sensör ve transdüser staj dosyası
sensör ve transdüser
Sensörlerin bir çok çeşidi vardır. Bizim en çok işimize
yarayacak olanları şöyle sıralanabilir;
• Manyetik
sensörler ,
• Isı
sensörleri ,
• Optik
sensörler ,
• Basınç
sensörleri
Manyetik Sensörler
Bir tel bobin haline getirilip içinden akım geçirilirse, bu
bobinin içinde ve çevresinde manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan gözle
görülmez. Ancak bu bobinin içerisindeki nüvenin hareketi ve bobinin çevresinden
yaklaştırılan metaller bobinin indüktansını değiştirir. İşte bu prensipten
hareketle manyetik sensörler geliştirilmiştir. Bu sensörler genellikle güvenlik
gerektiren yerlerde kullanılır.
Bu sensörlerde kendi aralarında ikiye ayrılır.
Elektronik Devreli Manyetik Sensörler
İçinden akım geçen bir bobinin çevresinde manyetik alan
oluşur. Bu manyetik alanın içine metal bir cisim girerse bu bobinin indüktansı
değişir. Bu indüktans değişimi sensörün içinde bulunan devrenin dengesini
bozar. Sensörün içinde bulunan ölçüm yapan devre sayesinde metalin yaklaştığını
ve ne kadar yakın olduğunu tespit edebiliriz.
Alan (Hall) Etkili Transdüserler
Alan etkili transdüserler hassas mesafe, pozisyon ve dönüş
algılayıcıları olarak kullanır. İletken ya da yarı iletken malzemeden yapılmış
bir levha şekilde görüldüğü gibi bir manyetik alan içindeyken, A ve B
uçlarından DC gerilim uygulandığında, C ve D noktaları arasında bir potansiyel
fark oluşur. Bu gerilimin değeri manyetik alana levhanın yakınlığı ile değişir.
Bu prensipten yararlanılarak alan etkili transdüserler doğmuştur.
Isı Sensörleri
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.
PTC
Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı
arttıkça elektriksel direnci artan devre elemanıdır.
PTC’ler 60 ºC ile +150 ºC arasındaki sıcaklıklar da kararlı
bir şekilde çalışır. Daha çok elektrik motorlarını fazla ısınmaya karşı korumak
için tasarlanan devrelerde kullanılır. Ayrıca ısı seviyesini belirli bir değer
aralığında tutulması gereken tüm işlemlerde kullanılabilir.
NTC
Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı
arttıkça elektriksel direnci azalan devre elemanıdır.
NTC’ler - 300 Cº ile +50 Cº arasındaki sıcaklıklar da
kararlı bir şekilde çalışırlar. Daha çok elektronik termometrelerde, arabaların
radyatörlerin de, amplifikatörlerin çıkış güç katlarında, ısı denetimli
havyalarda kullanılırlar.
Termokupl
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. 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.
Optik Sensörler
Işık etkisi ile çalışan elektronik devre elemanlarına genel
olarak optik elemanlar denir.
Foto Direnç (LDR)
Kalsiyum sülfat ve kadmiyum selenid gibi bazı maddeler
üzerlerine düşen ışık ile ters orantılı olarak direnç değişimi gösterir. Bu
maddelerden yararlanılarak foto direnç adı verilen devre elemanları
yapılmıştır. Üzerine ışık düştüğünde direnci azalan, karanlıkta ise yüksek
direnç gösteren devre elemanına foto direnç denir.
Işık değişimi ile kontrol etmek istenilen tüm devrelerde
kullanabilir. Özellikle gece lambaları ve sokak lambalarında kullanılmaktadır.
Foto Diyot
Foto diyotlar ışık etkisi ile ters yönde iletken olan
diyotlardır. Ters polarma altında kullanılır. Doğru polarmada normal diyotlar
gibi çalışır, ters polarmada ise N ve P maddelerinin birleşim yüzeyine ışık
düşene kadar yalıtkandır. Birleşim yüzeyine ışık düştüğünde ise birleşim
yüzeyindeki elektron ve oyuklar açığa çıkar ve bu şekilde foto diyot üzerinden
akım geçer. Bu akımın boyutu yaklaşık 20 mikroamper civarındadır. Üzerine ışık
düştüğünde katotdan anota doğru akım geçiren elemanlara foto diyot denir.
Foto diyot televizyon veya müzik setlerinin kumanda
alıcılarında yaygın olarak kullanılır.
LED Diyot
LED ismi, ingilizce Light Emitting Diode (ışık yayan diyot)
kelimelerinin baş harflerinden oluşmaktadır. LED’e doğru polarma uygulandığında
P maddesindeki oyuklarla N maddesindeki elektronlar birleşim yüzeyinde
nötrleşir. Bu birleşme anında ortaya çıkan enerji ışık enerjisidir. Bu ışığın
gözle görülebilmesi için ise P ve N maddelerinin birleşim yüzeyine "galyum
arsenid" maddesi katılmıştır. LED diyotlar doğru polarmalandırıldıklarında
ışık yayan elektronik devre elemanlarıdır.
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 elektronik devrelerin testlerinde, tüm elektronik
cihazların üzerinde çalıştığını gösteren ışık olarak kullanılmaktadır.
Genellikle LED diyotların bacakları karıştırılmaktadır. Şekil 5.3’ te görüldüğü
gibi kısa bacak katot, uzun bacak ise anotdur. LED’in bacakları aynı boyda ise
içindeki plakalara bakarak küçük olanı anot büyük olanı katottur diyebiliriz.
Bunun yanında LED diyotların katot ucunun olduğu tarafta bir kesik
bulunmaktadır.
İnfrared Diyot (IR Diyot, Kızıl Ötesi Diyot)
İnfraruj LED, normal LED’in birleşim yüzeyine galyum arsenid
maddesi katılmamış halidir. İnfrared diyot görünmez (mor ötesi, kızıl ötesi)
ışık yayar.
İnfraruj LED’ler televizyon veya müzik setlerinin
kumandalarında, kumandanın göndediği frekansı televizyon veya müzik setine
iletmek için kullanılır. Televizyon veya müzik setinde ise bu frekansı alan
devre elemanına "foto diyot" denir. İnfraruj LED ile normal LED’in
sembolleri aynıdır.
Foto Pil (Işık Pili, Güneş Pili)
Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş
ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir.
Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire 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 Şekil 5.7 ve 5.8’ de
görüldüğü gibi hayatın her alanına girmiş durumdadır. Günlük hayatımızda ise
daha çok hesap makinelerinde karşılaştığımız elemanlardır.
Optokuplör
Optokuplör kelime anlamı olarak optik kuplaj anlamına
geliyor. Kuplaj bir sistem içindeki iki katın birbirinden ayrılması ama
aralarındaki sinyal iletişiminin devam etmesi olayıdır. Ayrılma fiziksel olarak
gerçekleşir ama iletişim manyetik veya optik olarak devam eder. Bu durumun
faydası, katlardan birinde olan fazla akım, yüksek gerilim gibi olumsuz,
sisteme zarar verecek etkilerden diğer katları korumaktır. Işık yayan eleman
ile ışık algılayan elemanın aynı gövde içinde birleştirilmesiyle elde edilen
elemanlara optokuplör denir. Bu elemanlarda ışık yayan eleman olarak
"LED", "Enfraruj LED" kullanılırken ışık algılayıcı olarak "foto
diyot", "foto transistör", "foto tristör", "foto
triyak" vb. gibi elemanlar kullanılır. Optokuplörler daha çok, iki ayrı
özellikli devre arasında elektriksel bağlantı olmadan, ışık yoluyla irtibat
kurulmasını sağlayan devrelerde kullanılır. Şöyle ki; düşük gerilimleçalışan
bir devreyle yüksek gerilimli bir güç devresine optokuplör aracılığıyla kumanda
edilebilir. Optokuplörler 2000 ile 5000 voltluk gerilimlere dayanıklı
olduğundan en hassas kontrol sistemlerinde güvenle kullanılır.
Basınç Sensörleri
Her türlü fiziki kuvvet ve basınç değişimini algılayan ve bu
değişimi elektriksel sinyale çeviren elemanlara basınç sensörü denir.
• 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 yapıları gereği elektrik yükü depolayabilir.
Kondansatörlerin yük depolayabilme kapasiteleri ise kondansatör plakalarının
boyutlarına, bu plakalar arasındaki mesafenin uzaklığına ve iki plaka
arasındaki yalıtkan 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.
Strain Gage (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 ile
birlikte iletken şeridin de gerilerek uzamasına sebep olacaktır.Bu uzama
esnasında telin boyu uzayarak kesiti azalacaktır. Bilindiği gibi iletkenlerin
kesiti azaldıkça dirençleri artacağından uygulanan kuvvete bağlı olarak
iletkenin direncinde değişme olacaktır. Bu direnç değişimine bağlı olarak
uygulanan kuvvetin miktarını tespit edilebilir.
Load Cell (Yük Hücresi) Basınç Sensörleri
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. Şekil 4.6’da A,
B, C, D noktalarındaki strain gagelerin dirençleri basınca bağlı olarak
değişir. Bu değişim ile orantılı olarak da basınç miktarını tespit edebiliriz.
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. Bu elemanlar üzerlerine gelen basınca göre küçük değerli bir
elektrik gerilimi ve akımı üretir. Bu elektrik akımının değeri basıncın değeri
ile doru orantılıdır. Piezoelektrik özellikli elemanlar hızlı tepki
verdiklerinden ani basınç değişikliklerini ölçmede yaygın olarak kullanılır.
Yorumlar
Yorum Gönder