Basınç Sensörleri: PİEZO ELEKTRİK Basınç sensörü

... konulu sunumlar: "Basınç Sensörleri: PİEZO ELEKTRİK Basınç sensörü"— Sunum transkripti:

1 Basınç Sensörleri: PİEZO ELEKTRİK Basınç sensörü
YÜK HÜCRESİ (LOAD-CELL) SES SENSÖRÜ ULTRASONİK SENSÖRLER GAZ SENSÖRÜ

2 BASINÇ ÇEŞİTLERİ

3 “Piezo” kelimesi Yunanca sıkmak anlamına gelmektedir
“Piezo” kelimesi Yunanca sıkmak anlamına gelmektedir. Piezo elektrik elemanlar bir dış kuvvet altında kaldıkları zaman, karşılıklı yüzeyleri üzerinde bir elektrik yükü oluşur. Pozitif elektrik yüklü silikon atomları ve negatif elektrik yüklü oksijen atomları görülmektedir

4 Böyle bir yapıya kuvvet uygulanırsa silikon atomları bir yüzeyde, oksijen atomları diğer yüzeyde toplanır. Yüzeyler arasındaki yük farklılığı nedeniyle iki yüzey arasında bir elektrik enerjisi oluşur.

5 Doğal ya da işlenmiş kuvartz kristali en hassas ve kararlı piezo elektrik malzemelerden biridir.
Doğal malzemelerin yanı sıra polikristalin ve piezo seramik gibi malzemeler de yüksek elektrik alanı içerisinde bırakılırsa piezo elektrik özellik kazanırlar. Bu kristaller çok yüksek değerde elektrik enerjisi üretirler. Bu özellikleri nedeniyle düşük genlikli sinyallerin ölçülmesinde kullanılırlar. Piezo elektrik elemanlar piezo basınç sensörlerinin algılama elemanıdır. Piezo elektrik elemanlar genellikle daire şeklinde kesilmiş iki metal levha arasına uygun bir kristal levhanın konulmasıyla oluşur. Şekil de piezo elektrik elemanın yapısı görülmektedir.

6 YÜK HÜCRESİNİN (LOAD-CELL)
Load cell üzerine uygulanan yükü, kuvveti ya da basıncı elektrik sinyaline çeviren sistemlerdir. Yapı olarak yay gibi davranan metal gövde ile, üzerine uygulanan kuvvetin büyüklüğü ile orantılı direnç değiştiren hücre (strain gage) den oluşur. Strain gage Türkçeye “Biçim değişikliği” olarak çevrilebilir. Metal gövde, kullanılacak yerin fiziki şekil ve ölçüsüne göre değişik görünümlerde yapılabilir. Strain gage sistemde bir ya da daha fazla olabilir.

7 Şekilde görülen Load cell’ e bir kuvvet uygulandığında metal gövdenin esnemesi ile birlikte üst strain gage gerilecektir. Bu şekil değişikliği telin yada şeridin boyunu uzatacak, kesitini azaltacaktır. Bilindiği gibi bir iletkenin elektriki direnci boyu ile doğru orantılı, kesiti ile ters orantılı değişir. Bu durumda üst strain gage’ nin elektriki direnci büyüyecektir. Kuvvet uygulandığında alt strain gage’ deki değişim tam tersi olacaktır. Uygulanan kuvvet metal gövdenin alt tarafını büzecek, bu bölüme bağlı olan alt strain gage’ nin iletken telinin yada şeridin boyunun kısalmasına, kesidinin artmasına neden olacaktır. Bu durumda alt strain gage’ nin elektriki direnci azalacaktır.

8 Strain gage’ lerdeki elektriki direnç değişimi uygun yöntemler kullanılarak uygulanan kuvvetin büyüklüğünün ölçümünde kullanılır. Bu iş için en uygun yöntem “Wheatsone köprüsü” dür. Wheatsone köprüsü ile strain gage’ lerdeki direnç değişimi elektriki sinyale çevrilir. Wheatsone köprüsünün yapısı şekildeki gibidir.

9 Okları dışarı bakan strain gage “gerilen”, okları içeri bakan strain gageler “büzülen” şekilde monte edilmelidir.   Load cell’ ler yaygın olarak ağırlık ölçümünde (terazilerde) kullanılır. Günümüzde 50 gramdan tona kadar geniş aralıkta ölçüm yapan Load cell’ ler üretilmektedir. Wheatsone köprüsü çıkışında (voltmetre uçları) elde edilen elektriki işaret genellikle mikroişlemcide işlenerek bir göstergeden ağırlık bilgisi olarak okunur.

10 Load cell kullanılarak yapılmış bir terazinin yapısı görülmektedir.

11 Kullanılacak Load cell seçilirken, ölçüm yaptığı ağırlık aralığına, çalışma gerilimine ve kullanılacak platform boyutlarına dikkat edilmelidir

12 Strain Gage http://www.rdpe.com/za/hiw-sgpt.htm

13 SES BASINÇ SENSÖRÜ İnsan sesi suya atılan taşın su üzerinde yarattığı dalgalar gibi yayılır. Ses dalgalarına elektrik işaretine çeviren cihazlara “mikrofon” denir. Elektrik işaretine çevrilmiş insan sesi osiloskopta incelenirse şeklinin sinüs işareti, frekans kapsamının “20Hz-20KHz” arasında olduğu görülür. Demek olur ki insanlar konuşurken “20Hz-20KHz” arasında frekansa sahip sinüs işareti oluşturmakta, insan kulağı da bu işareti algılamaktadır.

14 Mikrofon çeşitleri Geçmişten günümüze altı çeşit mikrofon üretilmiştir. Bunlar; Karbon mikrofon Kristal mikrofon Şerit mikrofon Dinamik mikrofon Kapasitif mikrofon Elektret (Yüksek dirençli) mikrofondur. En çok kullanılan mikrofon çeşitleri dinamik mikrofon ve kapasitif mikrofondur.

15 Dinamik mikrofon: Sabit bir mıknatısın manyetik alanı içinde ses dalgaları ile hareket edebilecek şekilde yerleştirilmiş bir bobinden oluşan mikrofon tipidir. Şekilde dinamik mikrofonun yapısı kesit olarak görülmektedir. Süspansiyon diyaframa çarpan ses dalgaları ile hareket edebilecek kadar esnek yapıdadır. Çok hafif malzemeden yapılmış karkas üzerine sarılmış bir bobin diyaframın merkezine sabitlenmiştir. Bu bobinin ağırlığı 0,1 gramdan daha azdır.

16 Kapasitif mikrofon: Kondansatör prensibinden faydalanılarak yapılmış mikrofon tipidir. Şekilde kapasitif mikrofonun yapısı kesit olarak görülmektedir.  Diyaframın şekli bir plaka gibidir. Diyafram sabit metal plakaya temas etmeden çok yakın şekilde yerleştirilmiştir. Bu yapıda diyafram ve sabit metal plaka doğal olarak bir kondansatörü oluşturur. Bu kondanstörün dielektriği genellikle havadır. Diyaframa çarpan ses dalgaları diyaframı içeri-dışarı hareket ettirir. Bu hareket kondansatörün plakaları arasındaki mesafenin değişmesi demektir. Bunun sonucu kondansatörün kapasiteside ses dalgalarına bağlı değişir

17 ULTRASONİK SENSÖRLER İnsanlar frekansı 20Hz-20KHz arasında olan sesleri duyabilir.bu frekans kapsamına “ses frekans” denir. İnsanların konuşurken kullandıkları ses frekans aralığı 200Hz-4KHz’dir. Frekans arttıkça ses tizleşir. Frekans azaldıkça ses kalınlaşır. İnsanların duyamadığı seslerde vardır. Frekansı 20Hz’den az olan seslere “subsonik” frekansı 20KHz’den yüksek olan seslere de “ultrasonik” sesler denir

18 Hıtechnic tip ultrasonik sensörün çalışma prensibi görülmektedir.
Normal çalışma şartlarında ses vericisi ve alıcısı yönlendirilerek montaj edilmelidir.

19 Ultrasonik sensörlerin kulanım alanları:
Ultrasonik sensörlerin algılama mesafeleri trafikte kullanılan radarlarda anlaşılacağı gibi oldukça uzundur. Sensörün elektriki çıkışı cismin sensöre uzaklığı ve fiziki boyutları ile orantılıdır. Ultrasonik sensörler kullanılarak cisimlerin fiziki boyutları cisme temas edilmeden ölçülebilir. Ultrasonik sensörlerin en yaygın kullanıldıkları otomasyon sistemleri aşağıdaki gibi sıralanabilir. Bina ve otomobil alarm sistemleri Otomobil park kontrol sistemleri Otomatik kapı kontrol sistemleri Sıvı tankları içindeki sıvıların seviye ölçümleri

20 Ultrasonik sensörlerin kulanım alanları:
Ultrasonik sensörlerin algılama mesafeleri trafikte kullanılan radarlarda anlaşılacağı gibi oldukça uzundur. Sensörün elektriki çıkışı cismin sensöre uzaklığı ve fiziki boyutları ile orantılıdır. Ultrasonik sensörler kullanılarak cisimlerin fiziki boyutları cisme temas edilmeden ölçülebilir. Ultrasonik sensörlerin en yaygın kullanıldıkları otomasyon sistemleri aşağıdaki gibi sıralanabilir. Bina ve otomobil alarm sistemleri Otomobil park kontrol sistemleri Otomatik kapı kontrol sistemleri Sıvı tankları içindeki sıvıların seviye ölçümleri

21 GAZ SENSÖRÜ: Günümüzde enerji olarak yanıcı gazlar çok kullanılmaktadır. Bunlara örnek konut ve işyeri ısıtması, ocaklar ve fırınlardir. Gazlar kullanılırken tesisatları ustalık ister. Gaz kaçakları büyük tehlike kaynaklarıdır. Bu nedenle kaçak gazları algılayan gaz sensörleri günlük yaşantımızda ihtiyaç olmuştur

22 İki elektrot ve arasındaki hava bir kondansatör oluşturur
İki elektrot ve arasındaki hava bir kondansatör oluşturur. Hava kondansatörün dielektriğidir. İki elektrot arasına yerleştirilmiş ısıtıcı fleman dielektriği aktif halde tutar. Gaz kaçağı iki elektrot arasına gelince dielektriğin iletkenliği artar. Buna bağlı sensörün direnci azalır. gaz sensörü ve “R” direnci birbirine seri bağlıdır. Bu iki eleman gerilim bölücü olarak çalışır. Gaz sensörünün elektrotları arasına gaz kaçağı gelirse gaz sensörünün direnci azalır. Bu durumda “R” direnci uçlarındaki gerilim artar. Bu değişim bir elektronik devreye sürülerek değerlendirilir. Elektronik devre çıkışına bağlı LED, SİREN v.b. almaç bağlanır. Deney setimizde gaz sensörü çıkışı bir kıyaslayıcı ile değerlendirilmiştir

23 NEM SENSÖRÜ Nem sensörleri genellikle kondansatör yapısında kapasitif çalışan sensörlerdir. Nem sensörünün yapısı havanın dielektrik olarak kullanıldığı kondansatör gibidir. Kondansatör plakaları arasındaki havanın nem yoğunluğu değişince kapasite ve direnç değeri değişir. Kapasitif olan nem sensöründe direnç değişimi değerlendirilir. Şekil de nem sensörünün sembolü görülmektedir. “H” eki İngilizce “Hunidity” (nem) kelimesinin baş harfinden gelmektedir.

24 Şekil de nem sensörünün devreye bağlanması görülmektedir.
Nem sensörü ve “R” direnci birbirine seri bağlıdır ve gerilim bölücü olarak çalışırlar. Nem sensörü elektrotları arasına nemli hava girince nem sensörünün direnci azalır. Buna bağlı “R” direnci uçlarında düşen gerilim artar. Bu artış bir eletronik devreye uygulanır. Elektronik devre çıkışında bu değişim bir almaçla değerlendirilir

25

26

27