SENSÖRLER ALGILAYICILAR

Transkript

1 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.

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 2

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. 3

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 4

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 5

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 6

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. 7

8 Basınç Sensörlerinin Endüstriyel Kullanımı : Günümüzde hala mekanik ürünler kullanılmaktadır. Örneğin BASF yılda 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 8

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. 9

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 10

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. 11

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 12

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 13

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. 14

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 15

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 ( Ohm). 16

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 17

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 18

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. 19

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 ,000 ppm partikulde izobutan, propan gazları tespitinde kullanılır. Tepki süresi 10 sn dir. 20

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. 21

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 Max Veri hızı İletişim Tipi Uzunluğu RS232C Single Ended 15 mt 20Kbps Point to point Voltage RS422A Differantial 1,2 Km 10Mbps Point to point Voltage RS485A Differantial Voltage 1,2 Km 10Mbps Multi Drop (32 Node) 22

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). 23

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 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. 24

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, ÖZDEMİR, Ali, Endüstriyel Kontrol Kitabı, Erdem Yayınevi, İstanbul, İnternet den bulunan kaynakların linkleri :