YAKLAŞIM SENSÖRLERİ (PROXIMITY) Endüktif, Kapasitif ve Optik Yaklaşım Sensörleri

Sanayi fabrika otomasyonunda proximity (yaklasım) sensorler kullanılır. Porximity sensorler profesyonel yapıda cevre sartlarından en az etkilenen kararlı calısan sensorlerdir. Proximity sensörler sekil olarak düz kafalı ya da cıkık kafalı uretilmektedir. Düz kafalı sensörler yalnız ön kısımlarındaki malzemeleri algılar. Cıkık kafalı sensorler ise ön ve yan kısımlarındaki malzemeleri algılar. Sensörün algılama yaptığı yüzeye aktİf yüzey denir.

Düz kafalı proximity sensörün klasik yapısı görülmektedir.

YAKLAŞIM SENSÖRLERİ (PROXIMITY) Proximity sensorlerin calısabilmesi icin bir enerji kaynağına ihtiyac vardır. Otomasyonda kullanılan proximity sensorler genellikle DC 24Volt kaynak ile calısır. Proximity sensorlerin cıkıs isaretleri (ozel amaclı sensorler dısında) yaklasık olarak kaynak gerilimidir. Proximity sensorlerin cıkıs isareti pozitif (+) ya da negatif (-) olabilir. Cıkıs isareti pozitif olan sensorler PNP, cıkıs isareti negatif olan sensorler NPN olarak isimlenir. Proximity sensorlerde cıkıs kablosu genellikle uc ucludur. Bunlar (+)(-) besleme ucları ve cıkıs ucudur. Proximity sensorun arkasındaki LED sensor herhangi bir cismi algıladığı zaman ısık verir. sensorun arkasındaki bulunan hassasiyet ayar trimpotu kararlı bir calısma icin orta konumda olmalıdır. Sensor montaj edilirken bu noktaya dikkat etmek gerekir. Ayrıca metal govdeli sensorlerin govdeleri mutlaka topraklanmalıdır. Yakın cevrede motor surucusu, elektronik starterli lambalar ve uzerinden yuksek elektrik akımı gecen kablolar varsa sensor bunlardan mumkun olduğu kadar uzağa montaj edilmelidir.

Kullanılacak proximity sensör seçimi önemlidir. Secim hangi malzemenin algılanacağı, hangi mesafeden algılanacağı ve hangi hızla algılanması gerektiği bilinerek yapılmalıdır. En cok kullanılan proximity sensorler enduktif, kapasitif ve optik sensorlerdir. Bunların dısında mıknatıs, ısı, renk,nem, gaz v.b. algılayan yuzlerce sensor vardır. Enduktif ve kapasitif sensorlerin calısma prensipleri birbirine cok benzer. Optik sensorlerin calısması kendisine ozgudur. Bu üç sensör sırayla incelenecektir. Enduktif sensorler metalleri, kapasitif sensorler hem metalleri hem de yalıtkan malzemeleri (seramik, cam, plastik v.b.) algılar. Uretici firmalar kataloglarında cok onemli olan uc parametreyi gosterirler. Bunlar algılama mesafesi, histerisiz yuzdesi ve anahtarlama frekansıdır.

1- Algılama Mesafesi: Sensorler değisik yapı malzemeli cisimleri farklı mesafelerden algılar. Yapı malzemeleri aynı olduğu halde sekil değisikliği olan cisimlerde yine farklı mesafelerden algılanır. Enduktif ve kapasitif proximity sensorlerin kataloglarında gösterilen değer 200C ortam sıcaklığında sensorun onune yaklastırılan standart plakayı algıladığı en uzak mesafedir. Standart plaka kalınlığı 1mm, kenarları sensor capına esit kare seklinde St37 kodlu demir plakadır. Enduktif ve kapasitif proximity sensorlerin algılama mesafeleri genellikle 2,5cm’nin altındadır. Sekil 13.2’de tipik bir enduktif sensor’un ve yine tipik bir kapasitif sensor’un standart plaka ölçülerindeki değişik malzemeleri algılama mesafeleri görülmektedir.

Algılama Mesafesi:

Osilator Demulator Triger Cıkış

Osilatör elektromanyetik alan içerisinde herhangi bir madde yok iken hiçbir işaret üretmez. Elektromanyetik alan içerisine bir madde girdiği anda kondansatörün kapasitesi artar ve osilatör çıkış işareti üretmeye baslar. Bu çalışmanın sağlanması için osilatör çok iyi dizayn edilmiştir. Bu anda çıkış katıda aktif hale gelir ve çıkış işareti üretir. Bu işaret ile istenilen almaç kontrol edilir.

OPTİK PROXİMİTY SENSÖRLER Optik (ışık duyarlı) sensörler esas olarak bir ışık vericisi ile ışık alcısından oluşur. Işık dalga boyu belli olan elektromanyetik dalgadır. Optik sensörlerde kullanılan ışık insan gözünün göremediği, dalga boyu 820nm-1000nm arasında olan enfraruj ışıktır. Optik sensörlerde ışık vericisi olarak IR LED, ışık alıcısı olarak foto-diyot ya da foto-transistör kullanılır. Şekil 13.7’de optik proximity sensörün yapısı görülmektedir.

Şekil 13.7 Işık vericisinin ve ışık alcısının önündeki mercekler enfraruj ışığı ince bir demet şekline sokmak, başka birsözle, hüzmelemek için kullanılmıştır. Optik proximity sensörlerin ışık vericisinin ve ışık alıcısının ayrı muhafazalar şeklinde olan yapısı da vardır

Optik proximity sensörlerin ışık vericisinin ve ışık alıcısının ayrı muhafazalar şeklinde olan yapısı da vardır. Şekil 13.8’de optik sensörlerin iki değişik çalışma prensibi görülmektedir. Şekil 13.8

Şekil 13. 8A’da verici ve alıcı aynı muhafaza içindedir Şekil 13.8A’da verici ve alıcı aynı muhafaza içindedir. Sisteme enerji uygulandığında verici ışık yaymaya başlar. Vericiden yayınlanan ışık algılanacak madde yok iken kendi doğrultusunda gider. Bu durumda alıcıya vericiden yayılan ışık gelmez ve alıcı çıkışında hiçbir işaret olmaz. Vericiden yayılan ışığın bu andaki şekli kesik çizgiler ile görülmektedir. Vericiden yayılan ışığın önüne herhangi bir madde girerse ışık bu maddeye çarparak yansır ve alıcıya ulaşır. Bu anda alıcı aktif duruma geçer ve çıkış ucunda bir işaret oluşur. Bu işaret sinyal düzenleyici elektronik devrede değerlendirilir.

Şekil 13. 8B’de verici ve alıcı ayrı, ayrı yerlerdedir Şekil 13.8B’de verici ve alıcı ayrı, ayrı yerlerdedir. Sisteme enerji uygulanınca verici ışık yaymaya başlar. Vericinin yaydığı ışık algılanacak madde yok iken alıcıya ulaşır. Bu anda alıcı çıkışında hiçbir işaret oluşamaz. Verici ile alıcı arasında herhangi bir madde girecek olursa vericiden yayılan ışık alıcıya ulaşamaz. Bu anda alıcı aktif hale gelir ve çıkış ucunda bir işaret oluşur. Bu işaret yine sinyal düzenleyici bir elektronik devrede değerlendirilir. Dikkat edilirse iki sistem birbirine ters çalışmaktadır. Şekil 13.8A’daki sistemde alıcı ışık var iken aktiftir. Şekil 13.8B’deki devrede ise alıcı ışık yok iken aktif duruma geçmektedir. Optik proximity sensörlerin otomasyonda çok kullanılan üç tipi vardır. Bunlar cisimden yansımalı, reflektörden yansımalı ve karşılıklı optik sensörlerdir.

Şekil 13. 8B’de verici ve alıcı ayrı, ayrı yerlerdedir Şekil 13.8B’de verici ve alıcı ayrı, ayrı yerlerdedir. Sisteme enerji uygulanınca verici ışık yaymaya başlar. Vericinin yaydığı ışık algılanacak madde yok iken alıcıya ulaşır. Bu anda alıcı çıkışında hiçbir işaret oluşamaz. Verici ile alıcı arasında herhangi bir madde girecek olursa vericiden yayılan ışık alıcıya ulaşamaz. Bu anda alıcı aktif hale gelir ve çıkış ucunda bir işaret oluşur. Bu işaret yine sinyal düzenleyici bir elektronik devrede değerlendirilir. Dikkat edilirse iki sistem birbirine ters çalışmaktadır. Şekil 13.8A’daki sistemde alıcı ışık var iken aktiftir. Şekil 13.8B’deki devrede ise alıcı ışık yok iken aktif duruma geçmektedir. Optik proximity sensörlerin otomasyonda çok kullanılan üç tipi vardır. Bunlar cisimden yansımalı, reflektörden yansımalı ve karşılıklı optik sensörlerdir.

Cisimden Yansımalı Optik Sensörler: Verici ve alıcının aynı muhafaza içine yerleştirildiği optik sensör tiplerinden birisidir. Çalışma prensibi şekil 13.9’da görülmektedir. Şekil 13.9

Sensöre enerji uygulandığında verici aktif hale gelir ve ışık yaymaya başlar. Yayılan bu ışık sensörün şeffaf yüzeyi önünde algılanacak cisim yok ise belli bir doğrultuda gider. Bu durumda alıcıya hiçbir ışık gelmez ve alıcı çıkışında hiçbir işaret oluşmaz. Alıcı çıkışında işaret olmayınca komparatör ve çıkış katıda çalışmaz. Bu anda sensör çıkışında hiçbir işaret olmaz. Sensörün şeffaf yüzeyi önüne herhangi bir madde gelirse vericinin yaydığı ışık bu maddeye çarpar ve yansır. Sensör yansıyan ışığın alıcıya geleceği şekilde montaj edilir. Yansıyan bu ışık alıcıya geldiği anda alıcı aktif duruma gelir ve çıkış ucunda bir işaret oluşur. Oluşan bu işaret komparatör ve çıkış katını aktif hale getirir. Bu anda sensör çıkışında kaynak gerilimi görülür. Sensör çıkışında oluşan gerilim ile istenilen almaç kontrol edilir. Cisimden yansımalı sensörler ile parlak yüzeyli cisimleri daha iyi algılar.

Reflektörden Yansımalı Optik Sensörler: Verici ve alıcının aynı muhafaza içine yerleştirildiği optik sensör tiplerinden biriside reflektörden yansımalı optik sensörlerdir. Bu tip sensörlerin çalışması için sensörün dışında bir reflektör (ışık yansıtıcı) gereklidir. Reflektörler aynaya benzer yapıda yaklaşık 5cmx5cm ölçüsünde ışık yansıtıcılarıdır. Şekil 13.10’da reflektörden yansımalı optik proximity sensörün çalışması görülmektedir. Şekil 13.10

Sensöre enerji uygulandığında verici aktif hale gelir ve ışık yaymaya başlar. Reflektör vericiden yayılan bu ışığı karşılayacak ve alıcıya doğru yansıtacak şekilde montaj edilir. Vericiden yayılan ışığın alıcıya geldiği zaman süresince alıcı çıkışında bir işaret oluşmaz. Bu durumda komparatör ve çıkış katı çalışmaz. Bu anda sensör çıkışında hiçbir işaret olmaz. Sensör ile reflektör arasına bir cisim girdiği anda vericiden çıkan ışık reflektöre gelemez. Reflektöre ışık gelmemesi alıcıya ışık gelmemesi demektir. Bu anda alıcı çıkışında bir işaret oluşur. Bu işaret komparatör ve çıkış katını aktif hale getirir ve sensörün çıkış ucunda kaynak gerilimi görülür. Sensör çıkışındaki bu gerilim ile yine istenilen alıcı devre kontrol edilir.

Karşılıklı Optik Sensörler: Verici ve alıcının ayrı muhafazalar içinde olduğu optik sensör tipidir. Çalışma prensibi şekil 13.11’de görülmektedir. Şekil 13.11

Karşılıklı optik sensörlerin çalışma prensibi reflektörden yansımalı optik sensörler ile aynıdır. Sisteme enerji uygulandığında verici ışık yaymaya başlar. Sistem vericinin yaydığı ışığın alıcıya geleceği şekilde montaj edilir. Vericiden yayılan ışığın alıcıya geldiği zaman boyunca alıcı çıkışında bir işaret oluşmaz. Bu durumda komparatör ve çıkış katı çalışmaz ve sensör çıkışında bir işaret olmaz. Verici ile alıcı arasına bir cisim girerse vericiden gönderilen ışık alıcıya gelemez. Bu anda alıcı çıkışında bir işaret oluşur. Bu işaret komparatör ve çıkış katını aktif hale getirir ve sensör çıkışında kaynak gerilimi görülür. Sensör çıkışındaki bu gerilim ile yine istenilen alıcı devre kontrol edilir.

Optik sensörlerin algılama mesafesi algılanacak cismin fiziki boyutları ile doğru orantılı olarak değişir. Fikir vermesi yönüyle yüzeyi orta parlaklıkta, boyutları 4cmx4cmx4cm olan küp şeklindeki bir cismi, cisimden yansımalı optik sensörler yaklaşık 30cm mesafeden, reflektörden yansımalı optik sensörler yaklaşık 1metre mesafeden karşılıklı optik sensörler daha uzun mesafeden algılar. Optik proximity sensörler üretici firmalar tarafından genellikle iki çıkış uçlu üretilirler. İki çıkış ucu elektriki olarak birbirinin tam tersi olarak çalışır. Çıkış uçlarının elektriki durumu sensörün kataloğunda ya da üzerinde gösterilir.

Şekil 13.12 Şekil 13.12’de sensör üzerine ışık düştüğü zaman çıkış uçlarının elektriki durumu görülmektedir. Otomasyon sistemlerinde reflektörden yansımalı optik sensörler ve karşılıklı optik sensörler yaygın olarak kullanılır. Bu iki sensörün montajından sonra vericiden çıkan ışığın alıcıya gelmesini sağlamak için yön ayarı yapmak gerekir. Bu ayar işlemi beceri isteyen bir işlemdir. Sensör çıkışlarından 2.çıkış (NC) ucu kullanılarak ayar işlemi daha kolay yapılabilir. Şekil 13.13’de 24Volt DC kaynak ile çalışan NPN tipi reflektörden yansımalı optik sensörün yön ayarı için gerekli devre görülmektedir.

Şekil 13.13   Önce sensör istenilen yere montaj edilir. Devreye enerji verilince bir an için reflektörün olmadığını kabul edersek LED ışık verecektir. Reflektör sisteme girdiğinde sensör vericisinden gelen ışık reflektöre çarparak sensör alcısına gitmez ise LED ışık vermeye devam eder. Reflektörün yönü LED’in söndüğü konuma geldiğinde ayar işlemi tamamlanmış olur. Bu konumda reflektör yerine sabitlenir. Karşılıklı optik sensörlerde reflektör yerine verici sensörün yönü ayarlanır ve sabitlenir. Karşılıklı optik sensörler iyi ayar yapılırsa 10 metreye kadar kullanılabilir. Mesafe uzadıkça ayar işlemi zorlaşır. Uzak mesafelerde kontrol yapılacaksa daha hassas ayar yapmak gerekir. Ayar işlemi bitince devreden direnç ve LED çıkarılır. Otomasyon sistemlerinde çoğunlukla reflektörden yansımalı optik sensörlerin ve karşılıklı optik sensörlerin 1.çıkış (NO) ucundaki işarete göre çalışan devreler kullanılır.

13.4 SENSÖR BAĞLANTILARI Otomasyon sistemlerinde bazı hallerde birden fazla sensör kullanılarak kontrol yapmak gerekebilir. Bu gibi durumlarda sensörler seri ya da paralel bağlanır. 1-Sensörlerin seri bağlantısı: Sensörlerin istenilen sıra ile hepsinin aynı anda aktif olduğunda çıkış işareti istenen yerlerde seri bağlantı kullanılır. Şekil 13.14’de üç uçlu PNP iki proximity sensörün seri bağlantısı görülmektedir. Şekil 13.14 Birinci sensör aktif hale geldiği zaman ikinci sensöre enerji uygulanır. İkinci sensörde aktif hale gelince ikinci sensörün çıkışına bağlı röle ya da elektronik anahtar ile almaç kontrol edilir.

2-Sensörlerin paralel bağlantısı: Sistemde herhangi bir sensör aktif hale geldiğinde çıkış işareti isteniyorsa sensörler paralel bağlanır. Şekil 13.15’de üç uçlu iki PNP sensörün paralel bağlantısı görülmektedir. Şekil 13.15  Sistemde herhangi bir sensör aktif hale gelirse röle ya da elektronik anahtarda aktif hale gelerek istenilen almaç kontrol edilir. D1 ve D2 diyotları aktif hale gelen sensörün diğer sensörlere bir elektriki etki olmasını önlemek için kullanılmıştır. Deney setimizde endüktif, kapasitif ve reflektörden yansımalı proximity sensörler vardır. Deneyler bu üç sensör ile yapılacaktır. Endüktif ve kapasitif proximity sensörlerin deneylerinde yapılacak işlemler aynıdır. Deney setimizdeki kapasitif sensör endüktif sensöre göre daha görülür sonuçlara sahiptir. Bu nedenle önce kapasitif proximity sensör incelenecektir.