Sensörler Transduserler Ders 2 Sensörler Transduserler

Sensör ve transduser nedir? Mekatronik sistemde algılama işini yapan elemanlardır. Genel olarak enerji dönüştürücü cihaz anlamında kullanılan isim Transduserdir. Sensörler ise çeşitli enerji biçimlerini elektriksel enerjiye dönüştüren cihazlardır.

Transduser özelliğini belirleyen parametreler Ölçüm aralığı (ölçme sınırı): Değişebilen ölçüm parametresinin sınır değerlerini tanımlar. Örneğin kuvvet ölçümünde kullanılan bir yük hücresinin ölçüm aralığı 0-50kN ise 0-50kN aralığındaki kuvvet değişimleri gözlenebilir. (şekil) Hata:Ölçülen bir büyüklüğün gerçek değeri ile ölçüm değeri arasındaki farktır. H=öd-gd Doğruluk: Ölçümde kullanılacak sensörün olası sapma miktarının ifadesidir. Örneğin bir termometrenin ölçeceği sıcaklık değerinin gerçek değerden + veya - 2 C sapması muhtemel ise bu termometrenin doğruluğu +-2C dir. Doğruluk ölçüm aralığı dikkate alınarak yüzde ile de ifade edilebilir.

Hassasiyet: Birim girdiye karşılık ne kadar çıktı elde edileceğini gösteren ilişkidir. Bu genelde çıktı/girdi şeklinde ifade edilir. Bir girdiye düşük hassasiyette cevap veren bir parametre yerine daha belirgin değişimler gösteren bir parametrenin kullanılması faydalı olacaktır. Histeresis hatası: Transduserler belli bir ölçüm değerine gelene kadar malzemenin histeresis etkisi nedeniyle hatalı çıktılar verebilirler.(şekil) Doğrusallık hatası: Transduserin ölçülen dinamik parametrenin değişkenliğine aynı oranda cevap verememe durumudur. (şekil)

Tekrarlanabilirlik hatası: Bir transduserin aynı girdi değeri için her farklı kullanımında ne kadar sapmalı çıktı değeri verdiğini tanımlayan özelliktir. Olası sapma tam çıktı aralığının yüzdesi ile ifade edilir. Tekrarlanabilirlik hatası=100*(aynı girdi için max-min çıktı)/(tam çıktı aralığı) Kararlılık hatası: Sürekli ölçüm yapan bir tranduserin bir zaman periyodu boyunca aynı girdi değerlerine karşılık ne kadar sapmalı çıktı değeri verdiğini tanımlayan özelliktir. Ölü band/zaman: Bir transduserin ölü bandı veya ölü alanı, bir çıktı değerinin elde edilemediği girdi değeri aralığıdır. Örneğin bir rotorda kullanılan bir akışmetre yatak sürtünmesinden dolayı akış hızı (girdi) belli bir hız değerine ulaşana kadar çıktı değeri göstermez. Bu eşik hızdeğerinin altındaki hız bandı ölü band, bu değere ulaşana kadar geçen süre ölü zamandır.

Çözünürlük: Girdi değişimlerine karşılık çıktı sinyallerinin ne kadar küçük adımlarla değişebildiğini gösteren özelliktir. (şekil) Çıktı empedansı: Bir elektronik devre kullanarak elektriksel çıktı veren bir sensörde elektronik devrenin bir çıktı empedansı vardır. Sensörün ölçüm aralığını belirleyen parametrelerden biridir.

Bir basınç sensöründe doğrusallık Bir sıcaklık sensöründe ölçüm aralığı ve doğrusallık

Bir sıcaklık sensöründe histeresis ve çözünürlük Dijital bir transduserde çözünürlük

Sensör tercih parametreleri Transduserin özelliğini belirleyen parametrelerin her biri aynı zamanda birer tercih parametresidir. Bunun dışında: Ölçme noktası: Sensörün nereye ve nasıl monte edileceği belirlenir. Ölçme büyüklüğü: Ölçmenin amacına ve sistemin dinamik karakteristiğine göre ölçme büyüklüğü belirlenerek uygun sensör seçilir. Çevresel etkiler: Seçilecek sensörün ölçüme etki etmesi muhtemel çevresel faktörlerden etkilenmeyecek olmasına dikkat edilir yada etkilenme miktarı belirlenerek bir düzeltme faktörü ile düzeltilir. Kolay uygulanabilirlik: Monte etme ve çıkarma işlemlerinin bir çok farklı zemine kolaylıkla uygulanabilmesine dikkat edilir. Fiyat: Sensörün kullanım kapasitesinin maliyetinden fazla olmasına, periyodik kalibrasyon, kurulum gibi ekstra masraf gerektirmemesine, ve veri toplama sisteminde ilave masraf çıkarmamasına dikkat edilir. Güvenilirlik: Hata olasılığına imkan vermeyen güvenilir bir üretici firma tercih edilir. Bulunabilirlik: Satıcı firmanın yaygın bir satış ve servis ağı bulunması tercih edilir.

Bir yüksek frekans ivmemetresi marka-model PCB-352A60 Hassasiyet (+-%15 hassasiyette 10mV/g) Ölçüm aralığı (+-500 g pik) Frekans aralığı (+-3dB genlik hatası ile 5-60000Hz) Rezonans frekansı (95000Hz) Geniş band çözünürlük (1-10000Hz arasında 0.002 g rms) Eğrisellik < %1 Ters hassasiyet < %5 Aşırı şok yükleme limiti (5000 g pik) Kullanım Sıcaklık aralığı (-54 +121 C) Girdi voltajı (18V- 30V doğru akım) Çıktı empedansı (<100 Ohm) Boyutlar (0.81 inç x 3/8 inç) Ağırlık (6 gram) Algılama elementi (seramik) Elektrik kablo bağlantısı (yukardan)

PCB firmasının ürün özelliklerini verdiği tablo (PCB-352A60 için) Hassasiyet (+-%15 hassasiyette 10mV/g) Ölçüm aralığı (+-500 g pik) Frekans aralığı (+-3dB genlik hatası ile 5-60000Hz) Rezonans frekansı (95000Hz) Geniş band çözünürlük (1-10000Hz arasında 0.002 g rms) Eğrisellik < %1 Ters hassasiyet < %5 Aşırı şok yükleme limiti (5000 g pik) Kullanım Sıcaklık aralığı (-54 +121 C) Girdi voltajı (18V- 30V doğru akım) Çıktı empedansı (<100 Ohm) Boyutlar (0.81 inç x 3/8 inç) Ağırlık (6 gram) Algılama elementi (seramik) Elektrik kablo bağlantısı (yukardan)

Bir yüksek sıcaklık ivmemetresi özellikleri Grafikten görüldüğü gibi bu ivmemetre ile +-%15 hassasiyette -100F +450F sıcaklıkları arasında ivme ölçümü yapılabilmektedir. Ürünün isimlendirilmesi en önemli ve ayırt edici özelliğine göre yapılabilir.

Bir genel amaçlı ivmemetre özellikleri Ürünün ayırt edici bir özelliği yoksa genel amaçlı bir üründür. Genel amaçlı ürünler genellikle daha ucuzdur.

Statik ve dinamik karakteristikler Statik karakteristik: ilk birkaç veri yada ölçüm sonrası kararlı ölçüm şartları oluştuğunda transduserin verdiği değerlerdir. Dinamik karakteristik: girdi değeri değişirken transduserin kararlı şartlara ulaşana kadar geçen zaman aralığındaki davranış karakteristiğidir. Dinamik cavap karakteristiği, basamak, rampa, sinüsoidal gibi çeşitli girdi tiplerine göre belirlenir.

Dinamik cevap karakteristiği ile ilgili terimler Cevap (düzenli çıktı) zamanı: Girdiye karşılık çıktının istenen hassasiyete gelene kadar geçen zamandır. Zaman sabiti: Düzenli çıktı genliğinin %63.2 sine gelene kadar geçen zamandır. Yükselme (tepe) zamanı: Bir kararlı durumdan daha yüksek bir değere çıkış sırasında geçen zamandır.

Yerdeğiştirme- konum-uzaklık sensörleri Dikkate alınacak hususlar Yerdeğiştime büyüklüğü Yerdeğiştirmenin çizgisel veya açısal olması Gerekli çözünürlük Gerekli doğruluk Ölçülen nesnenin malzemesi Maliyet

Potansiyometre Ana direnç üzerinde gezen, döner bir mil veya doğrusal bir sürgü vasıtasıyla direnç değeri değiştirilebilen elemanlardır. Video

Potansiyometreler direnç değerinin değiştirilmesi yoluyla gerilim bölme diğer bir deyimle çıkış gerilimini ayarlama işlemini yapar. Potansiyometreler; Manuel olarak elle, Doğrusal yada döner sisteme bağlanıp o sistemle birlikte dönmesi sağlanarak tahrik edilir. Video

Potansiyometre Kullanımına Örnekler Müzik sistemlerinin ses ayarı Modern otomobilllerin gaz pedalı Uzaktan kumandalı arabanın hız ayarı

STRAIN-GAGE (STRENGEÇ) Şekil değiştirme (birim deformasyon) ölçer olarak tanımlanır, şekil değiştirme pulu olarak da adlandırılır. Üzerine yapıştırıldığı yüzeyde meydana gelen şekil değiştirmeyi ölçmek için kullanılır. Video

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 boyu uzadıkça dirençleri artacağından uygulanan kuvvete bağlı olarak iletkenin direncinde değişme olacaktır. Bu direnç değişimine bağlı olarak uygulanan kuvvetin miktarı tespit edilebilir.

Kapasitif Sensör Kapasitif yaklaşım anahtarı, bir kapasitörün elektrik alanına yaklaşan cismin neden olduğu kapasite değişikliğini algılayan sensördür.

Kondansatörler yapıları gereği elektrik yükü depolayabilir Kondansatörler yapıları gereği elektrik yükü depolayabilir. Kondansatörlerin yük depolayabilme kapasiteleri ise kondansatör plakalarının boyutlarına, bu plakalar arasındaki mesafenin uzaklığına ve iki plaka arasındaki yalıtkan malzemenin özelliğine bağlıdır. Sonuç olarak kondansatör plakaları birbirinden uzaklaştırılırsa ya da esnetilirse veya iki plaka arasındaki dielektrik malzeme hareket ettirilirse, kondansatörün kapasitesi değişir. Kondansatörün kapasitesi ile beraber alternatif akıma gösterdiği direnç de değişir. İşte bu prensipten hareketle kapasitif basınç sensörleri üretilmiştir.

Plakanın biri sabit diğeri esnektir Plakanın biri sabit diğeri esnektir. Esnek plakaya bir basınç uygulandığında basınçla orantılı olarak kondansatörün kapasitesi ve kapasitif direnci değişecektir. Bu direnç değişimi ile orantılı olarak basınç büyüklüğü tespit edilir. video