SENSÖRLER VE TRANSDÜSERLER

Transkript

1 SENSÖRLER VE TRANSDÜSERLER

2 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.

3 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

4 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 Hava Hızı Attitute(Yükseklik) Hareket (Öteleme) Sıcaklik Kuvvet Isı Nem Ani sarantı(titreşim) Işık Sıvı seiyesi Basınç Ses Gerilme Akış Açı Fark Kızıl ötesi Yoğunluk Uzunluk Kütle Parlaklık Elektromanyetik Fotovoltik Piezoelektrik Basınç Mutlak değer Termoelektri Tork(Moment) Nükleer Radyasyon

5 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

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

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

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

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

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

11 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.

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

13 SİMÜLASYONLAR

14

15

16

17

18

19

20 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.

21 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.

22 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.

23 2. NTC a. Çalışma Prensibi: Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci azalan devre elemanıdır. b. Kullanım Alanları: NTC ler 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.

24 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.

25 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.

26 b. Kullanım Alanları: Termokupllar -200 ºC ile 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.