sensorler kitap

7/27/2019 sensorler kitap

http://slidepdf.com/reader/full/sensorler-kitap 1/149

ALGILAYICILAR

VE

TRANSDUSERLER



2

İÇİNDEKİLER Madde I. GİRİŞ ...................................................................................................................................... 1 1. TANIM ............................................................................................................................................... 1

1.1 Algılayıcı Teknolojisinin Anlam ve Önemi................................................................................ 1 1.2 Kavramlar ................................................................................................................................... 1

1.2.1 Algılayıcı................................................................................................................................. 1 1.2.2 Algılayıcı Elemanı .................................................................................................................. 2 1.2.3 Algılayıcı Sistemi.................................................................................................................... 2 1.2.4 Çoklu Algılayıcı Sistemi ......................................................................................................... 2

1.3 Algılayıcıların Tipik Çıkış Sinyalleri.......................................................................................... 2 1.3.1 A Tipi: ..................................................................................................................................... 2 1.3.2 B Tipi: ..................................................................................................................................... 3 1.3.3 C Tipi: ..................................................................................................................................... 3 1.3.4 D Tipi: ..................................................................................................................................... 3 1.3.5 E Tipi: ..................................................................................................................................... 3

2. ALGILAYICILARIN SINIFLANDIRILMASI ................................................................................. 4 2.1 Giriş Büyüklüklerine Göre.......................................................................................................... 4 2.2 Çıkış Büyüklüklerine Göre ......................................................................................................... 5 2.3 Besleme İhtiyacına Göre ............................................................................................................. 5

2.3.1 Pasif Algılayıcılar ................................................................................................................... 5 2.3.2 Aktif Algılayıcılar ................................................................................................................... 5

2.4 Algılama Şekillerine Göre .......................................................................................................... 6 2.4.1 Temaslı Algılayıcılar .............................................................................................................. 6 2.4.2 Temassız Algılayıcılar ............................................................................................................ 6

Madde II. TEMASLI ALGILAYICILAR ............................................................................................... 8 1. MEKANİK KONUM ANAHTARLARI (TOUCH (DOKUNMA) SENSÖRLERİ, LIMITSWITCH) .................................................................................................................................................... 8

1.1 Teknik özellikler ......................................................................................................................... 9 1.2 Kullanım Bilgileri ....................................................................................................................... 9

2. BASINÇ SENSÖRLERİ................................................................................................................... 11 2.1 Kapasitif Basınç Ölçme Sensörleri ........................................................................................... 11 2.2 Load Cell (Yük Hücresi) Basınç Sensörleri.............................................................................. 12 2.3 Piezoelektrik Basınç Ölçme Sensörleri..................................................................................... 12 2.4 Strain Gage (Şekil Değişikliği) Sensörler ................................................................................. 13 2.5 Basınç Sensörlerinin Endüstriyel Kullanımı............................................................................. 15

2.5.1 Dinamik Basınç Algılayıcılarının Tipik Uygulama Alanları ................................................ 16 2.5.1.1 Genel Amaçlı Kuvarz Basınç Algılayıcıları (General Purpose Quartz Pressure Sensors) 17 2.5.1.2 Yüksek Hassasiyetli Basınç Algılayıcıları (High Sensitivity Pressure Sensors) .............. 17 2.5.1.3 Yüksek Frekans Şok/Dalga/Patlama Basınç Algılayıcıları (High Frequency Shock Wave/Blast/Explosion Pressure Sense) ............................................................................................ 17 2.5.1.4 Balistik Basınç Algılayıcıları (Ballistic Pressure Sensors) ............................................... 17 2.5.1.5 İçten Yanmalı Motorlar İçin Basınç Algılayıcıları (Engine combustion Pressure Sensors)

17 2.5.1.6 Yüksek Sıcaklık ve Çok Düşük Sıcaklık Basınç Algılayıcıları (High Temperature andCryogenic Pressure Sensors)............................................................................................................. 17 2.5.1.7 Minyatür Basınç Algılayıcıları (Miniature Pressure Sensors) .......................................... 17 2.5.1.8 Roket Motoru Basınç Algılayıcıları (Rocket Motor Pressure Sensors)............................ 17 2.5.2 Basınç nedir?......................................................................................................................... 18 2.5.3 Birimler ................................................................................................................................. 19 2.5.4 Basınç tipleri ......................................................................................................................... 21 2.5.5 Kanunlar ................................................................................................................................ 22 2.5.5.1 Karakteristik özellikler ...................................................................................................... 22 2.5.5.1.1 Sıkışabilen ..................................................................................................................... 22



3

2.5.5.1.2 Sıkışmayan.................................................................................................................... 22 2.5.5.2 Ayrımlar ............................................................................................................................ 22 2.5.5.2.1 Statik ............................................................................................................................. 22 2.5.5.2.2 Durağan akış ................................................................................................................ 22 2.5.5.2.3 Laminer akış.................................................................................................................. 22 2.5.5.2.4 Sürtünme ....................................................................................................................... 22

3. DENGE VE EĞİM SENSÖRLERİ (CIVALI SENSÖRLER) ......................................................... 23 Madde III. TEMASSIZ ALGILAYICILAR ....................................................................................... 24 1. TERMAL SENSÖRLER (ISI SENSÖRLERİ) ................................................................................ 24

1.1 Dirençsel sıcaklık sensörleri (RTD).......................................................................................... 24 1.1.1 PTC (Positive Temperature Coefficient) .............................................................................. 25 1.1.2 NTC (Negative Temperature Coefficient) ............................................................................ 25

1.2 Termistörler ............................................................................................................................... 25 1.3 Isıl Çiftler (thermocouple, termokupl) ...................................................................................... 26 1.4 Entegre devre sıcaklık sensörleri .............................................................................................. 27

2. MANYETİK ALGILAYICILAR ..................................................................................................... 28 2.1 Reed – Temassız Algılayıcılar .................................................................................................. 28

2.1.1 Çalışma şekli ......................................................................................................................... 28 2.1.2

Teknik özellikler ................................................................................................................... 29

2.1.3 Kullanım Bilgileri ................................................................................................................. 30 2.1.4 Uygulama Örnekleri.............................................................................................................. 31

2.2 Manyetik – kontaksız Temassız Algılayıcılar ........................................................................... 32 2.2.1 İndüktif – Manyetik Temassız Algılayıcılar ......................................................................... 32 2.2.2 Manyetorezistif Temassız Algılayıcılar ................................................................................ 34 2.2.3 Hall – Temassız Algılayıcılar ............................................................................................... 34 2.2.4 Wiegand – Temassız Algılayıcılar ........................................................................................ 36

2.3 Manyetik – Pnomatik Temassız Algılayıcılar ........................................................................... 36 2.3.1 Çalışma şekli ......................................................................................................................... 36 2.3.2 Teknik özellikler ................................................................................................................... 37 2.3.3 Kullanım Bilgileri ................................................................................................................. 37 2.3.4 Uygulama Örnekleri.............................................................................................................. 37

2.4 Bobinli manyetik sensörler ....................................................................................................... 37 2.5 Elektronik Devreli Manyetik Sensörler .................................................................................... 38

3. ENDÜKTİF SENSÖRLER ............................................................................................................... 39 3.1 Çalışma şekli ............................................................................................................................. 39 3.2 İndüktif sensörün elektromanyetik alanı................................................................................... 41 3.3 İndüktif yaklaşım anahtarının kesiti ( II tip ) ............................................................................ 43 3.4 Teknik Özellikler ...................................................................................................................... 44 3.5 İndüktif Yaklaşım Anahtarının Özellikleri ............................................................................... 45 3.6 İndüktif Sensörlerin Mekanik anahtarlara Göre Üstünlükleri .................................................. 46 3.7 Montaj ....................................................................................................................................... 47

3.7.1 Metale gömülebilir tip yaklaşım sensörlerinin montajı ........................................................ 47 3.7.2 Metale gömülemeyen tip yaklaşım sensörlerinin montajı .................................................... 48 3.7.3 Quasi – Flush tip yaklaşım sensörlerinin montajı (qb) ......................................................... 48

3.8 Algılama Mesafesi .................................................................................................................... 49 3.9 Hedef Büyüklüğü ...................................................................................................................... 49 3.10 Anahtarlama Frekansı ............................................................................................................... 49 3.11 Histerizis ................................................................................................................................... 49 3.12 Uygulama Alanları.................................................................................................................... 50

4. KAPASİTİF SENSÖRLER .............................................................................................................. 62 4.1 Tanımı ....................................................................................................................................... 62 4.2 Kapasitif Yaklaşım Anahtarlarının Çalışma İlkesi ................................................................... 62

4.2.1 Kapasitif sensörün elektromanyetik alanı ............................................................................. 63 4.3 Kapasitif Yaklaşım Anahtarının Özellikleri ............................................................................. 64



4

4.4 Özellikleri ................................................................................................................................. 65 4.5 Uygulama Örnekleri.................................................................................................................. 66

5. ENDÜKTİF VE KAPASİTİF SENSÖRLER İÇİN ORTAK TANIMLAMALAR ......................... 69 5.1 Sinyal İşleme Ve Çıkışlar ......................................................................................................... 69

5.1.1 Programlanabilir anahtarlama fonksiyonu ( normalde açık / normalde kapalı ) .................. 70 5.1.2 Kısa devre veya aşırı yük durumunda çıkışın tepkisi ........................................................... 71

5.2 Yapı Şekilleri Ve Mekanik Montaj ........................................................................................... 72 5.2.1 Çeşitli yaklaşım anahtarı bağlantı yöntemleri....................................................................... 73

5.3 Uygulamada Dikkat Edilecek Noktalar .................................................................................... 74 5.3.1 Algılama mesafesi ve algılanabilir cisimler .......................................................................... 74 5.3.2 Hedef genişliği düzeltme katsayısı ....................................................................................... 76 5.3.3 Malzeme düzeltme katsayısı ................................................................................................. 76 5.3.4 Malzeme kalınlığı düzeltme katsayısı................................................................................... 78 5.3.5 Montaj ................................................................................................................................... 78 5.3.5.1 Silindirik tiplerin montajı.................................................................................................. 78 5.3.5.2 Silindirik tiplerin montajı -2 ............................................................................................. 80 5.3.6 Çevre koşulları ...................................................................................................................... 81 5.3.6.1 Ortam sıcaklığı :................................................................................................................ 81 5.3.6.2

Darbe ve vibrasyon kuvvetleri : ........................................................................................ 81

5.3.6.3 Yabancı cisimler ve toz :................................................................................................... 81 5.3.6.4 Nem ve su : ....................................................................................................................... 81 5.3.6.5 Kimyasal etkiler : .............................................................................................................. 81 5.3.6.6 Elektromanyetik etkiler :................................................................................................... 82 5.3.6.7 Diğer etkenler : ................................................................................................................. 82

5.4 Elektriksel Veriler ..................................................................................................................... 82 5.4.1 Güç kaynağı ve yük .............................................................................................................. 82 5.4.2 Elektriksel koruma ................................................................................................................ 82 5.4.3 Seri ve paralel bağlantı.......................................................................................................... 83 5.4.3.1 Üç kablolu switchlerin paralel bağlanması ....................................................................... 83 5.4.3.2 Üç kablolu switchlerin seri bağlanması ............................................................................ 83 5.4.3.3 İki kablolu switchlerin paralel bağlanması ....................................................................... 84 5.4.3.4 İki kablolu switchlerin seri bağlanması ............................................................................ 85 5.4.4 Anahtarlama zamanları ve çalışma frekansları ..................................................................... 86 5.4.5 Tipik uygulamalar ................................................................................................................. 87

6. OPTİK (IŞIMA) SENSÖRLER ........................................................................................................ 88 6.1 Algılama Mesafesi .................................................................................................................... 88 6.2 Bazı Optik Sensör Çeşitler i ....................................................................................................... 88

6.2.1 Foto Direnç (LDR)................................................................................................................ 88 6.2.2 Foto Diyot ............................................................................................................................. 90 6.2.3 LED Diyot ............................................................................................................................. 90 6.2.4 İnfrared Diyot (IR Diyot, Kızıl Ötesi Diyot) ........................................................................ 91 6.2.5 Foto Pil (Işık Pili, Güneş Pili)............................................................................................... 91 6.2.6 Optokuplör ............................................................................................................................ 93 6.2.7 Fototransistörler .................................................................................................................... 94 6.2.8 Engel Algılama Sensörleri .................................................................................................... 94 6.2.9 Mesafe Algılama Sensörleri.................................................................................................. 94 6.2.10 PIR (Passive Infra Red veya Pyroelectric Infra Red) Sensörler ....................................... 96 6.2.11 Encoderler (Şaft Pozisyon Algılayıcı) .............................................................................. 96

6.3 Optik Sistemlerle İlgili Önemli Noktalar .................................................................................. 98 6.3.1 Optik Algılamanın Temel İlkesi ........................................................................................... 98 6.3.2 Karşılıklı Sensörler ............................................................................................................... 99 6.3.3 Reflektörden Yansıtıcılı Sensörler ...................................................................................... 101 6.3.4 Cisimden Yansımalı Sensörler ............................................................................................ 105 6.3.5 Fiber – Optikler ..................................................................................................................... 110





1

Madde I. GİRİŞ

1. TANIM Algılayıcılar ("duyarga" da denmektedir) fiziksel ortam ile endüstriyel amaçlı

elektrik/elektronik cihazları birbirine bağlayan bir köprü görevi görürler. Bu cihazlar endüstriyel

proses sürecinde kontrol, koruma ve görüntüleme gibi çok geniş bir kullanım alanınasahiptirler.

Günümüzde üretilmiş yüzlerce tip algılayıcıdan söz edilebilir. Mikro elektronikteknolojisindeki inanılmaz hızlı gelişmeler bu konuda her gün yeni bir buluş ya da yeni bir uygulama tipi geliştirilmesine olanak sağlamaktadır.

Teknik terminolojide Sensor ve Transducer terimleri birbirlerinin yerine sık sık kullanılanterimlerdir. Transducer genel olarak enerji dönüştürücü olarak tanımlanır. Sensor ise çeşitlienerji biçimlerini elektriksel enerjiye dönüştüren cihazlardır. Ancak 1969 yılında ISA(Instrument Society of America) bu iki terimi eş anlamlı olarak kabul etmiş ve "ölçülen fiziks el

özellik, miktar ve koşulları kullanılabilir elektriksel miktara dönüştüren bir araç" olaraktanımlamıştır.

Çevremizdeki bu değişiklikleri algılayan cihazlara sensör denir. Sensörlerin algıladıklarıbu bilgileri bizim kullanmamız için uygun hale getiren ve algılanan bilgiyi elektrik enerjisinedönüştüren cihazlara transdüser denir.

1.1 Algılayıcı Teknolojisinin Anlam ve Önemi 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 regülasyonteknolojisinin, son yıllarda sıklıkla kullanılan önemli bir elemanı haline geldiler. Algılayıcılar takip eden işlemciye her proses büyüklüğü hakkında bilgi verirler. Proses büyüklüklerine örnekolarak sıcaklık, basınç, kuvvet, uzunluk, dönme açısı, sıvı seviyesi, debi gibi fizikselbüyüklükler verilebilir. Birçok fiziksel büyüklüğün belirlenmesi amacıyla, bu büyüklüklerehassasiyetle tepki veren ve uygun sinyalleri ileten algılayıcılar kullanılır.

1.2 Kavramlar

Bir algılayıcının karakteristik özellikleri şu şekilde belirtilebilir:

1.2.1 Algılayıcı Algılayıcı bir fiziksel büyüklüğü (sıcaklık, uzaklık, basınç gibi) daha iyi değerlendirilebilen

bir fiziksel büyüklüğe çeviren bir dönüştürücüdür.

Algılayıcılar için kullanılan diğer gösterimler şunlardır: Ölçüm değerleri alıcısı, ölçüm anteni, ölçüm dönüştürücüsü, detektör, transdüktör

(Ölçüm değeri vericisi tanımından kaçınılmalıdır. Örneğin "yol vericisi" yolüretmez, aksine bir yolun büyüklüğünü saptamaya yarar).

Bir algılayıcı her zaman elektrik sinyali üretmek zorunda değildir. Örneğin

Pnomatik limit valfleri bir pnomatik çıkış sinyali üretir (basınç değişimi şeklinde). Algılayıcılar ya temasla, örneğin, limit valfi, kuvvet algılayıcı, ya da temassız,

örneğin, ışık engeli, hava engeli, kızıl ötesi anteni, ses üstü algılayıcı, manyetikalgılayıcılar, çalışan cihazlardır.



2

Basit bir sınır anahtarı da algılayıcı olarak kabul edilebilir. Algılayıcılar kontrol edilen bir proseste, prosesi gözeten, arızaları bildiren,

konumları saptayan ve bu bilgileri diğer proses elemanlarına ileten "göz"lerdir.Örneğin insanlarda:

Göz Beyin (görüş merkezi) Uzuvlar

Bir algılayıcı bir işlem ile yani bir değerlendirme ile bağlantılı olarak kullanıldığı zamandeğerlidir.

göz + görüş merkezi objenin tanınması, renk, 3 boyutlu görüş, hareket seyri.

1.2.2 Algılayıcı Elemanı Algılayıcı elemanı dendiği zaman, genellikle bir algılayıcı sisteminin, gelen ölçüm

büyüklüklerini alan ancak ilave bir sinyal işleminin ve kullanılacak bazı hazır parçaların (gövdeve bağlantılar) öneminden dolayı tek başına yeterli bir eleman olduğu kabul edilmeyen bölümüanlaşılır.

1.2.3 Algılayıcı SistemiBir algılayıcı sistemi, genellikle sinyal gönderme fonksiyonlarının önemli parçaları olan

ölçme ve değerlendirme elemanlarından oluşur. Bu elemanlar modülerdir ve bir üretim sistemiiçinde değiştirilebilir. Sinyal hazırlama işlemleri için algılayıcıların yanı sıra sinyal işlemcileri,mikro işlemciler ve verilerle çalışan ara birimler de kullanılır.

Örnekler: CCD–görüntü algılayıcılı görüntü işleme sistemleri, lazer ölçüm sistemleri,saptama sistemleri.

Sinyal gönderme yetenekleri geliştirilmiş algılayıcılara akıllı algılayıcılar ya da "smart-sensors" denir.

1.2.4 Çoklu Algılayıcı Sistemi Aynı ya da birbirinden farklı algılayıcılardan meydana gelen algılayıcı sistemidir.

Sıcaklık ve nem algılayıcı ya da basınç ve sıcaklık algılayıcı, her iki örnekte dealgılayıcılar aynı cihazda kullanılır.

İş parçalarının şekil ve malzeme özelliklerini ayırt etmek amacıyla kullanılantemassız algılayıcı kombinasyonları.

Birçok kimyasal algılayıcının gazlar için oluşturdukları sistem. Bu sistemdealgılayıcılar birbirleri ile çakışan cevap alanlarına sahiptir ve birlikte

kullanılmalarından dolayı tek olarak kullanılan algılayıcılara göre, daha doğrudeğerlendirmeler yaparak, daha çok bilgi iletir.

İnsanda beslenme esnasında birçok duyu organının bir arada kullanılması (koku,tat, optik etki, dilin teması).

1.3 Algılayıcıların Tipik Çıkış Sinyalleri Algılayıcıların kullanımında önemli olan çeşitli türdeki elektrik çıkış sinyallerinin

tanınmasıdır.

1.3.1 A Tipi:

Anahtarlama sinyali çıkışlı algılayıcılar (ikili sinyal çıkışlı): Normalde bu algılayıcılar dolaysız yoldan programlanabilir lojik kontrol organlarına (SPS) bağlanır.

Örnekler: Temassız algılayıcılar, Basınç, Sınır seviye, Çift metal anahtarları.



3

1.3.2 B Tipi:

Darbe frekansı çıkışlı algılayıcılar: Genellikle SPS uyumlu ara birimler bulunur. SPS'deolması gereken özellikler, büyük kelime uzunluklu donanım ve yazılım sayıcılarıdır . Örneğin; Artan uzunluk ve dönme açısı algılayıcıları.

1.3.3 C Tipi:

Çok küçük, dolaylı yoldan istifade edilen sürekli çıkış sinyallerini ileten ya da devrenin

dışarıdan kapatılması ile yararlanılabilir bir sinyal ileten, yükseltici ve dönüştürücüelektroniksiz, analog çıkışlı algılayıcı elemanlarıdır. Fazla parça olduğu zaman kullanıcı kend ielektronik çözümlerini seçer. Örneğin; Piezorezistif ya da pizoelektriksel algılayıcı elemanları,Pt-1OO- ya da termo elemanlar, Alan levhası ve Hall algılayıcı elemanları, pH ve iletkenlik testsondaları, Doğrusal potansiyometreler

1.3.4 D Tipi:

Dolaysız yoldan yararlanabilen çıkış sinyalleri ileten, yükseltici ve dönüştürücüelektroniği monte edilmiş, analog çıkışlı algılayıcılardır.

Tablo 1 Tipik çıkış sinyali örnekleri

0…….10V 0…….20mA -5...….+5V -10…..+10mA

1….….5V 4….…20mA

1.3.5 E Tipi:

Standart sinyal çıkışlı (örneğin:RS-232-C, RS-422-A, RS-485) ya da veriyolu arabirimli(örneğin: fieldbus, profibus, sensor aktifbus) algılayıcılar ve algılayıcı sistemleri.

İkili ve Analog Algılayıcılar: İkili algılayıcılar ayrık bir fiziksel ölçüm değerini ikili bir sinyale (genelde açık ya da kapalı konumlarının yardımıyla elektriksel anahtarlama sinyaline)dönüştüren algılayıcılardır. İkili Algılayıcı Örnekleri ; Limit valfi, Temassız algılayıcı, Basınçanahtarı, Sınır seviye anahtarı, Sıcaklık anahtarı…

Analog algılayıcılar fiziksel bir ölçüm değerini analog bir sinyale (normalde gerilim ya daakım gibi elektriksel analog sinyale) dönüştüren algılayıcılardır. Analog Algılayıcı Örnekleriaşağıdaki gibidir:

Uzunluk, uzaklık ve yol ölçümleri için kullanılan algılayıcılar Doğrusal hareket ve dönme hareketi için kullanılan algılayıcılar Yüzey, şekil ve geometri için kullanılan algılayıcılar Kuvvet algılayıcılar Ağırlık algılayıcılar

Basınç algılayıcılar Dönme momenti algılayıcıları Debi algılayıcılar (sıvılar ve gazlar için) İşlenme miktarı algılayıcıları (katılar için) Seviye algılayıcılar Sıcaklık ve diğer termik büyüklükler için kullanılan algılayıcılar Optik büyüklükler için kullanılan algılayıcılar Akustik büyüklükler için kullanılan algılayıcılar Elektromanyetik büyüklükler için kullanılan algılayıcılar Fiziksel ışınlar için kullanılan algılayıcılar

Kimyasal maddeler için kullanılan algılayıcılar Fiziksel malzeme özellikleri için kullanılan algılayıcılar



4

2. ALGILAYICILARIN SINIFLANDIRILMASI Algılayıcıları birbirinden farklı birçok sınıfa ayırmak mümkün. Ölçülen büyüklüğe göre,

çıkış büyüklüğüne göre, besleme ihtiyacına göre vb…

Mekanikteki en temel ölçü uzunluk ölçüsüdür. Konum, hareket, yer değişimi terimleribirbirine çok yakın durmaktadır. Konum sensörü (Position Sensor) ya da hareket transdüseri

(Motion Transducer) terimlerine sık sık rastlanmaktadır. Yer değişimi transdüseri(Displacement Transducer) , teknik olarak en doğru ifade sayılabilir. Temel olarak lineer veaçısal yer değişimi sensörü olarak ikiye ayrılırlar. Yer değişim transdüserleri ölçme teknikleriaçısından aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir. Kapasitif, Endüktif, Relüktans, Potansiyometrik,Strain – Gage, Elektro – Optik, Açısal ve Doğrusal Enkoderler, Ultrasonik, Konum Şalterleri

Endüstride en sık kullanılan algılayıcılar için ölçülen büyüklükler ve çıkış büyüklüklerineait bilgiler aşağıda verilmiştir:

Tablo 2 Ölçülen büyüklükler ve çıkış büyüklükleri

Aşağıda bu sınıflardan bazılarına değinilecektir.

2.1 Giriş Büyüklüklerine Göre Algılayıcılarla ölçülen büyüklükler 6 gruba ayrılabilir. Bunlar; Mekanik : Uzunluk, alan, miktar, kütlesel akış, kuvvet, tork (moment), Basınç, Hız,

İvme, Pozisyon, Ses dalga boyu ve yoğunluğu Termal : Sıcaklık, ısı akısı Elektriksel : Voltaj, akım, charge, direnç, endüktans, kapasitans, dielektrik katsayısı,

polarizasyon, elektrik alanı ve frekans Manyetik : Alan yoğunluğu, akı yoğunluğu, manyetik moment, geçirgenlik Işıma : Yoğunluk, dalga boyu, polarizasyon, faz, yansıtma, gönderme Kimyasal : Yoğunlaşma, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hızı, pH miktarı



5

2.2 Çıkış Büyüklüklerine Göre Öte yandan analog çıkışlara alternatif olan dijital çıkışlar ise bilgisayarlarla doğrudan

iletişim kurabilirler. Bu iletişimler kurulurken belli bazı protokoller kullanılır. Bunlardan seriiletişim protokollerine, aşağıda kısaca değinilmiştir.

RS232C: Bu protokol başlangıçta telefon veri iletişimi için tasarlanmıştır. Daha sonrabirçok 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 seriiletişim protokolüne uygun olarak bilgisayara gönderir. RS232C bir single ended ara yüze olduğundan alıcı ve gönderici arasındaki uzaklık dış çevreden gelen olumsuz faktörlerin(EMI,RFI enterferanslar) azaltılması açısından kısa tutulmalıdır.

RS422A : Bu protokol Differantial ended bir ara yüze sahiptir. Alıcı verici arasındakiuzaklık yeterince en uzak seviyededir. Hatlarda bu mesafe sebebiyle olabilecek zayıflama200mV seviyesine kadar azalsa da sistem iletişime devam eder. Diferansiyel ara birimsayesinde sinyaldeki zayıflama ihmal edilebilir düzeye çekilir ve oldukça yüksek bir veri hızıylahaberleşme sağlanabilir. Algılayıcı ve bilgisayar arasındaki iletişimde Twisted Pair (Bükülmüş

kablo) kullanıldığından dış etkilerden etkileşim azdır.

RS485 : Standart 422A protokolü genişletilerek oluşturulmuş bir protokoldür. Buprotokol ile birlikte çalışabilen 32 adet alıcı vericinin tek bir kabloyla veri iletişimi sağlanabilir.RS485 protokolü kablodaki iletişim problemlerini ortadan kaldırmaktadır.

Tablo 3 Seri iletişim protokollerinin karşılaştırılması

Çıkış Ara Birim Tipi Max Kablo Uzunluğu Max Veri hızı İletişim Tipi

RS232C Single Ended Voltage 15 mt 20Kbps Point to point

RS422A Differantial Voltage 1,2 Km 10Mbps Point to point

RS485A Differantial Voltage 1,2 Km 10Mbps MultiDrop (32 Node)

2.3 Besleme İhtiyacına Göre Algılayıcılar besleme ihtiyacına göre iki sınıfa ayrılabilir. Bunlar;

2.3.1 Pasif Algılayıcılar Hiçbir şekilde dışarıdan harici enerji almadan (besleme gerilimine ihtiyaç duymadan)

fiziksel ya da kimyasal değerleri bir başka büyüklüğe çevirirler. Bu algılayıcı tipine örnek olarakThermocouple (T/C) ya da anahtar gösterilebilir. T/C aşağıda etraflıca anlatılacaktır. Anahtar

ise bilindiği gibi mekanik bir hareketi elektriksel bir kontağa dönüştürmektedir.

2.3.2 Aktif Algılayıcılar Çalışmaları için harici bir enerji beslenmesine ihtiyaç duyarlar. Bu algılayıcılar tipik

olarak zayıf sinyalleri ölçmek için kullanılırlar. Aktif algılayıcılarda dikkat edilmesi gerekennokta giriş ve çıkışlardır. Bu tip algılayıcılar dijital ya da analog formatta elektriksel çıkış sinyaliüretirler. Analog çıkışlılarda, çıkış büyüklüğü gerilim ya da akımdır. Gerilim çıkışı genellikle 0-5V aralığında oldukça yaygın kullanılmaktadır. Ancak 4-20mA akım çıkışı da artık endüstridestandart haline gelmiştir. Bazı durumlarda 0-20mA akım çevrimi kullanılmaktadır Ancakendüstride çoğu zaman hatlarda meydana gelen bozulma kopma gibi durumlarda sistemin budurumu kolay algılaması ve veri iletişiminin sağlıklı yapılabilmesi için 4-20mA daha yaygınkullanılır. Çok eski algılayıcılar 10-50 mA akım çıkışlarına sahiptirler. Endüstride en yaygınkullanılan 4-20 mA çevrim tipinin kullanımı bazı özel durumlar gerektirmektedir. Bu noktalar;



6

Algılayıcıların yerleştirildiği uzak noktalarda elektrik besleme geriliminin olmamasıgereklidir.

Algılayıcılar gerilim sinyalinin sınırlı olabileceği durumlarda tehlikeli uygulamalardakullanılmalıdır!

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.

2.4 Algılama Şekillerine Göre

2.4.1 Temaslı Algılayıcılar Sensörün algıladığı cisme temas etmesi ile gerçekleşen değişimin algılanmasıdır.

Temas eylemi genelde mekaniktir.

2.4.2 Temassız Algılayıcılar

Ayrık konum büyüklükleri için kullanılan, ya kısaca ifade etmek gerekirse, bir nesneninbelirlenen bir konumda bulunup, bulunmadığını saptayan algılayıcılardır. Bu algılayıcılar

temassız algılayıcı adı altında gösterilmektedir. Nesnenin konumunu belirleyen ya dabelirleyemeyen 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 mekanikkonum anahtarları kullanılır. Bu anahtarların diğer gösterim şekilleri mikro anahtar, sınır anahtarı ya da limit valfidir. Burada hareket temas edilerek algılanır ve daha öncedentasarlanan 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).

Bu sebeplerden dolayı, temassız algılayıcılar endüstrinin birçok kolundakullanılmaktadır. Temassız algılayıcılar teknik birimlerin çalışmalarının kontrol edilmesinisağlar. Bu yüzden de prosesin çalışma kontrolünün ve güvenliğinin sağlanması amacı ilekullanılır. Böylece üretim sırasında ortaya çıkan arızalar önceden, hızlı ve güvenli bir şekildesaptanır. İnsan ve makinenin başına gelebilecek zararların önlenmesi, önemli bir görüşnoktasıdır. Makinelerin durma süre ve sayılarının azaltılması, arızaları hızlı bir şekildesaptayan ve bildiren algılayıcıları kullanılması ile mümkündür.

Temassız çalışan çeşitli konum algılayıcıların ayırımı, fiziksel özelliklerine ve çalışmaşekillerine göre şekil 2.1’de yapılmıştır. Her algılayıcı çeşidinin ikili ve Analog tipi vardır.

Şekil 2.1’de sadece ikili tasarım şekillerine değinilmiştir.



7

Şekil 2.1 Algılayıcı Çeşitleri

(LWL= Fiber optik kablo)



8

Madde II. TEMASLI ALGILAYICILAR

1. MEKANİK KONUM ANAHTARLARI (TOUCH (DOKUNMA)SENSÖRLERİ, LIMIT SWITCH)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.

Touch sensörler robot cisme temas ettiği zamansensörün bağlı olduğu devreyi açar ya da kapatır (dıştangelen bir kuvvetin etkisi ile elektrik kontağı kurulur ya dakesilir). Açma ve kapama sinyalleri lojik 0 ve lojik 1 değerleriile mikrodenetleyiciye gönderilir ve böylece robot programınagöre bu değerleri işleyerek yapılması gereken işlemleriyerine getirir. (motor çıkış sinyalleri gönderme, led yakma,buzzer çalıştırma ... vb.)

Alttaki resimde bir touch sensörün limit switch olarak kullanıldığı bir düzenek örneğigösterilmiştir. Bu düzenekte motorun dönüş miktarı bir touch sensör kullanılaraksınırlandırılmıştır. Motora bağlı olan parça gerekli dönüş miktarı tamamlandığında touchsensöre temas ederek anahtarlama yapar ve motorun durması sağlanır.

Elektrik kontağının ömrü yaklaşık10 milyon anahtarlama çevrimidir.Kontağın yapısına göre yüksek elektrik

gerilimlerini ve akımlarını iletmekmümkün olur. Kontak aralığı dendiğizaman, farklı kutupların açık ikikontağını ayıran aralık kastedilir. Mikrosınır anahtarlarının tersindirme süreleri1 - 15 ms aralığındadır. Özellikle sayımolaylarında, anahtarlama çevrimisırasında kontak dillerinde meydanagelebilecek tepe gerilimlerine dikkatedilmelidir.



9

1.1 Teknik özellikler 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

Bir mikro sınır anahtarını oluşturan en önemli elemanlar kontaklardır. Kullanılan kontakmalzemeleri şunlardır: altın-nikel, toz altın, gümüş, gümüş-kadmiyumoksit, gümüş-paladyumve gümüş-nikel. Kontak malzemelerinin doğru ve uygun biçimde seçilmesiyle, sınır anahtarlarıiçin bütün kullanım alanlarında sağlıklı çalışma koşulları elde edilir.

Tablo 4 Bir mikroanahtar örneğindeki teknik özellik ler

Kontak Gücü (Direnç Yükü) 24V= , 6A250V ~ , 6A

Anahtarlama Noktası Doğruluğu 0,01 mm – 0,1 mm(hassas anahtar, 0,001 mm’ ye kadar)

Anahtarlama Frekansları 60 …. 400 anahtarlama / dakika

Çalışma Ömrü 10 milyon anahtarlama çevrimi Koruma Sınıfı (DIN40050) IP00’ dan IP67’ ye kadar

1.2 Kullanım Bilgileri Sınır anahtarlarında hassas mekanik elemanlar kullanıldığı için sınır anahtarını monte

ederken şunlara dikkat edilmelidir: Montaj doğru bir şekilde yapılmalıdır (anahtar kumanda elemanı ve nesne arasında

uygun ve doğru bir mesafe bulunmalıdır) Sınır anahtarı monte edilecek yere rijit olarak bağlanmalıdır Kumanda yönü doğru olarak saptanmalıdır (yandan ya da önden) Elektrik bağlantıları çok itinalı bir şekilde hazırlanmalıdır. Sıkıştırma ya da vida

bağlantılarında, bağlantıların, izole edilmemesi gerekir. Kablolar lehimlendiği zaman, lehimleme esnasında sınır anahtarının yuvasında

meydana gelebilecek termik problemlere dikkat edilmelidir, ekli değişen bir yuva sınır anahtarının hatalı çalışmasına sebep olabilir.

Sınır anahtarına bağlanan kablolar herhangi bir gerilime ya da çekmeye maruzkalmamalıdır. Sınır anahtarı, hareketi esnasında (normal kullanımda) son konum durdurucusu olarak

kullanılmamalıdır.

Birçok kullanımda sınır anahtarlarının temaslı çalışması, kontaklarda meydana gelentepe gerilimleri ya da aşınması gibi dezavantajları göz önüne alınmaz. Bu tip durumlarda sınır anahtarlarının fiyatlarının uygun olması önemli bir avantaj sağlar.

Mekanik sınır anahtarlarının tipik kullanım yerlerine örnek olarak, elektromanyetikalanların etkisiyle oluşan güçlü çevresel yüklerin hakim olduğu alanlar verilebilir. Bu duruma

örnek olarak kaynak bölümlerine yakın olan yerler gösterilebilir. Bu tip yerlerde elektroniktemassız algılayıcılar kullanılmaz. Örneğin 0,001 mm gibi çok yüksek anahtarlama noktasıdoğruluğu olan hassas basmalı düğmeler mevcuttur. Bu düğmeler hassas konumlama göreviniyerine getirir.



10

Mekanik-elektrik konum anahtarlarından çok yüksek bir akım geçebildiğinden, geçenakım sınırlandırılmalıdır. Akım sınırlandırmadığı takdirde, anahtarın açılması ya da kapanmasısırasında deşarj oluşmasına ve bununla beraber kontakların yanmasına sebep olabilir. Buyüzden devreye bir direnç bağlanmalıdır. Bu direnç akımı sınırlandırarak kontakların ömrünüuzatır.

İndüktif yüklerin bağlanmasında, anahtarlama anında çok yüksek bir gerilim tepe değerioluşur. Bu sebepten dolayı konum anahtarına bir koruma devresi bağlanmalıdır. Korumadevresi ya bir RC-elemanından ya da buna benzer bir diyottan, özellikle varistörden oluşabilir (devre planına bakınız). Bu elemanların elektriksel büyüklükleri çıkış tarafına bağlanan işelemanlarına (örneğin röle, kontaktör, vb.) bağlıdır. Bir röle veya kontaktör bağlandığı zaman,anahtarın ve röle ya da kontaktörün teknik verilerine kesinlikle dikkat edilmelidir. Bir röle ya dakontaktörün çekme kuvveti, tutma kuvvetinin yaklaşık 8-10 katıdır. Bu yüzden tutma anındansonra sabit kalmalarının sağlanması önemlidir.

Şekil 1.1 Koruma devresi

Şekil 1.2 Fren lambası kontağı



11

2. BASINÇ SENSÖRLERİ Her türlü fiziki kuvvet ve basınç değişimini algılayan ve bu değişimi elektriksel sinyale

çeviren elemanlara basınç sensörü denir. Burada 4 tanesinden bahsedilecektir.Yandaki şema bir basınç

sensörünün çalışma mantığınıbasitçe açıklamaktadır. Basınç

sensörleri robotun bir yereçarpması ya da teması durumundadoğan basıncın ölçülmesini sağlar.Robot kol uygulamaları gibiprojelerde basınç sensörleri robotkol ile tutulan cisme uygulananbasıncın kontrol edilmesi içinkullanılabilir.

Basınç sensörleri basıncıelektriksel sinyallere çeviren bir

devre ile kullanılır. Bu basınçsensörü 1-30 k.ohm arasındadeğişebilen direnç değerlerininölçülebildiği bir değişken (variable) direnç gibi düşünülebilir. Basınç sensörünü kullanmak içinyapılan devreye basınç sensörüne seri olacak şekilde bir başka direnç bağlanır ve elde edi lendeğerlerin LM339 kullanılarak karşılaştırılması sonucunda LM339' dan basınç miktarına bağlıolarak değişen gerilimlerde çıkışlar alınır.

2.1 Kapasitif Basınç Ölçme Sensörleri Kondansatörler yapıları gereği elektrik yükü depolayabilir. Kondansatörlerin yük

depolayabilme kapasiteleri ise kondansatör plakalarının boyutlarına, bu plakalar arasındakimesafenin uzaklığına ve iki plaka arasındaki yalıtkan malzemenin özelliğine bağlıdır. Sonuçolarak kondansatör plakaları birbirinden uzaklaştırılırsa ya da esnetilirse veya iki plakaarasındaki dielektrik malzeme hareket ettirilirse, kondansatörün kapasitesi değişir.Kondansatörün kapasitesi ile beraber alternatif akıma gösterdiği direnç de değişir. İşte buprensipten hareketle kapasitif basınç sensörleri üretilmiştir.

Şekil a’da esnek plakalı bir kapasitif sensör gösterilmiştir. Plakanın biri sabit diğeriesnektir. Esnek plakaya bir basınç uygulandığında basınçla orantılı olarak kondansatörünkapasitesi ve kapasitif reaktansı (kondansatörün AA’a karşı direnci) değişecektir. Bu dirençdeğişimi ile orantılı olarak basınç büyüklüğünü tespit edebiliriz.

Şekil 2.1 Kapasitif basınç ölçme sensörleri

Diğer şekillerde de kondansatör plakalarının uzaklaşıp yaklaşması gösterilmiştir. Azönce bahsettiğimiz gibi plakalar ın uzaklığı da kondansatörün AA direncini değiştirdiğinden bu

direnç değişimi ile hareketin miktar ını bulabiliriz.

Kapasitif prensiple çalışan sensörler basınç sensörü olarak kullanıld ığı gibi yaklaşım ve pozisyonsensörü olarak da kullanılmaktad ır.

http://www.robotiksistem.com/robot_kol_projesi.html





12

2.2 Load Cell (Yük Hücresi) Basınç Sensörleri

Şekil 2.2 Load cell’in iç yapısı

Yük hücresi (load cell) daha çok elektronik terazilerin yapımında kullanılan basınçsensörüdür. Asıl çalışma prensibi strain gage gibidir. Yukarıda 4 noktadan ölçme yapan bir yükhücresi 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.

Şekil 2.3 Load cell örnekleri

2.3 Piezoelektrik Basınç Ölçme Sensörleri Basıncın elektrik akımına dönüştürülme yollarından biri de piezoelektrik olayıdır.

Piezoelektrik özellikli algılayıcılarda kuartz (quartz), roşel (rochelle) tuzu, baryum, turmalin gibikristal 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 ölçmedeyaygın olarak kullanılır.

Şekil 2.4 Piezoelektrik basınç sensörleri



13

Piezoelektrik basınç algılayıcıları ile iç basınç, darbe, balistik ölçümler, patlama, içtenyanmalı motorlarda, şok ve patlama dalgaları, yüksek şiddetli ses ve diğer akustik ve hidrolikprosesler gibi 0,001 psi'den 100 psi'ye kadar dinamik basınç ölçümleri yapılabilir.

Piezoelektronik Basınç Algılayıcılarının bazı Karakteristikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir. Diyaframlar yüksek frekanslı ve rezonant olmayan darbe ve patlama dalgalarının

cevaplarını yüksek doğruluk ile ölçer. ICP basınç Algılayıcıları kirli ortamlarda, sualtında, uzun standart koaksiyel kablolar yolu

ile herhangi bir sinyal kaybına uğramadan ve parazit almadan sinyal gönderebilirler. Kuvarz basınç Algılayıcılarının dinamik çalışma aralığı çok geniştir. Bir piezoelektrik

kuvarz algılayıcının ölçme aralığına ulaşması için dar bantlı birçok gerilme ya dapiezodirençli tip algılayıcı gerekecektir.

Çalışma sıcaklıkları yaklaşık -240 °C' dan 300 °C' a kadar geniş bir aralıktadır. Dayanıklı ve rijit konstrüksiyonu sayesinde, şiddeti yerçekimi ivmesinin on binlerce

katına ulaşan şok darbelerine ve titreşimlere dayanabilir. Metrik ya da İngiliz ölçme sistemine göre konfigürasyon yapılabilir.

2.4 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 dolayıtabakanın esnemesi ile birlikte iletken şeridin de gerilerek uzamasına sebep olacaktır.Buuzama esnasında telin boyu uzayarak kesiti azalacaktır. Bilindiği gibi iletkenlerin kesitiazaldıkça dirençleri artacağından uygulanan kuvvete bağlı olarak iletkenin direncinde değişmeolacaktır. Bu direnç değişimine bağlı olarak uygulanan kuvvetin miktarını tespit edilebilir.

Şekil 2.5 Çeşitli strain gage tipleri

Şekil 2.6 Strain gagenin iç yapısı



14

Şekil 2.7 Bisikletin sağlamlık testinde kullanılan strain gage

Şekil 2.8 Pervane esnemesinin algılanmasında kullanılan strain gageler



15

2.5 Basınç Sensörlerinin Endüstriyel Kullanımı Basınç sensörleri için, farklı pazarlarda değişik önemler taşıyan pek çok uygulama

vardır. Şekilde kimya endüstrisiyle ilgili bir kullanım görülmektedir.

Şekil 2.9 Mutlak Basınç

Şekil 2.10 Seviye ölçümü

Şekil 2.11 Akış Ölçümü

Örnekler çoğaltılabilir. Bir dizi sensör ve ölçüm aleti fonksiyonları dışında pek çok farklıuygulamada kullanılabilir. Aşağıda, var olan sensör tipleri ve tipik uygulamalarla ilgili bir diyagram bulunmaktadır.

Yapılan çalışmalar, basınç sensörlerinin sensör teknolojisinin en önemli alanı olduğunugöstermektedir.



16

Günümüzde hala mekanik ürünler kullanılmaktadır. Örneğin BASF yılda 20.000manometre 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 bazıparçalarında mekanik deformasyona yol açmaktadır. Değerlendirme ve sinyalkoşullaması elektronik olarak yapılmaktadır.

2. Basınç sensörleri için anahtarlama noktasının ayarlanabilmesinin yanında o andakiakımın da görüntülenmesi istenir. Bu halde ikili sensör yerine bir ölçüm aleti kullanılır .

Bu uygulama çeşitleri göz önüne alınırsa, en baştan itibaren tümünün sensörlerle değiştirilmesimümkün değildir. Detaylı bir pazar araştırmasından sonra ifm öncelikle hidroliklerdekullanılmak üzere bir sensör tasarlamaya karar vermiştir .

2.5.1 Dinamik Basınç Algılayıcılarının Tipik Uygulama Alanları

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



17

Gaz ve buhar türbinleri

2.5.1.1 Genel Amaçlı Kuvarz Basınç Algılayıcıları (General Purpose Quartz PressureSensors)

Bu algılayıcılar ile sıkıştırma, yanma, patlama, darbe, kavitasyon, pnömatik ve hidrolikbasınçların ölçülmesi mümkündür.

Endüstriyel pompa basıncı izlenmesi Hidrolik ve pnömatik basınç hattı izlenmesi Akış kaynaklı titreşimler Darbeler, dalgalanmalar, su darbesi, kavitasyon

2.5.1.2 Yüksek Hassasiyetli Basınç Algılayıcıları (High Sensitivity Pressure Sensors)

Bu bölümdeki tüm algılayıcılar, akustik, türbülans ve yüksek yoğunluklu ölçmeler içinmikrofonlar ve basınç algılayıcılar. titreşim hassasiyetini azaltmak üzere ivme kompensasyonuelemanları ile donatılmıştır.

Akustik Türbülans, Yüksek şiddetli ses, Uçuş testleri, Valf dinamiği

2.5.1.3 Yüksek Frekans Şok/Dalga/Patlama Basınç Algılayıcıları (High Frequency Shock

Wave/Blast/Explosion Pressure Sense)Bu tip basınç Algılayıcıları seramik ya da turmalin duyaç elemanlara sahip çok yüksekfrekansları ölçmek için tasarlanmaktadır. şok dalgaları, yanma, patlama ölçümleri; yörünge hızıtespiti, açık alan ve sualtı patlatma testleri tipik kullanım alanlarıdır.Tüm bu uygulamalar yüksek frekans cevabı ve dayanıklılık gerektirmektedir.

2.5.1.4 Balistik Basınç Algılayıcıları (Ballistic Pressure Sensors)

Bu algılayıcılar cephane ve silah testlerinde, patlayıcı testlerinde, silahlardaki geri tepmeninölçüldüğü testlerde ve çok yüksek frekanslı patlamaların testinde kullanılan çok dayanıklıbasınç ölçerlerdir.

2.5.1.5 İçten Yanmalı Motorlar İçin Basınç Algılayıcıları (Engine combustion PressureSensors)

Bu tip basınç Algılayıcıları ile motordaki yanma olayının inceleyenmesi mümkündür Yanmasürecinin izlenmesi, sıkışma, vuruntunun izlenmesi, termodinamik analizler ve tepe basıncınınizlenmesi tipik uygulama alanlarıdır.

2.5.1.6 Yüksek Sıcaklık ve Çok Düşük Sıcaklık Basınç Algılayıcıları (High Temperatureand Cryogenic Pressure Sensors)

Bu tip basınç Algılayıcıları reaktörlerdeki, kompresörlerdeki, motorlardaki, türbinlerdeki, ısıdeğiştiricilerindeki, buhar borularındaki ve yanma odalarındaki dinamik basınçları ölçmektedir.Çok düşük sıcaklık (cryogenic) basınç Algılayıcılarının rijid yapıları şoklara ve aşırı

yüklenmelere karşı dayanıklıdır. İçerdiği özel düşük sıcaklık mikroelektron ik elemanlar ile gazve akışkan dinamiğinde, akışkan dengesizliklerinin ölçülmesinde, darbelerin ve akış kaynaklıgürültülerin izlenmesinde kullanılmaktadır.

2.5.1.7 Minyatür Basınç Algılayıcıları (Miniature Pressure Sensors)

Bu alt gruptaki algılayıcılar sınırlı monte alanının olduğu ya da diyafram çapının kritik olduğuuygulamalarda kullanılmaktadır. Isıl dengenin olduğu akışkan dinamiği uygulamalarındakullanılırlar.

2.5.1.8 Roket Motoru Basınç Algılayıcıları (Rocket Motor Pressure Sensors)

Bu algılayıcılar roket motorunun çıkışındaki ısıl akış kaynaklı dinamik basınçların ölçülmesiamacı ile özel olarak üretilmiştir. Soğuk helyum gazı akışı kullanılarak algılayıcısoğutulmaktadır. Bu şekilde tasarlanan bu algılayıcı çıkışındaki yüksek sıcaklığadayanabilmektedir.



18

2.5.2 Basınç nedir?

Fiziksel tanım: Genel tanımı “alan başına düşen kuvvet” tir.

(1)

P =F

A

P [Pa] : basınç F [N] : kuvvet A [m²] : alan

F ‘ nin yönü vardır (kuvvet bir vektördür). Basıncın ise yönü yoktur, skaler büyüklüktür.

Bu sonuç, basınç sensörü uygulamaları için önemlidir: Basınç sensörünün montaj pozisyonubile önemli değildir. Sensörün, basıncı tespit etmek için konteynerin dibine yüzü yukarı dönükyerleştirilmesi şart değildir (Şekil 3.4). Bir başka önemli nokta ise toplam basınçtır; örneğin açıkkonteynerin dibinde bulunan komponentler, yerçekimi ve hava basıncı toplanarak kolaycabulunabilir.

F vektörken P değildir ve hesaplar için bir formül olmalıdır.

(2)

F =

P A

P [Pa] : basınç F [N] : kuvvet A [m²] : alan

Alan bir vektör olarak tanımlanmıştır. Alan vektörü alana diktir. (2) denklemi düz yüzeyler vesabit basınçlar içindir. (“küçük” sensörler için sorun değildir.)

Şekil 2.12 Konteynerdeki basınç çeperlere dik bir kuvvet uygular.

Bu basit bilgi basıncın nasıl ölçüldüğünü gösterir. Ortama koyulacak bir sensörle ölçümyapılabilir. Eğer bu kuvvet mekanik deformasyona sebep oluyorsa basınç lineer olarakölçülebilir. Elektronik ürünlerde uzunluktaki değişim elektrik sinyallerine dönüştürülebilir.

Basınç kuvvet mekanik deformasyon uzunluktaki değişim

Piston basit bir ölçüm aleti olabilir. Bir tarafta ölçülecek basınç, diğer tarafta da bir yay. Yay

basınca göre az veya çok sıkışır. Basınç yayın boyuna göre ölçülür. Hidroliklerde sistembasıncının görüntülenmesi için kullanılan mekanik piston basınç switchleri bu prensibe göreçalışır.





20

Örnek:

70 kg ’ lık bir cismin 1 cm² ‘ lik alanda oluşturduğu basınç ne kadardır?

(1) denklemine göre:

Bar Pam

kg

s

m

P 70106710

7010

24

2

(NOT: Kuvvet (ağırlık) de yerçekimine göre “kütle * yerçekimi ivmesi” dir. Bu ve bundan sonraki

örneklerde yerçekimi ivmesi yuvarlatılmış, 281,9 s

m değil, 210 s

m olarak alınmıştır. )

Bazen farklı birimler de gerekebilir.

At atm mWS mmHg Torr psi Pa hPa

980,7 1013,3 98,07 1,333 1,333 0,689 10-² 1 mbar

Kısaltmalar:

At : Teknik atmosfer

atm : Fiziksel atmosfer

mWS : Metre su yüksekliği mmHg : Milimetre civa

psi : İnç kareye düşen pound (Resmi dili İngilizce olan ülkeler tarafından kullanılır.)

Eskiden kullanılan birimler, at veya atm, atmosfer basıncına dayanıyordu. (atü de atmosferin

üstündeki basınçtı). Pek çok teknik uygulamada basıncı atmosfer basıncı olarak almak iyidir.

1 at = 0 atü

0.9 at = - 0.1 atü

1 at = 980,7 mbar

mWs ve mmHg birimleri ise kullanılan ölçüm aletlerinden elde edilmiştir. Eğer bir ucu kapalı bir ucu açık ve içi su dolu U şekilli bir tüp kullanılıyorsa, açık uçtan hava basıncı uygulanıyorsakollardaki seviye farkı ölçülen hava basıncını mWs biriminde verir. Bu tür ölçüm aletlerigenelde düşük basınç tespitleri için kullanılırdı.

Şekil 2.15



21

Eğer tüp cıvayla doluysa ve bir ucu kapalıysa vakum elde ederiz (cıvanın buhar basıncı hariç).Tüpün diğer ucu açıksa, kollardaki seviye farkı atmosfer basıncını mmHg biriminde verir. Butür cıva barometreleri hala bulunmaktadır. Hassas ölçüler için kullanılırlar. Endüstriyeluygulamalar için zehirli cıva büyük bir sorundur. Sağlık alanında, kan basıncını ölçmek içincıva manometreleri hala kullanılmaktadır.

Şekil 2.16

2.5.4 Basınç tipleri Yukarıdaki örnekler gösteriyor ki; basınç ölçümü genelde bağıl basıncın ölçülmesi demektir.

Ölçüm aleti Şekil 2.16’ da gösterilen suyla dolu U-şekilli tüp gibi diferansiyel bir basınç alır .Basınçlar p1 ve p2 olarak adlandırılabilir.

p1 ve p2 herhangi bir değere sahip p2 sabit referans basıncı Ayrım:

İki yönlü diferansiyel basınç (ayrıca Vented Gauge (oluklu ölçü, VG)

özel durum: p2 = hava basıncı

Ayrımlar:

bağıl basınç aşırı basınç(pozitif veya negatif)

Ayrım:

tek yönlü diferansiyel basınç (ayrıca Sealed Gauge (mühürlü ölçü, SG)

özel durum: p2 = 0 (vakum)

Ayrımlar:

Mutlak basınç

Basınç altı terimi kullanılmaz. Elektriksel basınç göstergeleri için olan DIN 10 086 standardıbunu “negatif aşırı basınç” olarak belirtir.



22

2.5.5 Kanunlar

2.5.5.1 Karakteristik özellikler

Basınç sıvı ve gazlar için tanımlanan fiziksel bir büyüklüktür. Sıvı ve gazların aralarındaki farkşu karakteristiğe bağlıdır:

2.5.5.1.1 Sıkışabilen

Hacim ve yoğunluk basınca bağlıdır. Gazlar için bu önemlidir. Aşağıdaki kanunlardaaralarındaki ilişki karışıklaşacağı için bu hesaba katılmayacaktır.

2.5.5.1.2 Sıkışmayan

Su veya hidrolik yağ gibi sıvılar hemen hemen hiç sıkışmazlar, hacim basınca bağlı değildir.Bunu belirlemek için hidrostatikte olduğu gibi “hidro” öneki kullanılır.

2.5.5.2 Ayrımlar

Aşağıdaki birkaç terimin kullanıldığı bazı olaylar diğerlerinden ayrılır :

2.5.5.2.1 Statik

Bu terim, kuvvetlerin dengede olduğu, hiçbir hareketin olmadığı özel bir durumu anlatır. Budemektir ki; basınç farkı oluşmadığı gibi akış bile yoktur.

Akışın olduğu bir ortam için şunlar önemlidir:

2.5.5.2.2 Durağan akış

Eğer ortamda üniform bir akış varsa, yani akış hızı her zaman için sabitse bu akışa durağanakış denir . Bu demek değildir ki akış her noktada aynı hızdadır. Durağan akış halinde, örneğinbir tüpte, merkezdeki hız duvarlardakinden daha fazla olacaktır.

Durağan olmayan durumlarda ise örneğin bir girdap oluşumunda veya bir valfin açılmasındansonra olan proseste, hesap yapmak oldukça zordur ve burada konu edilmeyecektir.

2.5.5.2.3 Laminer akış

Bu terim girdaplı olmayan akışları ifade eder. Bu akış, birbirinden farklı hızlarda akan vebirbirlerini geçen ince tabakalar olarak düşünülebilir.

2.5.5.2.4 Sürtünme

İç çeperlerdeki sürtünmeyle, partiküllerin birbirleriyle aralarında olan sürtünme farklıdır .Laminer akışta bu, ince tabakaların birbirleriyle sürtünmesidir. Bunun için geçerli parametreortamın viskozitesidir.

Sürtünme kuvvetlerinin akışa etkisinin ölçülmesi de kolay değildir ve şu parametrelere dayanır:

Duvarın sertliği Akış hızı Hız profili

Yoğunluk

Viskozite

Viskozitenin de sürtünmeye etkisi vardır ve sıcaklığa bağlıdır.



23

3. DENGE VE EĞİM SENSÖRLERİ (CIVALI SENSÖRLER)

Bazı otomasyon sistemlerinde ya da robot projelerinde eğimin algılanması gerekebilir.Bu durumlarda eğimi algılayabilmek için içlerinde civa damlacığı ya da metal bilye bulunaneğim sensörleri kullanılır. Bu sensörler bulundukları konuma göre içlerindeki civa damlacığınınya da metal bilyenin sensör içerisindeki anahtarları açması ya da kapamasıyla çalışır. Buçalışma şekli şemada basitçe gösterilmiştir.

Şekil 3.1 Civalı sensörler



24

Madde III. TEMASSIZ ALGILAYICILAR

1. TERMAL SENSÖRLER (ISI SENSÖRLERİ) 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 değişenelektronik 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 azalanelemana da NTC denir.

Sıcaklık en sık ölçülen çevresel değerdir. Çünkü fiziksel, elektronik, kimyasal, mekanikve biyolojik tüm sistemler sıcaklıktan etkilenir. Bu nedenle kontrol sistemlerinde sıcaklığınölçülmesi ve belli değerlerde tutulması önemlidir. En çok kullanılan sıcaklık sensörleri:dirençsel sıcaklık sensörleri (RTD- Resistance Temperature Detector), ısıl çiftler (termokupl -

thermocouple), termistörler (NTC) ve entegre devre sıcaklık sensörleridir (IC - LM35, LM134,LM56, LM75... vb.).

1.1 Dirençsel sıcaklık sensörleri (RTD) Bir metalin direncinin sıcaklık ile artması dirençsel sıcaklık sensörü RTD lerin temelidir.

Metal iletkenlerden yapılmış olan elemanların dirençleri sıcaklık ile doğru orantılıdır. (PTC). Alaşım ve yarıiletkenlerde ise durum farklıdır. Pek çok yarıiletkenin direnci sıcaklık ile tersorantılıdır. RTD lerin dirençleri ne kadar yüksekse sistemdeki hata payı da o kadar düşükolacaktır. Demir, platin, nikel, 0.7 nikel-0.3 demir ve bakır gibi maddeler RTD imalatında en çokkullanılan maddelerdir. Bu malzemeler içerisinde en doğrusal sonuçları veren ve en ideal olanı

platindir. RTD’ler hassas sıcaklık algılayıcılardır. Hassaslık, uzun süreli elektriksel dirençkararlılığı, eleman doğrusallığı ve tekrarlanabilirliği gibi özellikler isteyen uygulamalardakullanılırlar. Çok geniş bir sıcakılık aralığında ölçüm alabilirler (Bazı platin algılayıcılar -164 C ;+650 C arasında çalışabilir).

RTD'lerde bulunan algılama elemanı genellikle bir platin tel sargısı veya seramiğeuygulanmış ince bir metalik tabakadır. Platin RTD'lerin direnç değerleri, tel sarımlı laboratuar RTD'lerinde 10 ohm'dan, ince plakalı RTD'lerde birkaç bin ohm'a kadar değişmektedir. En çokbilinen değer 0°C'ta 100 ohm'dur (PT100). RTD'ler 0 °C'taki direnç değerleri ve kullanılanelemente göre adlandırılmıştır. (PT100, PT1000...).

RTD kendinden beslemeli bir aygıt değildir ve RTD üzerinden geçen akım da ısınmayayol açacağından sistemde hatalara neden olabilir. Bu hataları en aza indirgenmesi ve doğruölçümün yapılabilmesi için mümkün olan en küçük uyarma akımı kullanılmalıdır.

Günümüzde 0.0025 C kararlılığa sahip hassas termometre üretilebilmektedir.Endüstriyel modeller yılda (<0.1 C) civarında kayma gösterebilirler. Platin ve bakır elemanlarasahip RTD'ler T/Clara ve pekçok termistöre göre daha doğrusal bir davranış gösterirler.T/C'dan farklı olarak bir RTD cihaz bağlantıları için bakır kullanır ve dolayısıyla "cold junctioncompensation" gerektirmez. Bu da sistem maliyetinin düşmesini sağlar. RTD nin dezavantajlarıise, daha yavaş tepki, şok ve vibrasyona duyarlılık, sıcaklık değişimlerinde küçük dirençdeğişimi (düşük duyarlılık), ve düşük taban direncidir. Bu sorunu üstesinden gelebilmek için 3

veya 4-kablolu devreler kullanılır. Bu yöntem sıcaklığa bağlı direnç değişimlerini ölçmede bir çeşit köprü devresi etkisi yaratır. Tel uzunluğuna bağlı hatalar da en aza indirilir; çünük dirençdeğişimi RTD algılama noktasında oluşur. Ölçümün hassaslığı öncelikle kontrol veya ölçüm



25

cihazındaki sinyal koşullama devresine bağlıdır. Nokta ölçümler genel olarak rağbet görse dehatalara sebep olmaktadır. RTD'ler geniş bir alana yayılarak pekçok noktadan ölçüm alabilirler ve bunların ortalamasını vererek dah az hatalı sonuçlar eldesini sağlarlar. T/C'larla bununuygulanması pek mümkün değildir. RTD üzerindeki gerilim düşüşü T/C çıktısından çok dahakuvvetli bir işaret üretir.

1.1.1 PTC (Positive Temperature Coefficient)

Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci artandevre elemanıdır.

PTC’ler 60 ºC ile +150 ºC arasındaki sıcaklıklar da kararlı bir şekilde çalışır. Daha çokelektrik motorlarını fazla ısınmaya karşı korumak için tasarlanan devrelerde kullanılır. Ayrıca ısıseviyesini belirli bir değer aralığında tutulması gereken tüm işlemlerde kullanılabilir.

1.1.2 NTC (Negative Temperature Coefficient)

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. Dahaçok elektronik termometrelerde, arabaların radyatörlerin de, amplifikatörlerin çıkış güçkatlarında, ısı denetimli havyalarda kullanılırlar.

1.2 Termistörler Termistörler , RTD ler gibi termistörler de sıcaklığa duyarlı

dirençlerdir ancak RTD lerden daha yüksek dirence sahiptirler ve bu daonları daha hassas yapan bir özelliktir. Çünkü yüksek dirençlerindendolayı bağlantı uçlarının dirençlerinden kaynaklanan ölçüm hatasıRTD'lerinkinden çok daha küçük olur. Sonuç olarak termistörler RTD ler ileölçülemeyecek küçük sıcaklık değişimlerini ölçmek için kullanılabilir.

Termistörler yarı iletken maddelerden yapılıdırlar ve yarıiletken maddelerin dirençlerisıcaklık ile ters orantılıdır (NTC).

Termistörlerin sıcaklık değişimlerine cevap verme hızı RTD lerden daha fazladır.Fiziksel boyutları küçüktür. Nokta tipi algılayıcılar için boyutları bir iğne ucu kadar olabilir.Termistörler kullanıldıkça daha kararlı hale gelirler. Termistörün derecesine ve fiyatına bağlıolarak performansı düşük doğruluktan kaliteli RTD'lerle boy ölçüşebilecek yüksek doğruluğakadar değişebilir. Termistörler bir işlem değişkeninin yarım veya bir dereceye kadar olan

sıcaklık aralığındaki kontrolüne olanak tanırlar. Pekçok termistör RTD'lerden daha ucudur;ancak koruyucu kılıflarla bu fiyat aralığı daralır. Termistörlerin ana direnci binlerce ohm olabilir.Bu da aynı ölçüm akımı ile RTD'lerden daha büyük bir gerilim değişikliği sağlar; ve kablodirenci problemlerini ortadan kaldırır. Termistörlerle çalışırken akıma dikkat edilmelidir çünkütermistörler sıcaklığa RTD'lerden daha duyarlıdırlar. Yeni termistörlerden bazıları bunuengellemek için farklı bazı düzeneklere sahiptirler ancak fiyatları da ona göre yüksektir.

Bu avantajlarının yanı sıra algılayıcının kırılgan yapısı, kullanım aralığının birkaç yüzderece ile sınırlı olması ve üst sınır sıcaklıklarına yakın sıcaklıklara uzun süre maruzkaldıklarında yeniden kalibrasyon gerektirmeleri (yüksek sıcaklıklarda dekalibrasyon) gibidezavantajları da vardır.

Termistörler birbirleriyle değiştirilebilirler ve ek bir devre eklenmediği sürece devreaçmalarına karşı bir güvenlik sağlayamazlar. Ayrıca termistörler RTD'ler ve thermocouple'larlaaynı seviyede endüstri standartlarına sahip değildirler.



26

1.3 Isıl Çiftler (thermocouple, termokupl ) Bütün iletkenler ısıtıldıklarında içlerinde bulunan elektronlarda bir hareketlenme

meydana gelir. Ancak bu hareketlenme çeşitli iletkenler arasında farklılık göstermektedir. Doğru alaşım seçimi ile ölçülebilir ve kestirilebilir bir sıcaklık–gerilim ilişkisi elde edilir. Bumaddenin ayırt edici özelliklerinden biridir. İletkenlerin bu farklarından yararlanarak sıcaklık

ölçümü yapılabilir . Thomas Seebeck tarafından 1821 yılında icat edilen ısıl çiftler (termokupl),iki farklı iletkenin birer uçları birbirine kaynak edilerek ya da sıkıca birbirine bağlanarak eldeedilir. Seebeck Etkisi olarak adlandırılan "Farklı iki iletken bir devre oluşturuyorsa ve devreniniki noktası arasında bir sıcaklık farkı var ise bu devreden bir akım geçer " prensibini kullanır.

Boşta kalan uçlarına hassas bir voltmetre bağlandığında, birleştirilen uç ısıtılırsa,sıcaklıkla orantılı olarak voltmetrede mV‘lar mertebesinde bir DA ger ilim elde edilir. Elde edilengerilimin değeri kullanılan metallerin sıcaklığa verdiği tepki ile orantılıdır. Resimde de görülenJ1 noktasına sıcak nokta ya da ölçüm eklemi, diğer noktaya ise soğuk nokta ya da referansnoktası denir.

Thermocouple'larla ilgili en sık yanlış anlaşılan konulardan biri de ger ilimin tam olaraknerede oluştuğudur. Çoğu kimse bu gerilimin iki metalin birleşim noktasında var olduğunudüşünür; ancak gerçekte çıkış gerilimi bimetal üzerinde uzunlamasına (sıcaklık değişimiyönünde) oluşur. Thermocouple ların ürettiği gerilim seçilen metallerin cihaz bağlantı

noktasında var olan termoelektrik enerjilerinin farkıdır. Bu kestirilebilir gerilim gerçek işlem(Proses) sıcaklığıyla ilişkilendirilebilir.Bu tip bir T/C de tel haline getirilmiş metal alaşımlar yalıtım malzemesiyle kaplanır; bu

malzeme thermocouple alaşımları arasında hem fiziksel hem de elektriksel yalıtım sağlar.Yalıtım malzemeleri 1260 C'a kadar olan sıcaklıklarda işlevlerini sürdürebilirler.Termocouple'lar kısa dönemli ölçümler için ekonomiktir.

Termokupllar -200 ºC ile +2300 ºC arasında çalışabildiklerinden endüstride en çok tercihedilen ısı kontrol elemanlarıdır. Genellikle endüstri tesislerindeki yüksek sıcaklıkta çalışankazanların ısı kontrolünde kullanılır. T/C lar özellikle minyatür algılayıcı tasarımları için deidealdir. Basit yapıları olumsuz ortam koşullarına (aşırı şok, vibrasyon gibi) dayanıklı olmalarını

sağlar. Thermocouple'lar sıcaklık değişimlerine ani değişiklik göstermek üzere küçükboyutlarda düzenlenebilirler. T/C'lar pekçok şekil ve boyutta olabilirler. Yalıtımlı en çokkullanılan tiptir.



27

Sıcaklık farkı, Seebeck etkisi adı verilen sıcaklık farkıyla orantılı bir elektromotor kuvvetioluşturur ve soğuk nokta uçlarında milivolt seviyesinde bir gerilime yol açar. Bu olay ısıl çiftlerinçalışma mantığıdır. Ayr ıca termokupullar gerilim ürettikleri için aktif transdüserlerdir. PTC veNTC ise pasif transdüserlerdir. Çıkış gerilimleri çok düşük olduğundan, daha çok çıkışına bir gerilim yükseltici bağlanarak kullanılır.

En çok kullanılan ısıl çift tipleri ise şöyledir:

Tip Malzemeler Normal Değer Aralığı J Demir-Konstantan -200 °C ile 1190 °C arası T Bakır -Konstantan -260 °C ile 390 °C arası K Kromel-Alumel -260 °C ile 1370 °C arası E Kromel-Konstantan -260 °C ile 990 °C arası S %90 Platin + %10 rodyum-platin -40 °C ile 1760 °C arası R %87 Platin + %13 rodyum-platin -40 °C ile 1760 °C arası B %70 Platin + %30 Rh-platin 0 °C ile 1810 °C arası N Nikrosil-Nisil -260 °C ile 1290 °C arası

Isıl çiftlerde en çok kullanılan alaşımlar; constantan (bakır -nikel),

chromel (nikel-krom),

alumel (nikel-alüminyum), nikrosil (nikel-krom-silisyum)

nisil (nikel-silisyum).

1.4 Entegre devre sıcaklık sensörleri Yarı iletken entegre devrelerin gelişmesi ile tümdevre sıcaklık sensörleri ortaya

çıkmıştır. Germanyum ve silisyum içerisine karıştırılan kristaller ile üretilen sıcaklık sensörlerikullanılmaktadır.

Germanyum kristal malzemelerin dirençleri sıcaklık ile tersorantılıdır. Silisyum kristal malzemelerin dirençleri ise sıcaklıkla doğruorantılıdır. Germanyum silisyum malzemelerin sıcaklık sensörüolarak çalışma mantığı; normal germanyum silisyum PN birleşmelidiyotlarda oluşan nötr bölgenin sıcaklık arttırılarak aşılması sonucubu bölgeden akım geçmesinin sağlanmasıdır. Sıcaklık arttıkça bubölgeden geçen akım da artar.

Bu ilkeye göre çalışan yarı iletken sıcaklık sensörleri ( LMXXX ) ; sıcaklığa bağlı gerilimüreten ve sıcaklığa bağlı akım üretenler olmak üzere iki tiptir. Sıcaklığa bağlı gerilim üretensensörler LM135 - LM235 - LM335 ( Kelvin ), LM35 - LM45 ( Celcius ), LM34 ( Fahrenheit )gibi sensörlerdir. Bu sensörler kırılma gerilimi sıcaklıkla orantılı olan bir zener diyot gibi çalışanmonolitik sıcaklık sensörleridir. Sıcaklığa bağlı akım üreten sensörler ise LM134 , LM234,LM334 sensörleridir. Bu sensörlerin akım çıkışları sıcaklık ile orantılıdır. Bu sensörlerinhassaslıkları bir dış direnç kullanımı ile ayarlanabilir. Hassasiyetleri 1 µA / °C ile 3 µA / °Carasında değişir



28

2. MANYETİK ALGILAYICILARBir tel bobin haline getirilip içinden akım geçirilirse, bu bobinin içinde ve çevresinde

manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan gözle görülmez. Ancak bu bobinin içerisindeki nüveninhareketi ve bobinin çevresinden yaklaştırılan metaller bobinin indüktansını değiştirir. İşte buprensipten hareketle manyetik sensörler geliştirilmiştir. Bu sensörler genellikle güvenlikgerektiren yerlerde kullanılır.

İçinden akım geçen bir bobinin çevresinde manyetik alan oluşur. Bu manyetik alanıniçine metal bir cisim girerse bu bobinin indüktansı değişir. Bu indüktans değişimi sensörüniçinde bulunan devrenin dengesini bozar. Sensörün içinde bulunan ölçüm yapan devresayesinde metalin yaklaştığını ve ne kadar yakın olduğunu tespit edebiliriz.

Şekil 2.1 İçinden bir akım geçen bobinin çevresinde manyetik alan oluşur.

Manyetik sensör ve transdüserler, günlük hayatta daha çok güvenlik gerektiren yerlerde

metallerin (silah, bıçak gibi) aranmasında, hazine arama dedektörlerinde kullanılır. Sanayideise kumanda ve kontrol sistemlerinde, tıp elektroniğinde, fabrikalarda, otomatik kumandakontrol uygulamalar ında, yer değişimlerinin hassas olarak ölçülmesinde kullanılır.

2.1 Reed – Temassız Algılayıcı lar

2.1.1 Çalışma şekliManyetik temassız algılayıcılar kalıcı mıknatısların ve elektromıknatısların oluşturdukları

manyetik alanlara etkirler.

Reed-anahtarlarında ferromanyetik malzemeden yapılan (Fe-Ni karışımı, Fe=demir,Ni=nikel) kontak dilleri eritilerek cam bir pistona bağlanır. Pistonun içinde reaksiyona girmeyenve yanmayan bir gaz (örneğin azot) bulunur.

Reed-temassız algılayıcının yakınına bir manyetik alan yaklaştığı zaman, kontak dillerimanyetiklenir. Manyetiklenen kontak dilleri birbirlerini çeker ve kontak kapanır.

Şekil 2.2 Reed kontak



29

2.1.2 Teknik özellikler Aşağıdaki tabloda önemli teknik özellikler Reed-kontaklı bir temassız algılayıcı örnek

alınarak gösterilmiştir.

Tablo 5 Reed-kontaklı temassız algılayıcıların teknik özellikleri

Reed – temassız algılayıcılarda, genellikle çalışma durumu göstergesi olarak kullanılanbir ışıklı diyot bulunur. Şekil 2.3'de iç ve dış devreler görülmektedir. Ön direnç ile bağlantılı olanışıklı diyot aynı zamanda indüktif yükler için kullanılan koruma devresinin fonksiyonlarını yerinegetirir.

Şekil 2.3 Işıklı diyot bulunduran bir Reed-temassız algılayıcının ilkesel devre şeması



30

Reed-temassız algılayıcılar, önlerinde kalıcı bir mıknatıs hareket ettiği zaman birçokanahtarlama aralığına sahip olur (Şekil 2.4). Anahtarlama ar alıklarının özellikleri mıknatısınkutup yönüne bağlıdır.

Şekil 2.4 Bir Reed-temassız algılayıcının cevap verme davranışı

2.1.3 Kullanım Bilgileri

Reed-kontaklı temassız algılayıcıların montajı sırasında anahtarın çevresinde bozucu etkiyapan, alan şiddeti 0,5 mT'dan (T = Tesla) büyük olan bir manyetik alan bulunmamalıdır.Eğer böyle bir manyetik alan mevcut ise, temassız algılayıcı itinalı bir şekilde korunmalıdır.

Reed-temassız algılayıcıların monte edildiği pnömatik silindirlerde, temassız algılayıcı ilesilindirin dış yüzü arasında minimum 60 mm'lik bir uzaklık bulunmalıdır. Daha küçükuzaklıklarda, anahtarlama noktalarında kaymalar meydana gelir.

Reed-temassız algılayıcılarda çok yüksek bir akım geçebildiğinden geçen akımsınırlandırılmalıdır. Akim, sınırlandırmadığı takdirde, anahtarın açılması ya da kapanmasısırasında deşarj oluşmasına ve bununla beraber kontakların yanmasına sebep olabilir. Buyüzden devreye bir direnç bağlanmalıdır. Bu direnç akımı sınırlandırarak kontaklarınömrünü uzatır.

İndüktif yüklerin bağlanmasında, anahtarlama anında çok yüksek bir gerilim tepe değerioluşur. Bu sebepten dolayı temassız algılayıcıya daha önceden monte edilmemiş ise, bir koruma devresi monte edilmelidir.

Koruma devresi ya bir RC elemanından ya da buna benzer bir diyottan, özelliklevaristörden oluşur (Şekil 2.5'teki devre planına bakınız). Bu elemanların elektrikselbüyüklükleri çıkış tarafına bağlanan iş elemanlarına (örneğin röle, kontaktör vb.) bağlıdır.

Bir r öle ya da kontaktör bağlandığı zaman, temassız algılayıcının ve röle ya da kontaktörünteknik verilerine kesinlikle dikkat edilmelidir.

Bir röle ya da kontaktörün çekme kuvveti, tutma kuvvetinin yaklaşık 8-10 katıdır. Bu yüzdentutma anından sonra sabit kalmalarının sağlanması önemlidir.



31

Şekil 2.5 Reed-kontakları için hazırlanan koruma devreleri

2.1.4 Uygulama Örnekleri

Şekil 2.6 Manyetik temassız algılayıcılarla çalışan pnömatik silindir.

Temassız algılayıcılar yaklaşık 10 mm'den başlayan strok uzunluklarında, iki tarafın sonkonum sorgulamasını sağlamaktadır. (En bilinen ve yaygın uygulama: Silindir anahtarı).Manyetik temassız algılayıcılar ile diğer birçok algılayıcı problemi ortadan kaldırılabilir. Bununiçin algılanan nesne yapısında mıknatıs bulundurmalıdır. Örneğin:

Ne tür malzemeden meydana geldiği önemli olmayan dönen parçaların dönüşsayılarının ölçümünde

Aynı tür iş parçalarının tek tek seçilerek tanınmasında

Artan yol ölçüm sistemlerinde Sayım ayarlarında Kapı anahtarlarında Malzeme konumlamalarında



32

Şekil 2.7 Manyetik temassız algılayıcıların, silindir konumlarının sorgulanmasında kullanımı a) Temassızalgılayıcı kumanda edilmiyor, anahtarlama kontakları açık. b) Bir manyetik alanın yaklaşması sonucunda

anahtarlama kontakları kapanıyor.

2.2 Manyetik – kontaksız Temassız Algılayıcılar 2.2.1 İndüktif – Manyetik Temassız Algılayıcılar

İndüktif temassız algılayıcılarda olduğu gibi bir osilatör (LC-rezonans devresi) bulunur.İndüktif temassız algılayıcılardan farklı olarak, rezonans devresi bobini, etki alanıoluşturabilmek için yarı açık olarak tasarlanmamıştır. Aksine kapalı bir manyetik alana sahip bir bobin kullanılır (örneğin, permeabilitesi yüksek olan halka çekirdekli bir bobin). Kalıcı bir mıknatısın yaklaşması sonucunda rezonans devresi bobininin çekirdek malzemesi doyar.Böylelikle temassız algılayıcının osilatör akımı değişir. Çıkış tarafına bağlanan bir yükseltici budeğişimi değerlendirir ve tanımlı bir çıkış sinyaline dönüştürür. Bu tip temassız algılayıcılar sadece manyetik alanlara etkirler, metallere etkimezler. İndüktif -manyetik temassız

algılayıcılarda manyetik kutup ekseni yönünün temassız algılayıcı eksenine göre hangikonumda bulunduğuna dikkat edilmelidir.



33

Şekil 2.8 İndüktif -manyetik temassız algılayıcı

Aşağıdaki tabloda indüktif -manyetik temassız algılayıcılar için teknik özellikler görülmektedir.

Tablo 6 Bir indüktif manyetik temassız algılayıcıya ilişkin teknik veriler (örnek)

İndüktif -manyetik temassız algılayıcılar, Reed-temassız algılayıcılara göre şu önemliavantajlara sahiptir:

Kontak problemleri ortaya çıkmaz (örneğin gerilim tepe değerleri) Metal kontaklardaki gibi aşınmalar meydana gelmez. Manyetik kutup ekseni uygun ve itinalı bir şekilde yönlendirildiği zaman sadece tek bir

anahtarlama aralığı meydana gelir (bakınız şekil 3.9)



34

Şekil 2.9 Bir indüktif -manyetik temassız algılayıcının cevap verme davranışı

İndüktif – manyetik temassız algılayıcıların kullanımında, algılayıcının çevresel koşullar

altında asimetrik bir anahtarlama davranışı gösterdiğine dikkat edilmelidir. Bu yüzden sözkonusu olan her durumda güvenilir bir anahtarlama yapıp yapmadığı kontrol edilmelidir.Temassız algılayıcının yakınında ferromanyetik bir malzeme varsa, bu durum temassızalgılayıcının karakteristik değerlerinin değişmesine veya arızaların oluşmasına sebep olabilir. Aynı şekilde kuvvetli yabancı manyetik alan etkilerinin hakim olduğu ortamlarda da (örneğinkaynak atölyeleri ve alüminyum eritme ocakları) karakteristik değer değişimleri ve arızalar meydana gelebilir.

Manyetik temassız algılayıcı monte edilmiş birçok pnömatik silindirlerde, temassızalgılayıcı ile silindirin dış yüzü arasında minimum 60 mm'lik bir uzaklık bulunmalıdır.

indüktif -manyetik temassız algılayıcılar indüktif yüklerin bağlanması için ve transientgerilimlere karşı entegre koruma devrelerine sahiptir. Bu yüzden ek bir koruma devresininkullanılmasına gerek yoktur.

Manyetik-kontaksız temassız algılayıcılar, Reed temassız algılayıcılar gibi genelliklepnömatik silindirlerin konumlarının belirlenmesi amacıyla kullanılır (Şekil 2.6). Bu algılayıcılar Reed-temassız algılayıcılar gibi birçok uygulama alanında da kullanılabilirler (Bölüm 2.1.4).

2.2.2 Manyetorezistif Temassız Algılayıcılar Küçük direnç levhaları (örneğin Wi- ya da InSb, Wi=bizmut, In=indiyum, Sb=antimon)

manyetik alanlarda elektrik dirençlerini değiştirirler. Bu manyetorezistif etkiden çeşitli algılayıcıtipleri için yararlanılabilir.

2.2.3 Hall – Temassız Algılayıcılar Eğer bir yarı iletkene (örneğin InSb) bir manyetik alan uygulanırsa, geçen akımın düşey

yönünde Hall gerilimi denilen bir gerilim oluşur. Burada belirli geometrik oranlar göz önündebulundurulmalıdır. Levhanın kalınlığı boyuna ve enine göre küçük olmalıdır. Bu etkiyle 1.5 V'akadar olan gerilimler oluşabilir.

Burada belirtilen fiziksel etki Amerikalı fizikçi E. Hail tarafından Hall etkisi adı altındagösterilmiştir.



35

Şekil 2.10 Alan 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 manyetikalan 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.

Şekil 2.11 Alan etkili transdüserlerin yapıları ve araçlarda alan etkili sensörlerin kullanılması



36

2.2.4 Wiegand – Temassız Algılayıcılar Wiegand-teli dendiği zaman vanadyum, kobalt ve demirden oluşan bir karışım anlaşılır.

Eğer tele yaklaşan bir manyetik alanın alan şiddeti belirli bir değeri aşarsa, telin elemanter mıknatıslarının yönü sürekli olarak değişir. Wiegand teli bir bobinin içine konduğu zaman, telde3 V'a kadar olan bir gerilim impulsu indüklenir.

Wiegand-algılayıcılar ilkesel olarak dışsal bir besleme geriliminin kullanılmasını

gerektirmezler.

2.3 Manyetik – Pno matik Temassız Algılayıcılar

2.3.1 Çalışma şekliBir pnömatik valf kalıcı bir mıknatısın etkisi ile çalışır. Böylelikle algılayıcı tarafından bir

kontrol sinyali gönderilir.

Şekil 2.12 Bir manyetik-pnömatik temassız algılayıcının silindir pozisyonlarını sorgulama amacıyla kullanımı. a) Temassız algılayıcı kumanda edilmiyor. Bir anahtarlama dili P'nin hava akımını kesiyor.

b)Kontak dilinin bir manyetik alan tarafından çekilmesi sonucu P'den A'ya doğru bir hava akımı oluyor.



37

2.3.2 Teknik özellikler

Tablo 7 Bir manyetik-pnömatik temassız algılayıcının teknik özellikleri (örnek)

Manyetik-pnömatik temassız algılayıcı çalışma ilkesi olarak hava engeline benzer. Bualgılayıcılarda bir anahtarlama dili devamlı olarak sürekli bir sinyalin hava akımını keser. Bir

manyetik alanın yaklaşması sonucunda (örneğin bir silindir pistonunun üzerindeki kalıcımıknatıs) anahtarlama dili çekilir ve hava akımını dışarı verir. Böylelikle çıkışta bir sinyaloluşur.

2.3.3 Kullanım Bilgileri İki manyetik-pnömatik temassız algılayıcının arasında minimum 50 mm'lik bir uzaklık

bulunmalıdır. Mevcut manyetik alanın, temassız algılayıcının güvenli bir şekilde kumandaetmesi için yeterli olup olmadığı kontrol edilmelidir.

Düşük basınçlı sinyallerden daha ileriki işlemlerde yararlanmak üzere çıkış tarafına bir basınç yükseltici bağlanmalıdır.

2.3.4 Uygulama ÖrnekleriManyetik-pnömatik temassız algılayıcılar esas olarak pnömatik silindirlerin konumlarının

sorgulanması amacı ile kullanılır. Bu algılayıcılar her şeyden önce saf pnömatik çözüml erinelde edilmesine yarar, yani gerekli olan yardımcı enerji sadece basınçlı havadan temin edilir.

2.4 Bobinli manyetik sensörler Bir bobinin içinde bulunan nüvenin konumu Şekil'de görüldüğü gibi hareket ettirildiği

zaman bobinin indüktansı değişmektedir. İşte bu prensipten yola çıkılarak bobinli manyetiksensörler geliştirilmiştir.

Şekil 2.13 Bobinli endüktif sensör



38

2.5 Elektronik Devreli Manyetik Sensörler

Şekil 2.14 Elektronik devreli manyetik sensörün iç yapısı

İçinden akım geçen bir bobinin çevresinde manyetik alan oluşuğundan bahsedildi. Bumanyetik alanın içine metal bir cisim girerse bu bobinin indüktansı değişir. Bu indüktansdeğişimi sensörün içinde bulunan devrenin dengesini (rezonansını) bozar. Sensörün içindebulunan ölçüm yapan devre sayesinde metalin yaklaştığı ve ne kadar yakın olduğu tespitedilebilir.

Şekil 2.15 İki farklı firmanın elektronik devreli yaklaşım sensörü

Şekil 2.16 Hazine arama cihazı ve metal dedektörü Şekil 2.17 El tipi metal dedektörü ve koli arama dedektörü

Hazine arama cihazlar ında sürekli manyetik alan yayılır, metal bir cisim cihazınmanyetik alanı içine girdiğinde cihaz uyarı verir. Büyük alışveriş merkezlerinde bulunan metalarama cihazlar ı da aynı prensiple çalışmaktadır.



39

3. ENDÜKTİF SENSÖRLER Manyetik alanlarına giren metal nesneleri, hareket etseler de, etmeseler de temassız

olarak algılar.

Şekil 3.1 İndüktif Sensörün Sembolü ve bağlantı uçları

İndüktif sensörler endüstriyel kullanımlar için ideal şartları sağlar. İndüktif anahtarlar ECKO (Eddy curreent killed osicillator) tip anahtarlardır. Şekilde görüldüğü gibi 4 temelbölümden oluşur.

Osilatör, bobin üzerinden sensörün ön yüzüne yayılacak olan bir manyetik alanoluşturur. Bu alana metal bir çisim girerse eddy akımları bu metal üzerinde dolaşır. Osilatörüneddy akımını metal üzerinde dolaştırabilmek için enerjiye ihtiyacı vardır. Metal cisim sensöre

yaklaştıkça bu akımın değeri artar ve osilatör üzerinde bir yük oluşturur. Yük osilatör için büyükolduğunda, osilatör durur. Tetikleme devresi osilasyonun durduğunu algılar ve yükü kontroleden çıkış devresinin durumunu değiştirir.

3.1 Çalışma şekli İndüktif temassız algılayıcının meydana geldiği önemli parçalar şunlardır: Osilatör (LC-

rezonans devresi), demodülatör, kippverstarker ve çıkış modülü.

Şekil 3.2 Bir indüktif temassız algılayıcıya ait temel devre planı



40

Manyetik alan, osilatör bobinine ait ferrit tabakası çekirdeğinin ve ilave koruyucularınyardımıyla dışarıya doğru yönlendirilir. Bu sebepten dolayı indüktif temassız algılayıcın aktif yüzeyi üzerinde aktif anahtarlama aralığı denen, sınırlı bir aralık oluşur.

İşletme geriliminin uygulanması ile osilatör salınır ve tanımlı durağan durum akımıgeçer. İletken bir malzeme aktif anahtarlama aralığına girdiği zaman, bu malzemede girdapakımları oluşur. Böylelikle osilatör enerji kaybeder. Salınımlar sönümlenir ve temassızalgılayıcının akım tüketiminde bir değişim meydana gelir. Osilatörün iki durumu - osilatörünzayıflatılmış ve zayıflatılmamış olduğu durumlar - elektronik olarak değerlendirilir.

İndüktif yaklaşım anahtarı, iletken malzeme içerisinde girdap akımı kayıplarının nedenolduğu bir rezonans devresinin kalite faktöründeki değişikliğin fiziksel etkisinden yararlanır. Bir LC osilatörü 100 kHz. ile 1 MHz. arasında yüksek frekanslı bir elektromanyetik alan oluşturur (Şekil 3.3).

Şekilden görüldüğü gibi alan herhangi bir yöne yönelmeden sargı eksenine göresimetrik biçimlenir. Bununla beraber gerçekte, yalnızca akım taşıyan iletkenden oluşan bir sargı kullanılmaz ve yüksek geçirgenliği olan Ferit malzeme yardımıyla elektromanyetik alana

istenilen doğrultuda bir yön vermeye çalışılır. Şekil 3.4 ve 3.5).

Ferit çekirdek üzerine yerleştirilen sargının manyetik alanı sensör etrafında yoğunlaşmışolur (özellikle duyarlı bir hale gelen sensörün etkin alanının ön tarafında) . Eğer sargı ve Feritçekirdek ayrıca bir metal ekranla çevrilmiş ise (Şekil 3.5) manyetik alan tümüyle sensörün öntarafındaki alanda sınırlanmış olur. Böylece sensörün kenarları anahtarlama özelliğinietkilemeden tümüyle metalle çevrilebilir (gömülebilir montaj özelliği).

Şekil 3.3 Şekil 3.4

Şekil 3.5 Şekil 3.6 İndüktif Sensörün İç Yapısı

Eğer bir iletken malzeme, yaratılan elektromanyetik alan içine girerse, indüksiyon yasasına

göre malzeme içinde girdap akımları oluşur ve osilatör devresinden enerji çeker.



41

Şekil 3.7 Bir indüktif temassız algılayıcının çalışma şekli

İndüktif temassız algılayıcılar ile sadece iletken (elektrik) malzemeler saptanabilir.

3.2 İndüktif sensörün elektromanyetik alanı

Şekil 3.8

Bu sistem birincil sargısının indüktans L, ikincil sargısının ve yükün iletken malzeme ile

gösterildiği bir transformatör ile karşılaştırılabilir. Birincil ve ikincil sargılar arasındaki tekbağlantı havada oluşturulan alandır. Oluşan girdap akımı kayıplarının çokluğu bir takımetkenlere bağlıdır:

sensörün önündeki malzemenin uzaklığı ve konumu cismin boyutları ve şekli cismin iletkenliği ve geçirgenliği

Osilasyon devresini sınırsız bir enerji ile beslemek olası olmadığı için yaklaşımanahtarının etkin alanının içine bir iletken malzeme girdiği zaman osilasyon bozulur. İki durumarasındaki bu fark:

1. cisim kritik mesafenin dışında - osilatör büyük bir genlikle salınır 2. cisim kritik mesafenin içinde - osilatör küçük bir genlikle salınır veya hiç salınmaz kolaylıkla değerlendirilebilecek bir sinyale dönüştürülebilir.



42

yaklaşım anahtarı sönmemiş çözücüden sonra kullanılabilecek sinyal

yaklaşım anahtarı sönmüş

Aktif anahtarlama aralığında bir metal varsa çıkış modülü anahtar tipine göre (kapatıcı,açıcı ya da dönüştürücü) ya anahtarlanır ya da engellenir. Çıkış sinyalinde bir sinyaldeğişiminin meydana geldiği, nesne ile aktif yüzey arasındaki uzaklığa anahtarlama aralığıdenir. İndüktif temassız algılayıcılarda, temassız algılayıcı başında kullanılan bobin ne kadar büyük olursa o kadar büyük anahtarlama aralıkları elde edilir. 250 mm'ye kadar olan değerler gerçekleştirilmiştir.

İndüktif temassız algılayıcılarda anahtarlama aralığı bir standart ölçüm levhasınınyardımıyla hesaplanır. Ancak bu şekilde çeşitli indüktif temassız algılayıcıların anahtarlama

aralıkları arasında bir karşılaştırma yapılabilir. Standart ölçüm levhası çelikten Çe37 meydanagelir ve 1 mm kalınlığındadır. Bu levha kare şeklindedir ve kenar uzunluğu;

Aktif temassız algılayıcı yüzeyinin oluşturduğu dairenin çapına, ya da Anma anahtarlama aralığının üç katına eşittir.

Bu değerlerden büyük olanı standart ölçüm levhasının kenar uzunluğu olarak kullanılır.Yüzey alanı daha büyük olan levhaların kullanımı ölçülen anahtarlama aralıklarında anlamlıdeğişikliklere yol açmaz. Buna karşılık daha küçük ölçüm plakalarının kullanımı bulunananahtarlama aralığında bir azalmaya sebep olur.

Ayrıca değişik malzemelerin kullanımı da yararlanılabilir anahtarlama aralığınınküçülmesine yol açar. Aşağıdaki tabloda çeşitli malzemelerin indirgeme katsayıları verilmiştir.

Aşağıdaki tabloda büyük anahtarlama aralıklarının manyetik malzemeler ile elde edildiğigörülmekledir. Manyetik olmayan malzemeler (pirinç, alüminyum, bakır) daha küçükanahtarlama aralıkları meydana getirir. Algılanacak cismin malzemesine göre yaklaşımsensörlerinin algılama mesafeleri de değişmektedir. Her malzemenin düzeltme faktörü farklıdır ve hangi malzeme algılanacaksa o malzeme için algılama mesafesi, yaklaşım sensörününalgılama mesafesi ile düzeltme faktörünün çarpımına eşittir.

Katalog değerleri çeliğe göre verilmektedir. Örnek olarak; kataloga göre algılama

mesafesi 2 mm olan bir yaklaşım sensörü ile çelik en fazla 2 mm’ den algılanırken, alüminyumen fazla 0,6 – 0,9 mm’ den algılanacaktır.



43

Tablo 8 Düzeltme faktörü için referans değerleri

Malzeme Düzeltme faktörü

Çelik ST37 1,0

Krom – Nikel 0,70 – 0,90

Pirinç 0,35 – 0,50

Alüminyum 0,35 – 0,50

Bakır 0,25 – 0,40

3.3 İndüktif yaklaşım anahtarının kesiti ( II tip )

Şekil 3.9 indüktif sensörün iç yapısı

Şekil 3.8, bir yaklaşım anahtarının iç yapısını göstermektedir. İlke olarak aşağıdakiparçalardan oluşur: muhafaza, kablo veya soket, devre kartı veya esnek filmde SMD (yüzeyemonte edilen) parçalardan oluşan elektronik devre, Ferit çekirdekli sargı ve son olarak mekanikdarbelere karşı daha dayanıklı olması için ve tümüyle sızdırmazlık için dolgu maddesi reçine.Bu, sensöre vibrasyon ve darbelere karşı ayrıca aynı oranda da neme karşı iyi bir korumasağlar. Böylece endüstrinin her yerinde kullanılabilir ve sağlam switch gereksinimini karşılar.

Şekil 3.10 indüktif sensörün kesiti



44

3.4 Teknik Özel l ik ler Aşağıdaki tablolarda indüktif temassız algılayıcıların en önemli teknik özellikleri yer

almaktadır. Tablodaki özellikler tipik bilgiler olduğundan, tabloya sadece bir göz atılmasıyeterlidir.

Şekil 3.11 İndüktif sensörün yapısı

Tablo 9 Doğru akımla çalışan indüktif temassız algılayıcılara ait teknik veriler

Piyasaya sunulan birçok indüktif temassız algılayıcıya, kullanımı kolaylaştırmak vegüvenli bir çalışma sağlayabilmek için, aşağıdaki koruma önlemleri ilave edilmiştir:

Kutuplama koruması (bağlantı değişimlerinden kaynaklanan zararlara karşı) Kısa devre koruması (toprak çıkışlarında meydana gelen kısa devrelere karşı) Gerilim tepe değerlerine karşı koruma (tansient yüksek gerilimlere karşı) Tel kopmasına karşı koruma (Bir telin kopması ile çıkış bloke edilir)



45

Şekil 3.12 Dişli yapıdaki indüktif temassız algılayıcı

3.5 İndüktif Yaklaşım Anahtarının Özellikleri Yukarıda verilen indüktif sensörün çalışma ilkesinden aşağıdaki temel özellikler

çıkarılabilir:

Bir indüktif yaklaşım anahtarı tüm iletken malzemeleri algılayabilir. çalışması nemıknatıslana-bilir malzemelerle ne de metallerle sınırlıdır. Salınan elektromanyetik alana dayalıçalışma ilkesinden dolayı yaklaşım anahtarı, cisimlerin hareket edip etmemelerine bakmadanonları algılar. İndüktif yaklaşım anahtarı birkaç mikrovat' lık bir elektrik enerjisi ile çalıştığındanyarattığı yüksek frekanslı alan radyo gürültüsünü artırmaz. Ayrıca hedef cisim üzerindeölçülebilecek kadar çok ısınma olmaz. Sensörün cisim üzerinde manyetik bir etkisi yoktur. Tümpratik uygulamalarda hedef cisim her türlü etkiden uzaktır.

Şekil 3.13'de hedef cismin enerji harcaması, osilasyon devresindeki direnç değişimiolarak gösterilmektedir. Aradaki ilişkinin açıkça doğrusal olmadığı görülebilir. Bu nedenleindüktif anahtar, uzaklık ile orantılı bir sinyal iletmede yalnızca sınırlı bir kullanıma sahiptir.Sonuç olarak asıl uygulama alanı bir sayısal anahtar olarak kullanılmasıdır.

Şekil 3.13 Sensörün ucundan hedef plakaya olan uzaklığın (S) bir fonksiyonu olarak direnç değerindeki (R) (hedef plakada harcanan güce bağlı görünür direnç) değişimin tipik eğri si

İndüktif yaklaşım anahtarını olası rakibi mekanik switch ile karşılaştırdığımız zaman,mekanik switchin aşağıdaki özelliklerini görürüz:

Şekil 3.14 Mekanik limit switch



46

1. Anahtarlama işlemi için kuvvet gerekliliği 2. Düşük anahtarlama frekansı 3. Açılar ve yaklaşımları hesaplama zorunluluğu 4. Mekanik olarak hareketli parçalarda aşınma 5. Aşınma sonucu anahtarlama noktasında kayma 6. Kontak değişiminde geçiş direnci 7. Anahtarlama işlemi sayısına bağlı ömür

Öte yandan, dokunmaksızın bir cismin yaklaşımını anahtarlama sinyaline dönüştürenyaklaşım anahtarı aşağıdaki özelliklere sahiptir.

Şekil 3.15 Yaklaşım anahtarı

yaklaşım anahtarı dokunmaksızın bir cismin yaklaşımını anahtarlama sinyalinedönüştürür .

1. Hedef cisimlerin hareketlerinde serbestlik2. Kısa tepki ve anahtarlama süresi 3. Yüksek anahtarlama frekansı 4. Aşınma yok, anahtarlama noktasında değişme yok 5. Anahtarlama işlemi sayısına bağlı olmayan ömür 6. Kirlenme veya oksitlenme sonucu arızalanma yok 7. Elektr onik çıkış ( tranzistör tristör, tiryak nedeni ile kontak çırpması yok ) 8. Elektronik devrelerde işlem yapmaya uygun sinyal

Bu özellikleri karşılaştırdığımız zaman mekanik switchlere karsı indüktif yaklaşımanahtarlarının tüm bu özelliklerinin avantaj olduğunu açıkça görürsünüz. Yani, kontaksızsensörleri her tür durumda kullanmak, kullanıcıya avantaj sağlar. Sistemin güvenilirliği artar veayni zamanda işletme giderleri azalarak daha fazla verimlilik sağlanır.

3.6 İndüktif Sensörlerin Mekanik anahtarlara Göre Üstünlükleri a. Boyutlarının küçük olması nedeniyle mekanik anahtarların kullanılmayacağı yerlerde

kullanılır. b. Her türlü konumda çalışabilir. c. Yüksek frekanslarda güvenle çalışma imkanı sunar, anahtarlama yapabilir. d. PLC’lere doğrudan bağlanabilir. e. Mekanik aşınma ve temas olmadığı için uzun ömürlüdür. f. Nemli ve kirli ortamlarda çalışabilir. g. Mekanik anahtarlarda görülen kontakların kirlenmesi ve aşınması sonuçu oluşan kontak

direnci, kontak kapanması sırasındaki titreşmelerin yarattığı sorunlar yoktur.

Şekil 3.16 İndüktif Sensörün Metal Bir Cismi Algılaması



47

3.7 Montaj

3.7.1 Metale gömülebilir tip yaklaşım sensörlerinin montajıMetal parçalara indüktif temassız algılayıcı monte ederken, temassız algılayıcının

özelliklerinin, özellikle karakteristik değerlerinin değişmemesine özen gösterilmelidir.Birbirinden farklı iki temassız algılayıcı yapı şekli vardır: tek başına ve bir arada monte edilentemassız algılayıcılar.

Şekil 3.17 Metale gömülebilir tip indüktif sensör

Metale gömülebilir tip yaklaşım sensörlerinin yan yana montajı sırasında metal olmayanbir boşluğa gerek yoktur. Yan yana montaj sırasında, algılanacak metalin genişliği “d < b < da” olmalıdır.

Metallere bir arada monte edilen temassız algılayıcılarda, elektromanyetik alanın aktif bölgeden sadece öne doğru dışarı çıkması, alınan konstrüksiyon tedbirleri ile sağlanır.Böylelikle temassız algılayıcının karakteristik özellikleri montaj etkilerinden korunur. Temassızalgılayıcıların seri montajında, iki temassız algılayıcı arasında, en az her temassız algılayıcınınçapına eşit olan bir uzaklık bulunmalıdır. Bu uzaklığın bulunması, temassız algılayıcılarınkarşılıklı olarak birbirlerini etkilemelerinin önlenmesi bakımından önemlidir. Temassızalgılayıcının aktif yüzeyinin önündeki serbest bölge, kullanılan temassız algılayıcının anmaanahtar lama aralığının en az üç katı olmalıdır (Üst taraftaki metale minimum uzaklık hem tekhem yan yana durumda en az 3 Sn olmalıdır). Serbest bölge temassız algılayıcı ile arkaplanda bulunan nesne arasında kalan aralıktır.

Temassız algılayıcıların bir arada monte edilmesinin getirdiği avantaj, algılayıcıların,tertibatlarda çok kolay ve yer kazandıracak şekilde monte edilebilmeleridir. Bir arada montajın,tek başına montaja göre dezavantajı ise temassız algılayıcı gövdesinin dış çapının her ikidurumda da aynı olmasına rağmen algılayıcıların bir arada montajda daha küçük bir anahtarlama aralığına sahip olmalarıdır.

Bir arada monte edilmeyen temassız algılayıcılar, metal gibi karakteristik değerlerinideğiştiren malzemelere monte edildikleri zaman, aktif yüzeyin tamamını çevreleyen bir serbestbölgeye ihtiyaç duyar. Bu tip temassız algılayıcılar plastik, tahta ya da metal olmayan diğer malzemelere, karakteristik değerlerinde herhangi bir değişim meydana gelmeyecek üzere bir

arada monte edilebilir. Tek başına monte edilen temassız algılayıcılar genellikle bobin başının,gövdeden dışarı doğru durmasının yardımıyla tanınır.



48

3.7.2 Metale gömülemeyen tip yaklaşım sensörlerinin montajıMetale gömülemeyen tip yaklaşım sensörlerinin yan yana montajı sırasında metal

olmayan bir boşluğa gerek vardır. Yan yana montaj sırasında, algılanacak metalin genişliği“d < b < da” olmalıdır.

Şekil 3.18 Metale gömülemeyen tip indüktif sensör

Minimum mesafeler TEK YAN YANA Algılama yüzeyinin üzerinde 3 Sn 3 Sn Algılama yüzeyinin yanında 2 Sn dYandaki sensöre uzaklık 2dYanal uzaklık d d

3.7.3 Quasi – Flush tip yaklaşım sensörlerinin montajı (qb)

Quasi-flush ( kısmen metale gömülebilir ) ya da paralel montaj durumlarında aşağıdakimesafelere uymanız önerilir:

Boyut Mesafe [ mm ]

a b c d

Ø6,5 6 16 9 1

Ø8 6 16 9 1

M8 6 16 9 1

M12 12 30 18 2M18 18 44 36 4

M30 37 80 66 6



49

3.8 Algılama Mesafesi İndüktif anahtarların algılama mesafesi, sensör içindeki bobinin boyutu ile doğru

orantılıdır. Bu da daha fazla algılama mesafesi için, daha büyük boyutlarda sensör demektir.

Algılama mesafesi hedefin büyüklüğü, malzemesi ve ortam sıcaklığına bağlıdır. Ayrıcahedef cismin hissetme yüzeyine yaklaşım açısı, sensörün besleme gerilimi ve yük direnci debu mesafeyi etkiler.

Şekil 3.19 İndüktif Sensörün Yapısı

3.9 Hedef Büyüklüğü Hedef cismin ideal büyüklüğü, sensör çapına eşit yada algılama mesafesinin üç katı

büyüklüğünde olmadır. Bu iki değerden büyük olanı hedef büyüklüğü olarak seçilir. Hedef kalınlığı 1 mm olarak kabul edilir.

3.10 Anahtarlama Frekansı Anahtarlama frekansı, hertz (hz) olarak ölçülür ve sensörün saniyede kaç kez on-off

olabileceğinin ölçüsüdür. Özellikle hızlı algılama gereken uygulamalarda dikkate alınmasıgerekir.

3.11 Histerizis Hedefin sensöre yaklaşırken algılama yaptığı nokta ile, uzaklaşırken algılamanın sona

erdiği nokta arasındaki mesafeye (Sensörün anahtarlama yaptığı aralıkla, hedef cisim geriyealınırken anahtarlamayı bıraktığı aralık arasındaki mesafeye) Histerezis denmektedir . Bu değer normal algılama mesafesinin (efektif algılama aralığının) yüzdesi olarak verilir. Histerezis+23°C ve çalışma geriliminin ±5V üzeri koşullar altında belirlenir. Efektif algılama aralığının%20’sinden küçük olmalıdır. H ≤ 0.2 Sr



50

3.12 Uygulama Alanları Düzeltme faktörü sayesinde analog sensörlerle aynı boyutlardaki farklı metalleri

birbirinden ayırt etmek mümkündür. Her metalin düzeltme faktörü farklı olduğundan, her metalin algılandığı mesafe de farklıdır. Bu durum analog sensörlerin her metal için farklı bir gerilim değeri vermesine sebep olur ve çıkış gerilimindeki bu farklılık ile metalin cinsi bulunur.

Şekil 3.20 Baw analog çıkışlı endüktif sensörler

Parçaların izlenmesi, konum kontrolü – Somunların doğru konumda olup olmadığının kontrolü.(montaj robotları)

Şekil 3.21 Eğim Kontrolü Şekil 3.22 Boyut kontrolü



51

Şekil 3.23 Double Sensör

Şekil 3.24 Makine takımlarında kullanılan BES Endüktif Sensörler



52

Şekil 3.25 Montaj ve Tezgahlar

Şekil 3.26 Gıda ve Ambalaj Endüstrisinde kullanılan sensörler

Bu makine otomatik olarak tanelerin boyutlarına göre sınıflandırılması içinkullanılmakta.Platform X ve Y eksenlerinde hareket ederek, parçaların çeşitli boyutlardakioluklardan aşağı düşmesini sağlamaktadır.

Amaç, Parçaların boyutlarına göre sınıflandırılarak derecelendirilmesi ve algılananparçanın yerine yeni parçanın gönderilmesidir . Eskiden bu işlem platformun başında oturan bir operatör tarafından manuel olarak yapılmaktaydı. Testin hız ve doğruluğu operatörün parçayıgüvenli bir şekilde platformdan uzaklaştırması ile sınırlanıyordu.

Kullanılan çeşitli endüktif ve kapasitif sensörler derecelendirme işlemi için geri beslemesağlamak zorundaydı ve çalışma ortamı titreşimlerden dolayı oldukça zor şartlara sahipti, zorluşartlara dayanabilecek sensörler seçildi.



53

Şekil 3.27 Bir taşıma bandı üzerinde yürüyen metal iş parçası taşıyıcısının saptanması

Şekil 3.28 Bir kam kontrol biriminin indüktif temassız algılayıcılarla sorgulanması



54

Şekil 3.29 Dönüş sayısının ve dönüş yönünün saptanması (Kaynak: Fa. Turck)

Şekil 3.30 İki adet indüktif temassız algılayıcı bir pnomatik döner tahrikin her iki son konumunu saptıyor.



55

Şekil 3.31 Valf yuvalarının yanal aktif bölgeli bir indüktif temassız algılayıcıyla sorgulanması

Şekil 3.32 İki indüktif temassız algılayıcı bir sürgünün, sürme ekseni üzerindeki her iki son konumdan birindebulunup, bulunmadığını kontrol ediyor. Temassız algılayıcılar sürgü plakasının altında yer alıyor.

Şek il 3.33 Bir pnömatik ya da hidrolik silindirin piston kolunun sorgulanması



56

Şekil 3.34 Bir pres tablasının son konumunun sorgulanması

Şekil 3.35 Bir robot kolunda olası iki sınır konumu indüktif yaklaşım anahtarı ile dokunmasız izlenir.



57

Şekil 3.36 Boru üretiminde daha sonraki işlemler için borunun gelişi indüktif yaklaşım anahtarı tarafından algılanır.

Şekil 3.37 İndüktif yaklaşım anahtarı ile makine hızı izleme. Diskteki her diş dokunmadan ve doğrudan algılanır veböylece ayrıca ek mekanik bağlantıya gerek kalmaz.



58

Şekil 3.38 Otomobil Montaj hattında kullanılan indüktif yaklaşım anahtarı

Şekil 3.39 İndüktif yaklaşım anahtarı ile devir ölçümü



59

Şekil 3.40 Otomobil montaj hattında kullanılan indüktif yaklaşım anahtarı

Şekil 3.41 İndüktif yaklaşım anahtarının limit switch olarak kullanılması



60

Şekil 3.42 İndüktif yaklaşım anahtarı ile metal kapak kontrolü

Şekil 3.43 İkili indüktif yaklaşım anahtarı ile küresel vanada pozisyon kontrolü



61

Şekil 3.44 indüktif yaklaşım anahtarı ile elevatörde kayma ve dönme hızı tespiti



62

4. KAPASİTİF SENSÖRLER

4.1 Tanımı Metallerin yanı sıra plastik, tahta, kağıt, kumaş vb. malzemeleri algılayan sensör

çeşididir. Bu sensörler ilke olarak indüktif sensörlere benzer. Fiyatları indüktif sensörlerdendaha pahalı, optik sensörlere göre hemen hemen aynıdır. Algılama mesafeleri indüktif

sensörlere göre daha fazladır. Otomasyon sistemlerinde mekanik temas sonucu sinyalgönderen anahtarlardan kaçınılmalıdır. Çünkü; temas sonucu aşınma oluşur. Budaproblemlerin artması sonucunu doğurur.

Şekil 4.1 Kapasitif Sensörün Sembolü

Bu sensörler de dört temel bölümden oluşur. Bunlar: a. Sensör (di elektrik plaka) b. Osilatör ünitesi c. Dedektör devresid. Solid-state çıkış devresi

4.2 Kapasitif Yaklaşım Anahtarlarının Çalışma İlkesi Kapasitif yaklaşım anahtarı, bir kapasitörün elektrik alanına yaklaşan cismin neden

olduğu kapasite değişikliğini algılayan switch tir. Şekil 4.2’de bir plaka kondansatör elektrik

alanı görülmektedir. Elektrik alanının en yoğun olduğu kısım sadece hedefin giremeyeceğibölgedir. Yoksa, birbirine bakan iki plakadan oluşan yapı gerekli olacaktır. Fakat bu plakalarınçalışma ilkesinden yararlanabilmek için plaka kapasitör, Şekil 4.3 veya şekil 4.4' de görüldüğügibi geliştirilmiş ve sensörün bir tarafında toplanmıştır. Bu durumda, elektromanyetik alan içineyaklaşan bir cismin yarattığı 0.1 pF dolaylarındaki çok küçük kapasite değişimleri uygun olanbir yöntemle değerlendirilmeli ve bir sayısal anahtarlama sinyaline dönüştürülmelidir.

Şekil 4.2 Şekil 4.3



63

Şekil 4.4

Bu kapasitif, bir osilatör devresinin parçası olarak geliştirilmiştir ve kapasitörün değeriöyle bir şekilde seçilmiştir ki bir cisim olmadığı için etkilenmeden salınıma geçemeyecekbüyüklüktedir. Fakat bir cisim elektromanyetik alan içine girerse, kapasite hafifçe artar veosilasyon koşulu gerçekleşir. Osilatör yüksek genlikle salınmaya başlar. İndüktif yaklaşım

anahtarlarında olduğu gibi düşük ve yüksek salınım genliği arasındaki fa rk veya bozulansalınım devre tarafından değerlendirilir ve sayısal çıkışa dönüştürülür.

Normal çevre koşullarında ve açık alanda, etkin yüzey üzerinde nem yoğuşması veyatoz birikmesi önlenemez. Bu nedenle kapasitif yaklaşım anahtarlarında birleştirilmiş ikielektroda ek olarak ( Şekil 4.2, 4.3 veya 4.4) yoğuşmanın veya kirlenmenin oluşturacağıkapasite değişimlerini kompanze etmek için devreye bir de kompanzasyon elektrotukonulmuştur.

4.2.1 Kapasitif sensörün elektromanyetik alanı

Kapasite değişikliğinin büyüklüğü aşağıdaki etkenlere bağlıdır: Etkin yüzey önündeki cismin uzaklığı ve konumu Cismin boyutları ve şekil Cismin di elektrik katsayısı

Bu nedenle, kapasitif yaklaşım anahtarı, plastik, cam, seramik veya su, yağ- gibi sıvıkötü. İletken veya iletken olmayan malzemeleri algılayabilir. Ayrıca, şüphesiz ki topraklanmışveya topraklanmamış tüm iletken malzemeleri algılar. Bir potansiyometre yardımı ile yapılanince hassasiyet ayarı belirli malzemeleri algılayabilmesini sağlar (Şekil 4.5).



64

Şekil 4.5 Kapasitif yaklaşım anahtarının kesiti ( KI tip)

4.3 Kapasitif Yaklaşım Anahtarının Özellikleri Yukarıda anlatılan Çalışma ilkesinden kapasitif yaklaşım anahtarının şu önemli

özellikleri çıkarılabilir:

Dielektrik katsayısına bağlı olarak kapasitif yaklaşım anahtarı iletken olmayan veya iyiiletken olmayan tüm malzemeleri algılayabilir. İndüktif yaklaşım anahtarlarında olduğu gibiçalışma ilkesi hedefin hareket etmesinden etkilenmez. Belirleyici olan uzaklıktır, hedef cisminyüzeyi önemli değildir. Kapasitif yaklaşım anahtarı plakalar arası sadece birkaç volt gerilimleçalışabildiğinden ve yalnızca birkaç mikro watt enerji harcadığından switch yakınlarında hiçbir statik elektriklenme yapmaz ve RF gürültüsüne neden olmaz. Pratik olarak hedefe hiç bir etkiyapmadan çalışır.

Uzaklıkla kapasite değişimi arasındaki ilişki, İndüktif yaklaşım anahtarları için görünür direnç değişimini gösteren Şekil 4.6’ daki gibi, açıkça doğrusal değildir. Bu nedenle kapasitif sensörde ideal olarak bir sayısal anahtar için uygundur.

Şekil 4.6 Sensörün ucu ile hedef plaka arasındaki mesafenin (S) bir fonksiyonu olarak sensör kapasitesi değişiminin(C) tipik eğrisi





66

4.5 Uygulama Örnekleri

Şekil 4.10 Kapasitif sensörün çeşitli maddelerin (sıvı, toz)seviye kontrolünde kullanılması

Şekil 4.11 Rollar üzerindeki cam plakayı algılayan bir kapasitif yaklaşım anahtarı

Şekil 4.12 İki kapasitif yaklaşım anahtarı PVC cidarların arkasından tank seviyesini algılar ve kontrol eder.



67

Şekil 4.13 İki kapasitif yaklaşım anahtarı ile silo seviye kontrolü.

Şekil 4.14 kapasitif yaklaşım anahtarı ile siloda dolum kontrolü



68

Şekil 4.15 kapasitif yaklaşım anahtarı ile seviye kontrolü

Şekil 4.16 manyetik yaklaşım anahtarı ile pnomatik silindirin pozisyon kontrolü



69

5. ENDÜKTİF VE KAPASİTİF SENSÖRLER İÇİN ORTAKTANIMLAMALAR

5.1 Sinyal İşleme Ve Çıkışlar Şekil 5.1 ve 5.2’ nin sol tarafında ana indüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarları

gösterilmiştir. Bu sensörler osilatör devresinin bir parçası olarak sırasıyla yüksek ve çok düşük

genlikli osilasyon frekansı üretirler. Bundan faydalı bir anahtarlama sinyali elde etmek içinaşağıda kısaca anlatıldığı gibi başka işlemlere gerek vardır.

Şekil 5.1 İndüktif yaklaşım anahtarı blok çizimi

Şekil 5.2 Kapasitif yaklaşım anahtarı blok çizimi



70

İlk olarak osilasyon genliğindeki değişim bir anahtarlama sinyaline dönüştürülmelidir.Bu, osilasyonun doğrultulması ve süzülmesi ile yapılır, daha sonra eşik tetikleme ( Schmitttrigger) devresine iletilir. Bu, hedefin yaklaşması ile akımın akması veya akmaması gibi ikiolası anahtarlama konumu sağlar.

Eğer cisim tam olarak anahtarlama noktasında olursa, çıkışın iki anahtarlama konumuarasında gidip – gelme tehlikesi olacaktır. Bu, elektronik olarak üretilen kesin olarak belirlenmişbir histerisis tarafından önlenir. Programlama aşaması çoğu switchte değerlendirmeaşamasına bağlanmıştır. Bir switchte normalde açık veya normalde kapalı anahtarlamafonksiyonu vardır .

Ayrıca gerilimin ilk uygulanışında yanlış bir sinyal almamak için gereken önlem alınmalıve doğru çalışma garanti edilmelidir.

Kontaksız yarıiletken switch, çıkış sinyalinin anahtarlanması için piyasadaki en yaygınçözüm olmuştur. Ömür, açma kapama sayısı, çalışma frekansı ve kontak kayıpları açısındanmekanik switchlere karşı önemli avantajları vardır.

Önemsiz dezavantajları olan; açık konumundaki kaçak akım, kapalı konumundakigerilim düşümü ile aşırı gerilim ve akıma karşı hassasiyetleri tolere edilebilir ve uygun korumayöntemleri ile önlenebilir. Kullanılan yarı iletken anahtar tipleri : transistör, tristör ve triyaktır.

Öte yandan varistör veya zener diyot gibi ani gerilim darbelerini sınırlayabilen özelelemanlarla gerilim darbe koruması da eklenen korumalara dahil edilir. Daha da ötesindeyanlış bağlantıya karşı switchi korumak için gerekli olan ters polarite koruması da vardır. Eğer switch 55 VDC Çalışma gerilimine sahipse standart uygulamada yarı iletken, yanlış bağlantıveya yetersiz izolasyondan oluşabilecek aşırı akıma karşı da korunmuştur.

5.1.1 Programlanabilir anahtarlama fonksiyonu ( normalde açık / normaldekapalı )

Şekil 5.3 Jumper ile Programlama



71

Şekil 5.4 Kablo ile programlama

Şekil 5.5 Bağlantı terminalinden programlama

5.1.2 Kısa devre veya aşırı yük durumunda çıkışın tepkisi

Çoğunlukla Şekil 5.6' da detaylı gösterilen otomatik bakma biçiminde, tam otomatik kısadevre koruması olan darbe çözümlemesi kullanılır. Kısa devre veya aşırı yük kalkar kalkmazyada birkaç milisaniye sonra sensör yeniden çalışır.

Şekil 5.6 Otomatik bakma yöntemi ile aşırı yük ve kısa devreye karşı darbeli koruma

Sensörün işlevini yerine getirebilmesi için ana sensör ve elektronik devrenin enerjisi ikifarklı yöntemle sağlanabilir. Tablo 10’da gösterildiği gibi 3 veya 4 kablo ilkesini kullanarak;burada enerji, anahtarlama konumundan bağımsız olarak ve yükten etkilenmeden ek bir bağlantı tarafından sağlanır. Öte yandan, Tablo 10’da gösterilen iki kablo teknolojisi, mekanikswitch yerine doğrudan kolayca yaklaşım anahtarı bağlama avantajını kullanma çabasınıyansıtır (yani switchi çalıştırmak için hiçbir ek güç kaynağı gerektirmeyen kolay bağlantı).

indüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarlarının ana sensörlerinin sadece çok az bir enerjiharcamalar ından dolayı, sürekli olarak açık konumda çok az bir kaçak akım ve kapalı konumdaaz bir gerilim düşümü ile anahtarlama özelliği ve yük etkilenmeden sensöre yeterli gücüsağlamak olasıdır.



72

Tablo 10 Bağlantı şekilleri

iki kablo teknolojisi üç kablo teknolojisi

dört kablo teknolojisi eşlenik anahtarlama

5.2 Yapı Şekilleri Ve Mekanik Montaj Endüstride kullanılan indüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarları sıklıkla zor çevre koşulları

ile karşılaşırlar. Bu nedenle, sensörlerin güvenle çalışabilmeleri sıcaklık, soğuk, toz, vibrasyon,nem, aşındırıcı sıvılar ve gazlar gibi çevre etkilerine karşı alınan önlemlere bağlıdır. Dolayısıylabu tür çevre koşullarına dayanıklı muhafaza içine yerleştirilmeleri gerekir.

Kural olarak, muhafaza için kullanılan malzeme yüksek kimyasal dayanımı ve yüksekyalıtkanlık kalitesi olan cam elyafı ile kuvvetlendirilmiş plastiktir. Vidalı tiplere sıklıkla bağlantıve montaj için muhafazayı güçlendiren bir metal ceket (nikel kaplı pirinç) giydirilmiştir.

Bugün üretilen ve kullanılan yaklaşım anahtarlarının büyük bir yüzdesi ya mekanikswitch yerine doğrudan bağlanabilecek bir yapıya sahip yada CENELEC adı verilen



73

uluslararası bir standarda uygun olan özel yaklaşım anahtarı tasarımı yapı şekilleridir.Diğerlerinin yanında bu, aynı çalışma ilkesine sahip fakat geleneksel anlamda yaklaşımanahtarı olmayan yarık sensör veya yüksük sensörleri de içerir. Elektromanyetik alanın özeldağılımı nedeniyle yüksek frekansın istendiği yerlerde tercihli olarak kullanılırlar. Yüksüksensörler özellikle bilye, çivi, vida gibi küçük cisimleri algılayabilirler. Özel uygulamaya ait özelbir tasarım örneği de yaya geçidi trafik lambaları için aşınmayan kapasitif sensördür.

Elektriksel bağlantı sistemleri acısından üç grup vardır: kablolu tipler

bağlantı terminalli tipler hazır çok sayıda uygun soket olan fiş bağlantılı tipler

5.2.1 Çeşitli yaklaşım anahtarı bağlantı yöntemleri

Şekil 5.7 Kablolu, soketli ve terminal bağlantılı tipler

Bir yaklaşım anahtarının sinyal işleme devresi ve ana sensörü, ya elektronik elemanlarlageleneksel baskılı devre üzerinde yada yüzeye monte edilen elemanlarla (SMD) esnek veyaseramik taşıyıcı üzerinde oluşturulmuştur. Elektronik devre muhafaza içine yerleştirildiktensonra yaklaşım anahtarının tüm işlevleri test edilir ve geride kalan tüm boş1uk reçine ile

doldurulur. Reçine doldurulduktan sonra muhafaza mekanik olarak daha dayanıklı olur,elektronik devreyi vibrasyona karşı korur, toz ve nem girişini önler. Bu önlemler aşırı çevrekoşullarında emniyetli çalışmayı garantiler.



74

5.3 Uygulamada Dikkat Edilecek Noktalar

5.3.1 Algılama mesafesi ve algılanabilir cisimler Daha önce belirtildiği gibi İndüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarları dokunma olmadan

çalışırlar. Hedef cisim sadece sensöre yaklaşmalıdır. Fakat "sensöre yaklaşmak" ne demektir?Yaklaşım anahtarının emniyetli bir biçimde cismi algılayabileceği bu mesafe (yani algılama

mesafesi) aşağıda detayları açıklanacak koşullara bağlı olan, yaklaşım anahtarının bir parametresidir.İndüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarının algılama mesafesi hedef cismin boyutları,

kalınlığı ve malzemeye bağlıdır. Ek olarak, algılama mesafesi çalışma koşullarının değişmesi(Sıcaklık farklılığı, çalışma gerilimindeki değişimler) ve aynı tipten farklı sensörlerde ortayaçıkabilecek farklılıklara (bireysel değişimler) bağlıdır. Karşılaştırılabilir algılama mesafesideğerleri elde etmek amacıyla indüktif yaklaşım anahtarları için standart bir hedef plakatanımlanmıştır.

Şekil 5.8 Euro-Norm 50010 'a göre bir plaka yaklaşım anahtarı algılama mesafesi

Bu hedef plaka standardı ve ölçüm yöntemi Avrupa Standardı EN 50010'datanımlanmıştır. Standart hedef plaka dikdörtgen şeklinde ve 1 mm kalınlıktadır. Hedef plakanınkenar uzunluğu, en az sensör etkin yüzeyinin çapı kadar veya daha büyük ise nominalalgılama mesafesinin 3 katı kadardır. Yumuşak çelik, hedef plakanın malzemesi olaraktanımlanmıştır. Bu nedenle her bir sensörün yalnızca algılama mesafesi belirlenen çevrekoşulları altında verilmiştir.

Yaklaşım anahtarları üretiminde üreticiler kesin belirli sınırlamalara (EURO-Norm' datanımlanan) uymak zorundadır. Tüm Sensörler çevre koşullarının değişmesi durumunda veya

bireysel değişimlerde bunlara kesin bağlı kalmalıdır. Teknik verilerde gösterilen nominalalgılama mesafesi Sn sadece karakteristik bir değer olup üretim toleranslarının veya sıcaklıkve gerilim gibi diğer etkenlerin etkisini hesaba katmaz. Gerçek algılama mesafesi Sr dahaönemlidir. Bu mesafe nominal çalışma geriliminde ve yaklaşık 20 oC ortam sıcaklığında



75

belirlenmiştir ve nominal algılama mesafesinden + % 10 değişebilir. Gerçek algılama mesafesitipik bireysel değişimleri hesaba alır. Ayrıca, eğer gerilim ve sıcaklık değişimleri olursa yaniteknik verilerde garanti edilen or talama sıcaklık ve gerilim değerinde değişiklik olursa yaklaşımanahtarının algılama mesafesi yine en fazla gerçek algılama mesafesinden + % 10 değişebilir.Bu algılama mesafesi faydalı algılama mesafesi olarak adlandırılır ve nominal algılamamesafesinin 0.81 - 1.21 katı arasındadır.

Çoğunlukla alt limit (yani 0.81xSn) kullanıcı için daha önemlidir. Örneğin en kötükoşullar altında 10 mm olan nominal algılama mesafesi 8.1 mm olacaktır. Bu nedenle kullanıcıiçin elde edilebilen minimum çalışma algılama mesafesi Sn verilmiştir. Her yaklaşım anahtarıbu çalışma algılama mesafesi içerisinde çalışmalıdır.

Yaklaşım anahtarının emniyetli bir şekilde açıp kapaması için hedefin yapması gerekenhareket, açma noktası ile kapama noktası arasındaki farkın (histerisis) sonucu olan birkaçmm'lik kurs mesafesidir. Eğer cisim eksenel değil de açısal olarak, örneğin yan taraftan,yaklaşırsa kesin açma ve kapama noktası elektromanyetik alanın dağılımına bağlıdır. Üreticifirmalar kataloglarında genellikle şekil 20'dekine benzer bir açma-kapama eğrisi verirler.Kolaylıkla görü1ebileceği gibi açma noktası ile kapama noktası arasındaki kurs mesafesi,

hedef plaka açısal olarak yaklaşırsa önemli ölçüde kısalır. Çalışma frekansı da artar. Bunedenle, örnek olarak konumlandırma işlemleri için tercih edilen yön bu olmalıdır.

Şekil 5.9 Hedef plakanın açısal yaklaşımında 1- açma ve 2- kapama eğrisi



76

5.3.2 Hedef genişliği düzeltme katsayısı

Şekil 5.10 Standart olmayan hedef plaka için düzeltme katsayısı K r eğrisi

EN 50010 de belirtilen standart plaka yerine daha küçük veya kare olmayan başka bir şekilde hedef kullanılırsa çalışma mesafesi şekil katsayısı ile düzeltilmelidir. Aşağıdaki şekilStandarttan ayrılan kare şekiller için bu düzeltme katsayılarını gösterir tipik eğriden görüleceğigibi daha plakalar için algılama mesafesi oldukça kısalırken daha büyük plakalar için çok az bir artış olur.

5.3.3 Malzeme düzeltme katsayısı

Şekil 5.11 Çeşitli malzemelerin iletkenliklerinin x bir fonksiyonu olarak düzeltme katsayısı K.(İndüktif switc h,

osilatör frekansı 200 kHz.)



77

Hedef plaka, Standartta belirtilen yumuşak çelik yerine başka bir malzeme olursa daalgılama mesafesi düzeltilmelidir. İndüktif yaklaşım anahtarlarında düzeltme katsayısıdoğrudan doğruya malzemenin iletkenliğine bağlıdır. Hedef malzeme içinden girdap akımlarıaktığı için kayıplar doğrudan iletkenliğe bağlıdır.

Şekil 5.11, bakır ve alüminyum gibi iyi iletken malzemelerin daha kısa algılamamesafelerine sahip olduklarını göstermektedir. Granitteki iletkenlik ve demirdekiferromanyetizm, osilatör devresinde daha fazla girdap akımı kayıplarına neden olduğu için eldeedilebilir algılama mesafesi de daha fazla olur.

İndüktif yaklaşım anahtarları için algılama mesafesiyle malzeme arasındaki bağıntı şekil5.11' de görülmektedir. Eğri, farklı diamanyetik ve para manyetik malzemeler için teorikdeğerleri gösterir. Gösterilen noktalar ise gerçekte ölçülen değerlerdir. Görüleceği gibi yaklaşık105 1/

m iletkenlikte düzeltme katsayısı en büyük değerdedir. Daha az iletkenlik daha kısaalgılama mesafesi sağar. Bunun anlamı, iletkenliği yaklaşık olarak 100 - 10-2 1/

m olan su veya daha az iletken malzemeler algılanamaz. Demir bir ferromanyetikmalzeme o1duğu için en büyük katsayıya sahip noktaya yakındır. Ferromanyetizm sensör alanının yayılma derinliğini birkaç mikronda sınırladığı için malzemenin iletkenliği azalmış gibigörülür, Sonuç olarak demir,çelik veya fer r itimsi alaşımlar daha kolayca algılanabilirler.

Kapasitif yaklaşım anahtarlarında, malzeme katsayısı sensör ucundaki kapasitöründeğer değişimine bağlıdır. Bu kapasite ne kadar çok değişirse malzeme o kadar kolay algılanır.Bu nedenle düzeltme katsayısı doğrudan doğruya malzemenin bağıl dielektrik katsayısınabağlıdır (Şekil 5.12). Şekil 5.12' de metaller gibi iletken malzemeler dikkate alınmamıştır.İletkenlerin düzeltme katsayıları her zaman 1' dir, yani olası en büyük algılama mesafesineulaşılır. (Farklı malzemelerin bağıl di elektrik katsayısının r bir fonksiyonu olarak düzeltme katsayısı K w (kapasitif

switch osilatör frekansı yaklaşık 300 kHz.) )

Şekil 5.12 Farklı malzemelerin bağıl di elektrik katsayısının r bir fonksiyonu olarak düzeltme katsayısı K w (kapasitif

switch osilatör frekansı yaklaşık 300 kHz.)



78

5.3.4 Malzeme kalınlığı düzeltme katsayısı İndüktif yaklaşım anahtarları için EN 50010' da Standart plaka kalınlığı 1 mm olarak

tanımlanmıştır. Fakat malzeme, metal folyo gibi ince olursa malzeme düzeltme katsayısınagöre beklenenden daha uzun algılama mesafeleri elde edilebilir. Bunun nedeni den etkisi adiverilen sensör elektromanyetik alanının malzeme içindeki yayılma derinliğidir.

Tablo 11 Osilatör frekansı 100 kHz. de indüktif sensör alanının yayılma derinliği

Malzeme [mm]

Demir (dinamo sacı) yaklaşık 0.02

Gümüş 0.2

Bakır 0.2

Alüminyum 0.3

Çinko 0.4

Pirinç 0.4

Kurşun 0.7

Farklı iletken malzemeler için sınır kalınlık değerleri, bu değerlerin altındabeklenen algılama mesafesi daha uzundur.

5.3.5 Montaj

Çalışma ilkesi manyetik veya elektromanyetik alanın sensör ön tarafında biçimlenmesiolayına bağlıdır. Her zaman için bu alanın sadece hedef cisimden etkilenmesi ve switche yakındiğer cisimleri algılamaması önlenemez. Yaklaşım anahtarının doğru çalışması için sensör kafa tarafının etrafında algılanabilir malzeme olmamasının garanti edilmesi gerekir. Yaniindüktif yaklaşım anahtarlarında bu alanda iletken malzeme olmamalı ve kapasitif yaklaşımanahtarlarında bağıl dielektrik katsayısı yüksek hiçbir malzeme olmamalıdır.

5.3.5.1 Silindirik tiplerin montajı

EURO-Norm' una göre indüktif yaklaşım anahtarının metal içine gömülebilir veyagömülemez (flush veya nonflush) montajında aşağıdaki noktalara dikkat edilmesi gerekir.

Tablo 12 Silindirik tiplerin montajı

gömülebilir montaj (f)

Yaklaşım anahtarının etkin

yüzeyi metal içine gömülebilir



79

gömülemez montaj (nf)

d=yaklaşım anahtarının çapı

sn=nominal algılama mesafesi

Yaklaşım anahtarının etkin

yüzeyi etrafında en az çizimde

gösterildiği kadar boş alan

bırakılmalıdır.

En çok yaygın olan silindirik tip indüktif yaklaşım anahtarına ilişkin montajı gösterenTablo 12, sensörün kenarlarında bırakılması gereken boş alanı verir. Yukarıdaki açıklığınsağlanamayacağı her yerde gömülebilir (flush) tip switchler kullanılmalıdır. Bu tiplerde

yaklaşım anahtarının etkin yüzeyi metal içine gömülü monte edilebilir. Daha önce gösterildiğigibi bu tiplerin elektromanyetik alanları öyle bir şekilde ekranlanmışlardır ki sadece göz ardıedilebilir bir miktarı etkin yüzeyin kenarlarına taşar.

Bu nedenle, bu tipler yanal yaklaşımlara duyarlı değildir. Avantaj olan bu ekranlamanınaynı zamanda bir de dezavantajı vardır: aynı boyuttaki gömülemez tiple karşılaştırıldığındagömülebilir yaklaşım anahtarları daha kısa algılama mesafelerine sahiptir. Switchin tipine bağlıolarak algılama mesafesindeki bu azalma nominal algılama mesafesinin % 50' sine kadar çıkabilir.

Eğer birkaç tane ayni tip yaklaşım anahtarı birbirine yakın olarak montaj edilecekse

sensörler arasında bırakılması gereken minimum açıklık vardır. Burada da Tablo 12' degösterilen açıklıklar bir kural olarak alınmalıdır. Şüphe durumunda üreticinin kataloglarınabaşvurulabilir.



80

5.3.5.2 Silindirik tiplerin montajı -2

Aynı tip yaklaşım anahtarları karşılıklı veya yan yana bağlanacaksa bırakılması gerekenen az mesafelere uyulmalıdır.

Tablo 13 Silindirik tiplerin montajı -2

İndüktif

indüktif (gömülemez)

indüktif (gömülebilir)

D=yaklaşım anahtarının çapı s=nominal algılama mesafesi

Kapasitif

Ayrıca ortak etki mesafesi üretimden kaynaklanan osilatör frekansındaki rasgelefarklılıklara bağlıdır. Genellikle çok özel bir durumda açığa çıkmadıkça veya switch

değiştirilmedikçe bu etki fark edilmez. Eğer şekilde Gösterilen minimum açıklıklarauyulamayacaksa üreticiler osilatör frekansı belli bir miktar değiştirilmiş özel switchler sağlayabilirler.



81

5.3.6 Çevre koşulları Sensörler normal olarak üretim hatlarındaki makinelerin daha az korunmuş yerlerinde

kullanıldıkları için sıcaklık, soğuk, darbe, vibrasyon, toz, nem, kimyasal aşındırıcı sıvılar gibizor çevre koşullarına doğrudan maruz kalırlar. Bu nedenle böyle zor koşulların yol açtığıbozukluklara karşı korunmaları gerekir. Üretici firma katalogları sorun olmadan sensörlerinkullanılabileceği çevre koşullarını ve uygulama bilgilerini verir.

5.3.6.1 Ortam sıcaklığı :

Ortam sıcaklığı deyimi yaklaşım anahtarının etrafının sıcaklığı için kullanılır. Genelolarak yaklaşım anahtarları için izin verilen ortam sıcaklığı - 25 ile + 80 oC arasıdır. Bu sınırlar dışına taşan kısa süreli küçük değişimler switch tarafından tolere edilebilir.

5.3.6.2 Darbe ve vibrasyon kuvvetleri :

Daha önce sözü edildiği gibi yaklaşım anahtarlarında hareketli hiçbir parça yoktur vetümüyle reçine ile doldurulmuştur. Bu nedenle tüm darbelere ve vibrasyona karşı aşırı bir dayanımı vardır. Yer çekiminin (g) neden olduğu ivmenin 30 katı izin verilen maksimum darbekuvveti ve 1 mm genliğinde 55 Hz. 'e kadar olan frekanslardaki vibrasyon maksimum vibrasyonkuvveti olarak alınabilir.

5.3.6.3 Yabancı cisimler ve toz :

İndüktif yaklaşım anahtarları hiçbir şekilde iletken olmayan malzeme tozu birikimindenetkilenmez. Hatta girdap akimi kayıplarına yol açan küçük metal kıymıkları bile switchin hatalıçalışmasına neden olmaz. Kapasitif switchlerde ise çok küçük toz parçaları bile hatalıçalışmaya neden olabilir. Bu nedenle toz ve nemin etkisini kompanze eden kompanzasyonelektrotu bulunan sensörler vardır. Bu tip kapasitif yaklaşım anahtarları çok fazla kirlenmeninolduğu yerlerde de kullanılmaya uygundur.

Uluslararası Standart (EN 40050) elektrikli araçların koruma derecesini tanımlamaktakullanılır ve yaklaşım anahtarı üreticisi firmalar bu standarda göre switchlerin koruma sınıfını

belirler (örneğin IP 67). IP "International Protection"in (Uluslararası Koruma) kısaltmasıdır. ilkrakam yabancı cisimlerin girişine ve temasına karşı koruma derecesini gösterir. Örneğin 6rakamı, en ince tozun girişine ve tümüyle temasa karşı koruma anlamındadır. Koruma sınıfıtanımlama yöntemi IP 'nin ikinci rakamı, switchin ne derecede sulu bir ortamda çalışabileceğinigösterir.

5.3.6.4 Nem ve su :

Yukarıda sözü edildiği gibi indüktif yaklaşım anahtarının algılama işlevi su, nem, sisveya buhardan etkilenmez. Öte yandan kapasitif yaklaşım anahtarı suyun yüksek di elektrikkatsayısı nedeni ile su ve tüm su içeren cisimleri algılar. Sadece kompanzasyon elektrotubulunan tipler, çalışmalarında sorun olmadan bir film şeklinde nem yoğuşmasını kompanzeedebilir. Bununla birlikte emniyet acısından Yaklaşım anahtarının nem girişine karşı nederecede korunduğu önemlidir. Bu, koruma sınıfı tanımlama yöntemi IP' nin ikinci rakamındagösterilir. örneğin; 7 rakamı, 30 dakika süreyle 1 m derinliğindeki su içerisine yaklaşım anahtarıdaldırıldığında zarar verecek miktarda suyun switche giremeyeceğini gösterir.

Genellikle yaklaşım anahtarları elektrik bağlantı şekillerine (kablolu, soketli, terminalbağlantılı) bağlı olarak IP65 ve IP67 koruma sınıfında olurlar.

5.3.6.5 Kimyasal etkiler :

Katı, sıvı veya gaz biçimindeki kimyasal maddelerin yaklaşım anahtarının içindebulunduğu ortamı etkilediği her yerde switch muhafazası ve kablosunun bu maddelere karşı

yeterince dirençli olup olmadığının çok iyi bir şekilde kontrol edilmesi gerekir. Çok yaygın olancam elyafı ile güçlendirilmiş plastik ve metal ceketle kaplanmış tipler bile kimyasalmaddelerden etkilenmiş ortamlarda kullanılmaya uygundur. Özellikle zor koşullardakiuygulamalar için korozyona dayanımlı paslanmaz çelik veya teflon özel muhafazalar da vardır.



82

5.3.6.6 Elektromanyetik etkiler :

Yaklaşım anahtarlarının kullanıldığı endüstriyel ortamlarda, elektromanyetik etkiler değişebilir ve yüksek enerji seviyelerinde olabilir. Örneğin; radyo vericileri, enerjidekianahtarlama işlemleri indüktif yükleri anahtarlama veya yıldırım. Radyo dalgalarının dalgaboyu ile karşılaştırıldığında sensörün küçük boyutları nedeni ile bu tür periyodik etki çok az bir tehlike oluşturur. kısa süreli geçici etkiler yaklaşım anahtarlarına yüksek bağışıklık verendevreler yardımı ile süzülebilir. Etkinin olabileceği diğer bir noktada kablodur. Eğer switchkablosu uygun bir şekilde çekilmemiş ise kablo, radyo dalgalarını alan bir anten gibidavranabilir veya kendisine paralel çekilen diğer kablolardaki geçici gürültüleri kapabilir. Budurumda süzücü devreler kullanılabilir.

5.3.6.7 Diğer etkenler :

Çoğu diğer tip sensörlerle karşılaştırıldığında indüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarlarıses ve ışıktan etkilenmez. Yaklaşım anahtarının bağışık olmadığı tek etki X ışını veradyasyondur. Elektrik kaynağının yarattığı gibi çok yakındaki güçlü manyetik alan indüktif yaklaşım anahtarının işlevini zorlaştırabilir. Bu tür uygulamalar için kaynağa (akıma) dayanıklıtipler vardır.

5.4 Elektriksel Veriler

5.4.1 Güç kaynağı ve yük

Yaklaşım anahtarları iki kablolu, üç kablolu veya dört kablolu teknoloji adı verilentiplerde bulunur (Tablo 10). Üç kablolu ve dört kablolu switchlerde çalışma gerilimi L+ ve L-(UB ve 0 V) arasına uygulanır ve anahtarlama sinyali çıkışa ek bir kablo üzerinden iletilir. İkikablolu switchlerde çalışma gerilimi, yaklaşım anahtarı ve ona seri bağlı yüke ortak uygulanangerilimdir. Bu durumda yük iç direnciyle orantılı gerilim düşümü dolayısıyla yaklaşım anahtarıuçları arasında daha az gerilim vardır. Endüstriyel sistemlerde yaygın çalışma gerilimleri 24 V,110 V ve 220 V dur. DC ve AC tipler vardır. 12, 48 veya 60 V gibi diğer çalışma gerilimleri çok

yaygın değildir.

Bir fabrikada tam çalışma gerilimini sağlamak oldukça zordur ve uygulamada büyükoynamaların olması normaldir. Bu nedenle yaklaşım anahtarları için yaygın uygulama, switchindoğru olarak çalışacağı, olabildiğince geniş bir çalışma gerilimi aralığı vermektir (10 - 55 VDCveya 20 - 230 VAC gibi). Genel olarak DC tiplerde, verilen çalışma gerilimi değeri sınırlarıiçinde olduğu takdirde gerilimdeki oynamalara ve kaçak akıma izin verilebilir. AC tiplerdeharmonik içeriği yaklaşık % 10 u aşmamalıdır.

5.4.2 Elektriksel koruma

Çoğu DC yaklaşım anahtarında kısa-devre, ters polarite ve aşırı yük koruması vardır.Ters polarite ye karşı koruma, yaklaşım anahtarına zarar vermeden uçlarının tersçevrilebi1eceği anlamındadır. Fakat her türlü yanlış bağlantıda switchin doğru olarak çalışmasıbeklenemez. Ek olarak ters polarite koruması olan tüm switchlerde üç kablolu tipler için kısadevre korumasının olması gerekir yoksa 0 V ile çıkış ucunun karıştırılması durumunda switchyanar.

Günümüzde çağdaş teknoloji tamamıyla otomatik çalışan kısa devre koruması (Bkz.şekil 16) kullanmaktır ve bu, çıkışın aşırı yüklendiği sürece kapamamasını sağlar. Eğer kısadevre kalkarsa switch otomatik olarak işlevini yerine getirir.

Yaklaşım anahtarının çalışabileceği maksimum akım ile kısa devre korumasının etkiliolacağı akım arasında değişken bir fark vardır. Bu fark veya "aşırı yük aralığı" malzemetoleranslarından dolayıdır. Eğer bu gerilim aralığında, her tür zaman sürecinde ve tüm çalışmasıcaklığı aralığında çalışabilirse yaklaşım anahtarı aşırı yük korumalıdır.



83

5.4.3 Seri ve paralel bağlantı Programlanabilir mantık denetleyicilerin (PLC) kullanımının hızla yaygınlaştığı

günümüzde bile bir kaç tane yaklaşım anahtarını birbirine seri yada paralel bağlama çoğuuygulama için oldukça faydalıdır. Örneğin; çok büyük bir fabrikada switchler lokal olarak lojikoluşturacak şekilde bağlanırsa kablolama çok büyük oranda azaltılmış olur. Ayrıca bir fabrikadaki geliştirmelerde bazı switchlerin birbirine bağlanmasını gerektirebilir.

5.4.3.1 Üç kablolu switchlerin paralel bağlanması

20 veya 30'a kadar üç kablolu switchleri paralel olarak bağlamak kesinlikle olasıdır (Şekil 5.13). Yalnızca dikkat edilmesi gereken konu açık konumdaki tüm switchlerin çok küçükolan kaçak akımları toplanır. Şekilde gösterilen yalıtım diyotları sadece switch çıkışlarınınopen-collector olmaması durumunda gerekir.

Şekil 5.13 Üç kablolu switchlerin paralel bağlanması

5.4.3.2 Üç kablolu switchlerin seri bağlanması

Üç kablolu switchler seri olarak bağlandığında üzerlerindeki 1 - 2.5 V 'luk gerilimdüşümleri toplanır. Bu gerilim düşümünden sonra da yükün sorunsuz çalışması konusundagereken özen gösterilmelidir. Ayrıca ilk yaklaşım anahtarı diğer tüm switchlerin çektiği akımıkarşılayabilmelidir. Alt taraftaki yaklaşım anahtarlarının çalışma gerilimleri açılıp kapatıldığı içingecikme zamanının (birkaç 100 ms' ye kadar) olacağı göz önünde bulundurulmalıdır. Bunoktalara özen gösterildiği takdirde 5 – 10 yaklaşım anahtarı seri olarak bağlanabilir.



84

Şekil 5.14 Üç kablolu switchlerin seri bağlanması

5.4.3.3 İki kablolu switchlerin paralel bağlanması

İki kablolu switchler paralel bağlandıkları zaman kaçak akımları toplanır. Kaçakakımların toplamı yük için gerekli olan en az akımın çok altında olmalıdır. Ayrıca bir yaklaşımanahtarı anahtarladığı zaman diğer switchler üzerindeki çalışma gerilimini kaldırır ve buswitchler kendi konumlarını gösteremez. Çok küçük kaçak akımdan (yaklaşık 0.5 mA) dolayıdaha fazla sensörün paralel bağlanabileceği dört fonksiyonlu switchler dışında, optimumkoşullar altında 5 – 10 yaklaşım switchi paralel olarak bağlanabilir.

Şekil 5.15 İki kablolu switchlerin paralel bağlanması



85

5.4.3.4 İki kablolu switchlerin seri bağlanması

Normal olarak iki kablolu switchlerin seri bağlanması önerilmez. Dikkat edilirse yaklaşımanahtarları üzerindeki gerilim düşümü toplanarak yük üzerine uygulanan gerilimi azaltır.İndüktif yükler anahtarladığı zaman faz farkları etkili olur. Optimum koşullar altında bile, 220VAC gibi, sadece 2 - 3 yaklaşım anahtarı seri olarak bağlanabilir.

Şekil 5.16 İki kablolu switchlerin seri bağlanması



86

5.4.4 Anahtarlama zamanları ve çalışma frekansları Hedef cismin elektromanyetik alan içine girmesi ile yaklaşım anahtarının çıkış sinyalini

anahtarlaması arasındaki zaman genellikle sadece birkaç milisaniye dolaylarındadır. Mekanikswitchlere göre anahtarlama zamanları çok kısadır. Modern hızlı çalışan fabrikalardasensörlerin kullanımı için bu çok önemlidir. Anahtarlama zamanlarını etkileyen çeşitli etkenler vardır. Bir tarafta osilatör frekansı ve tipi kadar kalite faktörü, kapasite ve indüktansa bağlıolarak enerji depolayan osilatör devresi bir etkendir. Diğer taraftan osilasyon devresi içindeki

girdap akımı kayıpları anahtarlama zamanını etkiler. Bu bilindiği gibi hedef cismin boyutları,malzemesi ve uzaklığına bağlıdır. Sonuç olarak bir yaklaşım anahtarında bu zamanlar cisimyaklaşıyorken 0.2 – 1 ms ve uzaklaşıyorken 1 – 15 ms arasındadır (yapı şekline bağlı olarak).

Anahtarlama zamanları, maksimum çalışma frekansı ve cismin emniyetli bir şekildealgılanabileceği maksimum cisim geçiş hızını etkiler. Tüm bu etkenlere karşın maksimumçalışma frekanslarını belirlemede karşılaştırılabilir değerler elde etmek için EN 50010' da bir test yöntemi standartlaştırılmıştır. Standart plaka, kenar uzunluğu m olan ve aralarındakiboşluk 2m olan dişlerden oluşan disktir ve nominal algılama mesafesinin yarısı kadar uzaktangeçer. Bu yöntemle belirlenen çalışma frekansı normal olarak üretici firmaların kataloglarındayer alır.

Şekil 5.17 EN 50010'a göre çalışma frekansı belirleme ölçüm yöntemi



87

5.4.5 Tipik uygulamalar

Yaklaşım anahtarlarının yaygın bir uygulaması mekanik konum switchleri yerinekullanımıdır. Mekanik switchin daha ekonomik olduğu doğrudur, fakat daha önce sözü edildiğigibi belirli mekanik aşınmalara maruzdur. Arızalanmaları durumunda üretim hattının, konveyör sisteminin veya benzerlerinin saatlerce durmasına neden olur. Bu nedenlerle mekanik switchyerine dokunmasız, aşınmasız ve yıpranmasız yaklaşım anahtarlarını kullanmak daha karlıolabilir.

Yaklaşım anahtarları devir ölçümü içinde ideal bir çözümdür. Burada yüksek çalışmafrekansları gerekir ve kontrol sisteminin tam olarak çalışması için daha fazla sinyal bir zorunluluktur. Doğru bir değerlendirme için tanımlanan anahtarlama sinyali de önemlidir.yaklaşım anahtarları yüksek çalışma frekansı yarı iletken çıkış ve tanımlanmış, çabuk çıkışsinyali ile iyi bir çözümüdür.

İzleme ve sayma işlemlerinde Ürün dorudan algılanır. Dokunmasız switchlerin kullanımı ile algılanması güç olan cam, gıda, kağıt vb. gibi cisimlerin algılanması da olasıdır.

Özellikle kapasitif yaklaşım anahtarları paketleme sanayinde seviye algılama ve

izlemede kullanılabilir. Boru hatlarındaki (değirmende) blokaj kadar tank ve silo seviyeleri degösterilebilir. Uygun montaj ve kapasitif switchin iyi ayarlanması ile paketleme sanayindepaketler içindeki miktarın doğruluğu kontrol edilebilir (karton kutulardaki deterjan gibi).

Yaklaşım anahtarlarının en eski uygulaması kimya sanayi, değirmenler ve tank alanlarıgibi tehlikeli bölgelerde kullanımıdır. Böyle bölgelerde sadece çok düşük geriliminkullanılabilmesinden ötürü bu tür uygulamalar için ek emniyetli yaklaşım anahtarları vardır. Çokyaklaşım anahtarı Ex-bölge diye adlandırılan bu alanlarda kullanılmak üzere onaylanmıştır. Butip switchler DIN 19 234 altında standartlaştırılmıştır ve sıklıkla NAMUR switch adıyla bilinir.

Mekanik darbe gibi çeşitli nedenlerle yaklaşım anahtarının bozulmaması gereken

uygulamalarda kullanılmak üzere kendi kendini İzleme (self -monitoring) sistemi olarakadlandırılan yaklaşım anahtarının işlevselliğinin sürekli izlendiği sistemler vardır.

Yukarıdakiler, indüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarlarının genel uygunluğu hakkındasadece kısa bir özettir. Çoğu açıkça belirgin olmayan yerlerdeki uygulamalar yalnızca montajsırasında görülebilir. Er yada geç, indüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarlarının özellikleri veçalışması hakkındaki bilgiler böyle uygulamaların çözümünde yardımcı olur.



88

6. OPTİK (IŞIMA) SENSÖRLER Işık etkisi ile çalışan elektronik devre elemanlarına genel olarak optik elemanlar denir.

Bir ışık kaynağından çıkan ılın, alıcı tarafından algılanır. Işın demetinde bir kesintioluşursa, sensör sinyal gönderir. Alıcı ve vereci karşılıklı olabileceği gibi, bir gövde üzerinde debulunabilir.

Bu tip sensörler metal olmayan parçaların algılanmasında, uzun mesafelerde algılamaistenen yerlerde, yüksek sıcaklıklara dayanım gereken yerlerde kullanılır. Günümüzde kullanımalanları otomasyon sistemlerine paralel alarak yaygınlaşmaktadır.

Şekil 6.1 Bir Optik Sensörün Sembölü

6.1 Algılama Mesafesi Optik sensörlerin seçimi yapılırken, çalışma ortamları göz önünde bulundurulmalıdır.

Özellikle tozlu ortamlarda bu konu önem kazanmaktadır. Sensörün önündeki optik kısımkirlendiğinde, algılama mesafesi kirliliğin durumuna göre orantılı olarak azalır. Bu tip ortamlar için gerekenden daha fazla algılama mesafesine sahip sensörler kullanılmalıdır.

Optik sensörler çok değişik çeşitlerde yapılmaktadır. Aşağıda bu sensörlerin maddeler Halide sınıflandırılması yapılmıştır:

Karşılıklı Optik Sensörler Reflektörlü optik sensörler Cisimden yansımalı optik sensörler Fiber-optik kablolu optik sensörler Renk algılayıcılı optik sensörler

6.2 Bazı Optik Sensör Çeşitleri

6.2.1 Foto Direnç (LDR)

Fotodirençler ışığa bağlı olarak değeri değişen dirençlerdir. LDR(light dependent resistor ) üzerine düşen ışık şiddeti ile LDR'nin dirençdeğeri ters orantılıdır. Yani ışık şiddetinin artması direnç değerinindüşmesine, ışık şiddetinin azalması ise direnç değerinin artmasınasebep olur. LDR, AC ve DC akımda aynı özellikleri gösterir. LDR ışık ilekontrol gerektiren robot projelerinde ve otomasyonlarda basitçekullanılabilecek bir sensördür, robotların ışık algılayıcı sensörleri olarak

kulanılırlar.

http://www.robotiksistem.com/isik_izleyen_robot.html






89

Şekil 6.2 Foto direnç ve sembolü

Kalsiyum sülfat ve kadmiyum selenid gibi bazı maddeler üzerlerine düşen ışık ile tersorantılı olarak direnç değişimi gösterir. Bu maddelerden yararlanılarak foto direnç adı verilendevre elemanlar ı yapılmıştır. Ayrıca LDR'ler CdS (kadmiyum sülfür), CdSe (kadmiyumselenür), selenyum, germanyum, silisyum gibi ışığa duyarlı maddelerden üretilebilendirençlerdir. LDR'lerin üretildikleri madde algılayıcının hassasiyetini ve algılama süresinibelirler. LDR'lerin üst kısmı LDR'ye gelen ışığın odaklanmasını sağlamak için cam veya şeffaf plastik ile yapılır. LDR'lerin gövde boyutları büyüdükçe taşıyabilecekleri akım ve buna bağlıolarak güç değerleri artar.

LDR'lerin sağlamlığını kontrol etmek için ohmmetre ile LDR'nin direncini karanlıkta veaydınlıkta ölçerek, aydınlıkta az, karanlıkta ise çok direnç gösterdikleri gözlenmelidir.

Şekil 6.3 LDR ler

Aşağıdaki örnek devrede ışık yokken LDR nin direnci yüksek olduğundan transistörünbase bacağı tetiklenmemekte ve led sönük durumda kalmaktadır. LDR üzerine ışık geldiğinde

ise direnç değeri düştüğünden transistörün base bacağının tetiklenmesine ve ledin yanmasınasebep olmaktadır.



90

( Diğer bir tanım: Kalsiyum sülfat ve kadmiyum selenid gibi bazı maddeler üzerlerine düşen ışık ile tersorantılı olarak direnç değişimi gösterir. Bu maddelerden yararlanılarak foto direnç adı verilen devre

elemanları yapılmıştır. Üzerine ışık düştüğünde direnci azalan, karanlıkta ise yüksek direnç gösterendevre elemanına foto direnç denir.Işık değişimi ile kontrol etmek istenilen tüm devrelerde kullanabilir. Özellikle gece lambaları ve sokak lambalarında kullanılmaktadır. )

6.2.2 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 birleşimyüzeyine ışık düşene kadar yalıtkandır. Birleşim yüzeyine ışık düştüğünde ise birleşimyüzeyindeki elektron ve oyuklar açığa çıkar ve bu şekilde foto diyot üzerinden akım geçer. Buakımın boyutu yaklaşık 20 mikroamper civarındadır. Üzerine ışık düştüğünde katotdan anotadoğru akım geçiren elemanlara foto diyot denir.

Foto diyot televizyon veya müzik setlerinin kumanda alıcılarında yaygın olarak kullanılır.

Eğer Foto diyot, avometre çıkış polaritesine ters olarak bağlanıp üzerine ışık tutulursadirencinin azaldığı ve üzeri karartıldığında direncinin arttığı gözlemlenirse foto diyot sağlamdır.

Şekil 6.4 Çeşitli foto diyotlar ve sembolü

6.2.3 LED Diyot

LED ismi, ingilizce “Light Emitting Diode” (ışık yayan diyot) kelimelerinin başharflerinden oluşmaktadır. LED’e doğru polarma uygulandığında P maddesindeki oyuklarla N



91

maddesindeki elektronlar birleşim yüzeyinde nötrleşir. Bu birleşme anında ortaya çıkan enerjiışık enerjisidir. Bu ışığın gözle görülebilmesi için ise P ve N maddelerinin birleşim yüzeyine"galyum arsenid" maddesi katılmıştır. LED diyotlar doğru polarmalandırıldıklarında ışık yayanelektronik devre elemanlarıdır.

Bu ışıklı diyotlar, kullanışlı ve pratik olmalarının yanı sıra oldukça ucuz olmalarınedeniyle gösterge olarak diğer tip lambaların yerini almışlardır. LED diyotların kullanımalanları çok geniştir. Çok az enerji harcadıkları için elektronik devrelerin testlerinde, tümelektronik cihazların üzerinde çalıştığını gösteren ışık olarak kullanılmaktadır.

Genellikle LED diyotların bacakları karıştırılmaktadır. Şekil 6.5’ te görüldüğü gibi kısabacak katot, uzun bacak ise anottur . LED’in bacakları aynı boyda ise içindeki plakalarabakarak küçük olanı anot büyük olanı katottur diyebiliriz. Bunun yanında LED diyotların katotucunun olduğu tarafta bir kesik bulunmaktadır.

Şekil 6.5 LED diyot ve sembolü

Multimetre ohm kademesinde iken diyotun anoduna eksi(-), katoduna art ı(+) gerilimuygulandığında sonsuz direnç göstermelidir. Diğer durumda ise bir miktar direnç gösterip ışıkvermelidir. Test, anlatıldığı şekilde sonuçlanıyor ise, diyot sağlam, bunun dışındaki durumlarda

ar ızalıdır.

6.2.4 İnfrared Diyot (IR Diyot, Kızıl Ötesi Diyot) Enfraruj LED, normal LED’in birleşim yüzeyine galyum arsenid maddesi katılmamış

halidir. İnfrared diyot görünmez (mor ötesi, kızıl ötesi) ışık yayar.

Şekil 6.6 İnfraruj LED sembolü

Enfraruj LED’ler televizyon veya müzik setlerinin kumandalarında, kumandanıngönder diği frekansı televizyon veya müzik setine iletmek için kullanılır. Televizyon veya müziksetinde ise bu frekansı alan devre elemanına "foto diyot" denir. Enfraruj LED ile normal LED’insembolleri aynıdır. İnfrared diyotun sağlamlık kontrolünü normal bir diyotun sağlamlık kontrolügibi yapılır.

6.2.5 Foto Pil (Işık Pili, Güneş Pili) Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik

enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklindebiçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2-0,4 mmarasındadır.

Güneş pilleri transistörler, doğrultucu diyotlar gibi yarı iletken maddelerdenyapılmaktadır. Yarı iletken özellik gösteren birçok madde arasından güneş pili yapmak için enelverişli olanlar, silisyum, galyum arsenid, kadmiyum tellür gibi maddelerdir. Bu maddeler



92

güneş pilleri için özel olarak hazırlandıktan sonra PN eklemine güneş enerjisi geldiğindefotonlardaki elektron yükü PN maddeleri arasında bir potansiyel fark yani gerilim oluşturur. Bugerilim 0,15 ~ 0,5 volt civarındadır.

Işık pilleri seri bağlanarak daha büyük gerilim, paralel bağlanarak daha büyük akım eldeedilebilir. Güneş enerjisiyle çalışan hesap makinelerinde kullanılan eleman ışık pilidir.

Şekil 6.7 Güneş pili ve sembolleri

Güneş pilleri gelişmiş ülkelerde Şekil 6.7 ve 6.8’ de görüldüğü gibi hayatın her alanınagirmiş durumdadır. Günlük hayatımızda ise daha çok hesap makinelerinde karşılaştığımızelemanlardır.

Şekil 6.8 Şebekeye enerji veren güneş pilleri ve güneş enerjisi ile cep telefonu şarjı



93

Şekil 6.9 Güneş pilleri ile sokak aydınlatması ve çatısı güneş pili kaplı ev

6.2.6 Optokuplör Optokuplör kelime anlamı olarak optik kuplaj anlamına gelir. Kuplaj bir sistem içindeki iki

katın birbirinden ayrılması ama aralarındaki sinyal iletişiminin devam etmesi olayıdır. Ayrılmafiziksel olarak gerçekleşir ama iletişim manyetik veya optik olarak devam eder. Bu durumunfaydası, katlardan birinde olan fazla akım, yüksek gerilim gibi olumsuz, s isteme zarar vereceketkilerden diğer katları korumaktır.

Işık yayan eleman ile ışık algılayan elemanın aynı gövde içinde birleştirilmesiyle eldeedilen 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.

Şekil 6.10 Çeşitli optokuplör yapıları

Şekil 6.11’de görüldüğü gibi bir adet LED ve tam kar şısına milimetrik olarak yerleştirilmiş

bir fototransistörden oluşmuştur. LED yandığı zaman transistör iletime geçer. LED sönük isetransistör yalıtımdadır.

Şekil 6.11 Bir optokuplor ve içyapısı

Optokuplörler daha çok, iki ayrı özellikli devre arasında elektriksel bağlantı olmadan, ışıkyoluyla irtibat kurulmasını sağlayan devrelerde kullanılır. Şöyle ki; düşük gerilimle çalışan bir devreyle yüksek gerilimli bir güç devresine optokuplör aracılığıyla kumanda edilebilir.



94

Optokuplörler 2000 ile 5000 voltluk gerilimlere dayanıklı olduğundan en hassas kontrolsistemlerinde güvenle kullanılır.

Uygulamadaki optik kuplörler yukarıdaki şekildeki gibi entegre kılıf içindedir. Bir optikkuplörün sağlamlığı kontrol edilmek istenirse, öncelikle o optokuplorün katalogunu ve içbağlantı şemasını bulmak gerekir. Daha sonra içerisindeki LED diyodu doğru polarma ederek,“foto transistor”ün iletken olup olmadığı multimetre ile kontrol edilir.

6.2.7 Fototransistörler Fototransistörler diğer transistörlerden farklı olarak base bacağı yerine base ile

kollektörün birleşim yüzeyine düşen ışıkla tetiklenirler. Genellikle led ile birlikte yansımasensörü olarak kullanılırlar.

6.2.8 Engel Algılama Sensörleri Engel tanıma sensörleri gelişmiş yansımalı sensörlerdir. Bu sensörler bir IR verici led

tarafından yayılan IR ışığın IR alıcı modül ile toplanması mantığıyla çalışırlar. IR ışınlarınyayılımı kodlanmıştır ( uzaktan kumandalardaki gibi ) ve kesik kesiktir. Sensörün kullanıldığırobot bir engelle karşılaştığında yayılan IR ışın geri yansır ve alıcı tarafından algılanır.Sensörün hassasiyeti IR ışığın gücüne, yansımanın olduğu yüzeyin rengine, şekline , yapısına,yansıma açısına ve alıcının hassasiyetine bağlı olarak değişebilir.

TSOP1738 IR Alıcı Modül

TSOP1738 IR alıcı modül sitemizdeki engel algılama sensör devrelerindekullanılan sensörlerdir. TSOP1738 IR alıcı modüller diğer engel algılamasensörleri gibi IR verici ledler ile birlikte kullanılır. IR ledler 38 kHz lik bir sinyalkaynağı ile sürülür. Sinyal kaynağı olarak 555'li devreler ya da donanımsal PWMçıkışı bulunan mikrodenetleyiciler ile (PIC16F628A) hazırlanan devreler kullanılabilir. IR ledlerden yayılan ışınlar engel yüzeyinden geri yansıyarakTSOP1738 IR alıcı modül tarafından algılanır.

6.2.9 Mesafe Algılama Sensörleri Robot ve otomasyon projelerinde bazen sadece engeli algılamak yeterli olmayabilir.Mesafe algılaması gerektiren durumlardan SHARP mesafe algılayıcı sensörler kullanılır.

Aşağıdaki şema SHARP sensörlerin mesafeyi nasıl algıladıklarını göstermektedir.SHARP sensörün yaydığı IR ışık engele çarpıp geri yansır ve yansıyan IR ışık SHARPsensörün alıcısı tarafından algılanır. Engel ile SHARP sensör arasındaki mesafeye bağlı olarak

http://www.robotiksistem.com/pic16f628_mikrodenetleyici_ozellikleri.html






95

IR ışığın yansıma açısı ve ışığın dedektör üzerinde düştüğü nokta değişir. Dedektör bu veriyiokur ve mesafeyi hesaplar.

Yukarıdaki grafik SHARP GP2D12 sensörünün mesafeye göre değişen çıkış voltajıdeğerlerini göstermektedir. Grafiğin doğrusal olmaması yukarıdaki şemada gösterilen üçgenselbölgenin trigonometrik hesaplarından kaynaklanır.

SHARP GP2XX serisinde farklı algılama alanlarına sahip farklı sensörler bulunmaktadır.SHARP sensörler algılanan mesafeye göre farklı çıkış voltajlar ında sinyaller verirler.

Uzun Menzilli Bariyer Sensörü



96

6.2.10 PIR (Passive Infra Red veya Pyroelectric Infra Red) Sensörler

PIR sensörler görüş alanlarındaki insanların ve sıcakkanlı canlıların yaydıkları IR ışıkları algılayabilen sensörlerdir.Genellikle hareket sensörü olarak kullanılırlar (hırsız alarmları,otomatik aydınlatma üniteleri gibi yerlerde).

PIR sensörlerdeki algılama mesafesinin arttırılmasıortamdan gelen ışığın Freshnel lens (mercek filtre) ile IRışınların kırılma açılarının tam sensör üzerine düşürülüpodaklanmasıyla sağlanır. Canlı hareket ettiğinde sensörünçokgen yapısından dolayı algıladığı ışığın anlık olarak kesilipyeniden sensör üzerine düşmesi ile PIR sensör hareketialgılar. Yangın alarmlarında alev algılayan pyroelectric Infra red sensor kullanılır.

6.2.11 Encoderler (Şaft Pozisyon Algılayıcı) Encoderler robot ve otomasyon projelerinde açısal dönme hızını ve düzeneğin açısal

pozisyonunu belirlemek amacıyla kullanılır.

Encoderin çalışma düzeneği yandaki şemada basitçe gösterilmiştir. Encoder diskininüzerinde belirli aralıkla delikler vardır. Encoder diski dönerken IR ledin yaydığı ışık deliklerdengeçer ve karşı taraftaki fototransistörü tetikler. Delik olmayan kısımlarda ise IR ışıkfototransistörü tetikleyemez. Bu şekilde alınan sinyaller sayılabilir ve mikrodenetleyiciyegönderilebilir. Mikrodenetleyicide yazılı program ile sinyaller işlenerek gerekli işlemler ingerçekleştirilmesi sağlanır.

Bir diğer encoder diskide üzerinde delikler yerine siyah ve beyaz renkte dilimler olanencoder diskleridir. Bu tip encoder disklerinde sensör olarak yansımalı sensörler kullanılır.Beyaz ve siyah renklerin algılanması sayesinde açısal dönem hızı ve pozisyon belirlenir.



97



98

6.3 Optik Sistemlerle İlgili Önemli Noktalar

6.3.1 Optik Algılamanın Temel İlkesi Tam olarak opto-elektronik, optik ve elektronik kelimelerinin birleştirilmesi ile

oluşturulmuştur. Bir cismi dokunmadan, ışık (optik) yardımıyla algılama, sonra elektronik olarakdeğerlendirme ve sinyale dönüştürme demektir.

Şekil 6.12 Elektromanyetik ışıma (radiation) dağılımı (Spektrum)

Bir cisimi algılamak için fotosele gerekli olan ışık 1 mm ile 10 nm arasındakielektromanyetik ışıma aralığındaki dalgalardan oluışur Bu aralık UV ışık , görülebilir ışık (insangözü ile) ve IR ışık bölgelerine ayrılmıştır.

Tablo 14 DIN 5031 'e göre optik spektrum sınıflandırması

Dalga boyu aralığı Işınım tanımlama

100 nm - 280 nm UV - C

280 nm - 315 nm UV - B

315 nm - 380 nm UV - A

380 nm - 440 nm Açık mor

440 nm - 495 nm Açık mavi

495 nm - 558 nm Açık yeşil

558 nm - 640 nm Açık sarı

640 nm - 750 nm Açık kırmızı

750 nm - 1400 nm IR - A

1.4 mm - IR - B

3.0 mm - IR - C

Bölgeler arasındaki geçiş ve görülebilir ışığın renkleri arasındaki geçiş süreklidir (gökkuşağı). Genellikle ışık kaynağı olarak dalga boyu 880 nm olan kızıl ötesi (infrared) ışıkkullanılır. Fakat bazı özel durumlarda dalga boyu 660 nm olan kırmızı ışık da kullanılır.



99

Şekil 6.13 Spektral dağılım (standartlaştırılmış)

güneş ışığı göz duyarlılığı spektral duyarlılık Si alıcı spektral ışınım kırmızı LED GaAs P spektral ışınım GaAlAs

spektral ışınım GaAs

Kızıl ötesi ışık, olası dış kaynakların etkilerine karşı olabildiğince çok bağışıklıkkazandırmak için çeşitli nedenlerle kullanılır.

alıcı olarak kullanılan transistör en yüksek duyarlılığa kızıl ötesi ışıkta sahiptir.

çok küçük toz parçalarının çapından daha uzun dalga boyu olan ışığın hiçbir sorunlakarşılaşmadan bu parçacıkları geçmesi olayından yararlanılır. Kirlenme ve toza karşıkoruma sağlamak uzun dalga boylu ışınım (UV değil IR) kullanımının nedeni budur.

kızıl ötesi ışık kullanımıyla sensörler görülebilir aralıktaki dış ışık kaynaklarından dahaaz etkilenir.

6.3.2 Karşılıklı Sensörler Kızıl ötesi ışınım yöntemiyle cisimlerin optik algılanması nasıl olur?

İlk yöntem belli konumda bir kızıl ötesi diyotun verici olarak ve ikinci konumda alıcıolarak (duyarlı) fototransistör (veya fotodiyot) yerleştirilmesidir. Bir cismin alıcı ile vericiarasındaki düz yolu kestiği her zaman, alıcı transistörün elektriksel tepkisi değişir. Vericidençıkan kızılötesi ışınlar alıcıya gider. Işık sütununda bir kesilme olursa, sensör sinyal gönderir.Saydam nesnelerde hassasiyet belirli sınırlar içinde bir potansiyometre yardımıylaayarlanabilir.



100

Şekil 6.14 Karşılıklı sensör

Şekil 6.15 Karşılıklı Optik Sensörün Hedef Cismi Görerek Sinyal Üretmesi

Şekil 6.16 Karşılıklı optik sensörün algılama mesafesi ve iki farklı sembolü



101

Şekil 6.14 verici ışının yapısını ve alıcının duyarlılığını göstermektedir. Montaj yapılırkenverici alıcının yolunda olmalı (ışın yolu, sensörün algılama mesafesine ve ±1.3° ile ± 10° arasındaki bakış açısına bağlıdır) ve alıcı vericinin yolunda olmalıdır. Alıcı ile verici öyle bir şekilde ayarlanmalıdır ki bir optik eksen üzerinde aralarında doğrudan kesişme olmalıdır. Alıcıya giden ışını tümüyle kesmek için algılanacak cismin boyutları en az bu etkin bölge (optikeksen) kadar olmalıdır. Göz önünde bulundurulması gereken nokta; algılama alanının (etkinbölge) sürekli olarak faydalı alandan daha küçük olmasıdır.

En uzun mesafe ve toza/kirlenmeye karşı en büyük aşırı kazanç, (çalışma güvenilirliğiiçin) verici ile alıcının optik eksen üzerinde olası en iyi şekilde ayarlanmasıyla sağlanır. İki ayrıüniteden oluşması nedeniyle daha uzun algılama mesafelerinde çalışabilir. Ancak, yine aynınedenle fiyatı diğer tiplerden daha fazladır. Ayrıca, iki tarafa da elektriksel bağlantı ve montajgerektirir.

İki veya daha fazla karşılıklı sensörün yan yana bağlanması durumunda, birbirlerindenetkilenmemelerine özen gösterilmelidir. Bunun için sensörler arasında bırakılması gereken enaz uzaklık, verici ile alıcı arasındaki uzaklığa ve ışın yollarının bakış açısına bağlıdır. Birkaçsensör yan yana bağlanacağı zaman alıcı ile vericinin değişimli montajı iyi bir çözüm olabilir.

Karşılıklı sensörlerin özellikleri aşağıda özetlenmiştir.

ışık vericiden alıcıya tek yönlü yol aldığı için uzun algılama mesafesi. Optik eksen başından sonuna kadar geniş çalışma aralığı Optik eksen boyunca kesin anahtarlama noktası Montajı ve bağlantısı gereken iki ayrı birim Şeffaf cisimlerde emin olmayan algılama Mat cisimlerde emin algılama Emniyetli çalışma için kesinlikle doğru ayarlama gerekli

6.3.3 Reflektörden Yansıtıcılı Sensörler Diğer bir tip fotosel, yansıtıcılı sensör olarak adlandırılır. Verici ile alıcı ünite aynı yerde,

bir kılıf içine yerleştirilmiştir ve izlenecek alanın bir tarafına monte edilir. Diğer tarafta ışık bir yansıtıcı (reflektör) yardımıyla yansıtılır. Vericiden çıkan kızıl ötesi ışınlar bir reflektöreçarparak yansır. Yansıyan ışınlar alıcı tarafından algılanır. Işın sütununda bir kesinti olursa anahtarlama sağlanır. Bir LED göstergesi, sensörün ayarlanmasını kolaylaştırır.

Bu sensörler tek tarafta elektriksel bağlantı yapıldığından, montajı daha kolay ve dahaucuzdur. Polarizasyon filtresine sahip refrektörlü fotosellerle, parlak yüzeyli cisimler dealgılanabilir. Bu filitre algılayıcıya gelen yabancı ışıkları süzer.

Şekil 6.17 Reflektörden yansıtıcılı sensör sembolü



102

Şekil 6.18 Reflektörlü Optik Sensör ve Sembolü

Şekil 6.19 Reflektörlü Optik Sensörlün Algılama Mesafesi

Şekil 6.20 Prizmatik yansıtıcının yapısı



103

Şekil 6.21 Bir prizmada yansıma

Eğer yansıtıcı yüzeyi düz olursa ve optik eksene tam dik olarak yerleştirilmemişseyansıyan ışık asla alıcıya ulaşmaz. Hatta dik ayarlamada bile alıcıya doğru sadece küçük bir ışık yansır. (Şekil 6.21). Buna engel olmak için özel yansıtıcı olan prizmatik yansıtıcı kullanılır.Prizmatik yansıtıcıda gelen ışık ışını sürekli olarak ışığın yayıldığı yöne doğru geri yansıtılır.

Bu yansıtıcılar büyük yansıma kayıpları olmadan verici ışınına 15° lik açıylayerleştirilebilir. Normal düz yansıtıcılarda durum oldukça farklıdır. Çünkü ışın sürekli olarak dikaçısına göre yansıtıcıya çarptığı açıyla geri yansıtılır. Bu durum yansıtıcılı sensörlerle düzyansıtıcı kullanılırsa büyük sorunlarla karşılaşılacağını gösterir.

Şekil 6.22 Yansıtıcılı sensör

Şekil 6.22, yansıtıcılı sensörün alıcı özelliğini gösterir. Etkin alan, yansıtıcı çapına eşitolana kadar yansıtıcıya yaklaştıkça büyür. Eğer cisim yansıtıcıya yakın bir noktadaalgılanacaksa en azından yansıtıcı alanın tümünü kaplamalıdır. Cisim sensöre yakın olacaksadaha küçük olabilir.

Yansıtıcılı sensör aşağıdaki özelliklere sahiptir :

Bazen sadece alıcının duyarlılığı değiştirilerek şeffaf cisimler algılanabilir. Olası en yüksek çalışma güvenilirliğini sağlamak için mat cisimleri algılamada alıcı

(karşılıklı veya yansıtıcılı) duyarlılığı maksimuma ayarlanmalıdır.

Normal olarak yansıtıcı cisimler algılanamaz.



104

Ancak, yansıtıcılı sensörler çok iyi ayarlandıkları zaman yansıtıcı cisimleri algılayabilir.Sensörü ve yansıtıcıyı cisme göre çapraz ayarlayarak, cismin yansıttığı ışının alıcıyagelmemesi sağlanabilir. Böylece yansıtıcı cisimler emniyetli olarak algılanabilir.

Böyle zor cisimler için polarizasyon filtreli yansıtıcılı sensörler daha uygun olurlar. Bu tür yansıtıcılı sensör vericisinin yaydığı ışık, normal olarak rastgele yönlendirilmiş dalga yapısına(osilatör yönü) sahiptir.

Şekil 6.23 Polarizasyon filtreli yansıtıcılı sensör

Polarizasyon filtresi sadece belli doğrultuda yönlendirilmiş ışığın yayılmasını sağlar .Eğer bu ışık yansıtıcı bir cisme (paket folyosu, cam, ayna) çarparsa yansıma yönlendirmeyideğiştirmez. Yansıyan ışık alıcı yönüne yol alır. Fakat alıcının ön tarafında ilk filtreye göre

dikey ayarlanmış ikinci bir polarizasyon filtresi (çözümleyici) aynı kılıf içine yerleştirilmiştir. Bu,ışının alıcıya ulaşmasına engel olur. Sensör cismi algılar (yani "geri gelen yansıyan ışın yok").

Fakat ışın bir prizmatik yansıtıcıya çarparsa depolarize edici etkisinden dolayı iletilenışığın polarizasyonu yaklaşık 90 derece döndürülür. Böyle değiştirilmiş ışık yansıtıcıdan alıcıyagiderken ikinci polarizasyon filtresinden geçerek alıcıya ulaşır. Bunun anlamı yansıtıcılısensörün algılama alanı içinde hiçbir cisim (yansıtıcı yada yansıtıcı olmayan) yoktur.

Polarizasyon filtreli yansıtıcılı sensörlerle kullanılmak üzere özel olarak üretilen yansıtıcıkağıt da depolarize edicilik özelliğine sahiptir . Fakat algılama mesafesini optimize etmek veaşırı kazanç sağlamak için kağıt sürekli olarak lens sistemine (polarizasyon filtreleri) dik ola rak

yerleştirilmelidir.



105

Normal olarak, polarizasyon filtreli sensörler kızıl ötesi ışık değil de kızıl ışık diyotu ileçalışırlar. Çünkü kullanımdaki polarizasyon filtreleri ancak görülebilir ışık spektrumunda yeterikadar iyi çalışırlar. Filtreler ve kızıl ışık yayan diyot nedeni ile sensör algılama mesafesi ayni tipnormal sensörlere göre %50 kısalır. Yansıtıcılı sensörlerin (standart ve polarizasyon filtreli) çokönemli özellikleri aşağıda özetlenmiştir:

verici ve alıcıyı barındıran tek elktrikli birim

gürültülerden etkllenmediği için kolay yansıtıcı montajı optik eksen başından sonuna kadar kesin anahtarlama (algılama) noktası yarı algılama mesafesi (ışınım yolunun iki katı olmasından dolayı karşılıklı sensörlere

göre yaklaşık yarı algılama mesafesi) polarizsyon filtreli olanlar dışında yansıtıcı cisimlerde emin olmayan algılama şeffaf cisimlerde emin olmayan algılama mat cisimlerde kesin algılama

6.3.4 Cisimden Yansımalı Sensörler Cisimleri opto-elektronik olarak algılamanın üçüncü yöntemi, cisimden yansımalı tip

sensörlerdir. Burada da verici ve alıcı aynı kılıf içine yerleştirilmiştir. Reflektörlü sensörlere

benzerler. Fakat cisimden yansımalı sensörler, bir prizmatik yansıtıcı veya yansıtıcı kağıttanyansıyan ışıkla değil de hedef cisimden yansıyan ışıkla çalışır, reflektöre gerek yoktur. Bu,indüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarları çalışma ilkelerine benzeyen tek opto-elektronikalgılama ilkesidir. Onlar da cismi doğrudan algılar :

cisim var (yansıma var) yaklaşım anahtarı algılar cisim yok (yansıma yok) yaklaşım anahtarı algılamaz.

Cisimden yansımalı sensörlerin önemli avantajları şunlardır:

monte edilecek sadece bir sensör yanlış ayarlama ve yansıtıcı kirlenmesi yok seffaf cisimler karşılıklı ve yansıtıcılı sensörlerden daha iyi algılanabilir.

Alıcının doğru duyarlılık ayarı, şeffaf cisimlerden az miktardaki yansımalarındeğerlendirilmesini sağlar .

Cisimden yansımalı sensörlerin de bazı dezavantajları vardır: Cisimden yansıyan ışığındeğerlendirilmesi ve algılanması nedeni ile cismin algılanması büyük oranda cisim yüzeyininözelliklerine bağlıdır (pürüzsüz ,yansıtıcı beyaz gri siyah genel olarak cisimlerin yansıtmaoranının daha düşük olmasından dolayı, verici ile alıcı arasındaki ışının açıkça kesildiği (alıcıda

kızıl ötesi ışık var /yok) karşılıklı ve yansıtıcılı sensörlere göre olası maksimum algılamamesafesi daha kısadır. Cisimden yansımalı sensörde, alıcıya ulaşan kızıl ötesi ışıkanahtarlama noktasına doğru artar , yani; önce çok az, az, biraz, biraz daha.... ve anahtarlamanoktası. Hassasiyeti arttırmak için ışın algılama mesafesine odaklanır. Yansıma cisimtarafından yapıldığından, cismin rengi, yüzeyinin durumu önem kazanır. Yansıması %6’dan azolan siyah cisimlerin algılanması çok güçtür . Algılama mesafesi yüzeyin yansıtma açısına bağlıolarak değişebilir.



106

Şekil 6.24 Cisimden yansımalı sensör (kapatma eğrisi)

Şekil 6.24, cisimden yansımalı sensörün tipik alıcı eğrisini gösterir. Şekilde görüleneğriler hedef cismin (gri kodak kartının beyaz arka tarafı), indüktif ve kapasitif yaklaşımanahtarlarındakine benzer olarak yandan veya önden yaklaşması ile elde edilmiştir.

Şekil 6.25 Cisimden yansımalı OU tip sensörün anahtarlama eğrisi

Açma / kapama eğrisi de diğer yaklaşım anahtarlarının eğrisine benzer. Emniyetlianahtarlamayı sağlamak için her hangi bir boyuttaki cismin yandan ve önden yaklaşımındahisterisiz açıkça belirlenebilir. Kolaylıkla anlaşılabileceği gibi, daha büyük bir cisim küçük



107

olandan ve yansıtıcı beyaz olan Cisim mat siyah olandan daha fazla ışık yansıtır. Dolayısıylaalgılama mesafesi cismin boyutlarına ve rengine bağlıdır (Şekil 6.26 ve 6.27).

Şekil 6.26 Cisimden yansılamalı sensörün algılama mesafesinin değişimi

Şekil 6.27 Cisimden yansılamalı sensörün algılama mesafesinin değişimi

Özet olarak; cisimden yansımalı sensörlerin önemli özellikleri şunlardır:

a. Algılama mesafesi büyük oranda algılanacak cismin yüzey özelliklerine verengine bağlıdır.

b. Cisimden yansımalı sensörler öyle bir şekilde yerleştirilmelidir ki; arka taraf değilde sadece cisim kolaylıkla algılanmalıdır.

Bu aşağıdaki durumlarda gerçekleşir:

Cismi normal algılama mesafesi içine yerleştirin. Duyarlılığı potansiyometre ile cismi algılayıncaya kadar artırın ve bu noktayı unutmayın. Cismi alın ve duyarlılığı arka tarafı algılayıncaya kadar artırın.



108

Potansiyometreyi algılama gecene kadar geri çevirin. Şimdi, olası ise, bu uygulama için optimum algılama mesafesi için potansiyometreyi 2

ve 4’deki konumlarının ortasına ayarlayın.

c. Algılama mesafesi dışındaki yansıtıcı veya çok parlak cisimler kolaylıkla cisimdenyansımalı sensörün çalışmasını etkileyebilir.

Peki , bu tür sorunlar cisimden yansımalı sensörlerde nasıl çözülebilir ?

Şekil 6.28 Cisimden Yansımalı Optik Sensör

Şekil 6.29 Geri bastırmasız cisimden yansımalı sensör

Şekil 6.30 Geri bastırmalı cisimden yansımalı sensör (odaklanmış ışın ilkesi)



109

Şekil 6.31 Geri palan bastırmalı cisimden yansımalı sensör

Şeklin üst kısmı cisimden yansımalı sensörün çalışma ilkesini gösterir .alt taraftakişekilde görüldüğü gibi,verici ve alıcının konumundaki değişiklik bir çeşit arka tarafın etkisinibastırmaya neden olur.arka tarafın nasıl olduğundan bağımsız olarak , verici ile alıcı kesişenalanının dışındaki cisim çok zor algılanacaktır.bu yöntem tasarım biçiminden dolayı“odaklanmış ışın ilkesi “olarak adlandırılır. Bu .çoğu kısa mesafeli cisimden yansımalı sensörler için kullanılır.

(Not: alıcı duyarlılığı fabrikada özel algılama mesafesi değerine göre ayarlanmıştır vedeğiştirilmemelidir.) verici ile alıcı arasındaki ışının açısı özel lens yapım yöntemiyle ile

sağlanır .aynı tip normal cisimden yansımalı sensörle karşılaştırıldığında, bu ilkeden dolayı butiplerde % 70 algılama mesafesi kaybı olur. Fakat algılama mesafesi neredeyse tümüylecismin rengi ve yüzey özelliklerinden (beyaz kağıt, kara keçe ) bağımsızdır. Aynı zamanda ,butip sensör yukarıda anlatılan arka tarafın etkisinden daha az etkilenir.

Cisimden yansımalı sensörün kısaca tipik özellikleri :

Cismin doğrudan algılanması, dolayısı ile yansıtıcı veya ikinci bir birime gerek yoktur.

Şeffaf cisimler iyi algılanır . Karşılıklı / yansıtıcılı sensörlerle karşılaştırıldığında algılama mesafesi kısadır. Algılama mesafesi algılanacak cismin yansıtıcılık kalitesine bağlıdır (rengi, yüzeyi)

(daha da kısa algılama mesafeleri olan kısa mesafeli cisimden yansıtmalı sensörler hariç).

Arka taraftan etkilenme olasıdır (ayna, metal, beyaz ) (kısa mesafeli cisimden yansımalısensörler yine hariç).

Opto –elektronik sensörler algılama mesafeleri ile karşılaştırıldıklarında çok küçükboyutlardadır. Dış etkilere karşı büyük oranda bağışıklıkları vardır. Toz, nem girişine (IP67) vetümüyle reçine ile doldurulduklarından harici vibrasyona karşı da korunmuşlardır. Ancak,kolayca ulaşılamayan, çok küçük, çok sıcak veya çok sulu yerlerde kullanılamazlar.



110

Şekil 6.32 Cisimden yansımalı optik sensörün kullanılacağı yere montajı

6.3.5 Fiber –Optikler

Bu sensörlerde de ışın verici ve alıcı aynı ünite içerisindedir. Ancak üniteden çıkankızılötesi ışın bir fiber -optik kablo ile uzağa taşınabilir. Böylece ışık kaynağı ile algılamanınyapılmadığı yer, birbirinden bağımsız olabilir.

Dar mekanlarda, yer sıkıntısının olduğu durumlarda tercih edilir. Diğer bir tercih nedenide yüksek sıcaklığa dayanım gerektiren durumlardır. Polimer veya fiber -optik olan bu kablolar,yüksek sıcaklıklara (300 0C) dayanıklılık için, krom kaplı prinç boruların içerisindedir. Bu tipsensörler aşırı titreşim olan ortamlar için çok uygundur. Fiber-optikler, çok küçük cisimlere veçok sıcak veya çok sulu ortamlara ışığı iletebilir.

Şekil 6.33 Fiber-Optik Kablolu Sensör

Yayılan ve yansıyan ışık, fiber –optik içinde çok fazla sayıdaki toplam yansımalarlailetilir. Aşağıdaki şekillerden görülebileceği gibi karşılıklı veya cisimden yansımalı sensör ler olarak çalışabilirler .

Şekil 6.34 Fiber – Optik



111

Şekil 6.35 Fiber – Optik

Şekil 6.36 Şeffaf bir ortamdan daha mat bir ortama geçen ışık ışınının kırılması

Gerçekte, ışınların yansımasından daha çok kırılması olan toplam yansımayla ilgili dahadetaylı bilgi aşağıda verilmiştir. Bir şeffaf ortamdan daha mat bir ortama geçen ışık ışını,



112

kırılma yasalarına uygun olarak kırılır . yani ,ışın artık doğrusal değildir (n1 ve n2, malzemeyeve dalga boyuna bağlı olan ortamın kırılma katsayısıdır.)

n1 / n2 = sin µ 2 /sin µ 1

Kırılma, aynı zamanda geliş açısına bağlı olmakla birlikte ışınlar sürekli olarak gelişaçısının dikine (temas noktasında ortam sınır yüzeyine dik çizgi ) doğru kırılır.

Kırılma ters yönde de benzer şekilde olur. Yani, mat bir ortamdan daha şeffaf bir ortamageçen ışın dikten uzaklaşarak kırılır. Sonra çok ilginç bir şey olur: bir kez kritik açıya ( brewster açısı) ulaşınca, ışık artık şeffaf ortam içine daha fazla kırılmaz ve tümüyle daha mat olan ortamiçine yansır (sınır yüzeyine çarptığı açıyla). Bu açı, ortamlara bağlıdır ve cam-hava için 42derece dolaylarındadır. Basit olarak, bu ilkeden yararlanarak opto-elektronik sensörlerin ışığıotomatik olarak fiber-optik içinde tutulur. fiber optiğin kendisi çok ince bir camdan veya plastikfiber den oluşur ve etrafını saran ortam havadır. Eğer ışık ,böyle bir fibere çarparsa (çok genişbir açıda olmamak koşulu ile) toplam yansıma yöntemi ile sınır yüzeyi boyunca iletilir ve fiberinsonunda, başta çarptığı şekilde yayılır. Tam bir fiber–optik, fiberlerin kırılmaması için kayganyağla kaplanmış binlerce bunun gibi fiberden oluşur. Bu, fiber–optiği esnek ve genelkullanımlara uygun yapar. Fiber –optiği kaplamaları normal olarak PVC veya esnekalüminyumdan yapılır. Plastik kaplamalar normal çevre koşullarında (+80°C’ye kadar ve nemliortamlarda) kullanılmaya uygundur ve alüminyum kaplamalar yüksek sıcaklıktaki ( +290°C’yekadar) uygulamalarda kullanılabilir. Ayrıca, yüksek sıcaklık ve ıslak ortamların birliktebulunduğu özel uygulamalar için de silikon koruyucu tüp içinde alüminyum kaplamalı fiber–optik bir çözümdür.

Genel olarak, fiber –optikler cam fiberlerden oluşur. Çünkü cam sıcaklığa, asit ve alkaligibi kimyasal maddelere karşı dayanıklıdır, plastikten daha az yıpranır ve böylece bastırmadaha azdır. Fakat dezavantajı yüksek fiyatıdır. Ayrıca, camdan güzel fiber–optikler yapmakplastikten yapmaktan daha zordur. Cam veya plastikten yapıldığına bakılmaksızın fiber -optik

kullanırken aşağıdaki noktalara özen göstermek gerekir:

Fiber –optikleri bükmeyin (bazı fiberlerin veya hepsinin kırılma tehlikesi en az bükmeyarıçapı=fiber -optik çapının üç katı).

Fiber –optikleri aşırı sıkmayın. Çok aşındırıcı ortamlara yaklaşımda dikkatli olun. Fiber –optikleri aşırı gerilme altında bırakmayın. Asla baskı altında iken monte etmeyin.

Fiber –optikleri aşırı kıvırmayın. Uç parçasını çok fazla sıkmayın, sürekli olarak uç parçasını değil somunu sıkın. Bir cisim üzerindeki birkaç fiber -optik, birbirini etkileyebilir, aralarındaki uzaklığa dikkat

edin.

Fiber –optikler ışık iletimi için özel birimlerdir. Kullanıcı tarafından geliştirme girişimiyapılmamalıdır.

Karşılıklı çalışma için verici ile alıcı arasındaki ışın en azından tüm etkin alandakesilmelidir ki cisim algılanabilsin.

Cisimden yansımalı çalışmada cisim “geleneksel” yöntemle algılanır. Maksimumalgılama mesafesi yine cismin yüzey özelliklerine (tüm cisimden yansımalı sensörlerde olduğugibi), fiber –optiğin kesitine ve ışının yüzeye geliş açısına (optimum 90 derece – yüksekyansıma) bağlıdır. Fiber–optiğin diğer ucu, verici ve alıcıdan fiber optiğe iyi bir geçiş sağlamakiçin uygun bir kuvvetlendiriciye (amplifier) bağlanır ( takılır ve sıkılır).

Özetlersek; uygun fiber–optikli sensörler, çok küçük cisimlerde iyi ve emin algılamaolanağını sağlar. Cisimden yansımalı tipler kullanıldığında göreceli olarak daha kısa algılamamesafesi (cisim çapına bağlı olarak) elde edilir.



113

6.3.6 Renk Seçici Optik Sensörler Bu sensörler cisimden yansımalı sensör gibi çalışır ve siyah işe beyaz arasındaki 15

değişik gri skala değerini algılama yeteneğine sahiptir. Bu ambalaj kağıdı üzerindeki renkişaretlerine algılamak için gereklidir. Her rengin bağıl skala değerleri farklıdır. Dolayısıyla griskala değerlerinin algılanması ile renk farkları da algılanabilir.

Bir ışık kaynağından çıkan ışınlar, algılama mesafesine odaklanır ve cismin yüzeyinde

bir ışık demeti oluşur. Bu yüzeyden dönen ışınlar ile yüzeyin yansıtması (bağıl gri skalası)gözlenir. Sürekli gözlenen bu değer bir tetikleme seviyesi ile karşılaştırılır. Eğer tetiklemedeğerine ulaşırsa, ünite çıkış verir.

Bu nedenle bu sensörler ayarlanırken, önce algılanması istenen renk üzerine getirilir veünite çıkış verinceye kadar ışık seviyesi ayarlanır.

Şekil 6.37 Alıcı – verici üniteli optik sensör ve fiber-optik kablolu optik sensörün uygulanması

6.3.7 Algılama Uzaklıkları Opto –elektronik sensör kullanımı için en önemli kıstas sensörle algılanacak cisim

arasındaki uzaklıktır. Çalışma ilkesine bağlı olarak kesin faklılıklar vardır. Aynı çalışma ilkesinebağlı farklı tipler için karşılaştırılabilir değerler elde etmek için verilen değerlerde bir referansolmalıdır.

Karşılıklı sensörler için bu, alıcının maksimum duyarlığında emin olarak verici ile alıcıarasında bırakılabilecek uzaklıktır.

Yansıtıcılı sensörler için, kataloglarda verilen, sensör ile yansıtıcı arasındaki uzaklıktır.Referans, tanımlanan yansıtıcıya (yani, çapı 80 mm olan daire prizmatik yansıtıcı) göre yapılır.

Cisimden yansımalı sensörlerde referans olarak %90 yansıtma oranı olan 200 x 200mm’ lik kodak gri kartın beyaz arka tarafı kullanılır.

Bu değerler, algılama uzaklığı olarak kataloglarda yer alır. Verilen değerlerdenuygulama için gereken algılama uzaklığı belirlenebilir.



114

6.3.8 Kuvvetlendirici (Harici Değerlendirme) Ayrı kuvvetlendiricili tip optik sensörler, kolayca ulaşılamayan yerlerde (makinede,

tesiste) kullanım için diğer bir olanak sağlar. Verici ve/veya alıcı küçük bir kılıf içine (m8 veyadikdörtgen, mikroswitche benzer) yerleştirilir. Ayrı bir kuvvetlendirici (amplifier) birimi enerjiyisağlar ve sinyal değerlendirme işlemini yapar. Çoğu kuvvetlendiriciler farklı ek işlevlereprogramlanabilir (yani ışık var /yok konumu, zaman gecikmesi, kirlenme göstergesi).

Şekil 6.38 Kuvvetlendiricili tip karşılıklı sensör



115

6.4 Elektronikle İlgili Önemli Noktalar

6.4.1 Sinyal İşleme Ve Değerlendirme

Gerçekte bir opto–elektronik sensör içinde neler oluyor?

Şekil 6.39 Karşılıklı sensör blok çizimi

Yukarıda bir karşılıklı sensörün blok çizimi görülmektedir. Dalga üretici ve verici güçkaynağı tarafından beslenir (yani verici diyot her dalga periyodunda kızıl ötesi ışık yayar).

Periyodik çalışma uzun Led ömrü sağlar ve aynı zamanda çok az akım harcamasınakarşın yüksek performans elde edilir (dalga frekansı 5 – 10 kHz, oran : var/yok = 1 / 100). Buışık, fototransistör veya foto diyot alıcıya gelir. Burada elektriksel olarak kuvvetlendirilir vedeğerlendirme aşaması üzerinden çıkış sinyalinin oluşturulduğu çıkış aşmasına (çoğu tipteprogramlama olanağı var) ulaştırılır.

“Gürültü bastırma devresi” deyiminin anlamı: örnek olarak; dış etkenlerden dolayı oluşanyüksek frekanslı elektromanyetik alana karşı devreyi ekranlamaktır. Bunun bir parçası olaraközenli baskılı devre taraması ile devre içindeki etkilenmeler de engellenir. Karşılıklı sensörlerde

alıcıdaki yüksek geçiren süzgeç sadece yüksek frekanslı sinyallerin (dalga üretecinden gelen)geçmesini sağlar ve alıcıya ulaşarak kuvvetlendirilir. Böylece dışarıdan gelen ışık etkileriengellenir. (örneğin; flüoresan lambanın 100 Hz. ’lik göz kırpması.)

Çoğu opto-elektronik sensörde alıcının doğru duyarlılık ayarı için sarmal potansiyometrevardır. (örneğin; şeffaf cisimlerin algılanmasında alıcı yoğunluğundaki çok küçük değişimdeçıkışın anahtarlanması için.)



116

6.4.2 Işık Var Ve Yok Konumu

Bir çıkış sinyali nasıldır ve örneğin karşılıklı sensörde ne anlama gelir?

Cisim Işık Çıkış Deyim

Yok Verici – alıcı kesilmedi Yok Işık yok anahtarlaması Var Verici – alıcı kesildi Var Işık yok anahtarlaması

Yok Verici – alıcı kesilmedi Var Işık var anahtarlaması Var Verici – alıcı kesildi Yok Işık var anahtarlaması

Optik alanda ışık yok anahtarlaması (dark –on switching ) ve ışık var anahtarlaması (light –on switching ) olmak üzere anahtarlara işlevi için iki deyim kullanılır:

Eğer verici - alıcı arasındaki ışın kesilmişse (yani ışın alıcıya ulaşmaz) çıkış anahtarlar ise bu, ışık yok anahtarlara birimidir.

Eğer verici - alıcı arasındaki ışın kesilmemişse (yani ışık alıcıya ulaşır) çıkış anahtarlar ise bu, ışık var anahtarlara birimidir.

Yansıtılıcı sensörlerde de durum aynıdır:

Cisim varken alıcıya ışık ulaşmaz, çıkış anahtarlar = ışık yok anahtarlaması veya tersi.

Peki, üçüncü çalışma ilkesi, cisimden yansılamalı sensörde ne olur?

Cisim Işık Çıkış Deyim

Yok Verici – alıcı Kesildi Yok Işık var anahtarlaması Var Verici – alıcı kesilmedi Var Işık var anahtarlaması Yok Verici – alıcı kesildi Var Işık yok anahtarlaması Var Verici – alıcı kesilmedi Yok Işık yok Anahtarlaması

anahtarlara işlevi karşılıklı ve yansıtıcılı sensörlere göre tam tersidir. Yani,

“alıcıya ışık ulaşır” cisim var demektir, çıkış anahtarlar, ışık var anahtarlamasıdır. “alıcıya ışık ulaşmaz” cisim yok demektir, çıkış anahtarlar, ışık yok anahtarlamasıdır.

anahtarlara özellikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir :

6.4.2.1 Işık var anahtarlaması

Karşılıklı ve yansıtıcılı sensörlerde: Verici ve alıcı arasındaki veya verici / alıcı birim ile

prizmatik yansıtıcı arsındaki ışın kesilmeden, çıkış anahtarlar veya röle çeker.

Cisimden yansımalı sensörlerde: Algılanacak cisim tarafından ışın alıcıya yansıtılır, çıkışanahtarlar veya röle çeker.

6.4.2.2 Işık yok anahtarlaması

Karşılıklı ve yansıtıcılı sensörlerde: Verici ve alıcı arasındaki ışın kesilir, çıkış anahtarlar veya röle çeker.

Cisimden yansımalı sensörlerde: Işın alıcıya geri yansıtılmaz, çıkış anahtarlar veya röleçeker.

Yansıtıcılı tip sensörün blok çiziminde (Şekil 6.40) açıkça görüleceği gibi her şey bir yerde toplanmıştır ve bunun, karşılıklı sensörlerin devresine göre gürültü bastırma açısındanbüyük avantajları vardır.



117

Şekil 6.40 Yansıtıcılı sensör blok çizimi

Sinyal sırası adım adım izlendiği zaman, daha iyi gürültü bastırması olduğu açıkçaortaya çıkar: Güç kaynağı, Senkronizasyon üretici, verici periyodik ışığı gönderir ve sonra ikiolasılık vardır:

1. Cisim yok = alıcıya ışık ulaşır, ön kuvvetlendirici aynı periyotta (gate devresi) güçlendirir ,alınan sinyal değerlendirilir, çıkış yok.

2. Cisim var = (“başka bir şey / fazlalık yok”) alıcıya ışık ulaşmaz, fakat yine yayılan sinyalleaynı periyotta alıcı kuvvetlendiricisi güçlendirme yapar, “alınan sinyal” programlamaolasılığı (ışık var / ışık yok) ile değerlendirme aşamasına iletilir, normalde açık veya

normalde kapalı çalışmaya göre çıkış anahtarlar (açık / kapalı).

Şekil 6.41 Cisimden yansımalı sensör blok çizimi

İki blok çizimi karşılaştırıldığı zaman tek fark ışığın prizmatik yansıtıcıdan değil decismin kendisi tarafından yansıtılmasıdır. Fakat bir şey farklıdır: ışık var anahtarlamasının



118

şimdi anlamı cisim var, çıkış vardır (karşılıklı ve yansıtıcılı sensörde ışık var anahtarlaması,cisim yok, çıkış vardır.) Bu cisimden yansımalı sensörün ters anahtarlama özelliğidir.

6.4.3 Elektronikle İlgili Özellikler Belli tip optik sensörlerde bazı ek özellikler vardır. Örneğin; çalışma güvenirliğini daha

da artırmak için sayısal gürültü bastırmalı tipler.

Şekil 6.42 Sayısal gürültü bastırma

Şekil 6.43 Alıcıdaki olası darbe çizimi

Gönderilen darbeli ışık dolayısıyla “cisim var” veya “cisim yok” sinyali alıcıya darbeler şeklinde ulaşır. Genel olarak bu sinyaller, değerlendirme aşamasında belli bir süre için entegreedilir ve bir eşik değeri (potansiyometre ile ayarlanabilir) ile karşılaştırılır, sonra duruma göre

çıkış anahtarlar (veya anahtarlamaz).

Sayısal gürültü bastırmalı tiplerde bu işlem sayısallaştırılmıştır. Değerlendirme aşaması,diğer anahtarlara konumu için 6 peş peşe gelen sinyali bekler ve o zaman çıkışı değiştirir.



119

Dolayısıyla dış etkenlerden kaynaklanan “yakalanmış “optik veya elektriksel gürültüler en azpeş peşe 6 kez aynı frekansta (neredeyse olanaksız) olmalıdır ki anahtarlara konumdeğiştirsin.

Bu şekilde yapılan sensörlerde aynı zamanda özel anahtarlara durum göstergesi vardır.Bu gösterge sadece çıkışın durumunu göstermez, bununla birlikte 2 Hz. Veya 10 Hz ’de yanıpsöner . Yanıp sönme, emniyetli çalışma uzaklığını bulmaya bir yardımcı olarak görev yapar velenslerin kirlenmesi veya etkilenme durumunda uyarır.

Dört değişik sinyal şu anlama gelir: 10 Hz’de yanıp sönme sürekli olarak emniyetsizçalışma bölgesini gösterir, fakat çıkış anahtarlanmıştır . 2 Hz Sürekli olarak etkilenme alanıanlamındadır, çıkış henüz anahtarlanmamıştır. Sürekli yanan veya sönük LED, çıkışa karşılıkgelen algılama uzaklığı emniyetli alan içinde anlamındadır (ışık var veya ışık yok anahtarlaraişlevine bağlı olarak).

Şekil 3.34, bir cismin, ışık var anahtarlara konumunda olan cisimden yansımalı sensöreyaklaşırken ve uzaklaşırken yanıp sönme sinyalini gösterir. Cisimden yansımalı sensörünhisterisiz alanı da kolaylıkla görülebilir.

Şekil 6.44 Sayısal gürültü bastırmada yanıp sönme göstergesi ve anahtarlara noktası

SA - emniyetli bölge SR - etkileyici yansıma - faydalı yansıma - açma bölgesi başlangıcı

SPE - kapama noktası TW - algılama bölgesi - emniyetli bölge - yansıma yok

SPA - açma HY - histerisiz Kapama bölgesinde faydalı yansıma

Ayarlanabilir zaman işlevi olan sensörler başka bir özelliktir. Böyle bir sensör kullanıldığında çıkış sinyalinde açma / kapama zamanı sağlamak veya potansiyometre yardımı

ile çıkış sinyalini belirlenen süre için darbe şeklinde elde etmek olasıdır.



120

6.4.3.1 Akım ve gerilim değerleri

Opto – elektronik sensörler DC, AC veya çift gerilimli birimler olarak sağlanır. Çokgenişbir gerilim aralığında kullanılabilirler ve böylece tüm kullanıcı gereksinimlerine yanıtverirler. Örneğin ;10 - 55 VDC veya 20 –250 VAC aralığı.

6.4.3.2 Kaçak akım , enaz yük akımı ve gerilim düşümü

İki kablolu, çift gerilimli veya AC tiplerde açık konumlarında bile çalışmaya hazır bulunmak için sürekli olarak birkaç mA‘ lik kaçak akımın olması normaldir. Böyle iki kablolu bir sensörün kullanımında, kapamada iken birkaç voltluk gerilim düşümü olduğu hesabakatılmalıdır. Geri kalan gerilimin yüke yetmediği, kaçak akımdan etkilendiği veya sensöreyeterli gerilimi sağlayamayacak kadar yüksek değerde direnç olması durumlarında çıkış sinyaliiçin ayrı bir kablonun bulunduğu 3 kablolu DC veya AC tiplerin kullanılmasına çalışılmalıdır.

6.4.4 Çalışma GüvenilirliğiÇalışma güvenilirliği normalde seçilen algılama uzaklığına, uygulamaya ve seçilen tipe

bağlıdır. Tip seçiminde iyi bir yardımcı olarak aşağıda gösterilen aşırı kazanç eğrisi verilir.

Şekil 6.45 OS tip yansıtıcılı sensörün Aşırı kazanç eğrisi

Örnek yolu ile böyle bir eğriden ne tür faydalı bilgilerin elde edilebileceği görülebilir. Eğrigerçekte alıcıya ulaşan ışın ile deneylerle belirlenmiş emniyetli anahtarlama için gereken en azışın arasındaki oranı gösterir. Bu oran eğride tipe özel olarak gösterilmiştir.

OS eğrisi, maksimum değerin prizmatik yansıtıcıdan yaklaşık 2 m uzaklıkta olduğunuaçıkça gösterir. Bu noktada emniyetli anahtarlara için gereken ışıktan 60 kez daha fazla ışıkalıcıya ulaşır. Yani, bu özel algılama uzaklığı için aşırı kazanç bir zorunluluktur. Tablodan

açıkça görüleceği gibi tozlu, buharlı ortamlardaki, kirlenmiş lenslerin ve / veya aynaların olduğuveya ışın yolunun hafifçe yanlış ayarlandığı uygulamalarda böyle aşırı kazanç katsayılarıgerçekten gereklidir.



121

Dolayısıyla bir uygulama için sensör seçerken aşırı kazanç eğrisine bakmak yararlıdır.Ne yazık ki potansiyometre ile duyarlılık ayarlandığında eğri sola doğru (kısa algılamauzaklıklarına doğru )kaymaz, fakat aşağı çok küçük aşırı kazançlara doğru kayar. Bu nedenle,olası ise sensörler maksimum duyarlılıkta çalıştırılmalıdır. Aşağıdaki tablo, çeşitli çevrekoşullarında aşırı kazanç azalmalarını gösterir. Tablo 15Çeşitli uygulamalar için aşırı kazanç katsayıları referans değerleri

sınıf Uygulama Cisimden yansımalı Yansıtıcılı sensör Karşılıklı sensör

1 Temiz ortam, laboratuar 1 1 1

2 Büro 2Bir taraf 2

= 4Bir taraf 1.4

= 2

3Normal sanayi ortamı,

depolar, atölyeler 4

Bir taraf 4= 20

Bir taraf 2= 4

4Tozlu, dumanlı, sisliendüstriyel işlemler

-Bir taraf 60

= 3000Bir taraf 8

= 60

5Yoğun kirlenme, kumpüskürtme makinası - -

Bir taraf 25= 600

6 Aşırı kirlenme madencilik - -Bir taraf 100

= 10000

6.4.5 Uygulamalar

6.4.5.1 Önerilen tipler

Genel olarak, olası olan her yerde karşılıklı sensörlerin kullanılması söylenebilir. bu tipmaksimum algılama aralığında özellikle emniyetli anahtarlamayı sağlar.

Eğer karşılıklı tip kullanılamıyorsa veya monte edilemiyorsa normal olarak ikinci olasılık,yansıtıcılı tip sensördür (çoğu malzeme için emniyetli anahtarlara, yarı algılama uzaklığımalzeme için emniyetli anahtarlama, yarı algılama uzaklığı, kolay yerleştirme, kolay ayarlamav.s.) şeffaf cisimler algılanacaksa bu, alıcı duyarlılığını ayarlayarak yapılabilir.

Çok fazla yansıtma özelliği olan cisimler için polarizasyon filtreli yansıtıcılı tip sensörler kullanılabilir (etkilere karşı bağışıklığı artırmak için).

Çok küçük cisimler için veya sınırlı yer olan durumlarda fiber optikli veya kuvvetlendiricilitipler iyi bir çözümdür.

Cisimden yansıtmalı sensörler, karşılıklı veya yansıtıcılı tip sensörlerin algılamadığıcisimler için kullanılmalıdır. Bu durum, örnek olarak; cismin sadece bir taraftan algılanabileceğiveya vericiden yayılan ışığı kıramayacak kadar şeffaf olması olabilir.

Arka tarafın yansıtmasının sensörün çalışmasını etkilediği durumlarda kısa algılamauzaklığı olan cisimden yansımalı tipler uygundur.

Daha önce de belirtildiği gibi alıcının duyarlılığı potansiyometre ile ayarlanabilir. Fakat,çalışma güvenilirliğindeki kabul edilmesi gereken değişim dolayısıyla sensörlerin duyarlılığısadece şeffaf cisimler algılanacağı zaman düşürülmelidir. (Ancak cisimden yansımalı

sensörlerde, sensörün emin bir şekil de cismi algılaması için bu ayarlama neredeyse sürekliolarak gerekli olur.)



122

Çoğu sensörde çıkış sinyalinin ışık var veya ışık yok anahtarlaması sağlamak içinprogramlama olanağı vardır.

6.4.5.2 Uygulama örnekleri

Şekil 6.46 Fiber optik algılama kafalı opto–elektronik Sensörlerin çeşitli besleyicilerde kapakları Saymada ve

konumlarının kontrolünde kullanımı

Şekil 6.47 290°C‘ ye kadar sıcaklıklarda kullanıma uygun olan zırhlı fiber optik kabloların sıcak cisimleri algılamauygulaması



123

Şekil 6.48 Fiber optik sensör ile entegre bacaklarının sayılması

Şekil 6.49 Karşılıklı ve cisimden yansımalı sensörler kenar ve sarkma kontrolunda kullanımı.



124

Şekil 6.50 Yansıtıcılı sensör ile vinçlerde aşırı yaklaşım ve çarpışmanın engellenmesi

Şekil 6.51 Yansıtıcılı sensör ile palet yüksekliğinin tespiti



125

a bŞekil 6.52 a: Ürün üzerinde yapılan işlemin kontrolünde kullanılan optik sensör b: Ürün bandında ilerleyen

parçaların sağlamlık kontrolünde kullanılan optik sensör

Şekil 6.53 LDR’li karanlıkta çalışan devre

Şekil 6.53’ teki devrede LDR’nin üzerine ışık düştüğü zaman T1 transistörü iletimegeçer. T1 transistörünün iletime geçmesi T2 transistörünün base gerilimini şase gerilimineyaklaştıracağından T2 transistörü kesimde kalır ve röle ve buna bağlı olarak lamba yanmaz.

LDR’nin üzerine ışık düştüğünde ise T1 transistörü kesime gider. T2 transistörü basegerilimini pozitif gerilimden alır ve iletime geçer. Buna bağlı olan röle kontakları kapanır velamba yanar. Sonuç olarak karanlıkta lamba yanar, aydınlıkta ise sönüktür. Bur ada dikkatedilmesi gereken nokta lamba ile LDR’nin ışık iletiminin kesilmesidir.

Şekil 6.54 Optokuplör ile tetiklenen devre

Şekil 6.54’ teki devrenin çalışması Şekil 6.53’ teki devrenin çalışmasına çokbenzemektedir. Tek farkı tetiklenmesi optokuplör vasıtası ile gerçekleşmektedir.



126

7. SES SENSÖRLERİ

7.1 Ultrasonik Sensörler

Ultrasonik sensörler genellikle robotlarda engellerden kaçmak, navigasyon ve bulunanyerin haritasını çıkarmak amacıyla kullanılmaktadır.Bu türden çalışmaları ilk olarak,Polaroidfirması ultrasonik sensörü kullanarak ve bunu bir aletin içine koyup kamera uzaklığını anlayansistem geliştirmiştir.

Ultrasonik ses dalgaları 20.000 Hz ile 500.000 Hz arasında frekanslara sahip sesdalgalarıdır. Bizim duyabildiğimiz 300 Hz-14.000 Hz bandının üzerindedirler . Ultrasoniksensörler ultrasonik ses dalgaları yayan ve bunların engellere çarpıp geri dönmesine kadar geçen süreyi hesaplayarak aradaki uzaklığı belirleyebilen sensörlerdir.

Bu sensörlerde bu kadar yüksek frekanslarda ses dalgalarının yayılmasının nedeni ; bu

frekanslardaki dalgaların düzgün doğrusal şekilde ilerlemeleri , enerjilerinin yüksek olması vesert yüzeylerden kolayca yansımasıdır.

Ultrasonik sensörlerin algılama menzili uygun koşullarda 30 metreye varabilir. Ultrasoniksensörlerde iki adet transducer bulunur. Bunlardan biri ultrasonik speaker diğeri de ultrasonikmikrofondur. Elektronik devre ile ultrasonik speaker'dan ses dalgasının yayılma anı ile bu sesdalgasının engele çarpıp yansıyarak ultrasonik mikrofon tarafından algılanması arasındak izaman ölçülür ve bu zamanın ikiye bölünüp ses hızı ile çarpılması sonucunda da engel ileultrasonik sensör arasındaki mesafe hesaplanır. Robotlarda genellikle 40 kHz'lik ultrasoniksensörler kullanılmaktadır.

7.1.1 Çalışma Prensibi: Ultrasonik uzaklık sensörü, piezoelektrik transducerden gelen 40khz ultrasonik sesin

kısa darbelerini yayarak çalışmaktadır. Ses enerjisinin küçük bir kısmı sensörün önündekicisimlerden yansıyarak dedektöre yani farklı bir piezoelektrik transducere gelir (Şekil 7.1). Alıcıyükselteci yansıyan işareti (ekoları) sinyal dedeksiyon sistemine veya mikrokontrolöregönderir. Sinyalin havadaki hızına bağlı olarak mikrokontrolör, cisimlerin ne kadar uzaktaolduklarını zamanlama prosesi koşarak belirler.



127

Şekil 7.1 Ultrasonik ses dalgalarının yayılımı

Ultrasonik uzaklık sensörleri f iziksel olarak iki çeşitte piyasada bulunmaktadır.Buna rağmen temel işlevleri aynıdır.

Hitechnic sensör tipi: Ultrasonik ses dalgalarının yayılması verici transducer, dalgalarınalgılanması ise alıcı transducer tarafından yapılır.Bu tipteki uzaklık dedeksiyonişleminde 2 tane transducer kullanılır (Şekil 7.a).

Polaroid sensör tipi: Ultrasonik ses dalgalarının yayılması ve algılanması tek bir piezoelektrik transducer tarafından yapılır (Şekil 7.b).

Şekil 7.a: Hitecnic sensör tipi Şekil 7.b:Polaroid sensör tipi

Yalnızca ultrasonik alıcı veverici (Rx- Tx) komponentleridir.

Her iki elemanda da dışgövdeye değen bacak toprak (-)bacağıdır .

Ultrasonik sensörlerde yansıyanişaretin dönme süre bilgisine göreişlem yapıldığında bazıanlaşılmazlıktan kaynaklanan yorumhatası yapılabilmektedir.Örneğinsensörün yüzü kendine daha yakın

düz bir cisim ile paralel olsun.Bu cismin arkasında ise yansıtıcı yüzeyiolan çok geniş bir duvar olduğunda,



128

sensör tarafından algılanan bilgi sensörün önünde bulunan yakın cisme göre yorumlanır.Bunar ağmen bazen yansıyan işaretin dönme süre bilgisi anlamlı cismi algılamamızda biziyanıltabilir.Eğer cismin bulunduğu yüzey, sensörün gerçek yüzeyi ile açısal olarakölçeklendirilirse, informasyon bilgisi 30 derece konisi (Şekil 7.2) içinde bulunan en yakın noktaya göre kaydedilir.

Şekil 7.2 Ultrasonik sensörün tipik ışıma paterni

Şekil 7.3 Ultrasonik sensörün iç yapısı

7.1.2 Teknik ve Fiziksel Bilgiler:

TEKN K B LG LER

Rezonans Frekansı (KHz) 40

Ses Basınç Düzeyi (dB) 115<

Hassasiyet (dB) -64<

Ölçüler (mm)

Yarıçap 16,2

Yükseklik 12,2

TerminalAralığı 10,0



129

7.1.3 Ultrasonik Uzaklık Sensörünün Kullanım Avantajları:

Kontaksız Ölçüm: Hedef cismi dokunmadan havayı kullanarak nispeten genişmesafelerden ölçer. Cisim Menzilleme: Cisim mesafesini çoğunlukla görünüş veya yakınlık analizine göreölçebilir. Uzaklıkla Orantılı Çıkış: Sensörün elektriksel çıkışları ölçülen hedef uzaklığıyla orantılıveya bu uzaklığa bağımlıdır. Yüksek Çözünürlük: Hedef cisimle ilgili informasyonu doğru ve ince farklarıgösterebilme yeteneğine sahiptir.Hedefin Optik Karakteristiklerinden Etkilenmeme: Ultrasonik sensörler in algılamasıortamın ışık seviyesinden, hedefin renginden veya hedefin optik geçirgenlik/yansıtıcılıközelliklerinden etkilenmez. Hassasiyet: Büyük veya küçük cisimleri algılayabilir .

7.1.4 Tipik Bazı Uygulama Alanları:

a) Yaklaşım Uygulaması: Cisimlerin belirli bir yerdebulunmalarını algılayıp,sayma işlemi yapılarak veyahareketlerini kontrol etmek amacıyla endüstride kullanılırlar.

b) Boyutlandırma: Cisimlerin ölçü bilgilerini, cisimleringenişliklerine veya hacimlerine göre belirmekte kullanılırlar.

c) Seviye ölçümü: Enventör ve diziler için tankların veyakutuların içerisindeki sıvıların veya sıvı halde bulunan malzemelerin seviyesini ölçmek için endüstridekullanılmaktadır.



130

d) Rulo Çapı Ölçümü: Endüstride ruloların kontrolgerginliğini veya hızını , veya dolu/boş durumunu ölçmekiçin kullanılırlar.

e) Sınıflandırma / Seçme: Cisimlerin sınıflandırılmasıveya seçimi işlemi cisimlerin fiziksel ölçülerinefarklılıklarına bağlı olarak ölçülmektedir.

f) Bağlantı Kopma Belirlenmesi / Döngü Kontrolü:Matbaacılıkta, kağıt makinelerinin kopan ağ

bağlantılarının prosesin hızlıca devam etmesi içinhızlıca ve algılanmasında kullanılmaktadır.

Bu uygulamalara ek olarak ultrasonik sensörler;

Araç alarm sistemleri

Işıklandırma kontrolü Park destek sistemleri

Otomatik kapı kontrolü gibi endüstriyel uygulamalarda da sıkça kullanılmaktadır.

7.2 Mikrofon (Ses Sensörü) Biz konuştuğumuzda havayı titreştirerek hava da bir basınç değişikliği oluşturuyoruz.

Duyma işleminde ise bu basınç değişikliğini kulaklar ımızdaki zar ile algılıyoruz. Mikrofonlar datıpkı kulaklar ımız gibi havadaki basınç değişikliğinin yarattığı etkiden yararlanarak sesi algılıyor ve elektrik sinyaline çeviriyor. Sesi elektrik sinyallerine çeviren cihazlara “mikrofon” denir.

Şekil 7.4 Mikrofon



131

Şekil 7.4’ te görüldüğü gibi, ağzından çıkan veya herhangi bir şekilde yayınlanan seshavada basınç değişimi yaratmakta ve bu basınç değişimi, suya atılan taşın yarattığı dalgayabenzer şekilde havada bir dalga iletimi şeklinde yayılmaktadır. Ses aslında hava basıncındakideğişimdir.

Bütün mikrofonların yapısı, ses dalgalar ının bir diyaframı titreştirmesi esasınadayanmaktadır. Her sesin belirli bir şiddeti vardır. Bu ses şiddetinin havada yarattığı basınçses şiddeti ile doğru orantılıdır. Gelen hava basıncının büyüklük ve küçüklüğüne göre ileri gerititreşen diyaframın bu titreşimini, elektrik enerjisine çevirmek için değişik yöntemler kullanılmaktadır. Kullanılan yöntemlere göre de mikrofonlara isim verilmektedir.

Ses algılaması gerektiren robot ve otomasyon projelerinde mikrofon kullanarak yapılanses sensörü devreleri kullanılır.

Mikrofonlarda önemli olan unsur diyaframdır. Diyafram ses dalgalarıyla titreşir ve butitreşimler mikrofonun çeşidine ve yapısına göre farklı biçimlerde elektrik sinyallerinedönüştürülür.

Mikrofonların frekans, empedans, duyarlılık ve alış yönü gibi karakteristik özellikleri vardır. Bukarakteristik özellikler mikrofonun çeşidine ve kalitesine göre farklılık gösterir ve uygulamayagöre mikrofon seçiminde rol oynar.

Mikrofonlara sağlamlık testi uygularken öncelikle mikrofonun özelliğine göre direncinebakılır. Katalogda ya da üzerinde belirtilen direnç değerleri avometre ile kontrol edilir.Mikrofonun çıkışına bir preamplifikatör (çok küçük sinyalleri yükselten yükseltici) bağlanır.Preamplifikatörün çıkışına da bir osilaskop bağlayarak mikrofona ses dalgası verilir.Uyguladığımız seslere göre osilaskop ekranında AC titreşimler oluşuyorsa mikrofon sağlamdır.

7.3 Mikrofon çeşitleri Dinamik (bobinli - manyetik) mikrofonlar

Kapasitif (kondansatör) mikrofonlar Şeritli (bantlı) mikrofonlar Kristal (Piezoelektrik kristalli) mikrofonlar

Karbon tozlu mikrofonlar

Elektret mikrofonlar

7.3.1 Dinamik (Bobinli - Manyetik) Mikrofonlar

Dinamik mikrofonlar ses dalgalar ı ile hareket eden diyaframa bağlı bobinin sabit bir

mıknatıs içinde hareket etmesinden dolayı bobin uçlarında oluşan gerilim değişimine bağlı olarak çalışır.

Ses dalgalar ıyla titreşen diyafram, bağlı bulunduğu bobini, sabit mıknatıs içerisinde ileri-geri hareket ettirir. Sabit mıknatısın kutuplar ı arasında manyetik alan hatlar ı vardır. Bobiniletkenleri hareket sırasında bu manyetik alan hatlar ını kesmektedir. Manyetik alan içerisinde hareket eden iletkenin uçları arasında bir gerilim oluşur.



132

Şekil 7.5 Dinamik mikrofon örnekleri

Sürekli ileri-geri titreşim halinde bulunan bobinde de ses frekansına uygun olarakdeğişen bir gerilim oluşur. Mikrofon bobini uçlarında oluşan gerilim, bir ses frekansyükseltecine verildiğinde, hoparlörden aynı frekansta çıkış alınır. Böylece mikrofona yapılankonuşma veya melodi kuvvetlendirilmiş olarak sese dönüştürülür. Dinamik mikrofon bobininindirenci birkaç ohm "Ω" kadardır.

Şekil 7.6 Dinamik mikrofonun yapısı

Dinamik mikrofon, Şekil 5.3'de görüldüğü gibi şu bölümlerden oluşmaktadır:

Diyafram

Diyaframa bağlı hareketli bobin

Bobinin içerisinde hareket ettiği sabit mıknatıs

Empedans uygunluğu sağlayan küçük bir transformatör (Bazı dinamik mikrofonlardabulunur).

Dinamik mikrofonlar kullanım sırasında, elektriksel alandan uzak tutulmalıdır. En çokkullanılan mikrofon türüdür.

7.3.2 Kapasitif (Kondansatör) Mikrof onlar

Kapasitif mikrofonlar statik elektriklenme esasına göre çalışan mikrofonlardır. Kapasitif mikrofonların diyaframı gelen ses dalgalarıyla titreşir ve bu titreşim mikrofonun kapasitesinindeğişimine neden olur. Kapasitedeki bu değişim sesin özelliğine uygun olarak mikrofonunçıkışında elektrik sinyallerini oluşturur.

Şekilde görüldüğü gibi bir sabit levha ve bir de hareketli iletken levha arasında havaboşluğu bırakılarak kapasite elde edilir. Hareketli levha aynı zamanda diyafram görevi deyapar. Kapasitif mikrofonlar şarjlı bir kondansatörün yükü değiştirildiğinde elektrik akımının



133

elde edilmesi esasına dayalı olarak çalışır. UCC bataryası (1,5-45V) sürekli olarak beslediğiiçin kondansatörlü mikrofon sürekli şarjlıdır. Ses dalgalar diyaframa çarptığında mekaniktitreşimler meydana gelir. Titreşimin plakalar arasındaki hava aralığını daralıp genişletmesiylekapasite değişimi sağlar. Kapasitenin değişmesi ile devreden küçük bir akım geçer. Devredengeçen akım direnç üzerinde bir gerilim düşümü meydan getirir. Bu gerilim küçük olduğu için bir yükselteç devresiyle yükseltilerek kullanılır.

Şekil 7.7 Kapasitif mikrofonun yapısı

Kapasitif mikrofonların yüksek seslerde az distorsiyonlu olduklar için çok tercih edilir.Fakat fiyatları da kaliteleri gibi yüksektir. Başlıca şu üstünlüklere sahiptir:

50 - 15000 Hz arasında oldukça geniş bir frekans karakteristiği vardır. Distorsiyon azdır. Empedansı büyüktür (10 - 50 MΩ).

Bu özelliklere karşın şu tip dezavantajları vardır:

Diğer mikrofonlardan farklı olarak, bir besleme kaynağına ihtiyacı vardır. Yükselteç ile mikrofon arası kablonun kapasitif etkisi mikrofon kapasitesini etkileyerek

parazite neden olur.

Bu etkiyi azaltmak amacıyla mikrofon içine bir yükselteç konur.

Kapasitif mikrofonların devreye bağlantısı DC beslemeli olarakyapılır. Mikrofonun plâkalarına uygulanan DC, modele göre 1,5 - 48 Varasında değişmektedir. Günümüzde yaygın olarak kullanılan kapasitif mikrofonların DC beslemesinde bir ya da iki adet kalem pil bulunur. DCakım ile beslenerek kullanıldıkları ve küçük boyutlarda üretilebildikleri

için robotik çalışmalar için uygundur.



134

7.3.3 Şeritli (Bantlı) Mikrofonlar

Çalışmaları dinamik mikrofonlar gibi manyetik alan esasına dayalı mikrofonlardır. Şekil7.8’ de görüldüğü gibi manyetik alan içine yerleştirilmiş ince bir alüminyum ya da kalay levhayases sinyalleri çarpınca, manyetik alan içinde hareket eden levhada ses frekanslı akım oluşur.Şeritli mikrofonların empedeansı çok düşük, kaliteleri yüksektir. Sarsıntıdan, rüzgârdanolumsuz etkilendiklerinden kapalı ortamlarda kullanılır.

Şekil 7.8 Şeritli mikrofonun yapısı

7.3.4 Kristal (Piezoelektrik kristalli) Mikrofonlar

Kuartz (quartz), roşel (rochelle) tuzu, baryum, turmalin gibi kristal yapılı maddelerebasınç uygulandığında üzerlerinde elektrik akımı oluşur. Bu akım, basıncın kuvvetine vefrekansına göre değişir. İşte bu esastan yararlanarak kristal mikrofonlar yapılmıştır. Kristallimikrofonlarda, kristal madde Şekil 7.9' da görüldüğü gibi çok ince iki metal elektrot arasınayerleştirilmiş ve bir pin (küçük çubuk) ile diyaframa tutturulmuştur. Ses titreşimleri diyaframıtitreştirince kristal de titreşmektedir. Kristaldeki titreşim ise AA özellikli elektriksel sinyallerinoluşmasını sağlamaktadır.

Şekil 7.9 Kristal mikrofonun yapısı



135

7.3.5 Karbon Tozlu Mikrofonlar

Karbon tozlu mikrofonlar Şekil 7.10’de görüldüğü gibi bir hazne içinde doldurulan karbontozu zerrecikleri ve esnek diyaframdan oluşmuştur. Ses dalgaları alüminyum diyaframaçarpınca titreşerek karbon zerreciklerinin sıkışıp gevşemesine yol açar. Tozlar sıkışınca akımınyolu kısalacağından direnç azalır. Tozlar gevşeyince ise akımın yolu uzayacağından dirençyükselir. İşte bu işlem esnasında sesin şiddetine göre karbon tozlarından geçen akım değişkenözellik gösterir. Karbon tozlu mikrofonların çalışabilmesi için bir DA besleme kaynağına

gereksinim vardır. Bu tip mikrofonların empedansları 50 ohm dolayında olup çok küçüktür. Ayrıca, kömür tozları zamanla özelliğini kaybettiğinden mikrofonun hassasiyeti bozulmaktadır.İşte bu nedenle günümüzde çok kullanılan bir mikrofon tipi olmayıp, eski tip telefonlarda vb.karşımıza çıkmaktadır.

Şekil 7.10 Karbon tozlu mikrofonun yapısı

7.4 Hoparlör Elektriksel sinyalleri insan kulağının duyabileceği ses sinyallerine çeviren elemanlara

“hoparlör” denir.

Sağlamlık testi yapılırken Avometre Ohm konumuna (200 ohm) alınır. Yapılan ölçümdeüzerinde yazılı olan direnç değeri (4,8,16 Ohm gibi) okunmalıdır. Bunun yanında ölçümesnasında hoparlör bobini, membranı bir miktar titreştirmelidir. Çok küçük bir ses çıkarmalıdır.

Şekil 7.11 Hoparlör ve sembolü



136

7.4.1 Dinamik (Hareketli Bobinli) Hoparlörler Dinamik hoparlörlerde yükselteçten gelen AC özellikli sinyaller hoparlör içindeki bobinin

etrafında değişken bir manyetik alan oluşturur. Bu alan ile sabit mıknatısın alanı birbirini itipçekerek diyaframın titreşimine sebep olur. Diyaframın ses sinyallerine göre titreşimi havayıtitreştirir. Kulak zarı da buna bağlı olarak titreşerek sesleri algılamamızı sağlar.

Şekil 7.12’ de görüldüğü gibi dinamik hoparlörler, bobin, mıknatıs, kon (diyafram) gibi

elemanların birleşiminden oluşmuştur. Bu elemanlarda demirden yapılmış bir silindirin ortasınadoğal mıknatıs yerleştirilmiştir. Mıknatısla yumuşak demir arasındaki hava aralığına isehoparlör diyaframının uzantısı üzerine sarılmış bobin konmuştur.

Bobinin sarıldığı diyaframın alt kısmı bir süspansiyon (esnek taşıyıcı) ile gövdeyetutturulmuştur. Bobin, süspansiyonlar sayesinde hava aralığında rahatça hareketedebilmektedir. Hoparlörlerde kon iki tanedir. Geniş çaplı olan dışarıda, küçük çaplı olanortadadır. Büyük kon kalın (bas) sesleri, küçük kon ise ince (tiz) sesleri oluşturur.

Şekil 7.12 Hoparlörün yapısı

7.4.2 Piezoelektrik (Kristal) Hoparlörler Şekil 7.13’ de yapıları görülen piezoelektrik hoparlörler çizgi biçiminde, birbirine karşı

polarize edilmiş, bükülgen piezooksit (kurşun, elmas, titan karışımı) maddeden yapılmıştır.Şeritlere akım uygulandığında, boyut uzayıp kısalır ve karşıdakini itip çeker. Bu titreşim ise

esnek membranı hareket ettirerek ses oluşur. Piezoelektrik hoparlörler daha çok yüksekfrekanslı seslerin elde edilmesinde (kolonların tivitırlarında) ve kulaklıklarda kullanılmaktadır. Aynı zamanda dijital saatlerde kullanılan hoparlörlerde buzzer olarak piezoelektrik esasınagöre çalışır.

Şekil 7.13 Piezoelektrik hoparlörler



137

8. KİM YASAL SENSÖRLER

8.1 Lpg Gaz Sensörü

Otomasyon projelerinde sıkça kullanılangaz sensörüdür.

Algılama hassasiyeti 100-10,000 ppmpartikulde izobutan, propan gazları tespiti.

Özellikleri 10 Sn'de tepki süresi



138

Madde IV. 2. DOKÜMAN

1. TEMEL TERİMLER

STANDART PALAKA Sensörün çapı kadar kare kesitli 1mm kalınlıklı demir (St37)

plakadır.NOMİNAL ALGILAMA MESAFESİ Sn. 20°C de sensörün kendi çapı kadar kare kesitli 1mm kalınlıklıdemiri (St37) algılayabileceği mesafedir.

DÜZ KAFALI SENSÖRLER Sensörün algılayan kısmı yanlardan algılamaya karşı ekranlamayapıldığı için sadece ön kısmından algılama yapabilmektedir. Busayede yanlardaki cisimlerden etkilenmemektedir. ŞEKİL2' de bir

den fazla sensörün birbirinden etkilenmeden çalışabilmesi için minuzaklıklar belirlenmiştir.

ÇIKIK KAFALI SENSÖRLER Sensörün algılayan kısmı, gövde dışında kaldığı (blok tiplerde ve

plastik tiplerde ekranlama yapılmadığı) için algılama mesafesi fazlaolup yanlardan da cisimleri algılayabilmektedir. ŞEKİL 3 'de birdenfazla sensörün birbirlerini etkilemden çalışabilmesi için minimumuzaklıklar belirtilmiştir.

Farklı cisimlere göre sensörlerin algılama mesafesi Sensörler bütün cisimleri aynı mesafeden algılayamadıkları için sensör seçiminde bu konuya dikkatedilmesi gereklidir.

ENDÜKTİF SENSÖRLER

St 37 (Demir) 1

Alüminyum Folya 1 Prinç-Bronz 0.5

Alüminyum 0.4 Bakır 0.3

KAPASİTİF SENSÖRLER

Topraklanmış Metal 1

Su 1

Alkol 1

Seramik 0.75 Cam 0.5

PVC(Plastik) 0.45 Tahta 0.4

Yağ 0.3 Not: Eğer algılanılacak cismin boyu standart plakadan ufak ise algılama mesafesi daha daazalacaktır.

HİSTERİZİS Sensörün algılama yaptığı mesafe ile algılamayı bitirdiği

mesafedir.Algılama mesafesinin yüzdesi olarak verilir. Endüktif sensörlerde yaklaşık olarak %10 dur. Kapasitif sensörlerde %10-

%20 arasındadır.



139

ALGILAMA FREKANSI Bir sensörün 1 saniyede algılayabilme sayısıdır. Eğer sensörmaksimum frekansta çalıştırılacaksa,hisedilecek yüzeyler arasındasensör çapının 2katı kadar boşluk olmalı, algılama mesafesi yarıyadüşmelidir. ŞEKİL 5

BESLEME GERİLİMİ Sensörlerin randımanlı ve uzun süreli çalışması için besleme gerilimine dikkat edilmelidir. DCsensörlerin transformatörden beslenmesi için sekonder uçları köprü diyot ile doğrultulup, minimum470 uF'lık kondansatör takılmalıdır. Her 200mA için ayrıca 470uF'lık kondansatör ilave edilmelidir.ŞEKİL 6 Eğer Besleme geriliminiz sensörün çalışma geriliminden fazla ise DC voltajınızı bir regülatörvasıtasıyla düşürmeniz gerekmektedir. ŞEKİL 7 Bir traformatörden DC gerilim elde etmek içinaşağıdaki formül kullanılır.Vdc:(Vac x 1.41)-1

BİRDEN FAZLA SENSÖRÜN SERİ BAĞLANMASI Birden fazla sensör ile bir yükün anahtarlanması durumunda, sensör üzerinde düşen gerilim (Kalıntı

Gerilimi) göz önünde bulundurulmalıdır.Sensöre uygulanılan gerilimden kalıntı gerilimlerinin toplamıçıkartılınca kalan gerilim yükü anahtarlamaya yetmiyorsa ya gerilimi arttırmak yada yükün çalışmagerilimini düşürmek gerekmektedir (düşük gerilimde çalışan yük seçilmelidir).

Seri bağlamada sensörlerin hepsinin uyarılması sonucunda yük (çıkış)devreye girer veya çıkar.Burada sensörlerin her biri üzerinde maksimum 2.5 Vdc voltaj düşümü olacağından belirli sayıdasensörü seri bağlanabileceğine dikkat edilmelidir. ŞEKİL 8-9.

Sensörlerin üzerinde Besleme gerilimi 10...30v Yazıyor diyelim... Sensörü kaç Volt İle Beslersençıkışta da O gerilimi Alırsın...örneğin 12v İle beslediniz. Çıkışta da 12v çıkış Alırız .

Pnp Demek (+) Artı çıkış demek... Yani elinizde bir lamba var diyelim... Evimizde prizlerde halk

tabiriyle bir Faz bir de Nötr ucu v ardır. Eğer sensör Pnp çıkışlı ise sana Faz ucunu verir. Yani (+)ucu verir. Sen fazı sensörden alırsın... lambanın diğer ucunu da direk olarak toprağa yani ( -) uca

bağlarsın. Sensör gördüğü Zaman + çıkışını verir Ve Lambanız Yanar.

Eğer sensör Npn çıkışlı ise (- ) çıkış verir. Yani sen lambana (+) gerilimi verirsin (-) ucu da

sensörden beklersin. Sensör gördüğü Zaman ( - ) çıkışı Sana verir. Devreyi tamamlar ve lambaYanar.



140

AC iki telli sensörlerde 9 Vac, DC iki telli sensör 6.5 Vdcgerilim düşümü olacağı dikkate alınmalıdır. ŞEKİL 10.

BİRDEN FAZLA DC SENSÖRÜN PARALEL BAĞLANMASI Birden fazla DC 3 uçlu sensörü paralel bağlandığı zaman, sensör içinde bulunan sönümlendirmedireç leride bir yük oluşturabileceğinden dolayı sensör çıkışlarına ŞEKİL 11-12’ de görüldüğü gibikesici diyot (1N4001) konulması gereklidir.

AC 2 UÇLU SENSÖRLERİN PARALEL BAĞLANMASI Sensörlerden birisi iletime geçtiği zaman üzerindeki kalıntı gerilimi kadar bir voltajla (9 Vac), diğersensörler bu voltaj ile beslenmek zorunda kaldığından böyle bir bağlantı sistem ve sensörler içinsakıncalıdır.

ÖNEMLİ UYARILAR

Makinanızda kullanmış olduğunuz sensörlerin kablolarını güç aktarım kablolarından uzaktutunuz

Güç kaynağını bir transformatör ile kendiniz yapıyorsanız, mutlaka köprü diyottan sonraminimum 1000 uF'lık bir elektrolitik kondansatör kullanınız.

Sensörleriniz hareketli bir ortamda ise, mutlaka kablolarının kırılmaması için önlem alınız. Sensörleriniz sıcak bir ortamın yakınında çalışıyorsa, sensörün üzerine gelebilecek şok ısı

darbelerinden koruyunuz.

2.

ÇALIŞMA PRENSİBİ Metal cisimlerin algılanmasında kullanılır. Sensör,BOBİN, OSİLATÖR,TETİKLEME ve ÇIKIŞ katlarındanoluşur. ŞEKİL 13 Bobin kısmında oluşturulan endüktif alan içine giren bir metal, osilasyonun genliğini etkiler.

NAMUR SENSÖR Patlama tehlikesi olan bölgelerde kullanılır.Çalışma voltaj ve akımıdüşüktür. Namur sensörler sadece BOBİN ve OSİLATÖR kısmındanibarettir.Tetikleme ve Çıkış devresi ayrı bir amplifikatör içindedir. Busensörler değeri 1K ile 8K arasında değişen bir direnç özelliğini

gösterip çektiği akımı değiştirmektedir. ŞEKİL 14



141

3.

ÇALIŞMA PRENSİBİ Kapasitif sensörler, havayıdielektrik olarak kabul eden bir RCosilatörü vasıtasıyla kapasitif alanoluşturur. Bu kapasitif alanın içinegiren metal veya metal olmayan

cisimler, dielektrik seviyesinindeğişimine sebep olur. Bu sayede osilasyon frekansının değişimi vasıtasıyla sensör algılamasınıyapmaktadır. Sensörün iç yapısında elktrot, osilatör, tetikleme ve çıkış katlarından oluşmaktadır.ŞEKİL 15. Sensörün arka kısmında bulunan potansiyometre vasıtasıyla hissetme mesafesiayarlanabilinmektedir. ŞEKİL 16.

SENSÖR SEÇİMİ Sensör seçiminden önce, algılamak istediğiniz malzemenin sensörtarafından kaç mm'den algılayacağını tespit etmeniz gereklidir.Yandaki tabloda malzemelerin azaltıcı faktörleri verilmiştir. Ayrıcaalgılanılacak malzemenin şekli ve kalınlığı da göz önünde

bulundurulması gereklidir. Sensörlerin algılama mesafesi,malzemenin yoğunluğu ile doğru orantılıdır. Malzeme ince isehissetme mesafesi, kalın olan malzemeye göre daha az olur.Örnek olarak bir tek dosya kağıdını sensörle hissettirmeniz zordurfakat 10 adet dosya kağıdını rahat hissettirebilirsiniz.Tür Sn HASSASİYET AYARI Hassasiyet ayarı sensör çalışacağı konumda yapılması ve min. mak. değerlerinin orta konumundabırakılması tavsiye edilir. Kapasitif sensörün çalışma prensibinde hava, dielektrik görevindedir veçok hassas ayarlarda nemin ve sıcaklık değişiminin yaratabileceği değişiklikler dikkate alınmalıdır.Sensörün algılama mesafesi -25c 70c arasındaki sıcaklıklarda mesafesi %10 değişime uğrayabilir.

Sensörün algılama mesafesinin kararlığı için sensör gövdesinin toprak bağlantısı yapılmalıdır.Hassasiyet ayarı saat yönünde çevrildiğinde hassasiyet artar tersinde ise azalır.

ÖNEMLİ UYARILAR Tozlu ortamlarda veya küçük tanecikli cisimlerin alğılanmasında kullanılan sensörlerin,

hissetme yüzeyinde oluşabilecek toz yapışmalarını da göz önünde bulundurarak, hassa yetayarının biraz daha kısılması gerekmektedir.

Metal gövdeli sensörlerin gövdelerinin topraklanması gerekmektedir. Motor sürücüsü veya soft starter gibi yüksek frekans ve yüksek voltajla çalışan cihazların

yanına monte edilen sensörün, gövdesinin ve kablolarının topraklanmış yüzeylerdengeçirilmesi tavsiye edilir.

Makinenizde kullanmış olduğunuz sensörlerin kablolarını güç aktarım kablolarından uzaktutunuz.

UYGULAMA ÖRNEKLERİ

Şekil 3.1 a) Katı ve sıvılar için seviye kontrolü b) Metal olmayan depolarda seviye kontrolü c) Metal depolarda

plastik pencereler kullanılarak seviye kontrolü

Tür Sn

Topraklanmış Metal 1

Su 1

Alkol 0,75

Seramik 0,6 Seramik 0,5

PVC (Plastik) 0,45

Tahta 0,4

Yağ 0,3



142

Şekil 3.2 a) Metal olmayan paketlerin sıvı ya da katı malzemelerin kontrolü b) Kağıt yığınlarının yükseklik kontrolüc) Metal Tellerin Kopma Kontrolü

Şekil 3.3 a) Sıvı akış kontrolünde b) Dolum kontrolünde c) Metal yada metal olamayan malzemelerin ayrımı yadasayımı

4.

ÇALIŞMA PRENSİBİ Optik sensörler veya fotoseller,ışık emisyon prensibiyleçalışan elektronik malzemelerdir. Bir verici yada ışıkkayağı ve bunların ışınlarını almak için bir alıcıdanoluşurlar. Vericide bulunan ışık kaynağı belirli birfrekansta ışık yayar. Alıcı ise bu kaynaktan belirlenenfrekanstaki ışığın alınmasında kullanılır. Kullanılan ışıkKızılötesidir. Sensör vericiden gönderilen ışık frekansıile alıcıdan gelen ışık frekansının karşılaştırmasınıyapar. Eğer aynı frekansta ışık alırsa çıkışını aktif halegetirir.

CİSİMDEN YANSIMALI OPTİK SENSÖRLER Cisimden yansımalı optik sensörler, vericidengönderilen ışın bir cisme çarpıp geriye yansıyarak alıcıtarafından alınması vasıtasıyla çalışır. Bu tipsensörlerde cismin rengi ve parlaklığı algılamamesafesini etkilemektedir. Opak yüzeylerde algılamauzaklığı cismin renginden etkilenir. Parlak renklermaksimum algılama imkanı verir. Teknik verilerdekihissetme mesafesi mat beyaz kağıt ile ölçülmüştür.

FARKLI RENKLERE GÖRE SENSÖRLERİN ALGILAMA MESAFESİ

YARIK TİP OPTİK SENSÖRLER Yarık tip optik sensörler, vericiden gönderilen ışık alıcı tarafından alınır. Eğer araya ışığı kesecek bircisim girerse sensör çıkış verir. Eğer cisim şeffaf ise bu ışığı kesemez ve sensör bu cismihissedemeyebilir. Bu durumlarda hassasiyet ayarlı yarık tip optik sensörlerin kullanılması gereklidir.

ETİKET SENSÖRÜ Etiketleme ve paketleme makinelerinin etiket aralarının hissedilmesinde kullanılmaktadır. Üzerindebulunan hassasiyet ayarı vasıtasıyla her tür etikette kullanılabilmektedir.



143

UYGULAMA ÖRNEKLERİ

Şekil 4.1 Yırtılma ve kopma kontrolü Şekil 4.2 Otomatik sayma işlemleri

5.YARIK TİP TİTREŞİM (SALINIM) HİSSEDEN OPTİK İPLİK SENSÖRLERİ Bu tip sensörler ipin titreşimini veya salınımını kontrol eder. Ayar potansiyometresi ile ayarlanansüre içinde ip salınım yapmazsa sensör çıkış verir. Bu tip sensörler optik olup, verici ve alıcıkısımlardan oluşmuştur. Sensörün alıcısı veya vericisi tozlanıp görev yapamazsa, sensör çıkışvererek görev dışı kalır.

KAPASİTİF TİP İPLİK SENSÖRLERİ

Bu tip sensörler ipin kapasitif değişimini hisseder. İp sensör üzerinden aktığı zaman, ip üzerindebulunan çok ufak kapasitif değişimleri sensör hissederek çalışmasını yapmaktadır. Çalışmaesnasında ip kopup sensör üzerinde kalsa dahi sensör ipin koptuğunu hissedebilmektedir. Tozlu veYağlı ortamlarda çok rahat çalışabilmektedir. Yarık tip titreşim hisseden sensörlere göre tepki (çıkışverme) süresi daha kısadır.

İPTAL ANAHTARI Sensörün, çalışma esnasında çıkış vermesi istenmediği zaman devreye sokulan dokunmatik biranahtardır. Katlama makinelerinde veya aktarma yapıldığı zaman bazen sensörü devre dışıbırakmak gerekmektedir. Bu durumlarda iptal anahtarının kullanılması gereklidir. Sensör iptalanahtarı ile iptal edildikten sonra, tekrar devreye girmesi için 5 saniye kadar ipin sensör üzerindenakması gereklidir. Bu durumda sensör otomatikman iptali kaldırır ve ipin kontrolüne başlar.

İPLİK SENSÖRLERİN AVANTAJLARI 1. Mekanik temas gerektirmeden ip kontrolü yapılması. 2. Sensör 'de mekanik anahtarlama olmadığından, çalışma süresi anahtarlama miktarı çok fazladır. 3. Tozlu, nemli, yağlı ve titreşimli ortamlarda rahatlıkla çalışabilmektedir. 4. Çok kısa sürede ipin koptuğunu hissedebilmektedir. (kapasitif sensörlerde) 5. Çok ince ipleri dahi temas etmeden hissedebilmektedir. 6. Sensörün devreye girme süresi ve iptalden çıkma süresi siparişte belirtildiği taktirde ek başkamalzemeye gerek duyulmaması

ÖNEMLİ UYARILAR 1. Sensörlerin DC besleme gerilimine muhakkak filtre kondansatörü takılmalıdı r.

2. Sensör gövdesi muhakkak topraklanması gereklidir.(Kapasitif Sensörlerde)

6.REED KONTAK MANYETİK SENSÖRLER Bu tip sensörler reed kontak içermektedir. Kalıcı mıknatıslar tarafından sebep olunan manyetiketkilerdeki değişikliklere hassastırlar.Bu magnetik etkiler anahtarın kutuplarının değişmesine yolaçar. Mıknatısın çekme gücü, reed kontaktaki uçların elastik direncini yenince, anahtarlamagerçekleşir. REED KONTAK: İçinde asal gaz bulunan, cam ampullerdir. Bu sayede tozlanma,aşınma ve oksidasyona maruz kalmaz. Ayrıca anahtarlama frekansı diğer kuru kontaklara görefazladır.

HALL EFFECT MANYETİK SENSÖRLER Bu tip sensörler hall effect entegreler içermektedir. Hiç bir mekanik anahtarlama olmadan mıknatısıalgılayabilmektedirler. Algılama mesafesi ve anahtarlama frekansı reed kontaklara göre dahafazladır. Bazı tipleri de, mıknatısın kutuplarını ayırt edebilmektedirler.



Documents

sensorler kitap