KONUM ALGILAMA YÖNTEMLERİ VE KONTROLÜ

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "KONUM ALGILAMA YÖNTEMLERİ VE KONTROLÜ"

Canan Dilaver
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 KONUM ALGILAMA YÖNTEMLERİ VE KONTROLÜ 1. AMAÇ: Endüstride kullanılan direnç, kapasite ve indüktans tipi konum (yerdeğiştirme) algılama transdüserlerinin temel ilkelerini açıklayıp kapalı döngü denetim sistemlerindeki önemini araştırmaktır. 2. GİRİŞ: Ölçme: Bilinmeyen bir niceliğin bilinen ve birim olarak kabul edilen bir nicelikle karşılaştırılmasıdır. ÖLÇME ÇEŞİTLERİ Ölçme işlemi üç değişik şekilde yapılır. a) Doğrudan doğruya ölçme (direkt) b) Dolaylı ölçme (endirekt). c) Mutlak ölçme. a) Doğrudan doğruya ölçme (direkt): Mastar olarak alınmış bir birim ile ölçülecek değerin doğrudan doğruya karşılaştırılması suretiyle yapılan ölçme işlemidir. Bu ölçme işleminde ölçü, doğrudan doğruya okunabilmektedir, Doğrudan doğruya ölçmeye örnek olarak; çelik cetvellerle, sürmeli kumpaslarla yapılan ölçme işlemi verilebilir. b) Dolaylı ölçme (endirekt): Bu ölçme işleminde ise, ölçü aleti belli bir kıyaslama parçasına ayarlanır ve ölçme işlemi bu kıyaslama parçasına göre yapılır. Pergel, iç ve dış çap kumpasları, çatal ve tampon mastarları ve Johonson mastarları ile yapılan ölçme işlemleri dolaylı ölçmelerdir. c) Mutlak ölçme: Ölçülecek değerin sayısal değeri ile ölçme sonundaki diğer değerlerin sayısal değerleri arasındaki matematiksel ilişkiler dikkate alınarak yapılan ölçme işlemine denir. Bu laboratuar çalışması çerçevesinde yukarıda bahsedilen cetvel, kumpas vb. gibi konum ölçüm aletleri anlatılmayacaktır. Kontrollerin sürekli ve otomatik olması için daha çok çıkışında bir elektrik sinyali sağlayan konum algılama yöntemlerine yer verilecektir. Konum algılama bir çok sistem için hayati öneme sahip olup çelik haddehanelere, radyo, astronomi, radar ve füze rampaları ve mikroişlemci denetimli takım tezgahlarında bazı teçhizatın konumunun sağlıklı bir biçimde denetlenmesini gerektirmektedir. Ayrıca basınç, ağırlık, sıcaklık, seviye ve diğer fiziksel değişkenler için kullanılan dönüştürücüler yapılan ölçümü çoğu kez bir konum veya yerdeğiştirme algılayıcısı ile elektrik sinyaline dönüştürülen bir yer değişimine çevirirler. Konum dönüştürgeçleri doğrusal yerdeğiştirme veya açısal yerdeğiştirme ölçebilmektedir. Konum ölçümü, mutlak veya artımlı olabilir. Mutlak konum ölçümü sabit bir başlangıç noktasına nispetle her an ölçmeyle tanımlanır. Artımlı konum ölçümü ise katedilen bir mesafenin ölçülmesiyle tanımlanır. Dolayısıyla artımlı ölçmede sabit bir başlangıç noktası yoktur. Artımlı ölçme işlemi basit ve ucuz olmakla beraber her enerji verilmesinden sonra karışıklığa sebep olmamak için her enerji besleme olayına müteakip düzenli aralıklarla bir başlangıç konumu belirlemesi gerekir. 1

2. GİRİŞ: Ölçme: Bilinmeyen bir niceliğin bilinen ve birim olarak kabul edilen bir nicelikle karşılaştırılmasıdır. ÖLÇME ÇEŞİTLERİ Ölçme işlemi üç değişik şekilde yapılır.

2 3. TEORİ: Günümüz teknolojisinde transdücer veya sensör olarak ifade edilen algılayıcıların hemen hemen hepsi ölçülen niceliğe karşılık bir elektrik sinyali üretmektedir. Bu yüzden ölçme; Rezistif (Direncin değişimi), Kapasitif (Kapasite değişimi) ve Induktif (İndüktans değişimi) etkileri ile yapılmaktadır Direncin Değişimi İlkesi Bir direnç elemanında direnç değeri ile ifade edilir. Burada ρ : Malzemenin özgül direnci l : Malzemenin uzunluğu A: Malzemenin kesit alanı ρl R = A dır. Görüldüğü gibi ρ,l, A değişkenlerinin değişimi direnci değiştirmektedir. Bu değişkenlerden l nin değişimi en pratik yoludur. Bu prensip ile çalışan konum ölçme elemanları, potansiyometre olarak bilinir. Potansiyometre konum ölçme elemanlarının en basitidir. Potansiyometre sürgüsü, yer değişimi ölçülecek cisme mekanik olarak bağlanır ve bu sürgünün konumu ile doğru orantılı bir elektrik çıkış gerilimi üretir. Potansiyometreler, Şekil 1 de gösterildiği gibi açısal veya doğrusal yer değiştirmeleri doğrudan doğruya ölçebilirler. Potansiyometreli konum ölçme elemanının elektriksel devresi Şekil1 deverildiği gibidir. Burada potansiyometrenin uçları kararlı bir V i gerilimine bağlanır. Eğer L potansiyometrenin azami yerdeğiştirme miktarını, d ise sürgülü kontak konumunu göstermekteyse, yüksüz çıkış gerilimi aşağıdaki denklemlerden bulunur. V i L d Yük V o Şekil 1. Potansiyometrenin devre şeması d V o = V i (1) L d/l=x ise Burada 0<x<1 dir. V o = xv i (2) 2

Direncin Değişimi İlkesi Bir direnç elemanında direnç değeri ile ifade edilir. Burada ρ : Malzemenin özgül direnci l : Malzemenin uzunluğu A: Malzemenin kesit alanı ρl R = A dır.

3 3.2. Kapasitenin Değişimi İlkesi Kapasitif algılayıcılar, mekanik etkiler ile kapasitörlerin kapasitelerinin değişimlerini algılama esasına göre çalışırlar. Çeşitli biçimlerde kapasitörlerin yapılmasına rağmen, genel olarak mekaniksel büyüklüklerin ölçülmesinde plaka ve silindirik kapasitörler kullanılmaktadır. Şekil 2 Kapasite elemanları Şekil 2a da verilen plaka tipi kapatisörde, kapasite bağıntısı şeklinde tanımlanır. Burada A C = ε oε r (3) d ε o : pf/cm (Havanın dielektrik katsayısı) ε r :Bağıl dielektrik katsayısı A: Kapasitörün kesit alanı d: Plakalar arası mesafesi dir. (3) ifadesinden görüldüğü gibi plaka tipi kapasitede C nin değişimi A ve d nin değişimine bağlıdır. C A d = + (4) C A d Şekil2b de silindirik kapasite elemanı için kapasite bağıntısı L C = 2ππoε r (5) ln(d d) şeklinde tanımlanır. Burada, D: Dış silindir çapı d: İç silindir çapı olarak tanımlanır. 3

Şekil 2 Kapasite elemanları Şekil 2a da verilen plaka tipi kapatisörde, kapasite bağıntısı şeklinde tanımlanır. Burada A C = ε oε r (3) d ε o : 0.

4 3.3. İndüktansın Değişimi İlkesi 4

5 3.4. Doğrusal Değişkenli Fark Transformator (LVDT) Şekil 3 Doğrusal değişkenli fark transformator (LVDT) Şekil 4a da şematik olarak gösterilen doğrusal değişkenli fark transformatör (LVDT), küçük deplasman transduser in en yaygın olarak kullanılan tipidir. Bu cihaz iki adet ikincil sargısı ile hareketli bir göbeği bulunan bir transformatörden oluşur. Göbek merkezde iken iki adet ikincil üzerinde bulunan gerilimler eşit ve çıkış sıfır olacaktır. Göbek kısmını pozitif yönde hareket ettirilmesi halinde ise, Vı gerilimi artanken ½ gerilimi de azalır. Böylece yerdeğiştirmeye bağlı ve birincil sargıdaki gerilim ile aynı fazda olan bir çıkış gerilimi elde edilir Göbeğin negatif yöne doğru hareket ettirilmesi durumunda ise, bu kez Vı azalarak ½artar ve yine yerdeğiştirme miktarına bağlı olmakla beraber, karşıt fazda bir çıkış gerilimi verir. Böylece çıkış sinyali yerdeğiştirmenin boyutunu gösteren bir genlikte Şekil 4b de görüldüğü gibi yönü gösteren bir fazda olur. Bu AC sinyali, faz duyarlı bir doğrultucu vasıtası ile bir DC sinyaline dönüştürülür. Doğrusal değişkenli fark transformatörler bir çok avantaj sağlarlar. Bunlar elektriksel olarak tam yalıtıma sahip olup, temassız trafolardır ve bu sebeple de sürtünme etkisi ve aşınma en asgari düzeyde kalır. Potansiyometreden farklı olarak bunların hizmet ömrü hemen hemen sınırsız olup, eskimekle de kesintili çalışma yapmazlar. Bu tip transformatörler (LVDT), 0.1 mm den 500 mm civarına kadar geniş aralıklı deplasman boyutlarında mevcut olup çok istikrarlıdır ve hemen hemen sonsuz bir çözümleme kapasitesine sahiptirler. Basit potansiyometrelerden daha pahalıdır. 5

Göbek merkezde iken iki adet ikincil üzerinde bulunan gerilimler eşit ve çıkış sıfır olacaktır. Göbek kısmını pozitif yönde hareket ettirilmesi halinde ise, Vı gerilimi artanken ½ gerilimi de azalır.

6 4 DENEY TESİSATI: 5. BULUNACAK DEĞERLER 1. Konum değişimine karşılık elektrik gerilim değişim değerleri okunacak. 2. Konum algılayıcısının herbir birim yerdeğiştirmeye karşılık kazancı ve ortalama kazanç hesaplanacak. 3. Konum değişimine karşılık gerilim değişimi grafik olarak çizilecek. 6

Konum algılayıcısının herbir birim yerdeğiştirmeye karşılık kazancı ve

Benzer belgeler

H04 Mekatronik Sistemler. Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören

H04 Mekatronik Sistemler. Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören H04 Mekatronik Sistemler MAK 3026 - Ders Kapsamı H01 İçerik ve Otomatik kontrol kavramı H02 Otomatik kontrol kavramı ve devreler H03 Kontrol devrelerinde geri beslemenin önemi H04 Aktüatörler ve ölçme