SENSÖRLER – ALGILAYICILAR
Sistem bilgilerinin direkt olarak insan tarafından verildiği sistemlere
“konvansiyonel sistemler” denir. Eğer bilgiler bir program yoluyla verilmiş ise bu
durumda oluşturulan sisteme “otomasyon sistemi” denir. Herhangi bir sistemi daha
önceden belirlenmiş bir duruma getirme işlemine “kontrol” denir. Duruma getirme
veya durumu değiştirme, insan müdahalesi olmadan bir program tarafından yapılırsa
yapılan işleme “otomatik kontrol” denir. Buna göre “otomasyon”, insan müdahalesi
olmadan herhangi bir hareketin oluşmasına ve bu hareketin istenildiği gibi
gerçekleşmesine verilen isimdir.
Otomasyon sistemleri meydana gelen değişikleri algılamak, ölçmek,
yorumlamak ve ona göre bir hareket döngüsü yürütmek zorundadır. Otomasyonun en
can alıcı noktası algılamadır ve sensörlerde bu amaç doğrultusunda
kullanılmaktadırlar. Sensörler, vücudumuzun duyu organları gibi otomasyon
sisteminin algılayıcılarıdır ve herhangi bir fiziksel büyülüğü orantılı olarak elektriksel
büyüklüğe çevirirler.
Kompleks üretim türlerinde artan otomasyonlaşma, üretim sürecine ilişkin veri
ve bilgileri elektronik olarak temin etmeye ve uygun bir şekilde iletmeye olanak
tanıyan elemanların kullanımını öngörmektedir.
Algılayıcılar bu gerekleri yerine getirdikleri için ölçme, kontrol ve regülasyon
teknolojisinin, son yıllarda sıklıkla kullanılan önemli bir elemanı haline geldiler.
Algılayıcılar takip eden işlemciye her süreç büyüklüğü hakkında bilgi verirler. Proses
büyüklüklerine örnek olarak sıcaklık, basınç, kuvvet, uzunluk, dönme açısı, sıvı
seviyesi, debi gibi fiziksel büyüklükler verilebilir. Birçok fiziksel büyüklüğün
belirlenmesi amacıyla, bu büyüklüklere hassasiyetle tepki veren ve uygun sinyalleri
ileten algılayıcılar kullanılır.
Sensör kelimesi dilimize İngilizceden hissetmek, algılamak anlamına gelen “to
sense” sözcüğünden gelmektedir.
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
2
SENSÖRLERİN SINIFLANDIRILMASI
Sensörler algılama türüne, beslenme ihtiyacına, çıkış büyüklüklerine ve
algılama şekillerine göre 4 temel kavramda sınıflandırılmaktadır.
Algılama Türüne (Giriş Büyüklüğüne) Göre:
•Mekanik: Uzunluk, Alan, Miktar, Kütlesel Akış, Kuvvet, Basınç, Hız, İvme, Pozisyon
•Termal: Sıcaklık, ısı akısı
•Elektriksel: Voltaj, akım, direnç, elektrik alanı ve frekans
•Manyetik: Alan yoğunluğu, akı yoğunluğu, manyetik moment, geçirgenlik
•Işıma: Yoğunluk, dalga boyu, polarizasyon, faz, yansıtma
•Kimyasal: Yoğunlaşma, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hızı, pH miktarı
Besleme İhtiyacına Göre:
•Pasif Sensörler:
•Aktif Sensörler:
Çıkış Büyüklüğüne Göre:
Sensör çıkışları analog veya bilgisayar ile doğrudan iletişim kurabilmesini
sağlayan dijitaldir. Bunun için seri iletişim protokolleri;
•RS232C
•RS422A
•RS485
Algılama Şekillerine Göre:
Temaslı Algılayıcılar
Temassız Algılayıcılar
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
3
SENSÖRLER İLE İLGİLİ TEMEL KAVRAMLAR
•Hassasiyet:
Ne kadar küçük bir değişimi ölçebildiğinin göstergesidir.
•Ölçüm Aralığı:
Algılayıcının cevap verebildiği etkinin minimum ve maksimum değerleridir.
•Tekrarlanabilirlik:
Aynı şartlarda yapılan ölçümlerin birbirlerine yakınlığıdır.
•Çözünürlük:
Yapılan etkinin çıkış sinyali üzerinde izlenebilecek bir değişim meydana getiren
en küçük giriş değeridir. Örneğin, dijital göstergeli bir cihazda cihazın anlamlı olarak
okuyabildiği minimum değerdir.
•Doğruluk:
Ölçülen veya hesaplanan bir büyüklüğün gerçek değerine uygunluk derecesi.
•Ofset:
Bir algılayıcının ofset hatası, çıkışın sıfır olması gerektiği durumda çıkışta
görülen değerdir. Bir başka deyişle belirlenmiş çıkış ile o anda ölçülen gerçek çıkış
değeri arasındaki farktır.
•Cevap Zamanı:
Algılayıcının giriş parametresinde oluşan değişime karşı tepki verme süresinin
bir ölçüsüdür.
•Dinamik Doğrusallık:
Girişteki etkinin değişim hızını takip edebilme kapasitesinin ölçüsüdür.
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
4
ALGILAMA TÜRÜNE GÖRE SENSÖRLER
Sensörler de ölçülen büyüklükleri altı grup da inceleyebiliriz.
Mekanik Sensörler :
Mekanik konum anahtarları olarak da adlandırılırlar. Robot çalışmalarında
sıklıkla kullanılan touch sensörler aslında basit anahtarlardır. Touch sensör robotun
bir cisme temas edip etmediğini ya da sınırlandırılması gereken bir hareketin
tamamlanıp tamamlanmadığını algılamak için ( limit switch ) kullanılır.
Mekanik-elektrik konum anahtarlarının farklı tasarım şekilleri şunlardır:
Küçük konum anahtarları, minyatür ve subminyatür mikro anahtarlar
Basmalı düğme, sınır anahtarları
Sprungschalter öder Schleichschalter ausführungen (snap-eylem anahtarı
veya yavaş hareket modelleri)
Kapsüllenmeyen konum anahtarları
Plastik ile kapsüllenen konum anahtarları
Metal ile kapsüllenen konum anahtarları
Güvenlik konum anahtarları
Hassasiyet konum anahtarları
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
5
Basınç (Gerilme) Sensörleri:
Üzerlerine düşen basınçla orantılı olarak fiziki yapılarında meydana gelen
değişimden dolayı basınç seviyesini ya da basınç değişimi seviyesini elektriksel
işarete dönüştüren devre elemanlarına denir.
Basınç sensörleri, çalışma prensibine göre dört grupta incelenebilir. Bunlar:
Kapasitif basınç ölçme sensörleri
Strain gage (şekil değişikliği) sensörler
Load cell (yük hücresi) basınç sensörleri
Piezoelektrik özellikli basınç ölçme sensörleri
Kapasitif Basınç Ölçme Sensörleri:
Kondasatörler bilindiği üzere elektrik enerjisini depolayan elemanlardır. Bu
özellikleri kondansatör plakalarının boyutlarına, plakalar arasındaki mesafenin
uzaklığına ve iki plaka arasındaki yalıtkan (dielektrik) malzemenin özelliğine bağlıdır.
Sonuç olarak kondansatör plakaları birbirinden uzaklaştırılırsa ya da esnetilirse veya
iki plaka arasındaki dielektrik malzeme hareket ettirilirse, kondansatörün kapasitesi
değişir. Kondansatörün kapasitesi ile beraber alternatif akıma gösterdiği direnç de
değişir. İşte bu prensipten hareketle kapasitif basınç sensörleri üretilmiştir.
Kapasitif prensiple çalışan sensörler basınç sensörü olarak kullanıldığı gibi
yaklaşım ve pozisyon sensörü olarak da kullanılmaktadır.
kapasitif yaklaşım anahtarı ile siloda dolum kontrolü
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
6
Strain Gauge (Şekil Değişikliği) Sensörler:
Temel olarak strain gageler esneyebilen bir tabaka üzerine ince bir telin veya
şeridin çok kuvvetli bir yapıştırıcı ile yapıştırılmasından oluşmuştur. Üzerindeki
basıncın etkisinden dolayı tabakanın esnemesi, iletken şeridin de gerilerek
uzamasına sebep olmaktadır. Bu uzama esnasında telin boyu uzayarak kesiti
azalacaktır. Bilindiği gibi iletkenlerin kesiti azaldıkça dirençleri artacağından
uygulanan kuvvete bağlı olarak iletkenin direncinde de değişme olacaktır. Bu direnç
değişimine bağlı olarak uygulanan kuvvetin miktarını tespit edilebilir
Strain gagenin iç yapısı
Günümüzde strain gageler kuvvet, ağırlık, basınç vb. fiziksel değişkenlerin
ölçümlerinde kullanılmakla beraber bisikletlerin sağlamlık testlerinde ve helikopter
pervanelerinin esneme paylarının hesaplanmasında kullanılmaktadırlar.
Pervane esnemesinin algılanmasında kullanılan strain gageler
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
7
Load Cell (Yük Hücresi) Basınç Sensörleri:
Load cell’in iç yapısı
Yük hücresi (load cell) daha çok elektronik terazilerin yapımında kullanılan
basınç sensörüdür. Asıl çalışma prensibi strain gage gibidir. Yukarıda 4 noktadan
ölçme yapan bir yük hücresi görülmektedir. Tek noktadan ya da iki noktadan ölçüm
yapanları da bulunmaktadır. Yukarıdaki şekilde A, B, C, D noktalarındaki strain
gagelerin dirençleri basınca bağlı olarak değişir. Bu değişim ile orantılı olarak da
basınç miktarını tespit edebiliriz.
Load Cell (Yük Hücresi) basınç sensörleri, digital tartılarda ,kantarlarda sıvı ve
gaz basınçlarını ölçmede, kan basıncının ölçümünde vb. alanlarda kullanılır
Piezoelektrik Basınç Ölçme Sensörleri:
Basıncın elektrik akımına dönüştürülme yollarından biri de piezoelektrik olayıdır.
Piezoelektrik özellikli algılayıcılarda kuartz (quartz), roşel (rochelle) tuzu, baryum,
turmalin gibi kristal yapılı maddeler kullanılır. Piezo elektrik transdüserlerin karşılıklı
iki yüzeyine basınç uygulandığında diğer iki yüzey arasında küçük bir gerilim üretilir.
Bu özellikten faydalanılarak basınç ve titreşim gibi mekanik büyüklüklerin ölçümünde
faydalınılır.
Piezoelektrik basınç ölçme sensörleri basınç ve titreşim ölçümlerinde, elektronik
saatlerde ve kristal mikrofonlarda kullanılırlar.
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
8
Basınç Sensörlerinin Endüstriyel Kullanımı :
Günümüzde hala mekanik ürünler kullanılmaktadır. Örneğin BASF yılda 20.000
manometre kullanmaktadır. Otomasyonun yayılması halinde bunlar elektronik
ürünlerle değiştirilecekler ve bu da büyük bir potansiyel olacaktır. İki karakteristik
özellik vardır:
1. Mekanikler tamamen devre dışı bırakılamaz. Basınç, basınç sensörlerinin bazı
parçalarında mekanik deformasyona yol açmaktadır. Değerlendirme ve sinyal
koşullaması elektronik olarak yapılmaktadır.
2. Basınç sensörleri için anahtarlama noktasının ayarlanabilmesinin yanında o andaki
akımın da görüntülenmesi istenir. Bu halde ikili sensör yerine bir ölçüm aleti kullanılır.
Bu uygulama çeşitleri göz önüne alınırsa, en baştan itibaren tümünün
sensörlerle değiştirilmesi mümkün değildir. Detaylı bir pazar araştırmasından sonra
ifm öncelikle hidroliklerde kullanılmak üzere bir sensör tasarlamaya karar vermiştir.
İçten yanmalı motorlar
Akış kaynaklı gürültüler
Balistik ölçmeler
Kavitasyon
Kompresörler
Darbeler
Pompa ve valf dinamik davranışları
Hidrolik ve pnömatik uygulamalar
Su darbesi
Türbülans
Rüzgar tünelleri
Gaz ve buhar türbinleri
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
9
Denge ve Eğim Sensörleri :
Bazı otomasyon sistemlerinde ya da robot projelerinde eğimin algılanması
gerekebilir. Bu durumlarda eğimi algılayabilmek için içlerinde civa damlacığı ya da
metal bilye bulunan eğim sensörleri kullanılır. Bu sensörler bulundukları konuma göre
içlerindeki civa damlacığının ya da metal bilyenin sensör içerisindeki anahtarları
açması ya da kapamasıyla çalışır.
Termal Sensörler :
Ortamdaki ısı değişimini algılamamıza yarayan cihazlara ısı veya sıcaklık
sensörleri denir. Birçok maddenin elektriksel direnci sıcaklıkla değişmektedir.
Sıcaklığa karşı hassas olan maddeler kullanılarak sıcaklık kontrolü ve sıcaklık
ölçümü yapılır. Sıcaklık ile direnci değişen elektronik malzemelere; term (sıcaklık),
rezistör (direnç), kelimelerinin birleşimi olan termistör denir. Termistörler genellikle
yarı iletken malzemelerden imal edilmektedir. Termistör yapımında çoğunlukla
oksitlenmiş manganez, nikel, bakır veya kobaltın karışımı kullanılır. Termistörler ikiye
ayrılır sıcaklıkla direnci artan termistöre PTC, sıcaklıkla direnci azalan elemana da
NTC denir.
Manyetik Sensörler :
Ortamdaki manyetik değişiklikleri algılayan ve buna bağlı olarak çıkışında
gerilim üreten elemanlara manyetik transdüser denir.
Manyetik alan değişimine göre bobin uçlarında meydana gelen e.m.k
Manyetik transdüserler, aralarında elektriksel bağlantının olmadığı veya
sensörle algılanacak cismin birbirini göremediği durumlar da motor ve benzeri
cihazların çektikleri akımların ölçülmesinde, hareket eden sistemlerin hızlarının ve
hareket yönlerinin tespit edilmesinde, güvenlik ve metal detektörlerinde kullanılır.
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
10
Sanayide ise kumanda ve kontrol sistemlerinde, tıp elektroniğinde, fabrikalarda,
otomatik kumanda kontrol uygulamalarında, yer değişimlerinin hassas olarak
ölçülmesinde kullanılır.
Bobinli (Endüktif) Manyetik Sensörler:
Bobin endüktif bir elemandır ve hareketli bir manyetik alan içinde bulunursa
bobin uçlarında bir gerilim meydana gelir. Bobin uçlarındaki gerilimin sürekli olması
için sürekli değişen bir manyetik alan içinde bulunması yani mıknatısın ya da bobinin
sürekli hareket halinde olması gerekir. Hareketin sürekli olmadığı durumlar da bobin
pasif olarak kullanılır. Bir bobinin içindeki nüvenin konumuna göre bobinin endüktans
değeri değişmektedir .Bu sayede uygulanan gerilime göre bobin uçlarında düşen
voltaj değişir. Bu özellliklerden yararlanılarak endüktif transdüserler yapılmaktadır
Sanayide otomasyon sistemlerde devir sayısı ölçüm cihazlarında kullanılmaktadır.
Devir Sayısı ölçümlerinde kullanılan endüktif sensörler
Elektronik Devreli Manyetik Sensörler (Yaklaşım Sensörleri) :
Bir iletkenin içinden akım geçerse o iletkenin etrafında manyetik bir alan oluşur.
Bu manyetik alanın içine metal bir cisim girerse bu bobinin indüktans değeri değişir.
Bu indüktans değişimi sensörün içinde bulunan devrenin denge noktasını değiştirir.
Sensörün içinde bulunan ölçüm yapan devre sayesinde metalin ne kadar yakın ya da
uzak olduğunu tespit edebiliriz.Bu sensör çeşidi daha çok hazine avcıları tarafından
kullanılmakla beraber günümüzde bir çok yerde karşımıza çıkan metal
dedektörlerinde kullanılmaktadır.
Hazine arama cihazi ve metal dedektörleri
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
11
Alan (Hall) Etkili Transdüserler:
Hall sensörü hall etkisine dayanır Bir yarı iletkenden elektronlar akarken akım
yönüne dik bir manyetik alan uygulanınca elektronlar belli bir bölgede yoğunlaşır. Bu
da yarı iletkenin diğer uçlarında gerilim oluşmasına neden olur.Bu duruma hall etkisi
denir. Bu gerilimin değeri manyetik alana, levhanın yakınlığı ile değişir. Bu prensibe
göre alan etkili transdüserler yapılır.
Alan etkili transdüserler ve araçlarda alan etkili sensörlerin kullanılması
Alan etkılı sensörlerle araçlarımızın park sensörleri ve günümüzde hala
geliştirilmekde olan robotların otomatik kontrol sistemlerinde kullanılmakdatır.
Manyetik Sensörlerin Uygulama Örnekleri :
Manyetik temassız algılayıcılarla çalışan pnömatik silindir.
Temassız algılayıcılar yaklaşık 10 mm'den başlayan strok uzunluklarında, iki
tarafın son konum sorgulamasını sağlamaktadır. (En bilinen ve yaygın uygulama:
Silindir anahtarı). Manyetik temassız algılayıcılar ile diğer birçok algılayıcı problemi
ortadan kaldırılabilir. Bunun için algılanan nesne yapısında mıknatıs bulundurmalıdır.
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
12
Örneğin:
Ne tür malzemeden meydana geldiği önemli olmayan dönen parçaların dönüş
sayılarının ölçümünde
Aynı tür iş parçalarının tek tek seçilerek tanınmasında
Artan yol ölçüm sistemlerinde
Sayım ayarlarında
Kapı anahtarlarında
Malzeme konumlamalarında
Dönüş sayısının ve dönüş yönünün saptanması
İndüktif yaklaşım anahtarı ile metal kapak kontrolü
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
13
FOTO ELEKTRİK SENSÖRLER
Fotoelektrik sensörler günümüzde çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Süper
marketlerde başımızın üzerinden geçen bir infrared ışık hüzmesi karşımızda duran
kapıyı açar ve kapatır ya da başka bir ışık hüzmesi kasalarda ki konveyörün üzerinin
dolu olup olmadığını kontrol ederek, konveyörün hareketini başlatır ya da durdurur.
Bu fotoelektrik sensörlerin günlük hayatımızda ne kadar sık kullanıldığının basit bir
örneğidir. Endüstride ise fotoelektrik sensörler genelde nesnelerin nerede olduklarını
ve hareketlerini kontrol etmek amacı ile kullanılır. Örn: Konveyörlerde, paketleme
ekipmanlarında, montaj bantlarında...
Fotoelektrik sensörleri 4 farklı grupta incelenebilir;
Karşılıklı tip
Reflektörlü tip
Cisimden yansımalı tip
Özel tipler
Karşılıklı Tip Fotoelektrik Sensörler
Basit bir karşılıklı ışıma, ışık yayan bir kaynak ve bu kaynağın yaydığı ışığı
algılayan (ışığa duyarlı) bir elektronik devreden (fotodedektör) oluşur.
Fotoelektrik sensörün alıcı ve verici kısımları arasında bir cisim olup olmadığı şu
şekilde anlaşılır. Eğer ışık hüzmesi fotodedektörün (alıcı kısım) üzerine rahat bir
şekilde ışıyabiliyorsa çıkışlar OFF şekilde kalır. Alıcıya ışığın ulaşması
engellendiğinde yani araya bir nesne girdiğinde değişiklik hissedilir ve çıkışlar ON
pozisyonuna geçer.
Karşılıklı Tip Fotoelektrik Sensörler
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
14
Reflektörlü Tip Fotoelektrik Sensörler
Fotoelektrik sensör endüstrisi reflektörlü sensörleri geliştirerek kablolama
maliyetlerini düşürdü. Bu sistemde alıcı ve verici cismin aynı tarafına konulmuştur.
Fakat cismin diğer tarafına gelen ışını yansıtması için bir yansıtıcı yerleştirilmiştir.
Eğer gönderilen ışık ışını kırılırsa bir cisim algılandı demektir aynen karşılıklı tip
sensörlerde olduğu gibi.
Reflektörlü tip fotoelektrik sensörler karşılıklı tip fotoelektrik sensörlerle aynı amaçlı
kullanılabilir ama farklı olan yönleri de vardır. Şöyle ki:
Reflektörlü tip sensörlerin algılama mesafeleri karşılıklı tip sensörlere göre
daha kısadır.
Reflektörlü tip sensörler yarısaydam cisimleri de algılayabilir. Bunun sebebi,
ışık ışınının reflektöre gidip geri gelirken iki kez cismi görmesidir.
Reflektörlü tip fotoelektrik sensörler parlak yüzeylerin ya da ayna yüzeylerin
algılanmasında çok uygun değildir. Çünkü ışık ışını parlak yüzeyden geri yansıyabilir
ve bu sensör yansımanın reflektörden olmuş gibi işlem yapar. Bu aynı zaman da
beyaz yüzeyler içinde geçerlidir.
Cisimden Yansımalı Tip Fotoelektrik Sensörler
Cisimden yansımalı tip fotoelektrik sensörlerde yansıtıcıdan ayrılan ışık ışınları
cisimden yansıyarak geri gelir. Alıcı ve verici cismin aynı tarafındadır.
Cisimden yansımalı fotoelektrik sensörlerin karşılıklı tip ve reflektörlü sensörlere göre
avantajları aşağıda ki gibidir:
Sadece bir noktada kablolama ihtiyacı vardır.
Reflektör ihtiyacı yoktur.
Montajı yapılırken bir reflektöre ihtiyacı olmadığı için yerleştirmesi zor değildir.
Cisimden Yansımalı Tip Fotoelektrik Sensörlerin Kullanım Alanları
Işık perdeleri (güvenlik amaçlı), lazer sensörler, üç ışınlı trigonometrik alan
yansımalı sensörler, analog çıkışlı sensörler özel amaçlı sensörlere örnektir.
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
15
Fotoelektrik Sensörler Nerelerde Kullanılır
Konveyörlerde, paketleme makinelerinde, süper marketlerde, otoparklarda, test
makinelerinde, havaalanlarında, elektronik montaj bantlarında, güvenlik
sistemlerinde, kola makinesi gibi bozuk para ve jetonla çalışan makinelerde
robotlarda , kutu kapaklama işlemlerinde, ilaç imalatlarında, makine elemanları
imalatında, tekstil imalatında, kopyalama işlemlerinde, depolarda, içecek
depolamada, testere imalathanelerinde, otomobil montaj bantlarında, postanelerde,
araba yıkamacılarında, tavuk besi hanelerinde, tahıl asansörlerinde, insan
asansörlerinde , kimyasal proseslerde ,dağıtım merkezlerinde, makine
marketlerinde, etiketleme işlemlerinde, yiyeceklerin paketlenmesinde, metal döküm
işlemlerinde, ağır ekipmanlarda, yazma işlemlerinde, otomatik lavabolarda ve kağıt
makinelerinde kullanılır.
Karşılıklı Tip Fotoelektrik Sensörler
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
16
Karşılıklı Tip Fotoelektrik Sensörler
OPTİK TRANSDÜSERLER VE SENSÖRLER
Üzerine düşen ışığa bağlı olarak üstünden geçen akımı değiştiren elemanlara
optik eleman denir .Optik transdüserler ışık miktarındaki değişmeleri elektriksel
işaretlere dönüştürürler.Bu elemanlar genellikle küçük akımlı elemanlardır.Optik
transdüserler genellikle alıcının akımlarını taşımazlar sadece alıcıyı çalıştıran
elemanları kumanda ederler.
Üzerine ışık düştüğünde direnci azalan, karanlıkta ise direnci artan elemana
foto direnç denir.
Foto Direnç:
Foto dirençler LDR (Light Dependent Resistance) olarak adlandırılır. Kalsiyum
sülfat ve kadmiyum selenid gibi bazı maddeler üzerlerine düşen ışık ile ters orantılı
olarak direnç değişimi gösterir. Üzerine herhangi bir ışık almadığı sürece LDR’nin
direnci çok yüksektir (10 Mohm). Uygulanan ışık şiddeti arttıkça bu direnç değeride
düşer (75-300 Ohm).
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
17
Işığa bağlı olarak kontrol edilmek istenilen tüm devrelerde kullanılabilir. Alarm
devrelerinde, sayıcılarda , flaslı fotoğraf makinelerinde park, bahçe ve sokak
aydınlatmalarında kullanılır.
Foto Diyot:
Foto diyotlar ışık etkisi ile ters yönde iletken olan diyotlardır. Devreye ters olarak
bağlanılırlar. Anoduna negatif, katoduna pozitif gerilim uygulanır
Fotodiyotlar, transistör ve tristör tetiklemelerinde, ışık kontrollü devrelerde,
alarm devrelerinde ,elektronik flaşlarda ışık ölçüm cihazlarında optokuplörlerde ve
sayıcı devrelerinde kullanılırlar.
LED Diyot
LED, İngilizce'de Light Emitting Diode kelimelerinin kısaltılmış halidir ve “Işık
Yayan Diyot” anlamına gelir.
Bu ışıklı diyotlar, kullanışlı ve pratik olmalarının yanı sıra oldukça ucuz olmaları
nedeniyle gösterge olarak diğer tip lambaların yerini almışlardır. LED diyotların
kullanım alanları çok geniştir. Çok az enerji harcadıkları için reklam tabelaların da,
ışıklı uyarı levhalarında elektronik devrelerin testlerinde, tüm elektronik cihazların
üzerinde çalıştığını gösteren ışık olarak kullanılmaktadır.
İnfrared Diyot (IR Diyot, Kızıl Ötesi Diyot)
Doğru polarlanmalandırıldığında insan gözünün göremediği frekans bandında
kızıl ötesi ışık yayan diyodlardır.
PN birlesmesiyle elde edilen infrared LED’lere dogru polarma uygulandığında,
foton adı verilen birbirinden ayri paketler halinde isik enerjisi yayarlar. İnfared diyodlar
devreye Led diyod gibi bağlanırlar ve genelde fototransistörlerle birlikte kullanılırlar
İnfraruj LED’ler özellikle televizyon veya müzik setlerinin kumandalarında,
kullanılmakla birlikte uzaktan kumanda yapılması istenen her yerde kullanılırlar
Foto Pil (Işık Pili, Güneş Pili)
Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını , elektrik
enerjisine dönüştüren yarı iletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
18
şeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında,
kalınlıkları ise 0,2-0,4 mm arasındadır.
Güneş pilleri transistörler, doğrultucu diyotlar gibi yarı iletken maddelerden
yapılmaktadır. Yarı iletken özellik gösteren birçok madde arasından güneş pili
yapmak için en elverişli olanlar, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi
maddelerdir. Bu maddeler güneş pilleri için özel olarak hazırlandıktan sonra PN
eklemine güneş enerjisi geldiğinde fotonlardaki elektron yükü PN maddeleri arasında
bir potansiyel fark yani gerilim oluşturur. Bu gerilim 0,15-0,5 volt civarındadır
Işık pilleri seri bağlanarak daha büyük gerilim, paralel bağlanarak daha büyük
akım elde edilebilir. Güneş enerjisiyle çalışan hesap makinelerinde kullanılan eleman
ışık pilidir.
Güneş pilleri gelişmiş ülkelerde hayatın her alanına girmiş durumdadır. Günlük
hayatımızda, hesap makinelerinde küçük güçlü cihazların şarjlarında çokça
karşılaştığımız elemanlardır.
Artık güneş pilleri bir çok yerin enerji ihtiyacını karşılamakla birlikte bağımsız
olarak trafik yol uyarı levhalarında, sokak aydınlatmalarına varan bir çok yerlerde
kullanılmaktadır
Optokuplör
Optokuplör, aralarında elektriki bir bağlantı olmadan düşük gerilimlerle, yüksek
gerilim ve akımları kontrol edebilen devre elemanına denir.
Optokuplör kelime anlamı olarak optik kuplaj anlamına gelir. Kuplaj bir sistem
içindeki iki katın birbirinden ayrılması ama aralarındaki sinyal iletişiminin devam
etmesi olayıdır. Ayrılma fiziksel olarak gerçekleşir ama iletişim manyetik veya optik
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
19
olarak devam eder. Bu durumun faydası, katlardan birinde olan fazla akım, yüksek
gerilim gibi olumsuz, sisteme zarar verecek etkilerden diğer katları korumaktır.
Yapısında bir led diyot ve onun yaydığı ışıktan etkilenerek iletime geçen bir adet foto
eleman bulunur. Işık yayan eleman olarak "LED", "İnfraruj LED" kullanılırken ışık
algılayıcı olarak "foto diyot", "foto transistör", "foto tristör", "foto triyak" vb. gibi
elemanlar kullanılır
Optokuplörler daha çok, iki farklı devre arasında izolasyonu sağlamak için
kullanılır
Çok düşük gerilimle çalışan bir devreyle yüksek gerilimli bir güç devresine
optokuplör aracılığıyla kumanda edilebilir. Böylelikle tetikleme devresi hiçbir şekilde
zarar görmez. Optokuplörler 2000 ile 5000 voltluk gerilimlere dayanıklı olduğundan
en hassas kontrol sistemlerinde güvenle kullanılır.
Ses Sensörleri :
Ses bir titireşimden ibaret olup suya atılan taşın yarattığı dalgaya benzer şekilde
havada bir dalga iletimi şeklinde yayılmaktadır. Ses aslında hava basıncındaki
değişimdir. Konuştuğumuzda çıkardığımız ses havayı titreştirerek hava da bir basınç
değişikliği oluşturur. Kulak ise bu basınç değişikliğini kulaklarımızdaki zar ile algılar.
Mikrofon :
Meydana gelen herhangi bir ses dalgası mikrofon ile elektriksel titreşimlere
dönüştürülebilir. Mikrofon ses işaretlerini elektriksel işaretlere dönüştüren
transdüserdir.
Mikrofonlar da tıpkı kulaklarımız gibi havadaki basınç değişikliğinin yarattığı
etkiden yararlanarak sesi algılar ve elektrik sinyaline çevirir.
Bütün mikrofonların yapısı, ses dalgalarının bir diyaframı titreştirmesi esasına
dayanmaktadır. Her sesin belirli bir şiddeti vardır. Bu ses şiddetinin havada yarattığı
basınç ses şiddeti ile doğru orantılıdır. Gelen hava basıncının büyüklük ve
küçüklüğüne göre ileri-geri titreşen diyaframın bu titreşimini, elektrik enerjisine
çevirmek için değişik yöntemler kullanılmaktadır. Kullanılan yöntemlere göre de
mikrofonlara isim verilmektedir.
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
20
Mikrofonlar çalışma prensiplerine göre çeşitlere ayrılırlar:
Dinamik mikrofonlar
Kapasitif mikrofonlar
Şeritli (bantlı) mikrofonlar
Kristal mikrofonlar
Karbon tozlu mikrofonlar
Kimyasal Sensör:
Lpg Gaz Sensörü:
Otomasyon projelerinde sıkça kullanılan gaz sensörüdür. Algılama hassasiyeti
100-10,000 ppm partikulde izobutan, propan gazları tespitinde kullanılır. Tepki süresi
10 sn dir .
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
21
BESLENME İHTİYACINA GÖRE SENSÖRLER
Algılayıcılar besleme ihtiyacına göre pasif algılayıcılar ve aktif algılayıcılar
olmak üzere 2 grupda incelenebilirler.
Pasif Algılayıcılar :
Hiçbir şekilde dışardan harici enerji almadan (besleme gerilimine ihtiyaç
duymadan) fiziksel yada kimyasal değerleri bir başka büyüklüğe çevirirler. Bu
algılayıcı tipine örnek olarak Termocouple (T/C) yada anahtar gösterilebilir. T/C
aşağıda etraflıca anlatılacaktır. Anahtar ise bilindiği gibi mekanik bir hareketi
elektriksel bir kontağa dönüştürmektedir.
Aktif Algılayıcılar :
Çalışmaları için harici bir enerji beslenmesine ihtiyaç duyarlar. Bu algılayıcılar
tipik olarak zayıf sinyalleri ölçmek için kullanılırlar. Aktif algılayıcılarda dikkat edilmesi
gereken nokta giriş ve çıkışlardır. Bu tip algılayıcılar dijital yada analog formatta
elektriksel çıkış sinyali üretirler. Analog çıkışlılarda, çıkış büyüklüğü gerilim yada
akımdır. Endüstride en yaygın kullanılan 4-20 mA çevrim tipinin kullanımı bazı özel
durumlar gerektirmektedir. Bu noktalar;
Algılayıcıların yerleştirildiği uzak noktalarda elektrik besleme geriliminin
olmaması gereklidir.
Algılayıcılar gerilim sinyalinin sınırlı olabileceği durumlarda tehlikeli
uygulamalarda kullanılmalıdır.
Algılayıcıya giden kablolar iki ile sınırlanmalıdır.
Akım çevrim sinyali göreceli olarak gürültü geriliminin ani sıçramalarına karşı
korumalıdır. Ancak bunu uzun mesafe veri aktarımında yapamaz.
Algılayıcılar, ölçüm sisteminden elektriksel olarak izole edilmelidir.
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
22
ÇIKIŞ BÜYÜKLÜĞÜNE GÖRE SENSÖRLER
Öte yandan analog çıkışlara alternatif olan dijital çıkışlar ise bilgisayarlarla
doğrudan iletişim kurabilirler. Bu iletişimler kurulurken belli bazı protokoller kullanılır.
Bunlardan seri iletişim protokollerine, aşağıda kısaca değinilmiştir.
RS232C: Bu protokol başlangıçta telefon veri iletişimi için tasarlanmıştır. Daha
sonra birçok bilgisayar sistemi bunu sıkça kullanmaya başlamış ve sonuçta RS232
standart bir iletişim protokolü haline gelmiştir. RS232C'nin çalışması tek sonlamalıdır
(single ended). Lojik 1 =-15,-3 arasında ve lojik 0 = +3,+15 arasındadır. Algılayıcılar
verileri bitler halinde ve seri iletişim protokolüne uygun olarak bilgisayara gönderir.
RS232C bir single ended arayüz olduğundan alıcı ve gönderici arasındaki uzaklık dış
çevreden gelen olumsuz faktörlerin (EMI,RFI enterferanslar) azaltılması açısından
kısa tutulmalıdır.
RS422A : Bu protokol Differential ended bir arayüze sahiptir. Alıcı verici
arasındaki uzaklık yeterince en uzak seviyededir. Hatlarda bu mesafe sebebiyle
olabilecek zayıflama 200mV seviyesine kadar azalsa da sistem iletişime devam eder.
Diferansiyel ara birim sayesinde sinyaldeki zayıflama ihmal edilebilir düzeye çekilir ve
oldukça yüksek bir veri hızıyla haberleşme sağlanabilir. Algılayıcı ve bilgisayar
arasındaki iletişimde Twisted Pair (Bükülmüş kablo) kullanıldığından dış etkilerden
etkileşim azdır.
RS485 : Standart 422A protokolü genişletilerek oluşturulmuş bir protokoldür. Bu
protokol ile birlikte çalışabilen 32 adet alıcı vericinin tek bir kabloyla veri iletişimi
sağlanabilir. RS485 protokolü kablodaki iletişim problemlerini ortadan kaldırmaktadır.
Çıkış AraBirim Tipi Max Kablo
Uzunluğu
Max Veri hızı İletişim Tipi
RS232C Single Ended
Voltage
15 mt 20Kbps Point to point
RS422A Differantial
Voltage
1,2 Km 10Mbps Point to point
RS485A Differantial
Voltage
1,2 Km 10Mbps Multi Drop (32
Node)
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
23
ALGILAMA ŞEKİLLERİNE GÖRE SENSÖRLER
Sensörler algılama şekillerine göre temaslı sensörler ve temassız sensörler
olmak üzere 2 grupda incelenebilirler.
Temaslı Sensörler :
Sensörün algıladığı cisme temas etmesi ile gerçekleşen değişimin
algılanmasıdır. Temas eylemi genelde mekaniktir.
Temassız Sensörler :
Ayrık konum büyüklükleri için kullanılan, ya kısaca ifade etmek gerekirse, bir
nesnenin belirlenen bir konumda bulunup, bulunmadığını saptayan algılayıcılardır.
Bu algılayıcılar temassız algılayıcı adı altında gösterilmektedir. Nesnenin konumunu
belirleyen ya da belirleyemeyen bu algılayıcılar, duruma göre ya “evet” ya da “hayır”
şeklinde bir uyarı verirler. Bu tip, yani sadece iki durumu bildiren algılayıcılar ikili
algılayıcı ya da seyrek de olsa initiyatör şeklinde gösterilir.
Birçok üretim donanımında belirlenen hareketlerin geri besleme işareti için mekanik
konum anahtarları kullanılır. Bu anahtarların diğer gösterim şekilleri mikro anahtar,
sınır anahtarı ya da limit valfidir. Burada hareket temas edilerek algılanır ve daha
önceden tasarlanan şartlar bu şekilde yerine getirilir. Ayrıca bu anahtarlar aşınmaya
karşı dayanıklıdır. Temassız algılayıcılar bu anahtarlardan farklı olarak elektroniksel
ve temassız çalışır. Temassız algılayıcıların getirdiği avantajlar şunlardır:
Geometrik konumların hassas ve otomatik olarak saptanması
Nesnelerin ve hareketlerin temassız olarak saptanması; elektronik temassız
algılayıcının yardımıyla iş parçası ve algılayıcı arasında kontak kurulması gerekmez
Anahtarlama hızlılığı – algılayıcılar elektronik çıkış sinyallerinin yardımıyla
gerilim tepe değerleri ve hata impulsları üretmez.
Aşınmaya dayanımlı fonksiyon – elektronik algılayıcılar hareketlilikten dolayı
aşınan parçalar içermez
Sınırsız sayıdaki anahtarlama çevrimleri
Ağır çevre koşullarında da kullanılabilen tasarımlar mevcuttur (örneğin
patlama tehlikesi bulunan ortamlar).
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
24
Bu sebeplerden dolayı, temassız algılayıcılar endüstrinin birçok kolunda
kullanılmaktadır. Temassız algılayıcılar teknik birimlerin çalışmalarının kontrol
edilmesini sağlar. Bu yüzden de prosesin çalışma kontrolünün ve güvenliğinin
sağlanması amacı ile kullanılır. Böylece üretim sırasında ortaya çıkan arızalar
önceden, hızlı ve güvenli bir şekilde saptanır. İnsan ve makinenin başına gelebilecek
zararların önlenmesi, önemli bir görüş noktasıdır. Makinelerin durma süre ve
sayılarının azaltılması, arızaları hızlı bir şekilde saptayan ve bildiren algılayıcıları
kullanılması ile mümkündür.
Metalik –TUSAŞ – Türk Havacılık ve Uzay Sanayii A.Ş.
2005 yılında Türk hissedarlar tarafından satın alınarak şirket yeniden
yapılandırılmış ve TUSAŞ- Türk Havacılık ve Uzay Sanayii A.Ş adı altında
faaliyetlerini geliştirerek ; havacılık ve uzay sanayi sistemlerinin geliştirilmesi ,
modernizasyonu , üretimi , sistem entegrasyonu ve yaşam döngüsü destek
süreçlerinde Türkiye’nin teknoloji merkezi konumuna gelmiştir.
TUSAŞ’ın misyonu ülkemiz havacılık ve uzay sanayinin gelişiminde öncülük
etmektir ve bu doğrultuda yaptığı bir çok çalışması bulunmaktadır. Bunların
içerisinden en çok dikkat çekeni kuşkusuz insansız hava aracı “ ANKA” dır.
Tamamen yerli üretim olan ANKA , malzemelerinin üretiminden montajına kadar
tamamen yurt içi imkanlarla tamamlanmıştır.
30 Aralık 2010 tarihinde uçuş testlerine başlanan ANKA günümüzde Türk Silahlı
Kuvvetleri’nce kullanılmakla beraber içlerinde Pakistan, Malezya , Mısır ve Suudi
Arabistan gibi ülkelerce talep edilmektedir.
Automatic Control Systems: SENSÖRLER
25
Kaynakça
Kolektif, Algılayıcılar ve Transedürler, TC.Milli Eğitim Bakanlığı Yayınları, Ankara, 2012
Kolektif, Elektrik-Elektronik Teknolojisi Sensörler veTransedürler 523EO0002, TC.Milli Eğitim Bakanlığı Yayınları, Ankara, 2012
ÖZDEMİR, Ali, Güç Elektroniği (Endüstriyel Elektronik), Erdem Yayınevi, İstanbul,1997-2013
ÖZDEMİR, Ali, Endüstriyel Kontrol Kitabı, Erdem Yayınevi, İstanbul, 1997-2013 İnternet’den bulunan kaynakların linkleri :
http://www.robotiksistem.com/sensor_nedir_sensor_cesitleri.html
http://akademik.maltepe.edu.tr/~engin_oguzay/OPEN/523EO0002.pdf
http://www.robot.metu.edu.tr/dosya/sensor.pdf
http://www.teknomerkez.net/sayfa.php?git=352
http://www.elektrikrehberiniz.com/elektronik/sensor-ve-transduser-1907/
http://hilmi.trakya.edu.tr/ders_notlari/yl/Yukseklisans_Ders_Notlarim.pdf
http://iys.inonu.edu.tr/webpanel/dosyalar/1321/file/Sens_Trans.pdf
https://www.tai.com.tr/tr
.