Algılayıcılar ("duyarga" da denmektedir) fiziksel ortam ile endüstriyel amaçlı elektrik- elektronik cihazları birbirine bağlayan bir köprü görevi görürler. Bu cihazlar endüstriyel proses sürecinde kontrol, koruma ve görüntüleme gibi çok geniş bir kullanım alanına sahiptirler.
Teknik terminolojide sensör ve Transducer terimleri birbirlerinin yerine sık sık kullanılan terimlerdir. Transducer genel olarak enerji dönüştürücü olarak tanımlanır. Sensör ise çeşitli enerji biçimlerini elektriksel enerjiye dönüştüren cihazlardır. Ancak 1969 yılında ISA ( Instrument Society of America) bu iki terimi eş anlamlı olarak kabul etmiş ve "ölçülen fiziksel özellik, miktar ve koşulların kullanılabilir elektriksel miktara dönüştüren bir araç" olarak tanımlanmıştır.
Sensör parametreleri
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. Ölçülen bir büyüklüğün gerçek değeri ile ölçüm değeri arasındaki farktır. H=öd-gdDoğruluk: 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.
Doğrusallık hatası: Transduserin ölçülen dinamik parametrenin değişkenliğine aynı oranda cevap verememe durumudur.
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 hız değerinin 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.
Algılayıcılarla ölçülen büyüklükler 6 gruba ayrılabilir. Bunlar;
1. Mekanik : Uzunluk, alan, miktar, kütlesel akış, kuvvet, tork (moment), basınç, hız ,ivme, pozisyon, ses dalga boyu ve yoğunluğu.
2. Termal : Sıcaklık, ısı akışı.
3. Elektriksel : Voltaj, akım, şarj, direnç, endüktans, kapasitans, dielektrik katsayısı, polarizasyon, elektrik alanı ve frekans.
4. Manyetik : Alan yoğunluğu, akı yoğunluğu, manyetik moment, geçirgenlik.
5. Işıma :Yoğunluk, dalga boyu, polarizasyon, faz, yansıtma, gönderme.
6. Kimyasal :Yoğunlaşma, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hızı, pH miktarı.
Seri iletişim protokollerinin karşılaştırılması:
1 Pasif Algılayıcılar
Hiçbir şekilde dışardan harici enerji almadan ( besleme gerilimine ihtiyaç duymadan) fiziksel yada kimyasal değerleri bir başka büyüklüğe çevirirler. Bu algılayıcı tipine örnek olarak Termocouple (T/C) yada anahtar gösterilebilir. T/C aşağıda etraflıca anlatılacaktır. Anahtar ise bilindiği gibi mekanik bir hareketi elektriksel bir kontağa dönüştürmektedir.
2 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 yada analog formatta elektriksel çıkış sinyali üretirler. Analog çıkışlılarda, çıkış büyüklüğü gerilim ya da akımdır. Gerilim çıkışı genellikle 0-5 V aralığında oldukça yaygın kullanılmaktadır. Ancak 4-20 mA akım çıkışı da artık endüstride standart haline gelmiştir. Bazı durumlarda 0-20 mA akım çevrimi kullanılmaktadır . Ancak endüstride çoğu zaman hatlarda meydana gelen bozulma kopma gibi durumlarda sistemin bu durumu kolay algılaması ve veri iletişiminin sağlıklı yapılabilmesi için 4-20mA daha yaygın kullanılır. Çok eski algılayıcılar 10-50 mA akım çıkışlarına sahiptirler. Endüstride en yaygın kullanılan 4-20 mA çevrim tipinin kullanımı bazı özel durumlar gerektirmektedir. Bu noktalar;
Algılayıcıların yerleştirildiği uzak noktalarda elektrik besleme geriliminin olmaması gereklidir.
Algılayıcılar gerilim sinyalinin sınırlı olabileceği durumlarda tehlikeli uygulamalarda kullanılmalıdır.
Algılayıcıya giden kablolar iki ile sınırlanmalıdır.
Akım çevrim sinyali göreceli olarak gürültü geriliminin ani sıçramalarına karşı korumalıdır.
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 hız değerinin 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.
Algılayıcıların Sınıflandırılması
Algılayıcıları birbirinden farklı birçok sınıfa ayırmak mümkün. Ölçülen büyüklüğe göre, çıkış büyüklüğüne göre, besleme ihtiyacına göre vb. Aşağıda bu sınıflardan bazılarına değinilecektir.A) Giriş Büyüklüklerine Göre Sınıflandırma
1. Mekanik : Uzunluk, alan, miktar, kütlesel akış, kuvvet, tork (moment), basınç, hız ,ivme, pozisyon, ses dalga boyu ve yoğunluğu.
2. Termal : Sıcaklık, ısı akışı.
3. Elektriksel : Voltaj, akım, şarj, direnç, endüktans, kapasitans, dielektrik katsayısı, polarizasyon, elektrik alanı ve frekans.
4. Manyetik : Alan yoğunluğu, akı yoğunluğu, manyetik moment, geçirgenlik.
5. Işıma :Yoğunluk, dalga boyu, polarizasyon, faz, yansıtma, gönderme.
6. Kimyasal :Yoğunlaşma, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hızı, pH miktarı.
B) Çıkış Büyüklüklerine Göre Sınıflandırma
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.
RS232C: Bu protokol başlangıçta telefon veri iletişimi için tasarlanmıştır . Daha sonra birçok bilgisayar sistemi bunu sıkça kullanmaya başlamış ve sonuçta RS232 standart bir iletişim protokolü haline gelmiştir. RS232C'nin çalışması tek sonlamalıdır(single ended).
Lojik 1 = -15,-3 arasında ve lojik 0 = +3,+15 arasındadır. Algılayıcılar verileri bitler halinde ve seri iletişim protokoluna uygun olarak bilgisayara gönderir. RS232C bir single ended ara yüze olduğundan alıcı ve gönderici arasındaki uzaklık dış çevreden gelen olumsuz faktörlerin azaltılması açısından kısa tutulmalıdır.
RS422A : Bu protokol differantial ended bir ara yüze sahiptir. Alıcı verici arasındaki uzaklık yeterince en uzak seviyededir. Hatlarda bu mesafe sebebiyle olabilecek zayıflama 200mV seviyesine kadar azalsa da sistem iletişime devam eder . Diferansiyel ara birim sayesinde sinyaldeki zayıflama ihmal edilebilir düzeye çekilir ve oldukça yüksek veri hızıyla haberleşme sağlanabilir. Algılayıcı ve bilgisayar arasındaki iletişimde Twisted Pair ( Bükülmüş kablo ) kullanıldığından dış etkilerden etkileşim azdır.
RS485 : Standart 422A protokolu genişletilerek oluşturulmuş bir protokoldür. Bu protokol ile birlikte çalışabilen 32 adet alıcı vericinin tek bir kabloyla veri iletişimi sağlanabilir. RS485 protokolü kablodaki iletişim problemlerini ortadan kaldırmaktadır.
RS232C: Bu protokol başlangıçta telefon veri iletişimi için tasarlanmıştır . Daha sonra birçok bilgisayar sistemi bunu sıkça kullanmaya başlamış ve sonuçta RS232 standart bir iletişim protokolü haline gelmiştir. RS232C'nin çalışması tek sonlamalıdır(single ended).
Lojik 1 = -15,-3 arasında ve lojik 0 = +3,+15 arasındadır. Algılayıcılar verileri bitler halinde ve seri iletişim protokoluna uygun olarak bilgisayara gönderir. RS232C bir single ended ara yüze olduğundan alıcı ve gönderici arasındaki uzaklık dış çevreden gelen olumsuz faktörlerin azaltılması açısından kısa tutulmalıdır.
RS422A : Bu protokol differantial ended bir ara yüze sahiptir. Alıcı verici arasındaki uzaklık yeterince en uzak seviyededir. Hatlarda bu mesafe sebebiyle olabilecek zayıflama 200mV seviyesine kadar azalsa da sistem iletişime devam eder . Diferansiyel ara birim sayesinde sinyaldeki zayıflama ihmal edilebilir düzeye çekilir ve oldukça yüksek veri hızıyla haberleşme sağlanabilir. Algılayıcı ve bilgisayar arasındaki iletişimde Twisted Pair ( Bükülmüş kablo ) kullanıldığından dış etkilerden etkileşim azdır.
RS485 : Standart 422A protokolu genişletilerek oluşturulmuş bir protokoldür. Bu protokol ile birlikte çalışabilen 32 adet alıcı vericinin tek bir kabloyla veri iletişimi sağlanabilir. RS485 protokolü kablodaki iletişim problemlerini ortadan kaldırmaktadır.
Çıkış Ara Birim Tipi Max .Kablo Uzunluğu Max. veri hızı İletişim tipi
RS232C Single Ended Voltage 15 mt 20Kbps Point to point
RS422A Differantial Voltage 1,2 km 10Mbps Point to point
RS485A Differantial Voltage 1,2 km 10Mbps MultiDrop (32 Node)
C) Besleme İhtiyacına Göre Sınıflandırma
Algılayıcılar besleme ihtiyacına göre iki sınıfa ayrılabilir. Bunlar ; Pasif Algılayıcılar ve Aktif algılayıcılardır.1 Pasif Algılayıcılar
Hiçbir şekilde dışardan harici enerji almadan ( besleme gerilimine ihtiyaç duymadan) fiziksel yada kimyasal değerleri bir başka büyüklüğe çevirirler. Bu algılayıcı tipine örnek olarak Termocouple (T/C) yada anahtar gösterilebilir. T/C aşağıda etraflıca anlatılacaktır. Anahtar ise bilindiği gibi mekanik bir hareketi elektriksel bir kontağa dönüştürmektedir.
2 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 yada analog formatta elektriksel çıkış sinyali üretirler. Analog çıkışlılarda, çıkış büyüklüğü gerilim ya da akımdır. Gerilim çıkışı genellikle 0-5 V aralığında oldukça yaygın kullanılmaktadır. Ancak 4-20 mA akım çıkışı da artık endüstride standart haline gelmiştir. Bazı durumlarda 0-20 mA akım çevrimi kullanılmaktadır . Ancak endüstride çoğu zaman hatlarda meydana gelen bozulma kopma gibi durumlarda sistemin bu durumu kolay algılaması ve veri iletişiminin sağlıklı yapılabilmesi için 4-20mA daha yaygın kullanılır. Çok eski algılayıcılar 10-50 mA akım çıkışlarına sahiptirler. Endüstride en yaygın kullanılan 4-20 mA çevrim tipinin kullanımı bazı özel durumlar gerektirmektedir. Bu noktalar;
Algılayıcıların yerleştirildiği uzak noktalarda elektrik besleme geriliminin olmaması gereklidir.
Algılayıcılar gerilim sinyalinin sınırlı olabileceği durumlarda tehlikeli uygulamalarda kullanılmalıdır.
Algılayıcıya giden kablolar iki ile sınırlanmalıdır.
Akım çevrim sinyali göreceli olarak gürültü geriliminin ani sıçramalarına karşı korumalıdır.
Ancak bunu uzun mesafe veri aktarımında yapamaz.
Algılayıcılar, ölçüm sisteminden elektriksel olarak izole edilmelidir.
Mekanikteki en temel ölçü uzunluk ölçüsüdür. Konum, hareket, yer değişimi terimleri birbirine çok yakın durmaktadır. Konum algılayıcı (Position Sensor) yada hareket transdüseri (Motion Transducer) terimlerine sık sık rastlanmaktadır. Yer değişimi transdüseri (Displacement Transducer), teknik olarak en doğru ifade sayılabilir. Temel olarak lineer ve açısal yer değişimi algılayıcı olarak ikiye ayrılırlar.
Yer değişim algılayıcıları ölçme teknikleri açısından aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir.
1. Kapasitif
2. Endüktif
3. Relüktans
4. Potansiyometrik
5. Strain-Gage
6. Elektro-Optik
7. Açısal ve Dogrusal Enkoderler
8. Ultrasonik
9. Konum Şalterleri
Algılayıcılar, ölçüm sisteminden elektriksel olarak izole edilmelidir.
YER DEĞİŞİMİ VE HAREKET ALGILAYICILARI
Mekanikteki en temel ölçü uzunluk ölçüsüdür. Konum, hareket, yer değişimi terimleri birbirine çok yakın durmaktadır. Konum algılayıcı (Position Sensor) yada hareket transdüseri (Motion Transducer) terimlerine sık sık rastlanmaktadır. Yer değişimi transdüseri (Displacement Transducer), teknik olarak en doğru ifade sayılabilir. Temel olarak lineer ve açısal yer değişimi algılayıcı olarak ikiye ayrılırlar.
Yer değişim algılayıcıları ölçme teknikleri açısından aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir.
1. Kapasitif
2. Endüktif
3. Relüktans
4. Potansiyometrik
5. Strain-Gage
6. Elektro-Optik
7. Açısal ve Dogrusal Enkoderler
8. Ultrasonik
9. Konum Şalterleri
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder