sensörler ve transdüserler sunumu

Click here to load reader

Post on 22-Jan-2018

1.146 views

Category:

Education

1 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  1. 1. KAZIM ANIL AYDIN
  2. 2. Giri Gnmzde retilmi yzlerce tip alglaycdan sz edilebilir. Mikro elektronik teknolojisindeki inanlmaz hzl gelimeler bu konuda her gn yeni bir bulu ya da yeni bir uygulama tipi gelitirilmesine olanak salamaktadr. Teknik terminolojide Sensor ve Transducer terimleri birbirlerinin yerine sk sk kullanlan terimlerdir. Transducer genel olarak enerji dntrc olarak tanmlanr. Sensor ise eitli enerji biimlerini elektriksel enerjiye dntren cihazlardr.
  3. 3. Sensr nedir? Alglayclar ("duyarga" da denmektedir) fiziksel ortam ile endstriyel amal elektrik/elektronik cihazlar birbirine balayan bir kpr grevi grrler. Bu cihazlar endstriyel proses srecinde kontrol , koruma ve grntleme gibi ok geni bir kullanm alanna sahiptirler.
  4. 4. Transdser nedir? Fiziksel ortam deiikliklerini (s, k, basn, ses, vb.) alglayan elemanlara sensr, alglad bilgiyi elektrik enerjisine eviren elemanlara transdser denir.
  5. 5. Sensrlerin snflandrlmas Alglayclar birbirinden farkl birok snfa ayrmak mmkndr.
  6. 6. Giri byklklerine gre sensrler Alglayclarla llen byklkler 6 gruba ayrlabilir. Bunlar; Mekanik : Uzunluk, alan, miktar, ktlesel ak, kuvvet, tork (moment), basn, hz, ivme, pozisyon, ses dalgaboyu ve younluu Termal : Scaklk, s ak Elektriksel : Voltaj, akm, diren, endktans, kapasitans, dielektrik katsays, polarizasyon, elektrik alan ve frekans Manyetik : Alan younluu, ak younlugu, manyetik moment, geirgenlik Ima : Younluk, dalgaboyu, polarizasyon, faz, yanstma, gnderme Kimyasal : Younlama, ierik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hz, pH miktar
  7. 7. k byklklerine gre sensrler Temel olarak k bykl analog yada dijitaldir. 1-) Analog sensrler kn belli deerler iin deitiren dorusal k olmayan sensrlerdir. 2-) Dijital sensrler ise kn lt deerler iin Lojik aralkta k veren sensrlerdir.
  8. 8. Besleme ihtiyacna gre sensrler ki gruba ayrlrlar; 1-)Pasif sensrler 2-)Aktif sensrler
  9. 9. Pasif sensrler Hibir ekilde dardan harici enerji almadan (besleme gerilimine ihtiya duymadan) fiziksel deerleri bir baka bykle evirirler. Bu alglayc tipine rnek olarak Termocouple (T/C) ya da anahtar gsterilebilir.
  10. 10. Aktif sensrler almalar iin harici bir enerji beslenmesine ihtiya duyarlar. Bu alglayclar tipik olarak zayf sinyalleri lmek iin kullanlrlar. Bu tip alglayclar dijital ya da analog formatta elektriksel k sinyali retirler.
  11. 11. Alglama ekillerine gre sensrler kiye ayrlr; 1-) Temasl Alglayclar Sensrn alglad cisme temas etmesi ile gerekleen deiimin alglanmasdr. Temas eylemi genelde mekaniktir. 2-)Temassz alglayclar Ayrk konum byklkleri iin kullanlan, ya ksaca ifade etmek gerekirse, bir nesnenin belirlenen bir konumda bulunup, bulunmadn saptayan alglayclardr. Bu alglayclar temassz alglayc ad altnda gsterilmektedir.
  12. 12. Sensr eitleri
  13. 13. Temasl Sensrler Mekanik Konum Anahtarlar , Basn Sensrleri , Denge ve Eim Sensrleri (Cival Sensrler) Bu kategoriye girmektedir.
  14. 14. Mekanik konum anahtarlar Robot almalarnda sklkla kullanlan touch sensrler aslnda basit anahtarlardr. Touch sensr robotun bir cisme temas edip etmediini ya da snrlandrlmas gereken bir hareketin tamamlanp tamamlanmadn alglamak iin ( limit switch ) kullanlr.
  15. 15. Basn sensrleri Her trl fiziki kuvvet ve basn deiimini alglayan ve bu deiimi elektriksel sinyale eviren elemanlara basn sensr denir.
  16. 16. Piezoelektrik Basn lme Sensrleri Basncn elektrik akmna dntrlme yollarndan biri de piezoelektrik olaydr. Piezoelektrik zellikli alglayclarda kuartz (quartz), roel (rochelle) tuzu, baryum, turmalin gibi kristal yapl maddeler kullanlr. Bu elemanlar zerlerine gelen basnca gre kk deerli bir elektrik gerilimi ve akm retir. Bu elektrik akmnn deeri basncn deeri ile doru orantldr.
  17. 17. Load Cell (Yk Hcresi) Basn Sensrleri Yk hcresi (load cell) daha ok elektronik terazilerin yapmnda kullanlan basn sensrdr. Asl alma prensibi strain gauge gibidir.
  18. 18. Strain Gauge (ekil Deiiklii) Sensrleri Temel olarak strain gaugeler esneyebilen bir tabaka zerine ince bir telin veya eridin ok kuvvetli bir yaptrc ile yaptrlmasndan olumutur. zerindeki basncn etkisinden dolay tabakann esnemesi ile birlikte iletken eridin de gerilerek uzamasna sebep olacaktr.Bu uzama esnasnda telin boyu uzayarak kesiti azalacaktr. Bilindii gibi iletkenlerin kesiti azaldka direnleri artacandan uygulanan kuvvete bal olarak iletkenin direncinde deime olacaktr. Bu diren deiimine bal olarak uygulanan kuvvetin miktarn tespit edilebilir.
  19. 19. Kapasitif Basn lme Sensr Kondansatr plakalar birbirinden uzaklatrlrsa ya da esnetilirse veya ki plaka arasndaki dielektrik malzeme hareket ettirilirse, kondansatrn kapasitesi deiir. Kondansatrn kapasitesi ile beraber alternatif akma gsterdii diren de deiir. te bu prensipten hareketle kapasitif basn sensrleri retilmitir.
  20. 20. Denge ve eim sensrleri Bu sensrler bulunduklar konuma gre ilerindeki civa damlacnn ya da metal bilyenin sensr ierisindeki anahtarlar amas ya da kapamasyla alr.
  21. 21. Temassz sensrler Temassz sensrleri 7 gruba ayrabiliriz; 1-)Termal sensrler 2-)Manyetik sensrler 3-)Endktif sensrler 4-)Kapasitif sensrler 5-)Optik sensrler 6-)Ses sensrleri 7-)Kimyasal sensrler
  22. 22. Termal sensrler Ortamdaki s deiimini alglamamza yarayan cihazlara s veya scaklk sensrleri denir. Dirensel scaklk sensrleri (RTD) PTC NTC Bulunduu ortamn veya temas ettii yzeyin scakl arttka elektriksel direnci artan devre elemandr. Bulunduu ortamn veya temas ettii yzeyin scakl arttka elektriksel direnci azalan devre elemandr.
  23. 23. Termistrler Isl iftler (thermocouple, termokupl) Termokupullar demir konstantan ve bakr konstantan gibi iki farkl metalin birleme noktas stldnda bu iki metal ular arasnda potansiyel bir fark meydana gelir, prensibine gre alr. Termistrler, RTD ler gibi termistrler de scakla duyarl direnlerdir ancak RTD lerden daha yksek dirence sahiptirler ve bu da onlar daha hassas yapan bir zelliktir. nk yksek direnlerinden dolay balant ularnn direnlerinden kaynaklanan lm hatas RTD'lerinkinden ok daha kk olur.
  24. 24. Entegre devre scaklk sensrleri Yar iletken entegre devrelerin gelimesi ile tmdevre scaklk sensrleri ortaya kmtr. Germanyum ve silisyum ierisine kartrlan kristaller ile retilen scaklk sensrleri kullanlmaktadr. Germanyum kristal malzemelerin direnleri scaklk ile ters orantldr. Silisyum kristal malzemelerin direnleri ise scaklkla doru orantldr. Germanyum silisyum malzemelerin scaklk sensr olarak alma mant; normal germanyum silisyum PN birlemeli diyotlarda oluan ntr blgenin scaklk arttrlarak almas sonucu bu blgeden akm gemesinin salanmasdr. Scaklk arttka bu blgeden geen akm da artar.
  25. 25. Manyetik sensrler Hall (Alan)Etkili Sensr Yar iletkenden elektronlar akt zaman akm ynne dik manyetik alan uyguladmzda elektronlar belli yerde toplanr. Toplanan elektronlar yar iletkenin br ularnda gerilimi meydana gelmesine sebep olur. Buna hall etkisi ad verilir. Gerilim ile manyetik alann iddeti ve varl ile alglanr. Reed Sensr Manyetik temassz alglayclar kalc mknatslarn ve elektromknatslarn oluturduklar manyetik alanlara etkirler. Reed-anahtarlarnda ferromanyetik malzemeden yaplan (Fe-Ni karm, Fe=demir, Ni=nikel) kontak dilleri eritilerek cam bir pistona balanr.Reed-temassz alglaycnn yaknna bir manyetik alan yaklat zaman, kontak dilleri manyetiklenir. Manyetiklenen kontak dilleri birbirlerini eker ve kontak kapanr.
  26. 26. Endktif sensrler Manyetik alanlarna giren metal nesneleri, hareket etseler de, etmeseler de temassz olarak alglar. Yapsnda bobin trevi bir yap vardr.
  27. 27. Kapasitif sensrler Metallerin yan sra plastik, tahta, kat, kuma vb. malzemeleri alglayan sensr eididir. Bu sensrler ilke olarak indktif sensrlere benzer. Alglama mesafeleri indktif sensrlere gre daha fazladr.
  28. 28. Optik sensrler LDR Fotodiyot Fotopil Ia kar z direnci deien zerinden geen akm deitiren elemanlara optik sensr denir. Ik miktarndaki deimeleri elektriksel olarak dntrrler. Foto diyotlar ters polarmada N ve P maddelerinin birleim yzeyine k dene kadar yaltkandr. Birleim yzeyine k dtnde ise birleim yzeyindeki elektron ve oyuklar aa kar ve bu ekilde foto diyot zerinden akm geer. zerine k dtnde katotdan anota doru akm geiren elemanlara foto diyot denir. Gne pilleri (fotovoltaik piller), yzeylerine gelen gne n dorudan elektrik enerjisine dntren yariletken maddelerdir.
  29. 29. Fototransistr Optokuplr Fototransistrler dier transistrlerden farkl olarak base baca yerine base ile kollektrn birleim yzeyine den kla tetiklenirler. Genellikle led ile birlikte yansma sensr olarak kullanlrlar. Optokuplr kelime anlam olarak optik kuplaj anlamna gelir. Kuplaj bir sistem iindeki iki katn birbirinden ayrlmas ama aralarndaki sinyal iletiiminin devam etmesi olaydr.
  30. 30. Engel alglama sensrleri Mesafe alglama sensrleri Engel tanma sensrleri gelimi yansmal sensrlerdir. Bu sensrler bir IR verici led tarafndan yaylan IR n IR alc modl ile toplanmas mantyla alrlar. IR nlarn yaylm kodlanmtr ( uzaktan kumandalardaki gibi ) ve kesik kesiktir. Mesafe alglamas gerektiren durumlardan SHARP mesafe alglayc sensrler kullanlr. SHARP sensrn yayd IR k engele arpp geri yansr ve yansyan IR k SHARP sensrn alcs tarafndan alglanr. Engel ile SHARP sensr arasndaki mesafeye bal olarak IR n yansma as ve n dedektr zerinde dt nokta deiir. Dedektr bu veriyi okur ve mesafeyi hesaplar.
  31. 31. PIR sensrler Encoderler (aft pozisyon alglayclar) PIR sensrler gr alanlarndaki insanlarn ve scak kanl canllarn yaydklar IR klar alglayabilen sensrlerdir. Genellikle hareket sensr olarak kullanlrlar (hrsz alarmlar, otomatik aydnlatma niteleri gibi yerlerde). Encoderler robot ve otomasyon projelerinde asal dnme hzn ve dzenein asal pozisyonunu belirlemek amacyla kullanlr. Encoder diskinin zerinde belirli aralkla delikler vardr. Encoder diski dnerken IR ledin yayd k deliklerden geer ve kar taraftaki fototransistr tetikler. Delik olmayan ksmlarda ise IR k fototransistr tetikleyemez.
  32. 32. Ses sensrleri Ultrasonik sensrler genellikle robotlarda engellerden kamak, navigasyon ve bulunan yerin haritasn karmak amacyla kullanlmaktadr. Duyma ileminde ise bu basn deiikliini kulaklarmzdaki zar ile alglyoruz. Mikrofonlar da tpk kulaklarmz gibi havadaki basn deiikliinin yaratt etkiden yararlanarak sesi alglyor ve elektrik sinyaline eviriyor. Sesi elektrik sinyallerine eviren cihazlara mikrofon denir. Mikrofon aslnda bir nevi transdser saylabilir nk bir dntrme sreci sz konusudur.
  33. 33. Kimyasal sensrler Kimyasal sensrlerden en ok kulanlan sensr LPG gaz sensrdr. LPG gaz sensr genellikle doal gaz tesisatnda ev iin gvenlik nlemi olarak kullanlmaktadr. Alglad gazlar ise btan,propan ve benzeri gazlar tespit edebilir.
  34. 34. Dier sensrler 1-)Ak lm sensrleri 2-)Younluk lm sensrleri 3-)Ph lm sensrleri 4-)360o eim sensr 5-)Seviye lm sensrleri
  35. 35. Ak lm sensrleri Ak transdserleri kalorimetrik alglama metoduna uygun olarak alrlar ( scaklk transferi/soutma davran ).Scakla baml olarak deien iki diren bir lm kprs olarak sensrn iine yerletirilmitir. Direnlerden biri akkan sv etrafndaki scakl len aygttr dieri ise stc elemana termal balantldr. Istc elemana gerilim uygulandnda her iki diren arasndaki lm sonucu bir scaklk fark yaratr.Sv akmad mddete bu fark sabit bir deerdir.
  36. 36. Younluk lm sensrleri Younluk lm cihazlar svlarn ve kat maddelerin younluunu yzdrme yntemi ile belirler. Younluk lm yzdrme ynteminde kullanlan camdan bir bob ile yaplmaktadr. Kat maddelerde ise younluk tespiti kitle probun arlk ve hacminin llmesi ile gereklemektedir. Svlarn hacminin scakla bal olmas sebebiyle younluk lm cihazlar lm sonularnn manel veya otomatik bir scaklk kompenzasyonuna sahiptir. Yzdrme kuvveti uzaklatrlan svnn arlna eittir.
  37. 37. Ph lm sensrleri Ph, elektrik sinyali reten bir ara (elektrot) kullanlarak Ph metre cihaz sayesinde bu elektriksel sinyali, Ph birimine eviren potansiyometrik bir lmdr. retilen ve llen sinyal bir voltajdr. 1- Alglama elektrotu rn iindeki hidrojen iyon aktivitesinin logaritmasna oransal bir gerilim salar, 2- Referans elektrot ideal olarak rnn aktivitesinden bamsz sabit ve srekli bir gerilim salar. Referans ve alglama elektrotu arasndaki bu gerilim fark ph metre tarafndan llr ve pH deerine evrilir.
  38. 38. 360o eim sensr 0-180 derece lme aralnda 0,04 derece hassasiyetinde 0-10 volt, 0-20 ma. veya 4-20 ma. ksa devre korumal k vardr. Endstriyel uygulamalarda linear cetvel, potansiyometre, enkoder ile yaplan bir ok lme ilemini a sensr ile yapabilirsiniz.
  39. 39. Seviye lm sensrleri Seviye Kontrol uygulamalarnda, bir ok eski ve geleneksel metodlar halen kullanlyor olmasna ramen, biz burada seviye lmne genel bir bak oluturmak ve farkl yntemler de olduunun bilinmesini salamak istiyoruz.