók valamely forgó vagy alternáló mozgást végző alkatrészhez.
Vannak olyan esetek is, amikor azért kell zajt mérni, mert ez a mutatója egy minőségi standardnak/elvárásnak. Az autóiparban a komfort egyre nagyobb szerepet kap a fejlesztésben, melyhez már külön mérési szabványok és eljárások tartoznak, ilyen például az NVH-teszt, ahol az utastérben észlelhető zajok és rezgések alapján osztályozzák a járműkomfortot.
Zajforrás megállapítása
5. ábra
Hogy mérjük a zajt?
A zajmérés eszköztára két fő csoportra osztható: az egyik csoportba tartoznak azok az eszközök (hardverek), melyek szükségesek a zajok rögzítéséhez, a másik csoportba a matematikai és informatikai eszköztár tartozik, melynek feladata a mikrofon jeleinek átalakítása olyan formára, melyet értelmezni tudunk, és ami alapján összehasonlításokat tudunk végezni.
A mikrofonoknak több típusa is létezik (kondenzátormikrofonok, dinamikus mikrofonok, kerámia mikrofonok), melyek mind használhatók a mérések során, a jelfeldolgozásban egyre inkább a digitális jelek veszik át az uralmat, de az akusztikai mérések során nem lehet megkerülni az analóg részáramköröket.
A jó szaki fülre megmondja mi a baja
A zajdiagnosztika nem újkeletű dolog, hiszen amíg kevesebb járműtípus volt a szakik fülre megmondták, hogy 1-1 zaj milyen problémára utal. A Lada motor járásegyenetlensége, a futóműből érkező zajok vagy a fals levegőt szívó motor hangja már elég volt, hogy a műhelyudvarba érkező autót diagnosztizálja a szakember. Ehhez persze nagy rutin kellett és kevés hangszigetelés a motortérben. Akkor még a mikrofont fülnek hívták, a jelfeldolgozó számítógép pedig kantáros munkaruhát hordott. Szép kis nosztalgia...
Mi változott azóta?
Ma már az autógyártók száma is végtelen, annál csak a típusok és a hozzá rendelhető motorok száma nagyobb. A komfortérzet javítása miatt a motortereket egyre jobban szigetelik, ráadásul a kipufogó is hangolható vagy akár egy hangszóró is lehet benne, így egyre kevésbé lehet a meghibásodásokat kívülről is jól hallható és megkülönböztethető zajokhoz kötni.
NVH-tesztek szempontjai
6. ábra
A hangnyomás jelentősége
A zajmérés egyik lehetséges célja, hogy a hangnyomást megállapítsuk, és az elvárt szinttel összehasonlítsuk. Ez leginkább a komfortérzet szempontjából lehet fontos, valamint az előírások teljesítését is ellenőrizhetjük ilyen módon, például a kipufogó hangerejének mérésékor. Az ilyen jellegű vizsgálatok során általában megadott távolságból és szabványban vagy rendeletben előírt szűrővel kell a mérést elvégezni. A szűrés alatt a felvett villamos jel szűrését értjük, amire azért van szükség, hogy a környezeti zajt figyelmen kívül tudjuk hagyni.
A szűrés általában valamely frekvenciatartományba tartozó zajkomponensek kiszűrését értjük. Amikor valamely célzott frekvenciatartományban szeretnénk mérni, akkor a többi tartományt ki tudjuk venni a mérésből, így kevesebb zajt (méréstechnikai értelemben vett zajt) tartalmaz a mérés.
Melyik alkatrész a hibás?
Amikor nem valamely határértéknek kell megfelelni, akkor általában egy-egy alkatrész állapotára vagyunk kíváncsiak vagy a zajforrás megállapítása a cél. Mindkét esetben frekvenciatartományban kell vizsgálnunk a zajt, hiszen a mechanikai folyamatokkal legjobban a kibocsátott zaj frekvenciaspektruma állítható párba.
Vegyük a legegyszerűbb példát: van 3 fogaskerekünk különböző csapágyazással és átmérővel. Valami nincs rendben a hajtóművel, ezért meg kell vizsgálni a kibocsátott zajt, hogy megfejtsük az eredetét. A különböző átmérőhöz eltérő fordulatszámok társulnak, melyből arra is következtethetünk, hogy a hajtóműből érkező zaj 3 fő komponenst fog tartalmazni. Minél nagyobb az átmérő, annál kisebb a fordulatszám, vagyis annál kisebb lesz maga a frekvencia is, mivel az egyenes arányosságban van a fordulatszámmal. Miután a felvett zajt kiértékeljük frekvenciatartományban, az alábbi ábrán látható eredményt kapjuk.
A jelfeldolgozás gyakorlata
7. ábra
Jól látható a 3 fő frekvenciakomponens, ha a hajtómű hibás lenne, akkor valamely komponens kiugróan nagy értéket venne fel a többihez képest és már meg is állapíthatnánk, hogy melyik tengellyel hibás.
Ugyanez a módszer alkalmazható a belső égésű motorokra szerelt, szíjtárcsákkal hajtott segédberendezésekre és magára a motorra is. Mivel a motor fordulatszámát valamint a hajtó és hajtott szíjtárcsák, lánckerekek és fogaskerekek átmérőjét tudjuk mérni, ezért minden alkatrészhez meg tudunk határozni egy áttételt a főtengely fordulatszámához képest. Ha ismerjük ezeket az adatokat, akkor már minden alkatrészhez egy adott mérés során egyértelműen hozzá tudunk rendelni egy frekvenciát, mely a meghatározó lesz a zajmérés kiértékelése során.
Különböző alkatrészek jellegzetes frekvenciája egy adott jármű esetében
8. ábra
Probléma lokalizálás
Lehetnek olyan helyzetek, amikor nem tudunk ennyire egzakt frekvenciát meghatározni, de szeretnénk a zajforrást megtalálni. Ehhez több mikrofont kell elhelyezni a területen, és figyelni a mért zaj erősségét és időbeni eltolódását. Minél erősebb és előrehaladottabb a mért a jel, annál közelebb van a zajkibocsátás helye. Főleg a futómű és a karosszéria diagnosztikájára alkalmazzák a módszert.
Akusztikus kamera a zajforrás megtalálásához
9. ábra
Példa:
Zajmérés gyakorlati megvalósítása primitív eszközökkel
A következőkben az általam kivitelezett zajmérés menetét, eszközeit és eredményeit részletezem. A mérést a Széchenyi István Egyetem járműdiagnosztika laborjában található görgős fékpad segítségével, egy harmadik generációs Toyota Prius gépjárművön valósítottam meg. A mérés legfőbb célja a módszer használhatóságának bizonyítása volt, így a professzionális mérőeszközök hiányában, a teljesség igénye nélkül, saját magam készített mikrofonegységgel valósultak meg a folyamatok.
A vizsgálathoz az alábbi eszközöket használtam:
Görgős járműfékpad Járművet rögzítő heveder Kondenzátormikrofon Saját készítésű mikrofon előerősítő áramkör Árnyékolt kábelek MATRIX MPS-3005L-3 labortápegység (hiszen a kondenzátormikrofon tápellátást igényel) HAMEG HMO1024 digitális oszcilloszkóp Pendrive (a mért adatok rögzítési helye)
A mikrofon előerősítőjét a 10. ábrán látható kapcsolási rajz alapján készítettem el.
A mikrofon erősítő áramköre
10. ábra
Az áramkör működéséhez szükséges 6 V-os tápfeszültséget labortápegységgel biztosítottam. Az elkészített előerősítő áramkör és a méréshez használt kondenzátormikrofon.
A mikrofon előkészítése a mérésre
11. ábra
A mérési előkészületek következő lépése a vizsgált jármű fékpadra helyezése, illetve hevederes rögzítése volt.
A jármű előkészítése a mérésre
12. ábra
Végezetül pedig a jármű mellé helyeztük a méréshez használt egységeket (labortápegység, digitális oszcilloszkóp, mikrofon-előerősítő). A kondenzátormikrofont a jobb első kerék közelében rögzítettük. A jármű görgős fékpadon való üzemeltetése szükségessé tette az elektronikus menetstabilizáló program (ESP - Electronic Stability Program, a Toyotánál VSC - Vehicle Stability Control) kikapcsolását, ugyanis az első és a hátsó kerekek jelentősen eltérő szögsebessége miatt a program rendszeresen bele akart avatkozni az irányításba. A harmadik generációs Priusnál ez a jármű szerviz módba állításával érhető el.
Mérésadat-gyűjtő rendszer
13. ábra
Az akusztikai vizsgálatok használhatóságának szemléltetésére az egyszerűség kedvéért az egyik keréken szimuláltunk különböző forgási tulajdonságokat (hiszen a jármű jelentős megbontására és valós hiba generálására nem volt lehetőségünk). Méréseink során alapvetően a jobb első kerék kétféle állapotát vizsgáltunk. Az első esetben a kerék kvázi "megfelelő" (legalábbis mi annak tekintettük) forgási és gördülési tulajdonságokkal rendelkezett. A második esetben a gumiabroncs futófelületére egy ragasztószalag-csíkot helyeztünk keresztirányban, ami ugyan műszakilag nem szimulál pontosan definiálható forgási hibát (pl. alakhiba, kiegyensúlyozatlanság, csapágy meghibásodás), azonban a zajmérés során ahhoz hasonló, meghatározott frekvenciájú és amplitúdójú periodikus jelet generál. Ez a bizonyos meghatározott frekvencia nem más, mint a kerék forgási frekvenciája, azaz a fordulatszáma. A kerék mindkét forgási állapotában két-két mérést végeztünk el, az egyiket 30 km/h-ás, a másikat 60 km/h-ás sebességnél. Az eredeti mérési terv szerint az oszcilloszkóp 1-es csatornáján a mikrofontól érkező jelet, a 2-es csatornáján pedig a görögős fékpad szögsebesség érzékelőjének jelét rögzítettük volna azonos időben, azonban az utóbbi meghibásodása miatt a kerékfordulatszámot a kerék gördülési átmérőjének ismeretében közelítve sikerült meghatározni.
A kerékfordulatszám közelítő meghatározása:
Kerékméret: 215/45 R17 Gumiabroncs szélesség: 215 [mm] Oldalfal magasság/gumiabroncs szélesség: 45 [%] Keréktárcsa átmérő: 17" Terhelés alatti benyomódás ~ 5 [mm]
A kerékfordulatszám 30 km/h-ás járműsebességnél:
Keréktárcsa átmérő=17"⋅25,4= Ø 431,8 [mm] Oldalfal magasság=0,45⋅215=96,75 [mm] Teljes átmérő=Keréktárcsa átmérő+2⋅oldalfal magasság= =Ø 431,8+2⋅96,75=Ø 625,3 [mm] Gördülési átmérő=teljes átmérő−benyomódás=Ø 625,3−5=620,3 [mm] Gördülési sugár (r)= 620,3 2 =310,15 [ mm ]=0,31015 [ m ] Kerületi sebesség (v)=30 [ km h ]=8,3333 [ m s ] Ebből a szögsebesség=ω= v r =26,87 [ rad s ] A fordulatszám=n= ω 2*π =4,28 [ s -1 ]=4,28 [ Hz ]=256,58 [ min -1 ]
A kerékfordulatszám 60 km/h-ás járműsebességnél, ugyanezzel a módszerrel számolva (értelemszerűen a kétszeresének kell kijönnie):
A fordulatszám=8,56 [ s -1 ]=8,56 [ Hz ]=513,16 [ min -1 ]
A mérési folyamatot a 1. táblázat foglalja össze. Az egyszerűség kedvéért a kerék kétféle forgási állapotát "normál", illetve "ütve" megnevezésekkel szemléltetem.
Az egymást követően kivitelezett 4 mérést szemléltető táblázat
| Alacsony forgási frekvencia | Magas forgási frekvencia
30 [km/h] - 4,28 [Hz] | 60 [km/h] - 8,56 [Hz]
1. mérés normál kerékkel | + |
2. mérés ütve forgó kerékkel | + |
3. mérés normál kerékkel |  | +
4. mérés ütve forgó kerékkel |  | +
1. táblázat
A mérési adatokat a digitális oszcilloszkóp USB pendrive-ra rögzítette ".csv" formátumban. Az értékeket Microsoft Excel-ben rendezve, négy különböző értékpár-listát kaptam, amelyek tulajdonképpen időtartományban mért feszültségértékek. A mintavételezés 2500 Hz-es mintavételezési frekvenciával történt, azaz 2500 feszültségértéket rögzítettünk másodpercenként.
Mért adatok feldolgozása
14. ábra
Az értékpárokat x-y koordináta-rendszerben ábrázolva megkaptam mind a négy mérés idő-feszültség diagramját, amely feszültség a mikrofon által továbbított feszültségjel. A 30 km/h és 60 km/h sebességnél, két-két forgási állapotban mért, időtartományban ábrázolt feszültség diagramok a következő két oldalon láthatók. Habár az oszcilloszkóppal összesen 2,5224 másodpercet sikerült rögzíteni, ez esetben a rögzített értékek a 0,8 és 2,4 másodperc közötti időtartományban vannak ábrázolva a jobb láthatóság érdekében.
30 km/h sebességnél, ütés nélkül forgó kerék esetén rögzített mikrofon-feszültségjel
15. ábra
30 km/h sebességnél, ütve forgó kerék esetén rögzített mikrofon-feszültségjel
16. ábra
A különböző állapotokban forgó kerékhez tartozó két feszültségjel-görbe ábrázolása egy diagramban
17. ábra
60 km/h sebességnél, ütés nélkül forgó kerék esetén rögzített mikrofon-feszültségjel
18. ábra
60 km/h sebességnél, ütve forgó kerék esetén rögzített mikrofon-feszültségjel
19. ábra
A különböző állapotokban forgó kerékhez tartozó két feszültségjel-görbe ábrázolása egy diagramban
20. ábra
Vizsgálat frekvenciatartományban:
Bizonyos következtetéseket a fenti, időtartományban ábrázolt feszültség-görbékből is le tudunk szűrni, hiszen látható, hogy az ütésekből adódó feszültség kilengések periodikusan, a kerékfordulatszámmal azonos frekvenciával jelentkeztek. A mi, szimulált meghibásodásunknál a hiba csupán ezen diagramok segítségével is könnyen beazonosítható, hiszen a mikrofonnal rögzített egyéb zajok (görgős fékpad zaja, motorzaj, kerékcsapágy zaja) közül egyik sem produkált olyan kiemelkedően magas kilengéseket a feszültségjelben, mint az általunk generált zaj. A valóságban azonban általában nem ilyen egyértelmű a helyzet, a csupán időtartományban vizsgált jelből nem tudjuk megállapítani a zajforrást. A hibaforrás pontos beazonosításához frekvenciatartományban szükséges vizsgálódnunk. Mivel a hang longitudinális hullám, ezért az időben mért jelet az úgynevezett Fourier-transzformáció segítségével frekvenciatartományba lehet konvertálni. Amennyiben egy (analóg jel digitalizálásából eredő) számsor Fourier transzformációját szeretnénk elvégezni, akkor a Diszkrét Fourier-transzformációnak nevezett módszert (DFT) kell használunk, míg ennek gyorsított algoritmusa a Gyors Fourier-transzformáció (FFT). A frekvencia-vizsgálat lényege, hogy a különböző frekvenciájú és erősségű hangokból összeálló zajokat szétbontjuk alkotóelemeire, így ezeket párosítani tudjuk a megfelelő alkatrészekhez (fordulatszámuk ismeretében, hiszen a fordulatszám egyenes arányosságban van a frekvenciával).
Transzformáció időtartományból frekvenciatartományba
21. ábra
A 60 km/h sebességnél, "ütés nélkül" illetve "ütve" kivitelezett mérések
időtartományban rögzített adatain a Microsoft Excel adatelemző bővítményének segítségével én is elvégeztem a Gyors Fourier - transzformációt (FFT). Az így kapott eredmények az alábbi diagramokon láthatók.
A 60 km/h sebességű mérés eredménye frekvenciatartományban (ütés nélkül forgó kerék)
22. ábra
A 60 km/h sebességű mérés eredménye frekvenciatartományban (ütve forgó kerék)
23. ábra
A számunkra fontos frekvenciakomponenst a kerékfordulatszám közelítő meghatározása szerint 8,56 Hz-nél kell keresnünk. Az "ütve forgó" kerék esetében megfigyelhető, hogy a fő frekvenciakomponensek megközelítőleg 0,5 Hz-el alacsonyabb frekvencián jelentkeznek, ez azonban betudható mérési hibának, ugyanis a sebességet mindkét mérés esetében "lábbal", azaz a gázpedálon keresztül szabályoztuk, illetve a kerékátmérő mérésének is lehet pontatlansága. A 0,5 Hz jó közelítéssel 3,5 km/h-ás járműsebességnek felel meg a mi esetünkben, így könnyen elképzelhető, hogy a második mérésnél az adatrögzítés 2,5 másodperce alatt a "kilóméteróra mutatója ennyivel a 60-as érték alá csúszott". Ezen hiba figyelembevételével, a diagramokon piros vonallal körülhatárolt frekvenciakomponenseket hasonlítjuk össze. Az "ütve forgó" kerék esetében jelentkező nagy amplitúdó értékekből következtethetünk a hibaforrásra.
A hang terjedési sebessége
Hangsebességnek a hanghullámok terjedési sebességét nevezzük. A hangsebesség függ a közegtől és a hőmérséklettől is. A hőmérséklet növekedésével a hang terjedési sebessége is nő, ezt egy tényező segítségével veszik számításba. A levegőben a hang terjedési sebessége ennek megfelelően nem egy egzakt szám, hanem egy hőmérsékletfüggő egyenlet: (331,5 + 0,6*t) m/s, ahol t a hőmérséklet °C-ban megadva. Folyadékokban gyorsabban terjednek a hanghullámok, vízben például sebességük 1484 m/s 20 °C-on. Szilárd anyagokban pedig még ennél is gyorsabban terjednek a hullámok, ami a nagyobb molekulasűrűséggel magyarázható. Gyémántban mintegy 18000 m/s-on terjednek a hanghullámok.
Szintjelzés
A különböző közegek alkotta terekben a két, egymástól eltérő tulajdonságú közegek arányát meg tudjuk mondani, ha kibocsátunk hanghullámokat és figyeljük a visszavert jeleket. 2 referencia jelet alkalmazunk, ami azt jelenti, hogy két kalibrált visszaverődést okozunk két meghatározott helyen elhelyezett akadállyal. A harmadik visszaverődés a két közeg határán lesz. A visszaérkező jelek időkülönbségeiből számítható a terjedési sebesség (t2-t1) és a tartály szintje (t3-t1).
Közegérzékelés
Az első két referencia visszaverődés időbeni távolsága a kalibrált hosszak miatt egyértelműen meghatározza a hang terjedési sebességét az adott közegben. Mivel egy adott közegre megállapítható egy egyértelmű terjedési sebesség, ezért, ha tudjuk a kívánt értéket, akkor meg tudjuk állapítani, hogy a mért jel milyen viszonyban van az elméleti jellel. A mérésnél fontos a hőmérséklet-érzékelés, mivel a hang terjedési sebessége változik a hőmérséklet függvényében. Az ilyen jellegű mérőrendszereknek rendelkezni kell hőmérséklet-korrekcióval.
Hanggerjesztés és érzékelés
Levegőben a hanggerjesztést hangszórókkal tudjuk elvégezni, az érzékeléshez pedig mikrofont használunk. Folyadékokban hasonló elven működő, piezokerámiás hullámgenerátort és érzékelőt használnak.
AdBlue szintérzékelés
24. ábra
Mind a sebességmérést és a szintjelzést is alkalmazza a Continental az Adblue-szenzorában, amely egy érzékelőként alkalmas az Adblue-tartály szintjelzésére és a koncentráció meghatározására. Az Adblue karbamid 32,5 m/m%-os töménységű vizes oldata. Ahhoz, hogy feladatát ellássa, vagyis a kipufogóba befecskendezve ammóniává alakuljon és az SCR-katalizátoron megfelelő hatásfokkal segítse a NOx-ok redukcióját, legalább 31,8 m/m%-os koncentrációjúnak kell lennie.
Continental szint és koncentráció-érzékelő
25. ábra
Felfedezték, hogy az eltérő koncentrációjú folyadékban eltérő sebességgel terjed a hang, ezért a visszaverődések idejéből kikövetkeztethető a hullámok terjedési sebessége és megállapítható a koncentráció. A 0%-os koncentrációban vagyis a tiszta vízben, 20 °C-on 1484 m/s a hang terjedési sebessége, az Adblue-ban pedig 1634 m/s ugyanezen a hőmérsékleten. A kettő közötti koncentráció 1484 és 1634 m/s közötti terjedési sebességet eredményez.
Mivel a szenzor alkalmas megállapítani a sebességet, ezért elég a harmadik visszaverődésnek az idejét figyelni, hiszen az eltelt idő és a sebesség szorzata fogja meghatározni a megtett utat, melyből kikövetkeztethető a folyadék szintje a tartályban.
A hang terjedési sebességének felhasználhatósága
24. ábra
Ugyanilyen elven mérhető a fagyálló koncentrációja a hűtőfolyadékban. A mérés könnyen elvégezhető a kiegyenlítő tartályba "lógatott" mérőeszközzel, mely kalibrált úthosszak megtételéhez szükséges időt mér, és ebből számítja ki a hangsebességet az adott közegben.
Hang terjedési sebességének mérése
27. ábra
A módszer minden olyan közeg esetén használható, ahol valamely alkotó arányának megváltoztatása a terjedési sebességet is megváltoztatja. A koncentráció függvényében lehet, hogy egy függvényt is fel lehet írni, de lehet, hogy csak tapasztalati mérések eredményeit tudjuk felhasználni. Arra minden esetben ügyelni kell, hogy a hőmérséklettel is korrigáljunk, ugyanis az nagymértékben befolyásolhatja a hangsebességet.

| Önellenőrző kérdések
1. Mi diagnosztika szerepe a gépek esetében?
| Zajok kiszűrése a környezetből.
| Állapotfelmérés, hibamegállapítás és -megelőzés , valamint elhasználódás-felügyelet.
| Időmegtakarítás.
| Meghibásodások statisztikai elemzése.
2. Mi a hang?
| A levegőben, mint közvetítő közegben terjedő nyomáshullám.
| Szilárd testekben, mint közvetítő közegben terjedő nyomáshullám.
| Különböző intenzitású és frekvenciájú zajok keveréke.
3. Mi a zaj?
| A levegőben, mint közvetítő közegben terjedő nyomáshullám.
| Különböző intenzitású és frekvenciájú hangok zavaró keveréke.
| Különböző intenzitású és frekvenciájú rezgések keveréke.
4. Mit jelent a hangintenzitás
| A hangintenzitás felületegységre eső hangnyomás.
| A hangintenzitás felületegységre eső zajhatás.
| A hangintenzitás felületegységre eső hangteljesítmény.
| A hangintenzitás térfogategységre eső hangteljesítmény.
5. Milyen skála a dB skála?
| Lineáris
| Logaritmikus
| Négyzetes
| Köbös
6. Mi az emberi hallás frekvenciatartománya?
| Kb. 30-1000 Hz
| Kb. 1000-10000 Hz
| Kb. 30-10000 Hz
| Kb. 30-30000 Hz
7. Mennyi a hang terjedési sebessége levegőben?
| 100 m/s
| 244 m/s
| 344 m/s
| 1020 m/s
8. Melyik a két fő kiértékelési módszer a zajdiagnosztikában?
| Frekvencia- és időtartomány.
| Frekvencia- és zajtartomány.
| Gyorsulás- és időtartomány.
9. Milyen típusú mikrofonokkal nem tudunk zajt mérni?
| kondenzátormikrofonok
| dinamikus mikrofonok
| kerámia mikrofonok
| statikus mikrofonok
10. Zajdiagnosztika szempontjából melyik jelalak a kedvezőbb?
| periodikus
| nemperiodikus
| sztochasztikus