3 DİNAMİK ÖLÇÜMLER İÇİN ALGILAYICILAR
3.1 İvme Ölçerler
İvme ölçerler, genel amaçlı mutlak hareket ölçümlerinde, şok ve titreşim ölçümlerinde kullanılırlar.Bir yapının ya da bir makinanın ömrü,çalışma sırasında maruz kaldığı ivmenin şiddeti ile orantılıdır. Bir yapının çeşitli noktalarındaki titreşimin genliği ve fazı, bir modal analiz yapılabilmesine izin verir. Yapılacak olan bu analiz sonucunda dinamik olarak çalışacak parçaların çalışma modları belirlenerek tüm sistemin dinamik karakteri ortaya konabilmektedir. Sismik ivmeölçerler ile yer, bina, köprü üzerinde deprem, inşaat, madencilik çalışmaları, büyük nakliye vasıtaların yol açtığı titreşimler ölçülebilir. Yüksek frekanslı ivmeölçerler ile çarpma testleri, çok yüksek devirli motorların testleri yapılabilir. İvmeölçerler ölçme tekniğine görede farklı sınıflara ayrılırlar. Konuyla ilgili ayrıntı ilerki sayfalarda belirtilmiştir.
3.1.1 Piezoelektrik İvme ölçerler
Piezoelektrik ivmeölçerler çok düşük frekanslı sismik uygulamalardan, çok yüksek frekansda doğrusal çalışma aralığı gerektiren çarpma testlerine kadar birçok ölçme uygulamasında kullanılan, küçük boyutlu, yüksek sıcaklık aralığında çalışabilen, endüstriyel standartlarda kılıf içinde yapılandırılmış transdüserlerdir.
Kuvarz ya da seramik kristaller bir kuvvet altında kaldığında picocoulomb seviyesinde
Elektrik yükü üretirler. Bu elektrik yükünün kristal üzerindeki değişimi yer çekimi ivmesinin değişimi ile doğru orantılıdır. İvmeölçerlerdeki sismik kütlenin ivme altında maruz kaldığı atalet kuvveti piezoelektrik kristale etkir ve ivme ile doğru orantılı bir elektrik sinyali çıkışı verir. Bir yongaya (Mikro
Elektronik devre/chip) sahip Piezoelektrik ivmeölçerlerin içinde sinyali taşınabilir voltaj sinyaline çeviren bir sinyal koşullayıcı devre vardır (Integrated Electronics Piezoelectric - IEPE). Bu tip Algılayıcılar gürültüden minimum etkilenirler. Üzerinde çevirici elektronik devre olmayan (Charge Mode) Algılayıcılar harici bir çevirici (Charge Amplifier) ile kullanılırlar. Charge Mode Algılayıcılar yüksek sıcaklıktaki uygulamalarda kullanılmak için idealdirler.
3.1.2 Kapasitif İvmeölçerler
Kapasitif ivmeölçerler düşük seviyeli ve düşük frekanslı titreşimleri, statik ivmeleri ölçmede kullanılırlar. Karşılıklı yerleitirilmiş kapasitör şeklinde çalışan iki plaka arasındaki kapasitansın değişmesi prensibi ile ölçüm yaparlar. Bu plakalar arasındaki mesafe ve dolayısı ile kapasitans ivme altında değişir ve ivme ile doğrusal bir sinyal doğururlar. Bu tip Algılayıcılar özel bir sinyal koşullama gerektirmezler. 12VDC ya da 24 VDC ile beslenmek sureti ile çalışırlar. Özellikle robotik, otomotiv sürüş kalite testleri, bina dinamiği ölçümü gibi yerlerde kullanılırlar.
3.2 Basınç Algılayıcıları
3.2.1 DİNAMİK BASINÇ ALGILAYICILARI
Dinamik basınç algılayıcıları, piezoelektrik etkiyi kullanırlar. 400kHz gibi çok yüksek bir frekans aralığında doğrusal çıkış verebilir ve büyük statik basınç değerlerinin üzerindeki yüksek frekanslı fakat küçük genlikli dalgalanmaları ölçebilirler.
Endüstride pompa basıcının, hidrolik ve pnömatik basınç hatlarının izlenmesi ve kontrolü; akış kaynaklı titreşimlerin incelenmesi, kavitasyon, su darbesi, pulsasyon, akustik ölçümler, havacılık testleri, valf dinamiği, patlayıcı ve silah testleri, içten yanmalı motor testleri bu algılayıcılar kullanılarak yapılabilmektedir.
3.2.2 STATİK BASINÇ ALGILAYICILARI
Hassas rezistif diyaframı kullanan bu Algılayıcılar endüstride statik basıncın sürekli olarak izlenmesi gereken uygulamalar için geliştirilmiştir. Tank seviyelerinin izlenmesinde, endüstriyel proseslerin geri besleme kontrol sistemlerinde ve ısıtma soğutma klimatizasyon sistemlerinde kullanılmaktadır.
3.3 Dinamik Kuvvet Algılayıcıları
Piezoelektrik etkiyi kullanan kuvars kuvvet algılayıcıları, sıkışma, çekme gerilmeleri, darbe, tepki ve etki kuvvetlerini ölçen sağlam, uzun ömürlü, dinamik algılayıcı elemanlardır. Uygulama alanları arasında; tüm soğuk ve sıcak plastik şekil verme işlemleri, pres kuvveti ölçümü, talaşlı imalatlar, kaynak işlemleri ve test işlemleri gelmektedir.
Üzerine uygulanan kuvveti birbirine dik üç eksende ayrı ayrı veren üç bileşenli kuvvet algılayıcıları özellikle takım tezgahlarının kesici uçlarının uyguladığı kuvvetin ölçülmesinde, kuvvet dinamometresi uygulamaları, biyomekanik uygulamalarında kullanılmaktadır.
3.3.1 PİEZOELEKTRİK ÖZELLİK
"Piezo" kelimesi Yunanca sıkmak anlamına gelmektedir. Piezoelektrik elemanlar bir dış kuvvet altında kaldıkları zaman, karşılıklı yüzeyleri üzerinde bir elektrik yükü oluşur.
Şekil 1'de gösterilen büyük daireler silikon atomlarını, küçük olanlar ise oksijen atomlarını belirtmektedir. Doğal ya da işlenmiş kuvartz kristali en hassas ve kararlı piezoelektrik malzemelerden biridir. Doğal malzemelerin yanı sıra yüksek teknolojilerle üretilen polikristalin ve piezoseramik gibi malzemeler de yüksek elektrik alana maruz bırakıldıklarında piezoelektrik özellik kazanmaları sağlanabilmektedir. Bu kristaller çok yüksek değerde yük çıkışı üretirler. Bu özellikleri sayesinde de özellikle düşük genlikli sinyallerin ölçülemesinde kullanılırlar. Tablo 1'de piezoelektrik malzemelerin karşılaştırması verilmiştir.
Şekil 1
Tablo 1
Şekil 2'de gözüktüğü gibi piezoelektrik Algılayıcılarda farklı boyut ve şekillerde piezoelektrik malzemeler kullanılabilir.
1. Basma kuvvetini temel alan tasarım yüksek bir rijitlik göstermektedir. Bu özelliği sayesinde yüksek frekanslı basınç ve kuvvet ölçümlerinde kullanılmaktadır. Olumsuz bir özelliği sıcaklık değişimlerine gösterdiği hassasiyettir.
2. Basit bir tasarım olan eğilmeli (flexural) tasarım, düşük frekans aralığı ve düşük darbe dayanımı nedeni ile dar bir kullanım sahasına sahiptir.
3. Kayma gerilmesi (shear) tasarımı geniş frekans aralığı, düşük eksen kaçıklığı hassasiyeti, ısıl değişimlerden az etkilenmesi gib olumlu özellikleri sayesinde ivmeölçerlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Şekil 2
104 E9 [N/m2] gibi birçok metale yakın bir sertlik derecesine sahip olan piezoelektrik malzemeler, çok küçük bir yerdeğişimi altında bile büyük bir çıkış verirler. Bir diğer deyişle piezoelektrik malzemeler fiziksel olarak kalıcı bir değişime uğramazlar. Bu sebeple piezoelektrik algılayıcılar çok sağlam bir kılıfta korunur ve geniş bir genlik aralığında mükemmel bir doğrusallık gösterirler. Doğru seçilmiş bir sinyal koşullama sistemi ile birlikte kullanıldığında, bu tip algılayıcılar 120 dB gibi çok geniş bir genlik aralığına sahip olmaktadırlar. Uygulama açısından bu özellik, aynı piezoelektrik ivm ölçer ile 0,0001 g'den 100 g'e kadar geniş bir aralıkta ölçüm yapılabilir anlamına gelmektedir:
Piezoelektrik malzemlerden bahsederken üzerinde önemle durulması gereken diğer bir nokta da bunların sadece dinamik ya da diğer bir değişle değişen durumları ölçebildiğidir. Piezoelektrik algılayıcılar, yerçekimi ivmesi, barometrik basınç, ağırlık kuvveti gibi statik, yani zamanla değişmeyen büyüklükleri ölçemezler. Bu sabit olaylar ilk anda bir çıkış doğururlar fakat bu sinyal, piezoelektrik malzemenin ve algılayıcının bağlı olduğu elektronik devrenin zaman sabitine bağlı olarak, zamanla yok olacaktır. Bu zaman sabiti, cihazın üzerindeki kapasitans ve direncin oluşturduğu, birinci dereceden yüksek frekans geçiren filtreden kaynaklanmaktadır. Bu filtre cihazın ölçebileceği en düşük frekansı belirlemektedir.
3.3.2 Algılayıcının yapısı
Kuvvet, basınç ve ivme algılayıcılarının yapıları Şekil 3'te görülmektedir. Bu şekil üzerinde gösterilen gri renkli kısımlar test edilen cismi, mavi renkli kısımlar algılayıcı muhafazasını, kırmızı kısımlar piezoelektrik malzemeyi, siyah kısımlar şekil değişimi gösteren kristalin üzerinde oluşan yükün toplandığı elektrodları ve sarı renkli kısım da elektrik yükü şeklindeki sinyalin voltaj sinyaline çevrildiği mikro-devreyi belirtmektedir. İvmeölçerde ayrıca yeşil renkle gösterilen sismik kütle vardır. Görüldüğü gibi, bu üç tip algılayıcının iç yapıları birbirinden çok farklı değildir. Hareket ölçen ivme ölçerledeki kristallerin üzerine oturan sismik kütle, algılayıcının üzerine takıldığı cismin hareketini izlemek zorundadır. Kristallerin üzerine etkiyen kuvvet Newton'un İkinci Hareket Kanunu uyarınca, ( F=m * a ) kolayca hesaplanır. Kuvvet ve basınç algılayıcıları neredeyse aynı özellikleri taşırlar. Aralarındaki temel fark basınç algılayıcılarının basıncı toplamak için bir diyafram kullanmasıdır.
Şekil 3
3.3.3 Sinyal Koşullama
Algılayıcı eleman elektriksel bir çıkış ürettikten sonra, bu sinyalin osiloskop, analizör, kayıt edici, gibi bir cihaz tarafından okunabilmesi için koşullanması gerekmektedir. Bu sinyal koşullama temel olarak aşağıdaki işlevlere sahiptir.
" Sinyalin taşınabilir ve ölçülebilir düşük empedanslı voltaj sinyaline çevrilmesi
" Sinyal güçlendirilmesi ve zayıflatılması
" Filtreleme
Bu sinyal koşullama iki farklı şekilde yapılabilir. (Şekil 4)
" IEPE algılayıcılarda algılayıcının içindeki mikroelektronik devre yardımıyla
" Yük modu algılayıcılarda algılayıcının dışında takılan bir çevirici yardımıyla
IEPE olarak tanımlanan algılayıcılar ICP® tescil markasıyla PCB Piezotronics firması tarafından1967 yılında geliştirilmiştir. Algılayıcının içindeki minyatür devreler yük ya da voltaj amplifikatörleridir. 18-30 VDC arasında değişen bir besleme voltajı ve 2mA sabit akım kaynağı ile beslenirler. Bu sistemin temel özellikleri aşağıda sıralanmıştır.
" Algılayıcıya monte edilmiş mikroelektronik devreler, birçok sinyal okuma cihazı ile uyumlu, düşük empedanslı voltaj sinyali üretmektedir.
" Kanal başına maliyeti düşüren, kullanımı kolay sabit akım sinyal koşullayıcısı gerektirirler.
" Sinyal uzun kablolama ile zorlu ortamlardan, sinyal kalitesinde bir düşme yaşanmadan aktarılabilir.
" Çalışma sıcaklığı tipik olarak 120 °C, (en fazla 155 °C) ile sınırlandırılmıştır.
" Kolay bulunabilen koaksiyel kablolar ile çalışabilir. Ekonomiktir.
" Hassasiyet ve frekans aralığı gibi özellikleri besleme gerilminden bağımsız olarak her algılayıcı için sabittir.
Yük tipi algılayıcılar, mekanik ve algılayıcı eleman olarak ICP® algılayıcılardan farklı değildir. Tek farklılıkları sinyal koşullama devresinin algılayıcının dışında olmasıdır. Yük tipi algılayıcılar genellikle yüksek sıcaklığın var olduğu uygulamalarda kullanılırlar. Bu algılayıcıların özellikleri aşağıda sıralanmıştır.
" Algılayıcının çıkışı mutlaka koşullanması gereken yüksek empedanslı bir çıkıştır.
" Harici bir sinyal koşullama gerekmektedir.
" Algılayıcının çıkışındaki sinyal, kabloların hareket etmesinden, elektromanyetik sinyallerden, radyo frekans dalga girişimlerinden kaynaklanan gürültülere açıktır.
" 540 °C gibi yüksek sıcaklıklarda çalışabilirler.
" Düşük gürültülü özel kablolara ihtiyaç duyulur.
" Algılayıcının hassasiyet, frekans aralığı gibi özellikleri değişkendir. Bu özellikler kablo uzunluğu ya da sinyal koşullayıcının ayarları ile değişebilir.
4 YER DEĞİŞİMİ VE HAREKET ALGILAYICILARI
Mekanikteki en temel ölçü uzunluk ölçüsüdür. Konum, hareket, yerdeğişimi terimleri birbirine çok yakın durmaktadır. Konum algılayıcı (Position Sensor) ya da hareket transdüseri (Motion Transducer) terimlerine sık sık rastlanmaktadır. Yer değişimi transdüseri (Displacement Transducer), teknik olarak en doğru ifade sayılabilir. Temel olarak lineer ve açısal yerdeğişimi algılayıcı olarak ikiye ayrılırlar.
Yerdeğişim Algılayıcıları ölçme teknikleri açısından aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:
1. Kapasitif
2. Endüktif
3. Relüktans
4. Potansiyometrik
5. Strain-Gage
6. Elektro-Optik
7. Açısal ve Doğrusal Enkoderler
8. Ultrasonik
9. Konum Şalterleri
4.1 Takometreler ve Hız Algılayıcıları
Elektromanyetik Doğrusal Hız Algılayıcıları genellikle periyodik olarak değişen hızları ölçmekte kullanılır. Bu cihaz bir sargı içinde hareket edebilen sabit bir mıknatıstan oluşur. Bu şaft hareketettikçe bir elektromanyetik kuvvet (EMF) endüklenir. Hareket ne kadar hızlı olursa o kadar yüksek bir EMF oluşur.
4.1.1 Elektromanyetik Takometre Jeneratörler
Takometre olarak üç farklı jeneratör kullanılabilir. DC takometre jeneratörler, AC endüksiyon takometreler ve AC sabit mıknatıslı takometreler.
4.1.2 Dişli Rotorlu Elektromanyetik Takometreler
Üzerinde dişliye benzeyen, ferromanuetik malzemeden çıkıntılar olan bir rotora sahiptir. Hall etkisi, eddy-current ya da endüktif tip bit yaklaşım algılayıcısı ile beraber kullanılırlar. Hissedici sistem olarak en çok elektromanyetik etki kullanılır. Bu sistemde bir bobin kullanılır. Dişli rotor bobinin önünden geçtikçe manyetik akının şiddeti değişmektedir. Bu akı değişikliği bobinde bir elektromotor kuvvet endüklemektedir. Bu emk bir puls şeklinde oluşmaktadır. Bu pulsların sayılması sonucunda açısal hız bilinebilmektedir.
4.1.3 Elektro-optik Takometre
Elektro optik bir algılayıcıden bir ışık hüzmesi gönderilir. Dönen cismin üzerindeki bir noktadan periyodik olarak geri dönen ışık toplanır. Bu ışığın periyodu dönen cismin periyodu ile aynıdır.
4.2 İvmeölçerler
İvmeölçerler, ivme, titreşim ve mekanik şok değerlerini ölçmede kullanılırlar. Tüm ivmeölçerlerde bir sismik kütle, yay ve damper sistemi vardır. Sismik kütlenin üzerine etkiyen atalet kuvvetinin yarattığı ivme ölçülür.
Kapasitif İvmeölçer de kapasitif iletim prensibi kullanılır. Sismik kütle olarak bir diyafram kullanılır. Bir ivme etkidiği zaman sabit elektrod ile sismik elektrod arasındaki mesafe değişir. Mesafenin değişmesiyle kapasitans değişir ve ivme ile oratılı bir çıkış elde edilir.
Piezoelektrik İvmeölçer Piezoelektrik etkinin kullanıldığı bu tip algılayıcılarda, sismik kütle bir piezo kristal malzeme üzerine bir kuvvet uygular ve bunun neticesinde bir elektrik yük oluşturulur. Piezoelektrik ivmeölçerler hakkında daha detaylı bilgiyi "Dinamik Ölçümler" bölümünde bulabilirsiniz.
4.3 Kuvvet Algılayıcıları
Kuvvet Algılayıcıları genellikle uygulanan kuvveti elastik bir elemanın deformasyonuna çevirirler. En yaygın olarak kullanılan kuvvet Algılayıcıları Strain Gage Kuvvet Algılayıcılarıdir. Yük hücresi ( load cell ) olarak da adlandırılırlar. Bu transdüserler hem basma hem d çekme yönünde çalışabilirler. Ölçme aralıları 10 N ile 5MN arasında değişebilir. Gelişmiş tasarımlarda mekanik olarak aşırı yük sınırlamaları bulunmaktadır.
Piezoelektrik Kuvvet Algılayıcıları özellikle dinamik olaraka değişen kuvvetlerin ölçülmesinde kullanılmaktadır. Bu transdüserler hakkında ayrıntılı bilgi Dinamik Ölçümler bölümünde bulunabilir.
4.4 Tork Algılayıcıları
Tork ölçen elemanlar genellikle güç üreten şaft ile gücü tüketen şaft arasına seri olarak bağlanırlar. Tork bu silindirik yapıdaki transdüserün üzerine etkidiğinde bir buruluma etkisi yaratacaktır ve tork ile doğru orantılı bir açı oluşacaktır. İkinci tip tork Algılayıcıları ise tepki torkunu ölçer. Bu sistemde tork üreten rotorun dönmesi engellenir ve oluşan tork bir kuvvet transdüserinin yardımıyla ölçülür.
4.4.1 Fotoelektrik Tork Transdüseri
Burulma sonucu oluşan açısal değişim miktarı, optik kaynaklar ve optik Algılayıcıları vasıtası ile okunur. Yapı olarak optik enkoderlere benzerler.
4.4.2 Strain Gage Tork Transdüseri
Uygulanan torkun yarattığı birim şekil değişiminin strain gageler ile okunması ve tork bilgisinin elde edilmesi prensibine dayanır. En sık kullanılan tork Algılayıcılarıdir.
4.5 Akış Algılayıcıları
4.5.1 Diferansiyel Basınç Akış Ölçümü
Debi yaygın olarak bir akışkanın bir boru içerisindeki kısıtlanmış bölmeden geçirilmeye zorlanması ile ölçülür. Bu zorlanma ile hız değişir ve debi ile orantılı basınç oluşur.Borunun yarı kesiti büyüdükçe akışkanın hızı azalır ve basınç artar. Yarı kesit küçüldükçe hızı artar basınç azalır. İki basınç farkı diferansiyel basınç algılayıcıü ile ölçülür.
4.5.2 Mekanik Akış Ölçümü
Mekanik elemanlar sıvı akışına yer değiştirerek yada belli bir hız oranında dönerek cevap verecek şekilde dizayn edilmişlerdir. Viskozitesi 500 Cp'a kadar olan temiz akışkanların, asitlerin, bazların, solventlerin ölçümünde kullanılır.
4.5.3 Isıl Akış Ölçümü
Hareket eden sıvı içerisinde 2 nokta arasında taşınan ısı miktarı akan kütle ile doğru orantılıdır.
4.5.4 Magnetik Akış Ölçümü
Elektromotor güce sahip olan manyetik alan içerisinden geçen iletken sıvı, hızıyla artan bir elektromotor kuvvet indükler. Magnetik akış ölçerler, ölçüm sırasında debi düşümü yaratmazlar, akışkanın viskozite, basınç, sıcaklık değişimden etkilenmezler. Yatay ve dikey şekilde montaja uygundurlar ve ölçüm sırasında akışı engellemediğinden kimya, ilaç, gıda, kağıt hamuru, su ve benzeri uygulamalar için uygundurlar.
4.5.5 Salınımlı Akış Ölçer
Salınımlı akış ölçümünde akışın içine yerleştirilen bir engel üzerinde oluşan vorteks kaynaklı titreşimler algılanır ve Titreşimin frekansı akışkanın hızı ile doğru orantılıdır.
4.5.6 Ultrasonik Akış Ölçümü
Ultrasonik akış transdüserler Doppler efektinden faydalanır. Akışkanın içine gönderilen frekansı bilinen bir ultrasonik ses, akışkanın içindeki partiküller, hava kaparcıklarından yansıyarak geri döner. Dönen sinyalin frekansındaki değişiklik akışkanın hızı ile orantılıdır. Bir diğer yöntemde, bir ultrasonik dalga sıvı içerisinden gönderilir. Alıcı algılayıcı bu dalgayı alır almaz ikinci bir dalga gönderir. İki dalganın arasındaki varış süresi farkından akışkanın hızı çıkarılabilir.
4.6 Nem Algılayıcıları
Nem algılama için 4 tip metod kullanılır. Higrometreler direkt olarak %RH ile kalibre edilen bir çıkış verir. Psikometreler iki sıcaklık değeri ölçüp bir grafik aracılığı ile bu değerlerini nem veya %RH ile ilişkilendirmek zorundadırlar. Yoğunlaşma noktası algılayıcıü eğer gösterilmesi istenen özellik yoğunlaşma noktası değil ise nem oranının bir tablo aracılığıya sıcaklık ölçümünden çıkarılmasını sağlar. Son olarak uzaktan algılama sistemleri nemi kütle ya da hacim olarak ölçebilir.
4.7 Seviye Algılayıcıları
Sıvı seviveyi çoğunluk uzunluk boyutuyla, sıvı yüzeyinin her hangi bir referans noktasına göre yüksekliği olarak verilir. Sıvı seviye ölçümleri ile ilgili hesaplar rahatlıkla bir mikroçip tarafından yapılabilir. Böylece eğer tankın geometrisi ve ölçüleri biliniyorsa sıvının hacmi, eğer ağırlığı da biliniyorsa özkütlesi bulunabilir.
İletkenlik ile Seviye Ölçümü:
Elektriği ileten bir sıvının seviye ölçümü kontakt halindeki iki elektrodun arasındaki resistans değişimi izlenilerek ölçülebilir. Bu yol ile sürekli seviye ölçümleride de ayrık seviye ölçüleri gibi ölçülebilir. Hatta eğer tankın duvarları metal ise İki elektrot olarak kullanılabilir.
Kapasitif Seviye Ölçümü :
Bir sıvının dielektrik sabiti hava, gaz veya diğer sıvılardan farklıdır. Eğer bir veya daha çok çift elektrot bir sıvıya batılırsa, dielektrik sıvı seviyesindeki artma veya azalmalara bağlı olarak çeşitlilik gösterir ve bu elektrot çiftleri arasında kapasitans farkı oluşturur. Bu prensip ile hem sürekli seviye hem nokta seviye algılanması yapılır. Eğer birden fazla çift elektrot kullanıldıysa algılayıcı element alternatif tüplü iki ya da dört koaksiyel tüp ile beraber çalıştırılabilir Çoğunlukla bir kolu seviye algılamayı yapan bir element ile oluşturulan dört kollu ac köprü network kullanılır.
4.8 Basınç Algılayıcıları
Basınç elastik bir mekanik eleman üzerinden ölçülür.
4.8.1 Kapasitif Basınç Transdüseri
Basınç statik bir diyafram üzerine etkir.
4.8.2 Endüktif Basınç Algılayıcıları
Üzerine basınç düşen metalik diyaframın bir bobinin öz endüktansını değiştirme etkisi kullanılır.
4.8.3 Relüktif Basınç Algılayıcıları
iki temel tip relüktif element içerir. LDVT ve çift bobinli endüktans köprüsü. İlki algılama elementleri olarak körükleri, kapsülleri ve Bourdon tüplerini kullanırken diğeri diyaframları ya da Bourdon tüplerini kullanır.
4.9 Sıcaklık Algılayıcıları
Sıcaklık hissedici elemanlar genellikle sıcaklığı ölçülecek olan yüzeye temas etmek suretiyle çalışırlar. Temassız sıcaklık transdüserler de mevcuttur.
4.9.1 Termoelektrik Sıcaklık Algılayıcıları
Seebeck Etkisi olarak adlandırılan "Farklı iki iletken bir devre oluşturuyorsa ve devrenin iki noktası arasında bir sıcaklık farkı var ise bu devreden bir akım geçer." Prensibini kullanır. Bu algılayıcılar termik çift ( thermocouples ) olarak da adlandırılır.
4.9.2 Rezistif Sıcaklık Algılayıcıları
İletkenlerin iletkenliği sıcaklık ile değişir. RTD olarak da bilinen bu transdüserler bu prensibi kullanmaktadır. Yarıiletkenlerin kullanıldığı tiplerine genellikle termistör denir. Pirometreler temassız olarak sıcaklık ölçen cihazlardır. Cisimlerin sıcaklıklarını yaydıkları ısıdan ölçer. Ölçme aralıkları 3000 °C dereceye kadar çıkabilmektedir.
5.1.1 Thermocouple
Bir thermocouple iki farklı metalin birleştirilmesiyle oluşturulur. Doğru alaşım seçimi ile ölçülebilir ve kestirilebilir bir sıcaklık-gerilim ilişkisi elde edilir. Thermocouple'larla ilgili en sık yanlış anlaşılan konulardan biri de gerlimin tam olarak nerede oluştuğudur. Çoğu kimse bu gerilimin iki metalin birleşim noktasında var olduğunu düşünür; ancak gerçekte çıkış gerilimi bimetal üzerinde uzunlamasına (sıcaklık değişimi yönünde) oluşur. Thermocouple ların ürettiği gerilim seçilen metallerin cihaz bağlantı noktasında var olan termoelektrik enerjilerinin farkıdır. Bu kestirilebilir gerilim gerçek işlem (Proses) sıcaklığıyla ilişkilendirilebilir. Bu algılayıcıların geniş bir çalışma aralığı vardır ve yüksek sıcaklık uygulamaları için idealdirler. Soy metal alaşımlarından yapılmış olan thermocople'lar 1700 C a kadar olan sıcaklıkları izleme ve kontrol için kullanılabilirler. T/C lar özellikle minyatür algılayıcı tasarımları için de idealdir. Basit yapıları olumsuz ortam koşullarına (aşırı şok, vibrasyon gibi) dayanıklı olmalarını sağlar. Thermocouple'lar sıcaklık değişimlerine ani değişiklik göstermek üzere küçük boyutlarda düzenlenebilirler.
T/C'lar pekçok şekil ve boyutta olabilirler. Yalıtımlı en çok kullanılan tiptir. Bu tip bir T/C de tel haline getirilmiş metal alaşımlar yalıtım malzemesiyle kaplanır; bu malzeme thermocouple alaşımları arasında hem fiziksel hem de elektriksel yalıtım sağlar. Yalıtım malzemeleri 1260 C'a kadar olan sıcaklıklarda işlevlerini sürdürebilirler. Termocouple'lar kısa dönemli ölçümler için ekonomiktir.
5.1.2 RTD
Bunlar hassas sıcaklık algılayıcılardır. Hassaslık, uzun süreli elektriksel direnç kararlılığı, eleman doğrusallığı ve tekrarlanabilirliği gibi özellikler isteyen uygulamalarda kullanılırlar. Çok geniş bir sıcakılık aralığında ölçüm alabilirler (Bazı platin algılayıcılar -164 C ; +650 C arasında çalışabilir).
RTD' lerde bulunan algılama elemanı genellikle bir platin tel sargısı veya seramiğe uygulanmış ince bir metalik tabakadır.
Bu gün 0.0025 C kararlılığa sahip hassas termometre üretilebilmektedir. Endüstriyel modeller yılda (<0.1 C) civarında kayma gösterebilirler. Platin ve bakır elemanlara sahip RTD'ler T/Clara ve pekçok termistöre göre daha doğrusal bir davranış gösterirler. T/C'dan farklı olarak bir RTD cihaz bağlantıları için bakır kullanır ve dolayısıyla "cold junction compensation" gerektirmez. Bu da sistem maliyetinin düşmesini sağlar. RTD nin dezavantajları ise, daha yavaş tepki, şok ve vibrasyona duyarlılık, sıcaklık değişimlerinde küçük direnç değişimi (düşük duyarlılık), ve düşük taban direncidir. Bu sorunu üstesinden gelebilmek için 3 veya 4-kablolu devreler kullanılır. Bu yöntem sıcaklığa bağlı direnç değişimlerini ölçmede bir çeşit köprü devresi etkisi yaratır. Tel uzunluğuna bağlı hatalar da en aza indirilir; çünük direnç değişimi RTD algılama noktasında oluşur. Ölçümün hassaslığı öncelikle kontrol veya ölçüm cihazındaki sinyal koşullama devresine bağlıdır. Nokta ölçümler genel olarak rağbet görse de hatalara sebep olmaktadır. RTD'ler geniş bir alana yayılarak pekçok noktadan ölçüm alabilirler ve bunların ortalamasını vererek dah az hatalı sonuçlar eldesini sağlarlar. T/C'larla bunun uygulanması pek mümkün değildir. RTD üzerindeki gerilim düşüşü T/C çıktısından çok daha kuvvetli bir işaret üretir.
5.1.3 Termistörler
Bu algılayıcılar küçük sıcaklık değişikliklerine karşı duyarlıdırlar. Düşük sıcaklık uygulamaları için (sınırlı sıcaklık aralıklarında) uygundurlar. Fiziksel boyutları küçüktür. Nokta tipi algılayıcılar için boyutları bir iğne ucu kadar olabilir. Termistörler kullanıldıkça daha kararlı hale gelirler. Termistörün derecesine ve fiyatına bağlı olarak performansı düşük doğruluktan kaliteli RTD'lerle boy ölçüşebilecek yüksek doğruluğa kadar değişebilir. Termistörler bir işlem değişkeninin yarım veya bir dereceye kadar olan sıcaklık aralığındaki kontrolüne olanak tanırlar. Pekçok termistör RTD'lerden daha ucudur; ancak koruyucu kılıflarla bu fiyat aralığı daralır. Termistörlerin ana direnci binlerce ohm olabilir. Bu da aynı ölçüm akımı ile RTD'lerden daha büyük bir gerilim değişikliği sağlar; ve kablo direnci problemlerini ortadan kaldırır. Termistörlerle çalışırken akıma dikkat edilmelidir çünkü termistörler sıcaklığa RTD'lerden daha duyarlıdırlar. Yeni termistörlerden bazıları bunu engellemek için farklı bazı düzeneklere sahiptirler ancak fiyatları da ona göre yüksektir.
Termistörlerin dezavantajlarına gelince bunlar algılayıcıün kırılgan yapısı, sınırlı sıcaklık aralığı, yüksek sıcaklıklarda dekalibrasyondur. Termistörler birbirleriyle değiştirilebilirler ve ek bir devre eklenmediği sürece devre açmalarına karşı bir güvenlik sağlayamazlar. Ayrıca termistörler RTD'ler ve thermocouple'larla aynı seviyede endüstri standartlarına sahip değildirler.
5.2 Temassız Algılayıcılar
Bir IR cihazı nesne tarafından yayılan enerjinin bir kısmını toplar ve onu nesnenin bilinmeyen sıcaklığı ile ilişkilendirir. IR algılayıcılar birçok avantaja sahiptirler ve temaslı algılayıcıların uygun olmadığı her yerde kullanılabilirler. IR algılayıcıü ısı kaynaklarından uzağa monte edilerek bunların ölçüm değerlerini etkilemesi önlenebilir, kirli veya patlayıcı ortamdan izole edilmeleri tavsiye edilmektedir. Bazı IR Algılayıcıları özel IR sıcaklık kontrolleri ile kullanılabilir. Bu seri veri iletişimi ve kaydı seçenekleri ile kapalı devre temassız bir sıcaklık kontrol sistemi sağlar.
Bu tip bir algılayıcı seçimi gerektiğinde aşağıdaki noktalara dikkat edilmesi gereklidir:
" Sıcaklık okuma hassasiyeti
" Ölçüm yapılacak sıcaklık aralığı
" Maksimum sıcaklık seviyesine karşı duyarlılık sınırı
" Sıcaklık değişikliğine karşı verilen tepki hızı ve algılama doğruluğu
" Kararlılık ve doğruluğun devam etme süresi
" Ortam sınırlamalarının düzeyi
Doğru sıcaklık algılayıcıünü seçmekte dikkate alınması gereken bir başka nokta uygulamaının doğruluk derecesine ve cihazın monte ediliş şekline göre farklılık gösteren bütçe ve fiyattır.
Yukarıda belirtildiği gibi fiziksel büyüklüklerdeki değişimler herbiri farklı yapıya sahip algılayıcılar tarafından algılanırlar. Algılanan bu değişimler gerektiğinde uygun bir sinyal koşullama cihazı tarafından bilgisayarın algılayabileceği seviyeye gelebilmesi için bir dizi işlemden geçirilir. Bilgisayardaki veri toplama kartı tarafından algılanan bu tür büyüklükler uygun analiz yazılımı tarafından işlenerek amaca uygun elektriksel işaretlere çevrilir. Sayısal ya da İşaretsel olarak üretilen bu çıkış işaretleri otomasyonun amacına uygun olarak seçilen ve elektriksel işaretleri fiziksel büyüklüklere dönüştüren cihazlara gönderilir. Servo ya da Step motoru, Direnç, Ampul, Piezoelektrik, Katı hal ışık kaynağı, elektro mıknatıs vb tanımlanan bu tip cihazlar Actuator olarak tanımlanır. Bu cihazlara ait detay bilgi Hareket kontrolu bölümünde verilmiştir.
Endüstride Endüktif, Kapasitif ya da Ultrasonik yaklaşım anahtarı, Foto Elektrik algılayıcı, T/C (Termocouple) Yük hücresi (LoadCell), Gaz ya da sıvı akış miktarı algılayıcıları (Flow meters), Mekanik anahtarlar gibi onlarca algılayıcı tipi sıklıkla kullanılmaktadır. Bu algılayıcıların kullanılması ve uygulanması diğer bazı algılayıcıya göre daha basit sayılır.
Endüstride kullanım alanı bulan algılayıcılara diğer tip bir örnek olarak kullanımının biraz daha karmaşık ve önemli olması ve bir miktar özel bilgi gerektirmesi açısından Piezoelektrik yapısallığındaki İvme ölçerler verilebilir. Aşağıda bu tip algılayıcılara ait bilgiler yer almaktadır.
6 ALGILAYICI SEÇİMİ
Bu kadar çok algılayıcı çeşidi varken yapılacak uygulama için uygun algılayıcının belirlenmesi büyük önem kazanır. Algılayıcı seçimi statik ve dinamik karakteristikler yanında ortam etkileri ve işlevsellik gibi birkaç önemli faktöre de bağlıdır. Algılayıcı seçimi ile ilgili bilgiler Tablo 2 ile aşağıda sunulmuştur.
6.1 Ölçüm Koşulları
" Ölçümün temel amacı nedir?
" Ölçülen büyüklük nedir?
" Ölçüm aralığı nedir?
" Ölçümün doğruluk seviyesi ne olacaktır?
" Ölçülen büyüklüğün dinamik karakteristiği nedir?
" Ölçüm sırasında ölçüm aralığının aşılması ne ölçüde olacaktır?
" Ölçülen büyüklük bir akışkan ise fiziksel ve kimyasal özellikleri nedir?
" Transdüser nereye ve nasıl monte edilecektir?
" Transdüserin maruz kalacağı çevresel etkiler nelerdir?
6.2 Veri Toplama Sistemi Koşulları
" Veri toplama sistemi analog mu yoksa dijital mi?
" Veri toplama sisteminin sinyal koşullama, çoğullaştırma, analog-dijital çevirme özelliği
" Transfer öncesi tampon bellek (buffering) özellikleri
" Veri kaydı ve işleme özellikleri
" Veri toplama sisteminin doğruluk, frekans cevabı özellikleri
6.3 Bulunabilirlik Koşulları
" Tüm istekleri yerine getiren transdüser piyasadan bulunabiliyor mu?
" Aksi taktirde
? Varolan bir transdüsere küçük değişiklikler yapmak yeterli olacak mı?
? Yeni bir tasarım yapmak mı gerekecek?
? Bu işi üstlenebilecek üreticiler kimlerdir?
? Transdüser zamanında teslim edilebilecek mi?
6.4 Maliyet Faktörleri
" Önerilen transdüserin maliyeti göstereceği fonksiyon ile orantılı mı?
" Seçilen transdüserin sebep olacağı test, periyodik kalibrasyon, kurulum gib ekstra masraflar nelerdir?
" Veri toplama sisteminde yapılması gerekecek olan düzenlemeler nelerdir?
7 PIEZOTRONICS ALGILAYICILAR
Kur dönemi sırasında, erkek bukalemunlar, baykuş sesine benzeyen sesler çıkararak dişileri çağırırlar. Ancak sonradan üzerinde bulundukları dalları titreştirerek haberleşmelerine ve/veya anlaşmalarına devam ederler. 150 Hz civarındaki bu sinyaller ilk defa bir PCB Piezotronics firmasının 35B65 koduyla ürettiği ivmeölçer ile kaydedilmiştir. Araştırmacılar bu modelin seçiminde düşük genlikli sinyallerin algılanabilmesindeki hassasiyet ve doğruluk kriterlerini dikkate alınmıştır. Bu tip Algılayıcıların seçimi bir miktar uzmanlık gerektirir. Konunun daha iyi anlaşılabilmesi için aşağıdaki yazımızda somut örnekler verilerek anlatım kolaylaştırılmaya çalışılmıştır.
Anlatılanlar 4 ana başlıkta toplanmıştır:
İVME ÖLÇERLER (Accelerometers)
KUVVET ALGILAYICILARI (Force Sensors)
BASINÇ ALGILAYICILARI (Pressure Sensors)
AKUSTİK TEST ÜRÜNLERİ (Sound & Vibration Sensing Systems
7.1 İvmeölçerler
Hassas ölçümler için çok geniş bir piezoelektronik titreşim ve şok ivmeölçer çeşidi vardır. Bu tasarımlara örnek olarak kuvarz, ICP, cryogenic, çevresel gerilme önlemeli, yüksek frekanslar için, minyatür, darbe, piroşok, halka şeklinde, üç eksenli, uçuş testleri için, düşük profilli, yüksek sıcaklığa dayanıklı, sismik, düşük maliyetli ve endüstriyel tipler sayılabilir.
7.1.1 Hassas Kuvarz ICP İvme ölçerler (Precision Quartz Shear ICP Accelerometers)
Elektronik donanıma sahip olan bu kuvarz ICP ivme ölçerler ile laboratuvarda, fabrikada ve çalışılması zor ortamlarda hassas ölçümler yapılabilir.
Genel amaçlı ölçümler
Isıl dengesizliklerin bulunduğu ortamlarda test imkanı
Yapısal testler
7.1.2 Cryogenic Kuvarz ICP İvmeölçerler (Cryogenic Quartz Shear ICP Accelerometers)
Normal gerilim modu Algılayıcılarının çalışmasının mümkün olmadığı -50 °C 'nin altındaki sıcaklıklarda uygulamalar için tasarlanmıştır.
Roket motorlarının yapısal testleri
Süperiletkenlerin analizinde
Soğukta çalışan (cryogenic) pompaların izlenmesinde
7.1.3 Çevresel Gerilme Önlemeli (ESS) İvme ölçerler (Environmental Stress Screened Accelerometers)
Isıl yorulmaya karşı dayanıklı mikrohibrid elektronik elemanlar ile kuvarz duyaçlarının birleştirilmesiyle ortaya çıkmıştır. Teorik çevrimlerin kontrolü gibi ısıl dengesizliklerin hakim olduğu ortamlarda kullanılmak üzere tasarlanmıştır.
Isıl-titreşim kombinasyonlarının analizi
Isıl çevrimlerin incelenmesi
Kalite laboratuvarlarındaki uygulamalar
7.1.4 Havacılık Testleri İçin İvmeölçerler (Flight Tested Accelerometers)
Bu ivme ölçerler Uluslararası havacılık Kurulunun hazırladığı havacılık standartlarına uyum testlerinin yapılmasında kullanılır.
Yük taşıyan alanlarda yapısal titreşim analizleri
Roket yakıt hücrelerinde titreşim cevabı incelenmesi
Uzay araçlarının kalkışlarındaki düşük frekanslı titreşimlerin analizi
Uçuş sırasındaki mod ve titreşim analizleri
7.1.5 Yüksek Frekans Minyatür İvmeölçerler (High Frequency Miniature Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler test edilen ortamda, kütle artışına yol açmamak için hafif üretilmişlerdir. Yüksek frekans cevabı karakteristikleri son derece iyidir.
Baskı devre kartlarının yapısal testleri
Yüksek hız dişli kutularının analizi
7.1.6 Yüksek sıcaklığa dayanıklı ICP ivme ölçerler (High Temperature ICP Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler içten güçlendirilen tipik ivme ölçerlerin çalışamayacağı kadar yüksek sıcaklıklarda ( >150 °C) titreşimleri, yüksek hassasiyetle izleyebilirler.
Motor titreşimlerinin incelenmesi
Egsoz sistemlerinde titreşimlerinin incelenmesi
Sıcak şekil verme makinalarının analizleri
Yüksek sıcaklıktaki üretimlerin testleri
7.1.7 Yüksek sıcaklık yük modu ivme ölçerler (High Temperature Charge Mode Accelerometers)
Yüksek çıkış gerilimi üreten seramik bir duyaç elemana sahiptirler ve 254 °C 'ye kadar ölçme kabiliyetini korur.
Motor manifoldunun izlenmesi
Jet motorlarının titreşim analizleri
Buhar türbinleri testleri
7.1.8 Düşük Maliyetli İvmeölçerler (Low Cost Series Accelorometers)
Bu tip ivme ölçerler düşük maliyet ön planda tutularak üretilmiş basit bir yapıya sahip, tek nokta kalbrasyonuna izin verirler.
Düşük bütçeli uygulamalar
Eğitim amaçlı testler
Geniş kapsamlı uygulamalar
7.1.9 Zor endüstriyel uygulamalar için ivme ölçerler (Industrial Ruggedized Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler kaba ve ağır çalışma şartlarına uygundur. Çift seviyeli, dayanıklı ve paslanmaz çelik gövdeye sahiptir. Bu gövde radyo ve elektromanyetik dalgaların oluşturacağı parazitlere karşı iyi bir yalıtım sağlar.
Sualtı pompaları için titreşim izlenmesi
Yataklama hataları analizleri
Makina ömrü izlenmesi
7.1.10 Düşük profilli ICP ivme ölçerler (Low Profile Series ICP Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler patentli kuvarz destek teknolojisi sayesinde, bu küçük ivme ölçerden yüksek bir çıkış sinyali elde etmek mümkündür. Ayrıca bu ivme ölçer montaj sırasında ve ısıl değişmelerden kaynaklanan gerilmelere karşı çok az duyarlıdır.
Rüzgar tüneli testleri
Sınırlı alanlarda montaj kolaylığı
Uzay araçlarının yapısal testleri
7.1.11 Halka İvmeölçerler (Ring-Shaped Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler kendi etrafında 360° dönebilir ve elektrik bağlantılarını kolaylaştırır. Genellikle düşük profillidir.
Sınırlı alanlarda montaj kolaylığı
Hava akışı kaynaklı titreşimlerin izlenmesi
Genel amaçlı titreşim testleri
7.1.12 Sismik ICP İvmeölçerler (Seismic ICP Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler, binalar, köprüler ve diğer büyük yapılar üzerinde oluşan çok düşük genlikli ve düşük frekanslı titreşimleri ölçer. Ağır olmaları sayesinde çözünürlükleri büyüktür ve uzun kablolar boyunca bozulmadan gidebilen yüksek voltajlı düşük empedanslı çıkış üretirler.
Bina titreşim izlenmesi
Deprem tespiti çalışmaları
Köprülerin yapısal testleri
Jeolojik çalışmalar
7.1.13 Şok İvme ölçerler (Shock Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler darbe testleri sırasında oluşan yüksek ivmelenmeleri ölçebilir. 0,1 saniye süren anlık olayları izleyebilecek şekilde tasarlanmıştır.
Uzay araçlarındaki ayrılmaların incelenmesi
Balistik darbe testleri
Patlayarak şekil verme işlemleri
Pres makinalarının karakteristiklerinin incelenmesi
7.1.14 Üç Eksenli İvmeölçerler (Triaxial Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler birbirine dik üç doğrultuda titreşimlerini ölçer.
Motor titreşimlerinin incelenmesi
Yatak titreşimlerinin izlenmesi
Uzay araçlarındaki yapısal testler
7.1.15 Sıkıştırılmış Kuvarz ICP İvmeölçerler (Quartz Compression Mode ICP Accelerometers)
Bu tip ivme ölçerler rutin laboratuvar testleri ve uygulama alanı için geniş ölçüde kullanılır. Basit ve sağlam yapıları, tercih edilmelerinin sebebidir.
Yapısal titreşim ölçümleri
Rutin laboratuvar ve sanayii alan testleri
Makina ömrü izlenmesi
7.2 Kuvvet Algılayıcıları
Kuvarz kuvvet Algılayıcıları, sıkışma, çekme gerilmeleri, darbe, tepki ve etki kuvvetlerini ölçen sağlam, uzun ömürlü, dinamik hissedici elemanlardır. Uygulama alanları arasında; tüm soğuk ve sıcak plastik şekil verme işlemleri, talaşlı imalatlar, kaynak işlemleri ve test işlemleri gelmektedir.
Kuvarz kuvvet Algılayıcılarının bazı özellikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir:
Çelikle kıyaslanabilecek kadar yüksek rijitlik
-Yüksek voltaj-düşük empedanslı çıkış (ICP tip algılayıcılar için)
-Hızlı yüksek frekans cevabı
-Küçük boyutlarda büyük kuvvet sinyallerini algılama özelliği
-Büyük statik yükler üzerindeki küçük kuvvet dalgalanmalarını ölçme yeteneği
-Rijid konstrüksiyonu sayesinde dayınıklı ve uzun ömürlüdür
-Çok iyi doğrusallık, sabitlik ve tekrarlanabilirlik
-Sanki-statik cevap sayesinde statik kalibrasyon yapılabilir ve sabit ısıl şartlar altında sanki-statik ölçümler yapılabilir
Kuvvet Algılayıcılarının tipik kullanım alanları:
Darbe kuvvetlerinin izlenmesi
Çarpışma testleri
Pres kuvvetlerinin izlenmesi
Kuvvet kontrollü zorlanmış titreşimlerin izlenmesi
Mekanik empedans
Talaşlı imalat
Düşürme testleri
Titreşim uyaranları
Nüfuz etme (penetrasyon) testleri
Mukavemet testleri
Kopma noktası testleri
Kuvvet Algılayıcılarını seçerken test edilen ortamın özellikleri mutlaka göz önünde tutulmalıdır.
7.2.1 Darbe kuvarz kuvvet algılayıcısı (Impact Quartz Force Sensors)
Düşük profilli bu kuvvet Algılayıcıları, rijitliikleri sayesinde dinamik sıkıştırma ve dabe testleri için idealdir.
10 mikrosaniye gibi hızlı cevap süresine ve 5 V'a ulaşan yüksek gerilim-düşük empedans çıkışına sahiptir.
Düşük profili sayesinde montaj kolaylığı sağlarlar. Statik kalibrasyonla ve kısa süreli statik cevapla:
Darbe izlenmesi
Çarpışma testleri
Presleme
7.2.2 Halka Kuvvet Algılayıcıları (Ring Quartz Force Sensors)
Bu tip kuvvet Algılayıcıları, soğuk şekil verme, talaşlı imalat işlemleri sırasında ortaya çıkan dinamik basma, çekme gerilme ölçmeleri için uygundur. Çeliğe yakın rijitliğe sahiptirler. Hava sızdırmazlık sağlayan kaynak sayesinde elverişsiz ortamlarda güvenle kullanılabilirler. Statik kalibrasyon ve kısa süreli statik ölçme özellikleri vardır. Yüksek doğrusallık ve tekrar edilebilirlik özellikleri oldukça iyidir.
Presleme izlenmesi
Kuvvet kontrollü zorlanmış titreşimler
Mekanik empedans testleri
7.2.3 Genel Amaçlı Kuvarz Kuvvet Algılayıcıları (General Purpose Quartz Force Sensors)
Bu algılayıcılar ile 44 kN'a kadar basma kuvvetini ve 3 kN'a kadar çekme kuvveti ölçülebilir.
Çekme, basma ve darbe kuvvetlerini ölçebilir ve yüksek statik kuvvetlerdeki küçük değişmeler ölçülebilir.Yüksek gerilim (5V), düşük empedans (100 ohm) çıkışa sahiptir.
Sabit kalibrasyona ve yüksek rijitliğe sahiptir.
Talaşlı imalat
Malzeme testleri
Düşürme testleri
Kuvvetleri modal analizi
Titreşim uyaranları
7.2.4 Nüfuz Etme Testleri İçin Kuvarz Kuvvet Algılayıcıları (Penetration Testing Quartz Force Sensors)
Bu tip kuvvet algılayıcılar Malzeme özelliklerinin belirlendiği testlerde, numuneyi kesmeden karakteristik değerleri ölçülebilir. Özellikle enjeksiyon dökümden çıkan polimer bazlı malzemelerin akma ve kopma gerilme değerlerinin hesaplanması ve benzer şekilde sıcak form verilen plastiklerin karakteristik özelliklerinin belirlenmesi için tasarlanmıştır.
Mukavemet testleri
Düşürme testleri
Plastik malzemelerin testi
7.2.5 Minyatür Yüksek Hassasiyetli Kuvarz Kuvvet Algılayıcıları (Miniature High Sensitivity Quartz Force Sensors)
Çok küçük (gram seviyesinde) kuvvetleri izlemek için tasarlanmıştır. Bu tip Algılayıcıların kendine ait güçlendiricisi vardır. Çok yüksek çıkış verir (5mV/gmf).
Çok küçük basma veya çekme gerilmelerinin ortaya çıktığı uygulamalar
Malzemelerin kopma noktası belirlenmesi testleri
Nüfuz etme kuvvetlerinin hesaplanması
7.2.6 Bağlantı Kuvarz Kuvvet Algılayıcıları (Link Quartz Force Sensors)
Fabrikalarda ve üretim ortamlarındaki elverişsiz koşullarda, çekme ve basma gerilmelerini ölçebilen; gerilim ve yük modunda çıkış verebilen algılayıcılardir.Bu Algılayıcıların montajı basit ve kolaydır. Sürekli çalışmaya uygundur.
Basınç kuvveti izlemenmesi
Yorulma testi
Endüstriyel ortamlar
7.2.7 Endüstriyel Presler İçin Kuvarz Kuvvet Algılayıcıları (Press Monitoring Quartz Force Sensors)
Kartuş kapsüllerinin presle üretilmesi sırasında oluşacak kuvvetin izlenmesi için geliştirilmiştir. Bu algılayıcılar, presleme kuvvetini izler ve normal üretim ile hatalı üretimi ve kalıpların aşınmasını belirleyebilir.
7.3 Basınç Algılayıcıları
Piezoelektrik basınç algılayıcıları ile iç basınç, darbe, balistik ölçümler, patlama, içten yanmalı motorlarda, şok ve patlama dalgaları, yüksek şiddetli ses ve diğer akustik ve hidrolik prosesler gibi 0,001 psi'den 100 psi'ye kadar dinamik basınç ölçümleri yapılabilir.
Piezoelektronik Basınç Algılayıcılarının bazı Karakteristikleri asağıdaki gibi özetlenebilir.
" Diyaframlar yüksek frekanslı ve rezonant olmayan darbe ve patlama dalgalarının cevaplarını yüksek doğruluk ile ölçer.
" ICP basınç Algılayıcıları kirli ortamlarda, sualtında, uzun standart koaksiyel kablolar yolu ile herhangi bir sinyal kaybına uğramadan ve parazit almadan sinyal gönderebilirler.
" Kuvarz basınç Algılayıcılarının dinamik çalışma aralığı çok geniştir. Bir piezoelektrik kuvarz algılayıcının ölçme aralığına ulaşması.
" için dar bantlı birçok gerilme ya da piezodirençli tip algılayıcı gerekecektir.
" Çalışma sıcaklıkları yaklaşık -240 °C'dan 300 °C'a kadar geniş bir aralıktadır.
" Dayanıklı ve rijit konstrüksiyonu sayesinde, şiddeti yerçekimi ivmesinin onbinlerce katına ulaşan şok darbelerine ve
" titreşimlere dayanabilir.
" Metrik ya da İngiliz ölçme sistemine göre konfigürasyon yapılabilir.
Dinamik Basınç Algılayıcılarının Tipik Uygulama Alanları
İçten yanmalı motorlar
Akış kaynaklı gürültüler
Balistik ölçmeler
Kavitasyon
Kompresörler
Darbeler
Pompa ve valf dinamik davranışları
Hidrolik ve pnömatik uygulamalar
Su darbesi
Türbülans
Rüzgar tünelleri
Gaz ve buhar türbinleri
7.3.1 Genel Amaçlı Kuvarz Basınç Algılayıcıları (General Purpose Quartz Pressure Sensors)
Bu algılayıcılar ile sıkıştırma, yanma, patlama, darbe, kavitasyon, pnömatik ve hidrolik basınçların ölçülmesi mümkündür.
Endüstriyel pompa basıncı izlenmesi
Hidrolik ve pnömatik basınç hattı izlenmesi
Akış kaynaklı titreşimler
Darbeler, dalgalanmalar, su darbesi, kavitasyon
7.3.2 Yüksek Hassasiyetli Basınç Algılayıcıları (High Sensitivity Pressure Sensors)
Bu bölümdeki tüm algılayıcılar, akustik, türbülans ve yüksek yoğunluklu ölçmeler için mikrofonlar ve basınç algılayıcılar. titreşim hassasiyetini azaltmak üzere ivme kompensasyonu elemanları ile donatılmıştır.
Akustik
Türbülans
Yüksek şiddetli ses
Uçuş testleri
Valf dinamiği
7.3.3 Yüksek Frekans Şok/Dalga/Patlama Basınç Algılayıcıları (High Frequency Shock Wave/Blast/Explosion Pressure Sense)
Bu tip basınç Algılayıcıları seramik ya da turmalin duyaç elemanlara sahip çok yüksek frekansları ölçmek için tasarlanmaktadır. şok dalgaları, yanma, patlama ölçümleri; yörünge hızı tespiti, açık alan ve sualtı patlatma testleri tipik kullanım alanlarıdır.Tüm bu uygulamalar yüksek frekans cevabı ve dayanıklılık gerektirmektedir.
7.3.4 Balistik Basınç Algılayıcıları (Ballistic Pressure Sensors)
Bu algılayıcılar cephane ve silah testlerinde, patlayıcı testlerinde, silahlardaki geri tepmenin ölçüldüğü testlerde ve çok yüksek frekanslı patlamaların testinde kullanılan çok dayanıklı basınç ölçerlerdir.
7.3.5 İçten Yanmalı Motorlar İçin Basınç Algılayıcıları (Engine combustion Pressure Sensors)
Bu tip basınç Algılayıcıları ile motordaki yanma olayının inceleyenmesi mümkündür Yanma sürecinin izlenmesi, sıkışma, vuruntunun izlenmesi, termodinamik analizler ve tepe basıncının izlenmesi tipik uygulama alanlarıdır.
7.3.6 Yüksek Sıcaklık ve Çok Düşük Sıcaklık Basınç Algılayıcıları (High Temperature and Cryogenic Pressure Sensors)
Bu tip basınç Algılayıcıları reaktörlerdeki, kompresörlerdeki, motorlardaki, türbinlerdeki, ısı değiştiricilerindeki, buhar borularındaki ve yanma odalarındaki dinamik basınçları ölçmektedir.
Çok düşük sıcaklık (cryogenic) basınç Algılayıcılarının rijid yapıları şoklara ve aşırı yüklenmelere karşı dayanıklıdır. İçerdiği özel düşük sıcaklık mikroelektronik elemanlar ile gaz ve akışkan dinamiğinde, akışkan dengesizliklerinin ölçülmesinde, darbelerin ve akış kaynaklı gürültülerin izlenmesinde kullanılmaktadır.
7.3.7 Minyatür Basınç Algılayıcıları (Miniature Pressure Sensors)
Bu alt gruptaki algılayıcılar sınırlı monte alanının olduğu ya da diyafram çapının kritik olduğu uygulamalarda kullanılmaktadır. Isıl dengenin olduğu akışkan dinamiği uygulamalarında kullanılırlar.
7.3.8 Roket Motoru Basınç Algılayıcıları (Rocket Motor Pressure Sensors)
Bu algılayıcılar roket motorunun çıkışındaki ısıl akış kaynaklı dinamik basınçların ölçülmesi amacı ile özel olarak üretilmiştir. Soğuk helyum gazı akışı kullanılarak algılayıcı soğutulmaktadır. Bu şekilde tasarlanan bu algılayıcı çıkışındaki yüksek sıcaklığa dayanabilmektedir.
7.4 Akustik Test Sistemleri
" Modal Olarak Kalibre Edilmiş Darbe Çekiçleri (Modally Tuned Impact Hammers)
" Sinyal Koşullayıcı Sistemler (Signal Conditioning Systems)
" Mikrofonlar
" 3D Sonic Digitizer
Modal Olarak Kalibre Edilmiş Darbe Çekiçleri
Birçok uygulama alanı olan bu test cihazları ile yapısal dinamik ve mekanik titreşim sorunlarını çözmek; rezonans frekanslerın tespit etmek, deneysel tasarım ve modal analiz yapmak mümkündür. Modal analiz için FFT analizörleri ve PC veri toplama kartları ile uyumlu çalışır.
Bazı Kullanım Alanları:
Bilgisayar sabit diskleri, baskı devre levhaları, türbin kanatları, fren diskleri gibi hafif yapılar.
Otomobil gövdeleri, motorlar ve makina elemanları, pompalar, türbinler gibi orta ağırlıkta yapılar.
Büyük makina gövdeleri, lokomotifler, gemiler, binalar gibi ağır yapılar.
Büyük binalar, köprüler gibi çok ağır yapılar.
Sinyal Koşullayıcı Sistemler
Sinyal koşullayıcı sistemler; titreşim, ses basıncı ve kuvvet hisseden cihazları koordine eden, ayarlayan, koşullayan kompakt sistemlerdir. Bu tip sinyal koşullayıcılar piezoelektronik algılayıcılar için güç sağlamaktadır. Bu üniteler batarya ya da hat gücü ile tek ya da çoklu kanal konfigürasyonu ile kazanç ayarlı ya da ayarsız olarak üretilirler. Bu modüler sistemde gövde, güç kaynağı ve tak-çalıştır algılayıcı sinyal koşullama elemanları bulunmaktadır. Bu modüller her türlü testin sinyal koşullama sistemlerini gerçekleştirmek üzere farklı kombinasyonlarda birleştirilebilir. Çoklu kanallı sinyal koşullayıcılar ile tek bir kompakt üniteden bir seri algılayıcıe güç sağlanabilmektedir. Bu sistemler özellikle mod analizi testinde araç testlerinde, akustik testlerinde kullanışlı olmaktadır. Tek tek kablolar yerine çoklu-pin kablolar kullanarak kablolama kolaylaşmakta ve bu sayede kablolamadan kaynaklanan problemler azalmaktadır.
ICP Mikrofon Dizisi
Ses basıncı haritalarının çıkartılmasında, akustik mod analizinde, ses gücünün bulunmasında kullanılır. İvme ölçerler ile birlikte kullanıldığında vibro-akustik ölçme sistemleri kurulabilir. Kolay kalibre edilebilir. Bir dizi halinde kullanıldığı zaman ekonomik, hızlı ve güvenilir data toplanabilir. Bu tip sistemler genellikle uçak, otomativ, motor ve beyaz eşya sektöründe sıklıkla kullanılmaktadır.
3D Sonic Digitizer
3D Sonic digitizerler, üç boyutlu bir cismin kartezyen koordinatlarını kolaylıkla belirleyip bir dosya olarak bilgisayara gönderebilir. Böylece kullanmakta olan sonlu elemanlar yöntemi, CAD sistemleri ve yapısal dinamik testleri ultrasonic koordinat ölçerlerle gerçekleştirilebilir.
Akustik test sistemlerinin kalibratörleri, amplifikatörleri, güç kaynakları gibi diğer bileşenlerin seçimi sistemin yapısallaştırılmasında son derece önemlidir. Bu bileşenlerin doğru seçilmesi ayrı bir uzmanlık konusudur.
Transdüserin temelleri
Transdüser seçim kriterleri
Yer değişimi ve hareket algılayıcıları
Takometre ve hız algılayıcıları
İvmeölçerler
Gerilme algılayıcıları
Kuvvet algılayıcıları (yük hücreleri)
Tork algılayıcıları
Akış algılayıcıları
Nem algılayıcılar
Sıvı seviyesi ölçer
Basınç ölçer
Mikrofonlar
Vizkozmetreler
Sıcaklık ölçerler
Bu bölümde ölçüm sistemlerinin temelini oluşturan algılayıcılar incelenecektir. Kavramların üzerinde ayrıntılı durmadan önce okuyucuda bazı tanımların netlik kazanması önemlidir. Ölçüm sistemlerinde aynı kavram birçok farklı terim ile anlatılmaktadır. Endüstride algılayıcı, transdüser, transmitter, detektör, prob, metre terimleri birbirinin yerine kullanılmaktadır.
Algılayıcı kelimesi hissetmek anlamına gelen İngilizce "to sense" kelimesinden gelmektedir. Türkçe'de algılayıcı yerine "duyarga" kelimesi de kullanılmaktadır. Algılayıcı, bir ölçüm sistemine giriş sinyali gönderen cihaz olarak tanımlanmaktadır. Bu tanıma göre basit bir limit şalteri, bir akım ölçer, bir gerilim bölücü ya da karmaşık bir kütle spektrometresi algılayıcı olmaktadır. Transdüser ölçülen bir büyüklüğü, özelliği ya da durumu kullanılabilir bir elektriksel büyüklüğe çevirir. Transdüser Algılayıcıların bir alt grubu olarak görülebilir.
Transmitter petrokimya gibi proses endüstrilerinde (örneğin basınç transmiteri) transdüser yerine kullanılan bir terimdir. Dedektör terimi özellikle elektro-optik transdüserler (örneğin IR dedektörü) yerine kullanılmaktadır. Prob terimi, bir akışkan içine daldırılabilen (örneğin sıcaklık probu) - transdüserler için kullanılmaktadır. Metre eki, ölçülen bazı büyüklüklerin sonuna eklenebilmektedir. (örneğin debimetre, takometre).
Bu makale boyunca transdüser terimi kullanılacaktır. Transdüserler ölçüm ve kumanda sistemlerinde sistemlerinde hissedici eleman olarak kullanılırlar. Ölçüm sistemleri bir ya da birden çok nicel büyüklük ölçülmesini ve elde edilen bu bilginin gösterilmesini sağlar. Kumanda sistemleri ise bir değişkenin istenen bir değerde durmasını sağlar. Ölçülen büyüklük nicel bir değişken, bu değişkenin bir özelliği ya da bir durumu olabilir.
8 BASINÇ ALGILAYICILARI
Dünyanın önde gelen üretici firmalarından birisi olan Setra Systems, Inc.1967 yılında kurulmuş; basınç algılayıcıları, ivmeölçerler , hassas tartı sistemleri ve basınç ölçüm sistemleri üreten bir firmadır. Setra, National Quality Asurance tarafından verilen ISO 9001 sertifikasına sahiptir.
Setra basınç transduserleri basit tasarımları, yüksek hassasiyetleri, ve uzun ömürleri ile tanınmaktadır. Bu sensörler kapasitif özelliğe sahiptir. İçerdiği özel devre sayesinde güçlü bir analog sinyal üretir. Setra HVAC/R (Isıtma, havalandırma, iklimlendirme ve soğutma) uygulamalarında, çevresel ve test amaçlı ölçümlerde, gıda ve ilaç sektöründe, yarı iletken endüstrilerinde kullanılmaktadır.
Setra,1982'den beri hassas tartı cihazları üretmeye başlamış, ve bu konuda sektöründe ulaştığı yüksek hassaiyet ile ayrıcalıklı bir yere sahip olmuştur. Ürünleri arasında, labaratuvar tartıları, miktar hesaplama tartıları da bulunmaktadır.
8.1 Endüstriyel/OEM Basınç Algılayıcıları
Setra' nın dayanıklı, endüstriyel basınç transduserleri yüksek doğruluk ve kararlılığa sah iptir. OEM uygulamalarda kullanılmak üzere tasarlanmış bu transduserler, 200g şok ve 20g, 50-2000 Hz vibrasyonda çalışabilmektedirler. EMI/RFI korumasına sahip pekçok Setra ürünü gibi bu transduserler de geniş bir çalışma sıcaklığının üzerinde mükemmel termal kompanzasyona sahiptir.
8.2 Isıtma, Havalandırma ve Soğutma Algılayıcıları
Bu basınç transduserleri HVAC/R ekipmanlarında, proses kontrolünde, eneji yönetiminde; OEM ürünlerde ve sıvı seviye ölçümü uygulamalarında kullanılır. Çalışma aralığı ±0.1 in.WC ile 10,000 psig arasında olup doğruluğu tam ölçeğin %± 0.11' idir. (Model 280E/C280E' de doğruluk tam ölçeğin %0.073' ine kadar çıkmaktadır).
8.3 Test ve Ölçüm
Yüksek çıkış sinyali, yüksek doğruluk ve hassasiyetin hızlı dinamik cevapla birleştiği bu ürünler bir çok endüstriyel, HVAC, Tıbbi, Laboratuar ve Uzay uygulamaları için idealdir.
8.4 Ultra-High Purity
Bu ürünler yarıiletken endüstrisinin kritik ihtiyaçlarına cevap vermektedir. Islan abilir tüm parçalar VAR 316L paslanmaz çeliğiyle 7Ra (10 Max.) elektrokaplama yapılmakta ve her sensör kütle spektrometresinde 1 x 10-9 ATM.CC/sec de helyum sızdırmazlık testinden geçirilmektedir.
8.5 Barometrik Basınç Ölçerler
Kararlılıklarını uzun süre koruyabilen Setra barometrik basınç transduserleri için Çevresel Test & Ölçüm uygulamaları ideal kullanım alanlarıdır. Bu transduserler tam ölçeğin %±0.02' si doğruluğu ve tam ölçekte %0.01 tekrarlanabilirliğiyle birçok kritik uygulamanın vazgeçilmez ihtiyacıdır.
8.6 Tıbbi, Farmakolojik, Hijyenik Basınç Ölçerler
Bu basınç transduserleri CIP/SIP kurulumları için doğrudan montaj gereken uygulamalara g öre tasarlanmıştır. PCB tipi kuruluma uygundur ve boru içindeki sıvı veya gazların basınçlarının sürekli ölçümünde kullanılabilirler.
8.7 Sayısal Göstergeler, Ölçüm Aletleri ve Manometreler
Setra' nın
Lcd sayısal göstergeleri bir hatta yada basınç transduser veya transmitterleri ile birlikte kullanılabilirler. Datum 2000 manom etresi model 204, 204D veya 239' dan birini içeren, kullanıcı dostu bir seçim menüsü olan tam bir sistemdir.
8.8 Aksesuarlar
Güç kaynakları
Model 264 Koruyucu Muhafazalar
8.9 Sayma Ölçekleri
Doğruluğu yüksek sayma ölçeklerinin yetenekleri çok geniştir. Her ölçek kullanıcıya özel etiket üretme, ölçek kontrolü, sayma doğruluğu ve barkodlama gibi ileri yetenekler sunar. Örneğin ; tek bir pirinci tartarak bir paketteki pirinç sayısını bulabilirsiniz.
8.10 Laboratuar Tartıları
Düşük fiyatlı ve yüksek hassasiyetli laboratuar tartıları parlak LED göstergelere, standart bidirectional RS-232 arabirime ve aşırı yük karumasına sahiptir. Sağlamlığı ve daya nıklılığı ile üstün performansını yıllarca sürdürebilir.
8.11 Gaz Doldurma
Yüksek doğruluktaki, gaz tüplerini doldurma ölçekleri özel gazların hassas miktarlarda alınıp karıştırıldığı uygulamalar için idealdir. Öz el, güvenlik önlemlerine sahip güçkaynağı ile tehlikeli ortamlarda kullanabilirsiniz.
8.12 Mass Monitor™
Sağlam , yüksek çözünürlüklü moment hassasiyetli yük hücreleri gösterge ve b idirectional RS-232 arabirimi ile birliktedir. Özellikle OEM tartım uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
