sensÖrler ve transdÜserler - İstanbul Üniversitesi · algilayicilarin siniflandirilmasi...

SENSÖRLER VE TRANSDÜSERLER

1. SENSÖR VE TRANSDÜSER KAVRAMLARI

Tüm fiziksel ortam değişikliklerini (ısı, ışık, basınç, ses, vb.) bizim yerimize algılayan cihazlara “sensör”, algıladığı bilgiyi elektrik enerjisine çeviren cihazlara

transdüser denir.

Sensörlerden alınan veriler elektrik sinyaline dönüştürüldükten sonra elektronik devreler

tarafından yorumlanarak mekanik aletlere kumanda edilebilir.

Çoğu zaman sensörler; elektronik devrelerden yapıldığı için sensör- transdüser kavramları eş

anlamda kullanılır.

SENSÖR VE TRANSDÜSER KAVRAMLARI

Çeşitleri Ortamda oluşan fiziksel bir değişiklikten dolayı mekanik bir makineyi veya elektronik bir devreyi çalıştırılması gerektiğinde; sensörler (Duyar eleman)kullanılır. Ancak tespit edilen değişikliğe uygun sensör kullanmalıdır. Sensör çeşitlerini şöyle sıralayabiliriz: 1. Isı Transdüser ve Sensörleri 2. Manyetik Transdüser ve Sensörler 3. Basınç (gerilme) Transdüserleri 4. Optik Transdüser ve Sensörler 5. Ses Transdüser ve sensörleri

ALGILAYICILARIN SINIFLANDIRILMASI Endüstride en sık kullanılan Sensörler (algılayıcılar) için ölçülen büyüklükler ve çıkış büyüklükleri ve Besleme kaynaklarına göre üçe ayrılır.

1-Giriş (Ölçülen) büyüklüğe göre,

2-Çıkış büyüklüğüne göre, 3-Besleme ihtiyacına göre vb…

1-Ölçülen (Giriş) Büyüklükler:

ivme Açı Hava Hızı Fark

Attitute(Yükseklik) Kızıl ötesi Hareket (Öteleme) Yoğunluk

SıcokliK Uzunluk

Kuvvet Kütle

Isı Parlaklık

Nem Elektromanyetik

Ani sarantı(Titreşim) Fotovoltik

Işık Piezoelektrik

Sıvı seiyesi Basınç

Basınç Mutlak değer

Ses Termoelektri

Gerilme Tork(Moment)

Akış Nükleer Radyasyon

Endüstride en sık kullanılan Sensörler (algılayıcılar) için ölçülen büyüklükler ve çıkış büyüklükleri ve Besleme kaynaklarına göre üçe ayrılır. 2-Çıkış Büyüklükleri:

Mekanik sinyal Pnömatik sinyal Elektronik sinyal 1. dc Gerilim 2. ac Gerilim 3. 4/20 mA Akım 4. 1/0 Dijital 5. Frekans


a. Gerilim çıkışı : 0-5V ( 1/5V veya 0.1/0.5V ) aralığında oldukça yaygın kullanılmaktadır.

b. Akım çıkışı : 4/20 mA endüstride standart haline gelmiştir. Bazı durumlarda 0-20mA akım çevrimi kullanılmaktadır Ancak endüstride çoğu zaman hatlarda meydana gelen bozulma kopma gibi durumlarda sistemin bu durumu kolay algılaması ve veri iletişiminin sağlıklı yapılabilmesi için 4/20 mA daha yaygın kullanılır.


c. Frekans ve Dijital Çıkışları : • RS232C: Bu protokol başlangıçta telefon veri iletişimi

için tasarlanmıştır. Daha sonra birçok bilgisayar sistemlerinde sıkça kullanmaya başlamış ve sonuçta RS232 standart bir iletişim protokolü haline gelmiştir.

• RS232C'nin (1/0);Sisteminde ( 1 =-15,-3V) arasında ve lojik (0 = +3.,+15V) arasındadır.

• Algılayıcılar verileri bitler halinde ve seri iletişim protokoluna uygun olarak bilgisayara gönderir.

• RS232C bir single ended arayüze olduğundan alıcı ve gönderici arasındaki uzaklık dış çevreden gelen olumsuz faktörlerin azaltılması açısından kısa tutulmalıdır.

• RS422A : Bu protokol Differantial ended bir ara yüze 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 Ara Birim Tipi Maksimum Kablo Uzunluğu Maksimum Veri hızı; iletişim Tipi – RS232C Single Ended Voltage 15 mt 20Kbps Noktadan noktaya

(Point to point). – RS422A Differantial Voltage 1,2 Km 10Mbps (Point to point) – RS485A Differantial Voltage 1,2 Km 10Mbps Multi Drop (32

Node)


• Algılayıcılar besleme ihtiyacına göre 2 sınıfa ayrılabilir. Bunlar; • a- Aktif Algılayıcılar • Hiçbir şekilde dışarıdan harici enerji almadan (besleme gerilimine

ihtiyaç duymadan) fiziksel ya da kimyasal değerleri bir başka büyüklüğe çevirirler.

• Bu algılayıcı tipine örnek olarak Termocouple (T/C) ya da anahtar gösterilebilir.

• Anahtar bilindiği gibi mekanik bir hareketi elektriksel bir kontağa dönüştürmektedir.

• Aktif algılayıcılarda dikkat edilmesi gereken nokta giriş ve çıkışlardır. • Bu tip algılayıcılar dijital ya da analog formatta elektriksel çıkış

sinyali üretirler. • Analog çıkışlılarda, çıkış büyüklüğü gerilim ya da akımdır.

Endüstride en sık kullanılan Sensörler (algılayıcılar) için ölçülen büyüklükler ve çıkış büyüklükleri ve Besleme kaynaklarına göre üçe ayrılır. 3-Besleme ihtiyacına göre :

• b-Pasif Algılayıcılar

• Çalışmaları için harici bir enerji beslenmesine ihtiyaç duyarlar.

• Bu algılayıcılar tipik olarak zayıf sinyalleri ölçmek için kullanılırlar.


• Algılayıcıların yerleştirildiği noktalarda elektrik besleme geriliminin olmaması gereklidir.

• Algılayıcıya giden kablolar iki ile sınırlanmalıdır. • Akım çevrim sinyali göreceli olarak gürültü

geriliminin ani sıçramalarına karşı; Korunmalıdır. Ancak bunu uzun mesafe veri aktarımında yapamaz.

• Algılayıcılar, ölçüm sisteminden elektriksel olarak izole edilmelidir. Bunun için özel koaksiyonel kablolar veya fiber optik kablolar ile bu elektronik sinyaller taşınmalıdır.


• SİMÜLASYONLAR

2. ISI SENSÖRLERİ VE TRANSDÜSERLERİ

Ortamdaki ısı değişimini algılamamıza yarayan cihazlara ısı veya sıcaklık sensörleri diyoruz. 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.

1. PTC(Positive Temperature Coefficient)

a. Çalışma Prensibi: Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci artan devre elemanıdır.

b. Kullanım Alanları: PTC’ler - 60 ºC ile +150 ºC arasındaki sıcaklıklar da kararlı bir şekilde çalışır. 0.1 ºC’ ye kadar duyarlılıkta olanları vardır. Daha çok elektrik motorlarını fazla ısınmaya karşı korumak için tasarlanan devrelerde kullanılır. Ayrıca ısı seviyesini belirli bir değer aralığında tutulması gereken tüm işlemlerde kullanılabilir.

c. PTC’nin Sağlamlık Testi: PTC’yi ohmmetreye

bağladığınızda ilk olarak oda sıcaklığında PTC’nin

üzerinde yazılı değeri okumanız gerekiyor. Daha

sonra mum veya benzeri bir araç ile ısıttığınızda

direnci yükseliyor ise PTC sağlamdır. Bunun dışında

bir durum gerçekleşiyor ise PTC arızalıdır.

2. NTC

a. Çalışma Prensibi: Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci azalan devre elemanıdır.

b. Kullanım Alanları: NTC’ler - 300 Cº ile +50 Cº arasındaki sıcaklıklar da kararlı bir şekilde çalışırlar. 0.1 Cº’ye kadar duyarlılıkta olanları vardır. Daha çok elektronik termometrelerde, arabaların radyatörlerin de, amplifikatörlerin çıkış güç katlarında, ısı denetimli havyalarda kullanılırlar. PTC’lere göre kullanım alanları daha fazladır.

c. NTC’nin Sağlamlık Testi: NTC’yi ohmmetreye bağladığınızda ilk olarak oda sıcaklığında NTC’nin üzerinde yazılı değeri okumanız gerekiyor. Daha sonra mum veya benzeri bir araç ile ısıttığınızda direnci azalıyor ise NTC sağlamdır. Bunun dışında bir durum gerçekleşiyor ise NTC arızalıdır.

3. Termokupl ( Isılçift )

a. Çalışma Prensibi: Bütün iletkenler ısıtıldıklarında içlerinde bulunan elektronlarda bir hareketlenme meydana gelir. Ancak bu hareketlenme çeşitli iletkenler arasında farklılık göstermektedir. Bu maddenin ayırt edici özelliklerinden biridir. Biz de iletkenlerin bu farklarından yararlanarak sıcaklık ölçümü yapabiliriz. İki farklı iletkenin birer uçları birbirine kaynak edilip ya da sıkıca birbirine bağlanıp boşta kalan uçlarına hassas bir voltmetre bağlandığında, eğer birleştirdiğimiz ucu ısıtırsak, sıcaklıkla orantılı olarak voltmetrede mV‘lar mertebesinde bir DA gerilim elde ederiz. Elde ettiğimiz gerilimin değeri kullandığımız metallerin sıcaklığa verdiği tepki ile orantılıdır.

b. Kullanım Alanları: Termokupllar -200 ºC ile +2300 ºC arasında çalışabildiklerinden endüstride en çok tercih edilen ısı kontrol elemanlarıdır. Genellikle endüstri tesislerindeki yüksek sıcaklıkta çalışan kazanların ısı kontrolünde kullanılır.

Çevresel etkenlerden zarar görmemesi için genelde birleşim noktası bir kılıf içinde bulundurulur. Ayrıca termokupullar gerilim ürettikleri için aktif transdüserlerdir. PTC ve NTC ise pasif transdüserlerdir. Çıkış gerilimleri çok düşük olduğundan, daha çok çıkışına bir gerilim yükseltici bağlanarak kullanılır. Termokuplun yapımında genellikle bakır, demir, konstantan, platin, mangan, nikel gibi metaller kullanılır.

c. Sağlamlık Testi: Avometre milivolt (örneğin;200mV.) kademesine alınır. Termokuplun uçlarına avometrenin prop uçları sabitlenir. Termokuplun ucu havya yada çakmakla ısıtılır. Avometrenin ekranında gerilim değişimi olup olmadığı gözlenir. Gerilim değişimi varsa termokupl sağlamdır.

sensÖrler ve transdÜserler - İstanbul Üniversitesi · algilayicilarin siniflandirilmasi...

Documents