Mekatronik Sistemlerin Duyu Organları: Sensörler

Fiziksel ortam değişiklikleri algılayan elemanlara "sensör" denir.

Algılanan değeri elektrik enerjisine değiştiren elemanlara da "transdüser" denir.

Mekatronik sistemlerde mekanik, magnetik, ısıl, optik ve kimyasal değişimler; elektrik voltajı veya akımına sensörler ile dönüştürülür.

Yer değiştirme, hız, ivme, mesafe, kuvvet, gerilme, sıcaklık, basınç ve akım ölçümü sensörler ile yapılır.

Aktüatörler sensörlerden alınan veriye göre ortamı kontrol eden birimlerdir.

Mikroişlemciler sensörlerden alınan verileri işlemekle sorumludurlar.

Sensörlerden Alınan Sinyalin İşlenmesi

Algılanan fiziksel büyüklüğe karşılık olarak sensör ile üretilen sinyal çoğu zaman doğrudan kullanılabilir değildir.

Sinyal zayıfsa "yükseltici" ile güçlendirilmelidir.

Sinyalde "filtreleme" yapılmalıdır.

Sinyal nonlineer olduğundan "lineerleştirme" yapılmalıdır.

Duruma göre analog sinyallerin dijitale veya dijitalin de analoga dönüştürülmesi gerekebilir.

Direnç veya voltaj değişiminin akım değişimine dönüştürülmesine ihtiyaç duyulur.

Bunun gibi işlemler yapıldıktan sonra sinyal kullanılabilir ve kaydedilebilir durma gelecektir.

Yer Değiştirme Sensörleri

"Doğrusal Yer Değiştirme Sensörleri" malzeme kalınlığını, parça boyutunu ve bir parçanın bir yerde olup olmadığını kontrol etmek için kullanılır.

"Açısal Yer Değiştirme Sensörleri" millerin açısal yer değiştirmelerini izlemek üzere kullanılmaktadır.

Yer değiştirme sensörleri temaslı yada temassız olabilir.

Yer değiştirme sensörü olarak potansiyometre, strain gage, optik ve mutlak enkoder, pnomatik sensör ve diferansiyel transformatör kullanılır.

LVDT (Doğrusal Değişken Diferansiyel Transformatör) sargılar ve hareketli nüveden meydana gelir.

Örneğin sekonder sargıya gerilim verilir, primer sargıdan çıktı alınır.

Nüve hareket ettikçe primer sargıda değişen gerilime göre yer değiştirme ölçümü sağlanır.

Hız Sensörleri

"Artırımlı Kodlayıcı" ile konum ve açısal yer değiştirmeler zamana bağlı ölçülürse hız değeri elde edilir.

"Takojeneratör" ile millerin dönme hızı ölçülür.

Takojeneratörlerde sabit mıknatıs / bobin yapısı bulunmaktadır. Uçlardan alınan voltaj değeri ile dönme hızı belirlenir.

Kızak gibi doğrusal hareket yapan mekanizmaların hızı, hareket dairesel harekete dönüştürülürse takojeneratör ile ölçülebilir.

İvme ve Titreşim Sensörleri

Akselerometre, esnek kiriş ve strain gage kullanılarak ölçüm gerçekleştirilir.

Kuvvet ve Gerilme Sensörleri

Bir çok fiziksel büyüklükteki değişim, şekil değiştirme ve gerilmeyle orantılı ifade edilebilir.

Kuvvet Sensörlerinin Çalışma Prensipleri

1) Uygulanan ağırlığa karşı yönde dengeleyici kuvvet uygulama ve bu kuvveti transdüser ile ölçme (Terazilerdeki gibi)

2) Uygulanan ağırlığının cismin yapısındaki şekil değişimini transdüser ile ölçme (Dairesel kesitli çubuklardaki gibi)

Sıcaklık Sensörleri

1) Termokupul (Metal İletkenlerden Oluşan Termo Eleman)

İki metal iletkenin uçlarından birleştirilmesi ile yapılır.

Burada ölçülen sıcaklık (T1) ve referans sıcaklık (T2) söz konusudur.

Uçlar arasındaki potansiyel farkı ölçülerek T1 ve T2 arasındaki sıcaklık farkı elde edilir.

2) Termistör (Sıcaklık ile İletkenliği veya Direnci Değişen Madde)

Yarı iletkenlerin elektrik direnci genellikle sıcaklık ile ters orantılıdır.

Bir yarı iletkenin sıcaklığa bağlı direnç değişimi, diğer metallere kıyasla çok büyüktür.

Şekil olarak silindir, boncuk ve disk gibi türleri vardır.

3) RTD (Dirençli Sıcaklık Dedektörü)

Bu tür sensörlerin esası bazı malzemelerin elektrik dirençlerinin sıcaklıkla orantılı artışına dayanır.

RTD tipi sensörlerde genellikle "platin", "bakır", "nikel" ve "tungsten" gibi malzemeler kullanılır.

Sıcaklık limiti, lineerlik, kararlılık ve oksitlenmeye karşı direnç konusunda en verimli malzeme "platin"dir.

Yapı olarak silindirik bir çubuk üzerine bobin şeklinde sarılmış telden ibarettir.

Genellikle bu yapı bir tüple muhafaza edilir.

Direnç ölçümü ise "Wheatstone Köprüsü" prensibiyle gerçeklenir.

4) Pirometre (Isıl Radyasyon Ölçer)

Cisimden yayılan radrasyon enerjisi ölçme cihazı içindeki daha soğuk bir yüzeye düşürülür.

Bu yüzeydeki sıcaklık değişimini belirlenerek ölçüm sağlanır.

Pirometre ile hareketli cisimlerin sıcaklığı ölçülebilir.

Yapısı gereği temassız sıcaklık ölçümüne imkan verir.

Basınç Sensörleri

Diyafram, körük, kapsül ve tüp gibi elastik (basınca bağlı olarak şekil değiştiren) elemanlar kullanılır.

Yer değiştirme transdüseri ile şekil değişimi ölçümü dolayısıyla basınç ölçümü sağlanır.

Strain Gage (Gerilme Ölçer) veya LVDT (Doğrusal Değişken Diferansiyel Transformatör) kullanılarak da ölçüm yapılabilir.

Akış Sensörleri

Akış ölçümünde genellikle debi ölçer ve hız propları kullanılır.

Debi ölçerler, kütlesel ve hacimsel debinin (miktarın) ölçümü ilkesiyle çalışırlar.

Türbinli Debi Ölçer

Boru içine merkezlenmiş ve eksenel yönde yerleştirilmiş çok kanatlı bir rotordan ibarettir.

Rotor akış etkisiyle döner.

Akışkanın debisi veya ortalama hızı, türbinin açısal hızıyla doğrudan orantılıdır.

Cihaza yerleştirilen daimi mıknatıs, kanatlar döndükçe elektrik sargısında gerilim darbeleri oluşturur.