SRE LM I DERS NOTLARI R GRV CANAN

SÜREÇ ÖLÇÜM I DERS NOTLARI ÖĞR. GRV. CANAN AKAY

Transdüser ve Sensör Kavramı Günlük hayatımızda ısı, ışık, basınç ses gibi büyüklükler var olup bunların etkilerini duyu organlarımızla algılar, varlıklarından haberdar oluruz. Bu fiziksel büyüklükleri insanlar gibi algılayan ve bu algılama sonucunda gerekli ekipmanları devreye sokan ve çıkartan elemanlar sensörler ile transdüserlerdir. Fiziksel ortam değişikliklerini (ısı, ışık, basınç, ses, vb. ) algılayan elemanlara “sensör”, algıladığı bilgiyi elektrik enerjisine çeviren elemanlara transdüser denir. Transdüserler, teknolojinin gelişmesiyle birlikte birçok iş makinasının kumandasında , kapıların otomatik açılıp kapatılmasında , bir çok aygıtın istenildiği zaman devreye sokulup çıkartılmasında gibi bir çok yerde transdüserler kullanılırlar. Bu sayede hem günlük hayatımızı hem de endüstriyel üretim süreçlerini çok daha kolaylaştırmış oluruz.

Resim 1. 1: Optik sensörler Resim 1. 2: Lazer sensör ve hareket sensörü Resim 1. 1 ve Resim 1. 2’de çeşitli sensörler görülmektedir. İstediğimiz kullanım alanlarına göre bu sensörler çeşitlilik gösterirler. İhtiyacımıza en uygun sensörü seçebilmek için piyasada var olan çeşitlerini öğrenmeli ona göre seçimimizi yapmalıyız.

Çeşitleri Fiziksel ortamlardaki değişikliklerden dolayı mekanik bir makineyi veya elektronik bir devreyi çalıştırmamız gerektiğinde sensörler ve transdüserleri kullanırız. Amaca uygun sensör ve trandüseri seçmek sonuca daha erken ulaşmamızı sağlayacaktır. Transdüser çeşitlerini şu şekilde sıralayabiliriz: §Isı transdüser ve sensörleri §Manyetik transdüser ve sensörler § Basınç (gerilme) transdüserleri §Optik transdüser ve sensörler §Ses transdüser ve sensörleri

Çeşitli Sensör Uygulamaları üzerinde hareket algılayıcı bir sensöre sahip olan otomatik kapılar uygulamada araç tamponu üzerine yerleştirilen sensörlerle yapılan uygulama gözükmektedir. Otomobillerin arka tamponuna yerleştirilen ultrasonik dedektörler aracılığı ile geri manevra sırasında araçla , arkasındaki engel arasındaki mesafe ölçülür. Bu ölçüm, engele yaklaştıkça frekansı yükselen (periyodu kısalan) bip sesleri ile sürücü tarafından algılanır. Engel ile araç arasındaki mesafe 30 cm’ye kadar düştüğünde bip sesi sürekli hale gelir.

Resim 1. 5: Metal dedektörler ise içerisindeki manyetik sensörler vasıtası ile metal cihazları algılayan aygıtlardır. Günümüzde güvenlik amaçlı olarak işyerleri ve özel alanlarda giriş kontrollerinde kullanılmaktadır (Resim 1. 5).

Kaynak: Dr. Özgür Akın Ders Notları

Kaynak: Dr. Özgür Akın Ders Notları

Kaynak: Dr. Özgür Akın Ders Notları

Kaynak: Dr. Özgür Akın Ders Notları

Sensörlerin Sınıflandırılması Giriş Büyüklüklerine Göre Algılayıcılarla ölçülen büyüklükler 6 gruba ayrılabilir. Bunlar; • Mekanik : Uzunluk, alan, miktar, kütlesel akış, kuvvet, tork (moment), Basınç, Hız, İvme, Pozisyon, Ses dalgaboyu ve yoğunluğu • Termal : Sıcaklık, ısı akısı • Elektriksel : Voltaj, akım, direnç, endüktans, kapasitans, dielektrik katsayısı, polarizasyon, elektrik alanı ve frekans • Manyetik : Alan yoğunluğu, akı yoğunlugu, manyetik moment, geçirgenlik • Işıma : Yoğunluk, dalgaboyu, polarizasyon, faz, yansıtma, gönderme, • Kimyasal : Yoğunlaşma, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hızı, p. H miktarı gibi büyüklükler sayılabilir.

Sensörlerin Sınıflandırılması Çıkış Büyüklüklerine Göre Öte yandan analog çıkışlara alternatif olan dijital çıkışlar ise bilgisayarlarla doğrudan iletişim kurabilirler. Bu iletişimler kurulurken belli bazı protokoller kullanılır. Bunlardan seri iletişim protokollerine, aşağıda kısaca değinilmiştir. • • • RS 232 C: Bu protokol başlangıçta telefon veri iletişimi için tasarlanmıştır. Daha sonra birçok bilgisayar sistemi bunu sıkça kullanmaya başlamış ve sonuçta RS 232 standart bir iletişim protokolu haline gelmiştir. RS 422 A : Bu protokol Differantial ended bir arayüze sahiptir. Alıcı verici arasındaki uzaklık yeterince en uzak seviyededir. Hatlarda bu mesafe sebebiyle olabilecek zayıflama 200 m. V seviyesine kadar azalsa da sistem iletişime devam eder. Diferansiyel ara birim sayesinde sinyaldeki zayıflama ihmal edilebilir düzeye çekilir ve oldukça yüksek bir veri hızıyla haberleşme sağlanabilir. RS 485 : Standart 422 A protokolu genişletilerek oluşturulmuş bir protokoldür. Bu protokol ile birlikte çalışabilen 32 adet alıcı vericinin tek bir kabloyla veri iletişimi sağlanabilir. RS 485 protokolü kablodaki iletişim problemlerini ortadan kaldırmaktadır.

Sensörlerin Sınıflandırılması Besleme İhtiyacına Göre Algılayıcılar besleme ihtiyacına göre iki sınıfa ayrılabilir. Bunlar ; Pasif Algılayıcılar Hiçbir şekilde dışardan harici enerji almadan (besleme gerilimine ihtiyaç duymadan) fiziksel ya da kimyasal değerleri bir başka büyüklüğe çevirirler. Bu algılayıcı tipine örnek olarak Termocouple (T/C) ya da anahtar gösterilebilir. Anahtar ise bilindiği gibi mekanik bir hareketi elektriksel bir kontağa dönüştürmektedir. Aktif Algılayıcılar Çalışmaları için harici bir enerji beslenmesine ihtiyaç duyarlar. Bu algılayıcılar tipik olarak zayıf sinyalleri ölçmek için kullanılırlar. Aktif algılayıcılarda dikkat edilmesi gereken nokta giriş ve çıkışlardır. Bu tip algılayıcılar dijital ya da analog formatta elektriksel çıkış sinyali üretirler.

SENSÖRLERİN BAŞARIMINI BELİRLEYEN TEMEL PARAMETRELER Ø Tekrarlanabilirlilik Ø Kararlılık Ø Ölü Band/Zaman Ø Çözünürlük Ø Çıkış Empedansı Ø Aralık ve Giriş Açıklığı Ø Hata Ø Doğruluk Ø Hassasiyet Ø Histerezis Hatası Ø Doğrusalsızlık Hatası

Doğruluk Ölçülen değerin gerçek değerine ne kadar yakın olduğunu gösterir. Ölçmedeki en önemli parametredir. Örneğin; Sıcaklık ölçme aletinde, ± 2°C doğruluğa sahip olarak belirtilebilir. Bu durumda ölçme aletinden okunan değerin gerçek değerin + veya – 2°C içerisinde kalmasının beklendiği anlamına gelir.

Hata Ölçülebilen bir büyüklüğün gerçek değeri ile ölçülen değeri arasındaki farktır. • Hata= ölçüm değeri – gerçek değer Örn; Gerçek sıcaklık: 24 °C Gerçek değişim= 10, 5 Ω Ölçülen sıcaklık: 25 °C Ölçülen değişim= 10, 2 Ω Hata= ? Hata=?

Çözünürlük Bir ölçüme, aktarıma veya gösterime ilişkin örnek alınan en küçük birimin büyüklüğüdür. Çözünürlük kavramı kullanıldığı yere göre değişik anlamlar ifade eder. ”Ekran Çözünürlüğü” Örneğin bir TV cihazında veya PC ekranındaki bir görüntünün enine ve boyuna kaç noktadan oluştuğudur. Giriş değerinin değişimine karşı, çıkış değerinin değişim hızıdır. Ya da bir algılayıcı ne kadar küçük değişimleri ölçebilir.

ISI (SICAKLIK) SENSÖRLERİ PTC ( Pozitif Isı Katsayılı Termistör) Ortamdaki ısı değişimini algılamamıza yarayan cihazlara ısı veya sıcaklık sensörleri diyoruz. Birçok maddenin elektriksel direnci sıcaklıkla değişmektedir. Sıcaklığa karşı hassas olan maddeler kullanılarak sıcaklık kontrolü ve sıcaklık ölçümü yapılır. Sıcaklık ile direnci değişen elektronik malzemelere; term (sıcaklık), rezistör (direnç), kelimelerinin birleşimi olan termistör denir. Termistörler genellikle yarı iletken malzemelerden imal edilmektedir. Termistör yapımında çoğunlukla oksitlenmiş manganez, nikel, bakır veya kobaltın karışımı kullanılır. Termistörler PTC (Pozitif Isı Katsayılı Termistör) ve NTC (Negatif Isı Katsayılı Termistör) olmak üzere ikiye ayrılır.

PTC Sıcaklığın artmasıyla direnci artan termistörlere PTC denir (Resim 1. 6), Resim 1. 6: Çeşitli PTC’ ler

PTC Çalışma Prensibi Şekil 1. 1 (a) daki karekteristik eğride görüldüğü üzere PTC’ nin sıcaklığı attıkça PTC nin uçlarındaki direnç değeri artmaktadır. Şekil 1. 1: a: Karakteristiği b: Sembolü Resim 1. 7: PTC kullanım alanları Kullanım Alanları PTC’ler - 60 ºC ile +150 ºC arasındaki sıcaklıklar da kararlı bir şekilde çalışır. 0. 1 ºC’ ye kadar duyarlılıkta olanları vardır. Daha çok elektrik motorlarını fazla ısınmaya karşı korumak için tasarlanan devrelerde kullanılır (Resim 1. 7). Ayrıca ısı seviyesini belirli bir değer aralığında tutulması gereken tüm işlemlerde kullanılabilir.

PTC Sağlamlık Testi PTC’yi Şekil 1. 2’de görüldüğü avometre uçlarına bağladığınızda avometrede gördüğümüz değer PTC’nin oda sıcaklığındaki direnç değeridir. Daha sonra mum veya benzeri bir araç ile ısıttığınızda direnci yükseliyor ise PTC sağlamdır. Bunun dışında bir durum gerçekleşiyor ise PTC arızalıdır.

NTC (Negatif Isı Katsayılı Termistör) Sıcaklığın artmasıyla direnci azalan termistörlere NTC denir (Resim 1. 8). Çalışma Prensibi Şekil 1. 3 (a) daki karekteristik eğride görüldüğü üzere NTC’nin sıcaklığı attıkça NTC’nin uçlarındaki direnç değeri düşmektedir.

Termocouple Kullanım Alanları

Termocouple Kullanım Alanları

RTD- Resistance Temperature Detector v Bunlar hassas sıcaklık algılayıcılardır. v Hassaslık, uzun süreli elektriksel direnç kararlılığı, eleman doğrusallığı ve tekrarlanabilirliği gibi özellikler isteyen uygulamalarda kullanılırlar. v Termocouplara göre daha düşük sıcaklık aralığında çalışır. (-200, +850). (Bazı platin algılayıcılar -164 C ; +650 C arasında çalışabilir). v RTD lerde bulunan algılama elemanı genellikle bir platin tel sargısı veya seramiğe uygulanmış ince bir metalik tabakadır. v Sıcaklığa karşı kararlılığı nedeni ile platin ile imal edilirler. PT 25, PT 1000 gibi çeşitleri bulumaktadır. . vb. ).

RTD- Resistance Temperature Detector v RTD'ler yüksek hassasiyet ve -200°C ile +850°C arasında bir ölçüm aralığı sağlamaktadır. RTD uçlarındaki elektriksel sinyal kolaylıkla iletilebilmekte, izlenebilen ve uygun veri işleme ekipmanı kullanılarak alınan değerler kaydedilebilmektedir. v RTD direnci sıcaklık ile orantılı olduğu için, RTD devresine değeri bilinen bir akımın uygulanması, sıcaklıkla birlikte artan bir çıkış voltajı üretmektedir. RTD direnci ve sıcaklık arasındaki bu bağıntı, ölçülen sıcaklığın hesaplanmasına olanak tanımaktadır

Entegre Devre Sıcaklık Sensörleri v Yarı iletken entegre devrelerin gelişmesi ile tümdevre sıcaklık sensörleri ortaya çıkmıştır. Germanyum ve silisyum içerisine karıştırılan kristaller ile üretilen sıcaklık sensörleri kullanılmaktadır. Germayum kristal malzemelerin dirençleri sıcaklık ile ters orantılıdır. Silisyum kristal malzemelerin dirençleri ise sıcaklıkla doğru orantılıdır.

Entegre Devre Sıcaklık Sensörleri v Sıcaklığa bağlı gerilim üreten ve sıcaklığa bağlı akım üretenler olmak üzere iki tiptir. v Sıcaklığa bağlı gerilim üreten sensörler LM 135 - LM 235 - LM 335 ( Kelvin ), LM 35 - LM 45 ( Celcius ), LM 34 ( Fahrenheit ) gibi sensörlerdir. Bu sensörler kırılma gerilimi sıcaklıkla orantılı olan bir zener diyot gibi çalışan monolitik sıcaklık sensörleridir. v Sıcaklığa bağlı akım üreten sensörler ise LM 134 , LM 234, LM 334 sensörleridir. Bu sensörlerin akım çıkışları sıcaklık ile orantılıdır. Bu sensörlerin hassaslıkları bir dış direnç kullanımı ile ayarlanabilir. Hassasiyetleri 1 µA / °C ile 3 µA / °C arasında değişir.

LM 35, LM 335 serisi ısı sensörleri • LM 35 serisi sensörlerin çıkış gerilimleri sıcaklık ile orantılı olarak değişir. Ölçüm aralığı -55 ile 150 derce arasındadır. Her bir derece için çıkış voltajı 10 m. V artar. • Hassasiyeti yarım derece düzeyindedir. 4 ile 30 volt arasında çalışabilir.

SICAKLIK DÖNÜŞÜMLERİ

MANYETİK SENSÖRLER • Ortamdaki manyetik değişiklikleri algılayarak, bu değişimlere bağlı olarak çıkışında gerilim üreten elemanlara manyetik sensörler denir. • Bir tel bobin haline getirilip içinden akım geçirilirse, bu bobinin içinde ve çevresinde manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan gözle görülmez. Ancak bu bobinin içerisindeki nüvenin hareketi ve bobinin çevresinde yaklaştırılan metaller bobinin indüktansını değiştirir. İşte bu prensipten hareketle manyetik sensörler geliştirilmiştir. Indüktans, elektromanyetizma ve elektronikte bir indüktörün manyetik alan içerisinde enerji depolama kapasitesidir.

ELEKTROMANYETİK ALANIN OLUŞUMU

Manyetik Sensörlerin Avantajları • Algılama herhangi bir temas olmaksızın yapılmaktadır, bu sayede sensör kafasında veya algılanacak cisimde oluşabilecek hasarlar önlenmiş olur. • Sinyal çıkışı da herhangi bir temas olmaksızın verilmektedir, bu sayede sensörün uzun ömürlülüğü sağlanmaktadır.

Manyetik Sensörlerin Avantajları • Su veya yağ püskürtülen ağır çevre koşullarında dahi kararlı bir algılama yapmak mümkün olmaktadır. • Çok kısa cevap verme süresine sahiptir. • Montajda esneklik sağlayan küçük boyutlu sensör kafasına sahiptir.

KULLANIM ALANLARI VE ÇEŞİTLERİ • Manyetik sensör ve transdüserlerin bir çok kullanım alanı vardır Bunlar günlük hayatımızda daha çok güvenlik gerektiren yerlerde metallerin (silah, bıçak gibi) aranmasında, hazine arama dedektörlerinde kullanılır • Sanayide ise kumanda ve kontrol sistemlerinde, tıp elektroniğinde, fabrikalarda, otomotiv ve otomatik kumanda kontrol uygulamalarında, yer değişimlerinin hassas olarak ölçülmesinde kullanılır

Kullanım Alanlarına Örnekler

MANYETİK SENSÖRLER VE TRANSDÜSERLER

Kullanım Alanları Resim 2. 1: Kaporta boya ölçer ve metal dedektör

Çeşitleri ve Yapıları 1. Bobinli (Endüktif)Manyetik Sensörler: Şekil 2. 2: Bobin içersinde nüvenin hareketi

Reed Kontak Manyetik Transdüserler • Manyetik temassız algılayıcılar kalıcı mıknatısların ve elektromıknatısların oluşturdukları manyetik alanlara etkirler. Reed anahtarlarında ferromanyetik malzemeden yapılan (Fe-Ni karışımı) kontak dilleri eritilerek cam bir pistona bağlanır. Pistonun içinde reaksiyona girmeyen ve yanmayan bir gaz (örneğin azot) bulunur. Reed-temassız algılayıcının yakınına bir manyetik alan yaklaştığı zaman, kontak dilleri manyetiklenir. Manyetiklenen kontak dilleri birbirlerini çeker ve kontak kapanır.

KAPASİTİF MANYETİK SENSÖRLER • Kapasitif manyetik sensör, bir kapasitörün elektrik alanına yaklaşan cismin neden olduğu kapasite değişikliğini algılayan bir anahtarlama elemanıdır. Kapasitif sensörler, havayı dielektrik olarak kabuleden bir RC osilatörü vasıtasıyla kapasitif alan oluşturur. Bu kapasitif alanın içine giren metal veya metal olmayan cisimler, dielektrik seviyesinin değişimine sebep olur • Bu sayede osilasyon frekansının değişimi vasıtasıyla sensör algılamasını yapmaktadır Sensörün iç yapısında elktrot, osilatör, tetikleme ve çıkış katlarından oluşmaktadır

Şekil 2. 3: Devir Sayısı ölçümlerinde kullanılan endüktif sensörler Elektronik Devreli Manyetik Sensörler (Yaklaşım Sensörleri) Şekil 2. 4: Elektronik devreli manyetik sensörün iç yapısı

Bir iletkenin içinden akım geçerse o iletkenin etrafında manyetik bir alan oluşur. Bu manyetik alanın içine metal bir cisim girerse bu bobinin indüktans değeri değişir. Bu indüktans değişimi sensörün içinde bulunan devrenin denge noktasını değiştirir. Sensörün içinde bulunan ölçüm yapan devre sayesinde metalin ne kadar yakın ya da uzak olduğunu tespit edebiliriz (Şekil 2. 4). Resim 2. 2: Farkli firmanın elektronik devreli yaklaşım sensörleri Resim 2. 2’de değişik firmalarca üretilen yaklaşım sensörleri, daha çok güvenlik amaçlı olarak kullanılmakla birlikte define aramacılığında değerli metallerin bulunmasındada kullanılmaktadırlar (Şekil 2. 5).

Alan (Hall) Etkili Transdüserler Hall sensörü hall etkisine dayanır Bir yarı iletkenden elektronlar akarken akım yönüne dik bir manyetik alan uygulanınca elektronlar belli bir bölgede yoğunlaşır. Bu da yarı iletkenin diğer uçlarında gerilim oluşmasına neden olur. Bu duruma hall etkisi denir. Bu gerilimin değeri manyetik alana, levhanın yakınlığı ile değişir. Bu prensibe göre alan etkili transdüserler yapılır (Şekil 2. 6). Alan etkili transdüserler hassas mesafe, pozisyon ve dönüş algılayıcıları olarak kullanır (Resim 2. 3). Resim 2. 3: Alan etkili transdüserler ve araçlarda alan etkili sensörlerin kullanılması

2. 4. Magnetik Sensörlü Uygulama Devresi Şekil 2. 7 ‘de hall etkili anahtar devresi verilmiştir. Bu anahtarın içerisinde hareketli bir kol, üzerine yerleştirilen mıknatısı , Hall etkisi sensörüne doğru hareket ettirir. Devreye enerji uygulandığında Hall etkisi sensöründen bir akım geçer . Mıknatıs sensöre yaklaştıkça akım, sensörün bir tarafına doğru itilir. Sensörün diğer kenarlarındaki kontaklar akımın hangi tarafta toplandığını saptarlar ve kontaklar üzerinde bir gerilim oluştururlar. Bu gerilim yarı iletken anahtarlama elemanlarını kontrol ederek, anahtarlama devresi üzerindeki yükün enerjisini keser yada enerjilendirir.

LVDT , RVDT VE SENSÖRLERİN UYGULAMA ÖRNEKLERİ • LVDT, RVDT ANLAMLARI • LVDT : Doğrusal değişken fark transformatörü • RVDT : Döner değişken fark transformatörü

• LVDT mekanik olarak hareketlendirilmiş nüvesi ile bir transformatördür. • Hareket enerjisini elektrik enerjisine çevirir • Bobinin içinde nüve hareket ettikçe endüktans değişir • Doğrusal hareketlerin, basıncın ve maddelerin kalınlığının ölçülmesinde kullanılır

• RVDT (döner değişken fark transformatörü) LVDT ile aynı prensipte çalışır; tek farkı döner ferromanyetik nüve kullanılmasıdır. • RVDT’nin kullanılma yeri açısal yer değişiminin yada dairesel pozisyonların ölçümüdür

ü Basınç değişim seviyesini elektriksel işarete dönüştüren devre elemanlarına basınç sensörü denir. ü Basınç sensörü genellikle bir transduser gibi çalışır. Basınca bağlı genellikle 4 -20 m. A büyüklüğünde bir fonksiyon sinyali oluşturur. Bu sinyal dijital basınç ölçerde analog değere dönüştürülür ve değeri ekranda görülür. ü Örneğin: Trafik yoğunluk ölçüm kameraları (Türkiye'de MOBESE olarak bilinir) gibi bazı basınç sensörlerinde, sensöre basınç uygulandığında elektrik devresini açarak veya kapatarak ikili bir fonksiyon oluşturur. Bu da trafiğin yoğunluğunu ölçer. Bu tür sensörler basınç anahtarı olarak bilinir. Ayrıca, sıvı/gaz akışı, hız, su seviyesi ve rakım gibi değişkenleri doğrudan ölçmek için de kullanılır.

Basınç sensörleri çalısma prensibine göre dört grupta incelenir; 1. Kapasitif Basınç Ölçme Sensörleri 2. Strain Gage (şekil değişikliği) Sensörler 3. Load Cell (yük hücresi) Basınç Sensörleri 4. Piezoelektrik Özellikli Basınç Ölçme Sensörleri

Kapasitif Basınç Ölçme Sensörleri • Kondansatörler bilindiği üzere elektrik enerjisini depolayan elemanlardır. Bu özellikleri kondansatör; Plakalarının boyutlarına • Plakalar arasındaki mesafenin uzaklığına İki plaka arasındaki yalıtkan (dielektrik) malzemenin özelliğine bağlıdır. • Sonuç olarak kondansatör plakaları birbirinden uzaklaştırılırsa ya da esnetilirse veya iki plaka arasındaki dielektrik malzeme hareket ettirilirse, kondansatörün kapasitesi değişir. • Kondansatörün kapasitesi ile beraber alternatif akıma gösterdiği direnç de değişir. İşte bu prensipten hareketle kapasitif basınç sensörleri üretilmiştir.

Yukarıdaki şekilde esnek plakalı bir kapasitif sensör gösterilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi plakanın biri sabit diğeri esnektir. Esnek plakaya bir basınç uygulandığında basınçla orantılı olarak kondansatörün kapasitesi ve kondansatörün alternatif akıma karşı direnci değişecektir. Bu direnç değişimi ile orantılı olarak basınç büyüklüğünü tespit edebiliriz. Diğer şekillerde de kondansatör plakalarının uzaklaşıp yaklaşması gösterilmiştir. Az önce bahsettiğimiz gibi plakaların uzaklığı da kondansatörün alternatif akım direncini değiştirdiğinden bu direnç değişimi ile hareketin miktarını bulabiliriz.

• Kapasitif sensörler havayı yalıtkan olarak kabul eden bir RC osilatörü vasıtasıyla kapasitif bir alan oluşturur. Bu alanın içerisine giren metal veya metal olmayan cisimler, yalıtkanlık seviyesinin değişimine yol açar. Bu sayede osilasyon frekansının değişimi sayesinde sensör algılamasını yapmaktadır. • Sensörün iç yapısı elektrot, osilatör, tetikleme ve çıkışkatlarından oluşmaktadır. Sensörün arka kısmında bulunan potansiyo-metre sayesinde hissetme mesafesi ayarlanabilir.

Strain Gage Sensörleri • Temel olarak Strain Gageler esneyebilen bir tabaka üzerine ince bir telin veya şeridin çok kuvvetli bir yapıştırıcı ile yapıştırılmasından oluşmuştur. • Üzerindeki basıncın etkisinden dolayı tabakanın esnemesi ile birlikte iletken şeridin de gerilerek uzamasına sebep olacaktır. Bu uzama esnasında telin boyu uzayarak kesiti azalacaktır. • Bilindiği gibi iletkenlerin kesiti azaldıkça dirençleri artacağından uygulanan kuvvete bağlı olarak iletkenin direncinde değişme olacaktır. Bu direnç değişimine bağlı olarak uygulanan kuvvetin miktarını tespit edilebilir. Strain Gage (Şekil Değişikliği) Sensörleri kuvvet, ağırlık, basınç vb. fiziksel değişkenlerin ölçümlerinde kullanılırlar.

Strain gage yapı olarak, bakır ve nikel karışımı metalik tellerin üzerinin yalıtkan bir madde ile kapatılması işlemidir. Bu sensör sadece metal gibi genleşme özelliği olan malzemelerde kullanılabilir.

KULLANIM ALANLARI Strain Gage sensörleri şekil değişikliklerini ölçer ve bu değişikliğe göre direnci de değişim gösterir. Hassas olmasından dolayı pek çok alanda kullanılır. Başlıca kullanım alanları ise şunlardır; • Deplasman ve Pozisyon sensörlerinde • Sağlamlık testlerinde • Esneklik algılama • Dijital Barometreler • Alarm Cihazları

Load Cell(Yük Hücresi) Basınç Sensörleri • Elektronik terazilerin yapımında kullanılan basınç sensörüdür. Asıl çalışma prensibi Strain Gage gibidir. Kullanıldığı Yerler v Dijital tartılarda v Kantarlarda sıvı ve gaz basınçlarını ölçmede v Kan basıncının ölçümünde

Şekilde A, B, C, D noktalarındaki strain gagelerin dirençleri basınca bağlı olarak değişir. Bu değişim ile orantılı olarak da basınç miktarını tespit edebiliriz. Load cell'ler kullanım alanlarının gerektirdiği şekilde imal edilirler. Bu yüzden çok farklı ve çeşitli modelde loadcelle rastlanılır. Günümüzde 50 -100 gr dan 1000 -2000 tona kadar geniş bir kapasite aralığında load cell imal edilebilmektedir.

Piezoelektrik Basınç Ölçme Sensörleri Ø Basıncın elektrik akımına dönüştürülme yollarından biri de piezoelektrik olayıdır. Ø Piezoelektrik özellikli algılayıcılarda kuartz (quartz), roşel (rochelle) tuzu, baryum, turmalin gibi kristal yapılı maddeler kullanılır. Ø Piezoelektrik transdüserlerin karşılıklı iki yüzeyine basınç uygulandığında diğer iki yüzey arasında küçük bir gerilim üretilir. Ø Bu özellikten faydalanılarak basınç ve titreşim gibi mekanik büyüklüklerin ölçümünde faydalanılır. Ø Bu elektrik akımının değeri basıncın değeri ile doğru orantılıdır. Ø Piezoelektrik özellikli elemanlar hızlı tepki verdiklerinden ani basınç değişikliklerini ölçmede yaygın olarak kullanılır.

Piezoelektrik basınç ölçme sensörlerinin kullanıldığı yerler v Basınç ve titreşim ölçümlerinde v Elektronik saatlerde v Kristal mikrofonlarda kullanılırlar.

Nem Sensörleri

Nem • Nem havanın bileşenlerinden biridir. Buharlaşan su, havada buhar olarak asılı kalır ve havayı ıslatarak nemlendirir, yani nem havanın ıslak olması durumudur. • Havadaki nem insan sağlığı başta olmak üzere insanların yaşamını etkiler bunun dışında endüstrinin fiziksel, kimyasal ve biyolojik süreçlerini etkiler. Nem ölçümü endüstride kritik bir önem taşır çünkü nem, üretim maliyetinde, ürünün ömründe, çalışmasında önemli etkisi vardır. Bu nedenle nem algılama başta endüstri ardından insanlar için çok önemlidir.

Nem Türleri • Mutlak Nem: 1 m 3 hava içerisinde bulunan su buharının gr olarak ağırlığına mutlak nem denir. • Mutlak nem, sıcaklık ve buharlaşmanın fazla olduğu Ekvatoral bölgelerde çok, soğuk kutup bölgeleri ile yüksek dağlarda azdır. • Maksimum Nem: 1 m 3 havanın belli sıcaklıkta taşıyabileceği en fazla nem miktarına maksimum nem denir. • Maksimum nem sıcaklığa bağlı olarak değişir. Sıcaklık arttıkça hava genişleyeceğinden taşıyabileceği nem miktarı artar. Sıcaklık azaldıkça hava daralır ve böylece taşıyabileceği nem miktarı azalır. Sıcaklıkla maksimum nem doğru orantılıdır. • Bağıl Nem (Nisbi nem): Mutlak nemin maksimum neme oranı havanın neme doyma oranını verir. Bu orana bağıl nem denir. Yüzde (%) olarak ifade edilir. • Başka bir deyişle bağıl nem, havanın belirli bir sıcaklıkta taşıyabileceği nem miktarının yüzde kaçını taşıdığını belirtir.

Nem Sensörleri • Nem ölçerler ortamların nem miktarını ölçmek için kullanılır. • Tarım sanayinde oldukça geniş bir kullanım alanı bulunmaktadır. Seralarda, tohum üretim tesislerinde, kültür mantarı yetiştiriciliğinde gibi sıkça karşımıza çıkmaktadır. • Biyomedikal uygulamalarda ise özellikle kültür ve bakteri yetiştiren ya da muhafaza eden sistemlerde önemli bir rol oynar. • Soğutma ve iklimlendirme alanında • Ayrıca çalışması nemden etkilenen cihazlar için nem kontrolü sağlayan ek sistemlerde de kullanılır.

Nem Sensörleri • Nem Ölçerler – 1. Çiy Noktası Ölçer (Dew point meter) – 2. Empedans, Direnç Sensörlü Nem Ölçer (Hygrometer) – 3. Mekanik Nem Ölçer – 4. Islak/Kuru Hazneli Nem Ölçer (Wet/Dry Bulb Aspirated Hygrometer veya Psychrometer) – 5. Alüminyum/Seramik Oksit Sensörler

Çiy Noktası Ölçer (Dew point meter) • Çiy noktası ölçer “yoğunlaşma aynasında optiksel yöntemle detekte etme” (optically detected chilled mirror) tekniğini kullanarak ölçümleri gerçekleştirir. • Yoğunlaşma aynasında optiksel yöntemle detekte etme tekniğini kullanarak yapılan ölçümlerde herhangi bir gazın çiy veya kırağı noktası sıcaklığı ölçülür.

Işık, cilalanmış metal yüzey (ayna) üzerine düşer. Bu yüzeyin sıcaklığı, termoelektrik ısı pompası olarak bilinen Peltier tarafından kontrol edilir. Işığa hassas bir alıcı ile yansıyan ışığın yoğunluğu ölçülür. Ayna yüzeyi temiz ve kuru olduğunda yansıyan ışığın yoğunluğu maksimumdur.

• Tam tersine yüzey soğutularak suyun yoğunlaşması sağlandığında ise ışık dağılır ve daha az ışık yansır. Böylece ışık ve sinyal yoğunluğu da azalır. • Bu alınan ışık sinyali, geri besleme olarak kullanılarak, tabakanın kalınlığı sabit oluncaya kadar ayna yüzeyi soğutulur. Sabit kalınlıktaki yoğunlaşmış tabaka, aynayı çevreleyen gaz ile dengededir. Bu denge durumunda, gazın çiy veya kırağı noktası sıcaklığı, ayna sıcaklığı ölçülerek belirlenir. • Eğer yoğunlaşma sıvı haldeyse, ölçülen ayna sıcaklığı çiy noktası sıcaklığıdır. • Eğer yoğunlaşma buz veya kırağı gibi katı haldeyse, ölçülen ayna sıcaklığı kırağı noktası sıcaklığıdır.

Çiy Noktası Ölçer (Dew point meter) • Gaz kuruluğunun önemli olduğu yerlerde ise Çiğ ve Don Noktaları kullanılır. Çiğ noktası aynı zamanda endüstriyel kurutma gibi yüksek sıcaklık gerektiren işlemlerde çok kullanılır.

Empedans, Direnç Sensörlü Nem Ölçer (Hygrometer) • Bu tip sensörler su moleküllerini emerek bunu elektriksel değişim olarak algılayan su tutucu (hygroscopic) materyallerden yapılmaktadır. • Bu tür nem ölçüm sensörleri elektriksel empedans, direnç veya her ikisini de kullanan yöntemlerle dizayn edilirler. • Empedans sensörler bağıl neme çiy noktasından daha iyi yanıt verirler. Genelde bu tip sensörler %100 bağıl nem değerinde zarar görmezler ama bunun sonucunda kalibrasyon sonuçları değişebilir. • Direnç sensörler de bağıl neme çiy noktasından daha iyi yanıt verirler. Yüksek bağıl nem değerlerinde doğruluğu iyidir. Ancak yoğunlaşmayı tolere etmezler ve zarar görebilirler. Bu yüzden yoğunlaşmayı önlemek amacıyla ek donanımları vardır.

Mekanik Nem Ölçer • Mekanik nem ölçerler, nem ile genleşen veya büzüşen organik materyalleri kullanarak ölçüm yaparlar. • Algılayıcı eleman insan saçı, tekstil ürünü veya plastik olabilir. • Uzunluktaki değişimin genliği arttırılarak grafik üzerindeki kaleme iletilir. Bu tip cihazlar ucuzdur, elektriksel güce ve bataryaya gerek duymaz ve sürekli kayıt yapıldığında kayıtları saklama kolaylığı vardır. • Fakat nem değişimini yavaş algılar, histeresis gözlenir ve taşınma sırasında kolayca bozulabilirler. Bu nedenlerden dolayı kalibrasyon ve izlenebilirlik için uygun değildir.

Alüminyum/Seramik Oksit Sensörler • Sensörün aktif elementi, alüminyum oksit, diğer metallerin oksitleri veya silikon bazlıdır. Bu tip sensörler su buharının kısmi basıncını algılarlar. • Başka bir deyişle sensör empedans değeri, su buhar basınç değeri ile ilişkilidir. Bu sensörlerin genelde yoğunlaşma toleransı iyidir ve geniş bir ölçüm aralığına sahiptirler. Fakat çok düşük mutlak nem ölçümlerinde dengeye gelmesi yavaştır ve kaymaya eğilimlidir. Yüksek sıcaklık ve yüksek nem ölçümlerinde kullanıldıkları takdirde ise kalibrasyon değerlerinde kayma meydana gelebilir. Ayrıca aşındırıcı kimyasallardan zarar görebilirler. • Bu tip cihazlar mutlak nem ölçümlerinde kullanılır. Ayrıca düşük nem değerlerinin ölçülmesinde, kuru gazların kontrol ve izlenmesinde kullanılırlar.

Islak/Kuru Hazneli Nem Ölçer • Islak-kuru hazneli nem ölçerler, iki eş termometre ve hava akımını sağlayan bir pervaneden meydana gelir. Havanın kuru-hazne sıcaklığı hava ile doğrudan temas halindeki bir termometre ile ölçülür. Bu termometre dışardan gelebilecek radyasyon (güneş ışığı, lamba v. b. ) ve nemden etkilenmeyecek şekilde korunmuştur. Termometrenin diğeri ise sensörü (cıva haznesi), devamlı ıslaklığı sağlayacak bir fitil (pamuklu kumaş) ile çevrelenmiştir. Tepe kısmında bulunan pervane çalıştırılarak ıslak termometre soğutulur. Islak-hazne sıcaklığı, pervane ile soğutulma sonucunda elde edilen sıcaklık değeridir. Islak termometrenin okuduğu sıcaklık ile ıslatılmamış, normal ortam sıcaklığını okuyan termometre sıcaklığı kullanılarak bağıl nem değeri elde edilir.

Islak/Kuru Hazneli Nem Ölçer • Ölçümler, suyun saflığına, fitilin temizliğine, pervane hızına, radyasyon etkilerine, sıcaklık sensörünün doğruluğuna ve gazın yoğunluk, akışkanlık ve ısıl iletkenliğine bağlıdır. Bu cihazlar sıcaklık ölçümünde oldukça kısıtlı çalışma aralığına (0 °C. . . +90 °C) sahip olmasına rağmen pratik kullanım için bağıl nem aralığı yeterlidir. Ayrıca bu cihazlar yüksek sıcaklıklara ve yoğunlaşmaya dayanıklıdır. Orta düzeyde doğruluğa sahiptir.

Toprak nem sensörü çalışma prensibi • Toprak nem sensörü, toprağın içerisindeki nem miktarını ölçmek için kullanıcağınız bir sensördür. • Toprağın içine batırılan uçlardan meydana gelen dirençten dolayı, meas. uçları arasında bir gerilim farkı oluşur. bu gerilim farkının büyüklüğüne görede nem miktarı ölçülebilir.

Nem sensörü kullanım alanları • Kurutma prosesleri: - Tütün kurutma - Seramik üretimi - Kiremit kurutma • Spray boyama kabinleri

Yemek alanında • Gıda: - Peynir olgunlaştırma - Meyve kurutma - Makarna kurutma

Sağlık alanında • Bio araştırma • Mantar üretimi

kıyafet ve kablo üretim alanı • Müzeler • Higroskopik maddelerin depolanması • Kıyafet üretimi

KAYNAKLAR 1. MEGEP Sensörler ve Transdüserler 2. EGE ÜNİVERSİTESİ EGE MYO MEKATRONİK PROGRAMI Ders Notları 3. İstanbul Üniv. TBMYO Öğr. Grv. Burcu BEKTAŞ ders notları