KAZIM

ANIL

AYDIN

Giriş

Günümüzde üretilmiş yüzlerce tip algılayıcıdan söz edilebilir.Mikro elektronik teknolojisindeki inanılmaz hızlı gelişmeler bukonuda her gün yeni bir buluş ya da yeni bir uygulama tipigeliştirilmesine olanak sağlamaktadır.

Teknik terminolojide Sensor ve Transducer terimleribirbirlerinin yerine sık sık kullanılan terimlerdir. Transducer genelolarak enerji dönüştürücü olarak tanımlanır. Sensor ise çeşitlienerji biçimlerini elektriksel enerjiye dönüştüren cihazlardır.

Sensör nedir?

Algılayıcılar ("duyarga" da denmektedir) fizikselortam ile endüstriyel amaçlı elektrik/elektronik cihazlarıbirbirine bağlayan bir köprü görevi görürler.

Bu cihazlar endüstriyel proses sürecinde kontrol ,koruma ve görüntüleme gibi çok geniş bir kullanımalanına sahiptirler.

Transdüser nedir?

Fiziksel ortam değişikliklerini (ısı, ışık, basınç, ses,vb.) algılayan elemanlara “sensör”, algıladığı bilgiyielektrik enerjisine çeviren elemanlara transdüser denir.

Sensörlerin sınıflandırılması

Algılayıcıları birbirinden farklı birçok sınıfa

ayırmak mümkündür.

Giriş büyüklüklerine göre sensörler

Algılayıcılarla ölçülen büyüklükler 6 gruba ayrılabilir. Bunlar;

Mekanik : Uzunluk, alan, miktar, kütlesel akış, kuvvet, tork(moment), basınç, hız, ivme, pozisyon, ses dalgaboyu ve yoğunluğu

Termal : Sıcaklık, ısı akışı Elektriksel : Voltaj, akım, direnç, endüktans, kapasitans,

dielektrik katsayısı, polarizasyon, elektrik alanı ve frekans Manyetik : Alan yoğunluğu, akı yoğunlugu, manyetik moment,

geçirgenlik Işıma : Yoğunluk, dalgaboyu, polarizasyon, faz, yansıtma,

gönderme Kimyasal : Yoğunlaşma, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon

hızı, pH miktarı

Çıkış büyüklüklerine göre sensörler

Temel olarak çıkış büyüklüğü analog yadadijitaldir.

1-) Analog sensörler çıkışını belli değerler içindeğiştiren doğrusal çıkışı olmayan sensörlerdir.

2-) Dijital sensörler ise çıkışını ölçtüğüdeğerler için Lojik aralıkta çıkış veren sensörlerdir.

Besleme ihtiyacına göre sensörler

İki gruba ayrılırlar;

1-)Pasif sensörler

2-)Aktif sensörler

Pasif sensörler

Hiçbir şekilde dışardan harici enerji almadan

(besleme gerilimine ihtiyaç duymadan) fiziksel değerleri bir başka büyüklüğe çevirirler.

Bu algılayıcı tipine örnek olarak Termocouple

(T/C) ya da anahtar gösterilebilir.

Aktif sensörler

Çalışmaları için harici bir enerji beslenmesine

ihtiyaç duyarlar. Bu algılayıcılar tipik olarak zayıfsinyalleri ölçmek için kullanılırlar.

Bu tip algılayıcılar dijital ya da analog

formatta elektriksel çıkış sinyali üretirler.

Algılama şekillerine göre sensörler

İkiye ayrılır;

1-) Temaslı Algılayıcılar

Sensörün algıladığı cisme temas etmesi ile

gerçekleşen değişimin algılanmasıdır. Temas eylemigenelde mekaniktir.

2-)Temassız algılayıcılar

Ayrık konum büyüklükleri için kullanılan, ya kısacaifade etmek gerekirse, bir nesnenin belirlenen birkonumda bulunup, bulunmadığını saptayanalgılayıcılardır. Bu algılayıcılar temassız algılayıcı adıaltında gösterilmektedir.

Sensör çeşitleri

Temaslı Sensörler

Mekanik Konum Anahtarları , Basınç Sensörleri ,Denge ve Eğim Sensörleri (Civalı Sensörler) Bukategoriye girmektedir.

Mekanik konum anahtarları

Robot çalışmalarında sıklıkla kullanılan touchsensörler aslında basit anahtarlardır. Touch sensörrobotun bir cisme temas edip etmediğini ya dasınırlandırılması gereken bir hareketin tamamlanıptamamlanmadığını algılamak için ( limit switch )kullanılır.

Basınç sensörleri

Her türlü fiziki kuvvet ve basınç değişiminialgılayan ve bu değişimi elektriksel sinyale çevirenelemanlara basınç sensörü denir.

Piezoelektrik Basınç Ölçme Sensörleri

Basıncın elektrik akımına dönüştürülme yollarındanbiri de piezoelektrik olayıdır. Piezoelektrik özelliklialgılayıcılarda kuartz (quartz), roşel (rochelle) tuzu, baryum,turmalin gibi kristal yapılı maddeler kullanılır.

Bu elemanlar üzerlerine gelen basınca göre küçükdeğerli bir elektrik gerilimi ve akımı üretir. Bu elektrikakımının değeri basıncın değeri ile doğru orantılıdır.

Load Cell (Yük Hücresi) Basınç Sensörleri

Yük hücresi (load cell)daha çok elektronik terazilerinyapımında kullanılan basınçsensörüdür. Asıl çalışma prensibistrain gauge gibidir.

Strain Gauge (Şekil Değişikliği) Sensörleri

Temel olarak strain gaugeleresneyebilen bir tabaka üzerine ince bir telin veyaşeridin çok kuvvetli bir yapıştırıcı ileyapıştırılmasından oluşmuştur.

Üzerindeki basıncın etkisinden dolayıtabakanın esnemesi ile birlikte iletken şeridin degerilerek uzamasına sebep olacaktır.Bu uzamaesnasında telin boyu uzayarak kesiti azalacaktır.Bilindiği gibi iletkenlerin kesiti azaldıkçadirençleri artacağından uygulanan kuvvete bağlıolarak iletkenin direncinde değişme olacaktır.Bu direnç değişimine bağlı olarak uygulanankuvvetin miktarını tespit edilebilir.

Kapasitif Basınç Ölçme Sensörü

Kondansatör plakaları birbirinden uzaklaştırılırsa ya daesnetilirse veya ki plaka arasındaki dielektrik malzeme hareketettirilirse, kondansatörün kapasitesi değişir. Kondansatörünkapasitesi ile beraber alternatif akıma gösterdiği direnç de değişir.

İşte bu prensipten hareketle kapasitif basınç sensörleriüretilmiştir.

Denge ve eğim sensörleri

Bu sensörler bulundukları konuma göreiçlerindeki civa damlacığının ya da metal bilyeninsensör içerisindeki anahtarları açması ya dakapamasıyla çalışır.

Temassız sensörler

Temassız sensörleri 7 gruba ayırabiliriz;

1-)Termal sensörler

2-)Manyetik sensörler

3-)Endüktif sensörler

4-)Kapasitif sensörler

5-)Optik sensörler

6-)Ses sensörleri

7-)Kimyasal sensörler

Termal sensörler

Ortamdaki ısı değişimini algılamamıza yarayan cihazlara ısı veyasıcaklık sensörleri denir.

Dirençsel sıcaklık sensörleri (RTD)

PTC NTC

Bulunduğu ortamın veyatemas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkçaelektriksel direnci artan devreelemanıdır.

Bulunduğu ortamın veyatemas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkçaelektriksel direnci azalan devreelemanıdır.

Termistörler

Isıl Çiftler (thermocouple, termokupl)

Termokupullar demirkonstantan ve bakır konstantangibi iki farklı metalin birleşmenoktası ısıtıldığında bu iki metaluçları arasında potansiyel bir farkmeydana gelir, prensibine göreçalışır.

Termistörler, RTD ler gibi termistörler de sıcaklığaduyarlı dirençlerdir ancak RTD lerden daha yüksek direncesahiptirler ve bu da onları daha hassas yapan bir özelliktir. Çünküyüksek dirençlerinden dolayı bağlantı uçlarının dirençlerindenkaynaklanan ölçüm hatası RTD'lerinkinden çok daha küçük olur.

Entegre devre sıcaklık sensörleri

Yarı iletken entegre devrelerin gelişmesi iletümdevre sıcaklık sensörleri ortaya çıkmıştır.Germanyum ve silisyum içerisine karıştırılan kristallerile üretilen sıcaklık sensörleri kullanılmaktadır.

Germanyum kristal malzemelerin dirençlerisıcaklık ile ters orantılıdır. Silisyum kristal malzemelerindirençleri ise sıcaklıkla doğru orantılıdır. Germanyumsilisyum malzemelerin sıcaklık sensörü olarak çalışmamantığı; normal germanyum silisyum PN birleşmelidiyotlarda oluşan nötr bölgenin sıcaklık arttırılarakaşılması sonucu bu bölgeden akım geçmesininsağlanmasıdır. Sıcaklık arttıkça bu bölgeden geçen akımda artar.

Manyetik sensörler

Hall (Alan)Etkili Sensör

Yarı iletkenden elektronlar aktığı zaman akımyönüne dik manyetik alan uyguladığımızda elektronlarbelli yerde toplanır. Toplanan elektronlar yarı iletkeninöbür uçlarında gerilimi meydana gelmesine sebep olur.Buna hall etkisi adı verilir. Gerilim ile manyetik alanınşiddeti ve varlığı ile algılanır.

Reed Sensörü

Manyetik temassız algılayıcılar kalıcı mıknatısların ve elektromıknatıslarınoluşturdukları manyetik alanlara etkirler. Reed-anahtarlarında ferromanyetik malzemedenyapılan (Fe-Ni karışımı, Fe=demir, Ni=nikel) kontak dilleri eritilerek cam bir pistonabağlanır.Reed-temassız algılayıcının yakınına bir manyetik alan yaklaştığı zaman, kontakdilleri manyetiklenir.

Manyetiklenen kontak dilleri birbirlerini çeker ve kontak kapanır.

Endüktif sensörler

Manyetik alanlarına giren metalnesneleri, hareket etseler de, etmeseler detemassız olarak algılar.

Yapısında bobin türevi bir yapı vardır.

Kapasitif sensörler

Metallerin yanı sıra plastik, tahta, kağıt, kumaş vb.

malzemeleri algılayan sensör çeşididir. Bu sensörler ilke olarakindüktif sensörlere benzer.

Algılama mesafeleri indüktif sensörlere göre daha fazladır.

Optik sensörler

LDR Fotodiyot

Fotopil

Işığa karşı özdirenci değişen üzerindengeçen akımı değiştirenelemanlara optik sensördenir. Işık miktarındakideğişmeleri elektrikselolarak dönüştürürler.

Foto diyotlar terspolarmada N ve P maddelerininbirleşim yüzeyine ışık düşenekadar yalıtkandır. Birleşimyüzeyine ışık düştüğünde isebirleşim yüzeyindeki elektron veoyuklar açığa çıkar ve bu şekildefoto diyot üzerinden akım geçer.

Üzerine ışık düştüğündekatotdan anota doğru akımgeçiren elemanlara foto diyotdenir.

Güneş pilleri(fotovoltaik piller),yüzeylerine gelen güneşışığını doğrudanelektrik enerjisinedönüştüren yarıiletkenmaddelerdir.

Fototransistör

Optokuplör

Fototransistörler diğer transistörlerden farklı olarak base bacağı yerinebase ile kollektörün birleşim yüzeyine düşen ışıkla tetiklenirler. Genellikle led ilebirlikte yansıma sensörü olarak kullanılırlar.

Optokuplör kelime anlamı olarakoptik kuplaj anlamına gelir. Kuplaj bir sistemiçindeki iki katın birbirinden ayrılması amaaralarındaki sinyal iletişiminin devam etmesiolayıdır.

Engel algılama sensörleri

Mesafe algılama sensörleri

Engel tanıma sensörleri gelişmiş yansımalı sensörlerdir. Busensörler bir IR verici led tarafından yayılan IR ışığın IR alıcı modülile toplanması mantığıyla çalışırlar. IR ışınların yayılımı kodlanmıştır( uzaktan kumandalardaki gibi ) ve kesik kesiktir.

Mesafe algılaması gerektiren durumlardanSHARP mesafe algılayıcı sensörler kullanılır. SHARPsensörün yaydığı IR ışık engele çarpıp geri yansır veyansıyan IR ışık SHARP sensörün alıcısı tarafındanalgılanır. Engel ile SHARP sensör arasındaki mesafeyebağlı olarak IR ışığın yansıma açısı ve ışığın dedektörüzerinde düştüğü nokta değişir.

Dedektör bu veriyi okur ve mesafeyi hesaplar.

PIR sensörler

Encoderler (Şaft pozisyon algılayıcılar)

PIR sensörler görüş alanlarındaki insanların ve sıcakkanlı canlıların yaydıkları IR ışıkları algılayabilen sensörlerdir.Genellikle hareket sensörü olarak kullanılırlar (hırsız alarmları,otomatik aydınlatma üniteleri gibi yerlerde).

Encoderler robot ve otomasyonprojelerinde açısal dönme hızını ve düzeneğinaçısal pozisyonunu belirlemek amacıylakullanılır. Encoder diskinin üzerinde belirliaralıkla delikler vardır. Encoder diskidönerken IR ledin yaydığı ışık deliklerdengeçer ve karşı taraftaki fototransistörütetikler. Delik olmayan kısımlarda ise IR ışıkfototransistörü tetikleyemez.

Ses sensörleri

Ultrasonik sensörler genelliklerobotlarda engellerden kaçmak,navigasyon ve bulunan yerin haritasınıçıkarmak amacıyla kullanılmaktadır.

Duyma işleminde ise bu basınç değişikliğinikulaklarımızdaki zar ile algılıyoruz. Mikrofonlar datıpkı kulaklarımız gibi havadaki basınç değişikliğininyarattığı etkiden yararlanarak sesi algılıyor ve elektriksinyaline çeviriyor. Sesi elektrik sinyallerine çevirencihazlara “mikrofon” denir.

Mikrofon aslında bir nevi transdüsersayılabilir çünkü bir dönüştürme süreci söz konusudur.

Kimyasal sensörler

Kimyasal sensörlerden en çok kulanılan sensör LPG

gaz sensörüdür.

LPG gaz sensörü genellikle doğal gaz tesisatındaev için güvenlik önlemi olarak kullanılmaktadır.

Algıladığı gazlar ise bütan,propan ve benzerigazlar tespit edebilir.

Diğer sensörler

1-)Akış ölçüm sensörleri

2-)Yoğunluk ölçüm sensörleri

3-)Ph ölçüm sensörleri

4-)360o eğim sensörü

5-)Seviye ölçüm sensörleri

Akış ölçüm sensörleri

Akış transdüserleri kalorimetrikalgılama metoduna uygun olarak çalışırlar (sıcaklık transferi/soğutma davranışı ).Sıcaklığabağımlı olarak değişen iki direnç bir ölçümköprüsü olarak sensörün içine yerleştirilmiştir.

Dirençlerden biri akışkan sıvıetrafındaki sıcaklığı ölçen aygıttır diğeri ise ısıtıcıelemana termal bağlantılıdır. Isıtıcı elemanagerilim uygulandığında her iki direnç arasındakiölçüm sonucu bir sıcaklık farkı yaratır.Sıvıakmadığı müddetçe bu fark sabit bir değerdir.

Yoğunluk ölçüm sensörleri

Yoğunluk ölçüm cihazları sıvıların ve katımaddelerin yoğunluğunu yüzdürme yöntemi ilebelirler. Yoğunluk ölçümü yüzdürme yöntemindekullanılan camdan bir bob ile yapılmaktadır.

Katı maddelerde ise yoğunluk tespitikitle probun ağırlık ve hacminin ölçülmesi ilegerçekleşmektedir.

Sıvıların hacminin sıcaklığa bağlı olmasısebebiyle yoğunluk ölçüm cihazları ölçümsonuçlarının manüel veya otomatik bir sıcaklıkkompenzasyonuna sahiptir. Yüzdürme kuvvetiuzaklaştırılan sıvının ağırlığına eşittir.

Ph ölçüm sensörleri

Ph, elektrik sinyali üreten bir araç(elektrot) kullanılarak Ph metre cihazı sayesindebu elektriksel sinyali, Ph birimine çevirenpotansiyometrik bir ölçümdür. Üretilen ve ölçülensinyal bir voltajdır.

1- Algılama elektrotu ürün içindekihidrojen iyon aktivitesinin logaritmasına oransalbir gerilim sağlar,

2- Referans elektrot ideal olarak ürününaktivitesinden bağımsız sabit ve sürekli bir gerilimsağlar.

Referans ve algılama elektrotuarasındaki bu gerilim farkı ph metre tarafındanölçülür ve pH değerine çevrilir.

360o eğim sensörü

0-180 derece ölçme aralığında 0,04 derecehassasiyetinde 0-10 volt, 0-20 ma. veya 4-20ma. kısa devre korumalı çıkışı vardır.

Endüstriyel uygulamalarda linear cetvel,potansiyometre, enkoder ile yapılan bir çok ölçmeişlemini açı sensörü ile yapabilirsiniz.

Seviye ölçüm sensörleri

Seviye Kontrolü uygulamalarında, bir çok eski ve geleneksel metodlarhalen kullanılıyor olmasına rağmen, biz burada seviye ölçümüne genel bir bakışoluşturmak ve farklı yöntemler de olduğunun bilinmesini sağlamak istiyoruz.