SENSÖR, SENSÖRLERİN ÇALIŞMA PRENSİBİ VE ÇEŞİTLERİ

Algılayıcı (Sensör) ve Transdüser  nedir ?

  Algılayıcılar (sensörler) sistem fonksiyonlarının doğru bir şekilde yapılabilmesi ve işlemlerinin gerçekleştirilebilmesi için elektronik kontrol birimine (modülüne) girdi sağlayan sistem elemanlarıdır.  Bunun yanında fiziksel ortamda alıgılanan bilgiyi elektriksel sinyale çeviren elemanlara ise transdüser denilir.

MC4863

Algılayıcıların  (Sensör) Sınıflandırılması Nasıldır ?

  Algılayıcıların birbirlerine göre birden fala guruba  sınıflandırılması mümkündür. Bu sınıflandırılmasının en önemli 3 gurubu ise ölçülebilen büyüklüklere göre, çıkış büyüklüğüne göre, besleme ihtiyacına göre  olan bölümlerdir.

Giriş Büyüklüğüne Göre Algılayıcılar Nelerdir ?

  • Mekanik : Kuvvet, ivme, hızi kütlesel artış, ses …
  • Termal : Sıcaklık, ısı, ısı akısı
  • Elektriksel : Voltaj, akım, direnç, elektrik alanı ve polarizasyon
  • Manyetik : Geçirgenlik, manyetik alan yoğunluğu, manyetik akı
  • Işıma : Yoğunluk, dalga boyu, faz
  • Kimyasal : reaksiyon, pH miktarı

olarak ana hatlarıyla 6 gruba ayrılır.

Çıkış Büyüklüklerine Göre Algılayıclar Nelerdir ?

Algılayıcar çıkış büyüklüklerine göre analog sinyal ve dijital sinyal olacak şekilde 2 ye ayrılır.

  • Analog veri ve sinyal : Analog veri, giriş sinyalinin bazı başka sinyaller ile toplama, çıkarma ve faz farkı gibi elektriksel işlemler geçirilerek değiştirilmesi ile elde edilir. Bu bakımdan elektronik modülüne giren sinyal ile çıkan sinyal arasındaki geçiş elektriksel bir formül ile gösterilebilir. Analog verilerin en önemli özelliği ise  sürekli bir ölçekte olmasıdır. Analog verilere örnek verecek olursak ses, gerilim, akım gibi süreklilik taşıyan sinyaller gösterilebilir. Analog sinyaller genellikle küçük ölçekte (milivolt) mertebelerinde olduğundan  elektromanyetik sinyallerden etkilenebilirler bu bakımdan tasarım ve montaj yapılırken bu elektronik gürültüleri azaltacak şekilde tasarımlar yapılması önerilir.

ad1

 

  • Dijital veri ve sinyal : Dijital veri veya dijital sinyal, sayısallaştırılmış sinyaldir. Bir analog sinyalden belirli örnekleme yoluyla alınarak analog sinyal seviyesinin  tam karşılığı olmayan bir dijital sinyal oluşturulur. Girişteki verinin saklanma veya aktarılma şeklinin değiştirilmesiyle elde edilir.Dijital sinyaller zamana bağımlı olarak ‘ON’ yada ‘OFF’ turlar. Dijital devrelerin genel karakteristiği, girişin belli bir seviyeye gelmesiyle çıkışın aniden değişmesidir.Bir sinyalin ‘ON’  yada ‘OFF’  olduğunu söylemek, sinyalin gönderildiğini yada gönderilmediğini ifade etmek için kullanılır. Analog çıkışlara alternatif olan dijital çıkışlar bilgisayarlarla doğrudan iletişim kurabilirler. Bu iletişimler kurulurken belli bazı protokoller kullanılır(CAN, RS232, RS422, RS 485 vs.).Elektronik ortamlarda analog sinyallerin işlenmesi için   ADC ve DAC konvertor devreleri kullanılır. ADC ( Analog to Digital Convertor) devreleri girişine uygulanan herhangi bir analog sinyali, çıkışında dijital değerlere dönüştüren devrelerdir. DAC (Digital to Analog Convertor) devreleri de tam tersi bir işlem gerçekleştirir.

digital signal

Besleme İhtiyacına Göre Algılayıcılar Nelerdir ?

Besleme ihtiyacına göre algılayıcılar iki sınıfa ayrılabilir. Bunlar, pasif ve aktif algılayıcılardır.

  • 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 olarak ısıl çift (T/C) gösterilebilir.

F3630294-01

  • Aktif Algılayıcılar: Çalışmaları için harici bir enerji beslenmesine ihtiyaç duyarlar. Bu algılayıcılar tipik olarak zayıf sinyalleri ölçmek için kullanılırlar. Aktif algılayıcılar da dikkat edilmesi gereken nokta giriş ve çıkışlardır. Bu tip algılayıcılar dijital ya da analog formatta elektriksel çıkış sinyali üretirler. Analog çıkışlarında, çıkış büyüklüğü gerilim ya da akımdır.  Genellikle gerilim çıktısı  0-5V aralığında akım çıktısı ise  4- 20mA  aralığındadır.

aktif sensör

Algılayıcları genel bir şekilde gruplandırma şekilde genel olarak anatıldıktan sonra algılayıcı(sensör) tiplerini irdelecek olursak ;

  • Termik Sensör ve Transdüserlar : Ortamdaki ısı değişimini algılamamıza yarayan ve bu verileri elektriksel sinyale çeviren cihazlara denilir.Bunlara örnek verecek olursak termistör, lm35, dht22,termokupl bunlardan bazılarıdır.

termik sensör

  • Manyetik Sensör ve Transdüserlar : Ortamdaki manyetik alan değişimini algılamamıza yarayan ve bu verileri elektriksel sinyale çeviren cihazlara denilir. Manyetik sensörlerin temel prensibi ise Bobin içerisindeki nüvenin hareketi ve bobin çevresine yaklaştırılan metaller bobinin idüktansını değiştirir. Bunun sonucunda oluşan indüktif akımın neden olduğu gerilim çıkışa aktarılarak veri elektriksel sinyale dönüştürülür. Bunlara örnek verecek olursak reed-temassız algılıyıclar, indüktif-manyetik temassız algılayıcılar, hall temassız agılayıcılar.

11_min

  • Basınç Sensörleri : Ortamdaki basınç değişimini alıgılamamızı sağlayan ve bu verileri elektriksel sinyale çeviren cihazlara denilir. Basınç sensörlerin çalışma prensibi , sensörün üzerine düşen basıncın etkisiyle kondansatör plakalarının birbirlerinden uzaklaşması veya iki plaka arasındaki dielektrik malzemenin hareket ettirilmesi ile kondasatörün kapasitesi değişir. Buna bağlı olarak kondasatörün alternatif akıma gösterdiği dirençte değişmesi temeline dayanmaktadır. Bu sensörlere örnek verecek olursak , kapasitif basınç sensörleri, strain gauge sensörü, load cell sensörleri, piezoelektrik basınç sensörleri bunlardan bazılarıdır.

basınç sensörü

  • Optik Sensörler : Ortamdaki ışık miktarına ait değişimleri algılamamızı sağlayan ve bu verilerin elektriksel sinyale çeviren cihazlara denilir. Optik sensörlerin çalışma prensibi , sensör üzerine düşen ışık miktarına bağlı olarak sensörü sahip olduğu direnç değerinin değişmesi temeline dayanmaktadır. Bu optik sensörlerden bazıları ise led, ldr, foto diyot, foto pil, optokuplar ve fototransistördür.

optik-parmak-izi-okuyucu-sensor-optical-fingerprint-reader-fingerprint-sensor-11083-46-B

  • Ses Sensörleri ve Transdüserlar : Ortamdaki sesi algılamamızı sağlayan ve bu verileri elektriksel sinyallere çevirmemizi sağlayan cihazlara denilir. Bu tür sensörler 20 kHz -500kHz arasında çalıştırılmasının nedini ise bu frekans değerleri arasında ses dalgalarının düzgün ve doğrusal yayılarak cisimlerin yüzeylerinden düzgün yansıması sağlandığı için bu frekans aralığında kullanılır.Bu sensöre örnek verecek olursak  ultrasonik mesafe sensörü bunlardan bir tanesidir.

hc-sr04-s

Algılayıcıların Kullanım Alanları Nelerdir ?

  • Isı ölçümü yapılan sistemlerde,
  • Işık ölçümü yapılan sistemlerde,
  • Akış (Debi) ölçümü yapılan sistemlerde,
  •  Basınç ölçümü yapılan sistemlerde,
  • Yer değiştirme ölçümü yapılan sistemlerde,
  • Hız ve ivme ölçümü yapılan sistemlerde,
  • Moment ve tork ölçümü yapılan sistemlerde,
  • Kalite ölçümü yapılan sistemlerde,
  •  Adet, birim ölçümü yapılan sistemlerde,
  • Frekans ölçümü yapılan sistemlerde,
  • Pals ölçümü yapılan sistemlerde,
  • Lojik seviye ölçümü yapılan sistemlerde,
  • Elektriksel Değerlerin (volt, amper) ölçümü yapılan sistemlerde,
  • Diğer fiziksel, kimyasal ve elektriksel büyüklüklerin ölçümü yapılan sistemlerde,

kullanılır.

Yararlanılan Kaynaklar

  1. Sensors and Transducers (Lan R. Sinclair)
  2. https://www.researchgate.net
  3. Indroduction to Transducers, Sensors and Actuators ( SCME)