Sensör Nedir ve Sensörler Ne Yapar?
Bugün bu makalede, Veri Toplama (DAQ) ölçüm uygulamalarında kullanılan en yaygın ve en popüler sensörleri ayrıntılarıyla tartışacağız. Böylece:
- Sensörlerin ne olduğunu ve ne yaptığını göreceksiniz.
- Her bir ana sensör tipinin nasıl çalıştığını öğreneceksiniz.
- Sensörlerin endüstri ve araştırmalardaki önemini kavrayacaksınız.
Başlayamaya hazır mısın? Hadi başlayalım. Dönüştürücüler (transducers) olarak da bilinen sensörler, modern veri toplama sistemlerinin (AKA DAQ veya DAS sistemleri) temel yapı taşlarından biridir. Bu sistemler aşağıdaki temel bileşenlerden oluşur:
- Sinyal kaydı ve analizi için DAQ yazılımına sahip bir çeşit bilgisayar
Sensörler Ne Yapar?
Bir sensörün ne olduğunu açıklamanın en kolay yolu, sensörün ne yaptığına bakmaktır.
Sensör, ortamdaki değişikliği algılayan ve diğer sistemdeki bazı çıkışlara yanıt veren bir alettir. Bir sensör, fiziksel bir olguyu, insan tarafından okunabilen bir ekrana dönüştüren veya daha fazla işlem için iletilen ölçülebilir bir analog voltaja (veya bazen dijital bir sinyale) dönüştürür.
En iyi bilinen sensörlerden biri, ses enerjisini yükseltilebilen, iletilebilen, kaydedilebilen ve çoğaltılabilen bir elektrik sinyaline dönüştüren mikrofondur.
Sensörler günlük yaşamımızda kullanılmaktadır. Örneğin, yaygın kullanılan cıvalı termometre, sıcaklığı ölçmek için kullanılan çok eski bir sensör türüdür. Kapalı bir tüpte renkli cıva kullanarak, bu kimyasalın sıcaklık değişikliklerinde tutarlı ve doğrusal bir reaksiyona sahip olmasına güvenir.
Boruyu sıcaklık değerleriyle işaretleyerek, termometreye bakabilir ve sıcaklığın ne olduğunu görebiliriz. Hassasiyet, ölçek işaretlerinin görsel boyutu nedeniyle kısıtlıdır, ancak kullanıldığı amaç için yeterlidir.
Tabii ki, görsel olandan başka bir çıktısı yoktur. Bu tür bir termometre, fırında ya da mutfak penceresinin dışında yararlı olsa da, veri toplama uygulamaları için yararlı değildir, çünkü değerleri kaydetmek için sayısallaştırılabilecek bir çıkışa sahip olmalıyız. Bu yüzden sıcaklık ve diğer fiziksel olayları ölçüp gösterebileceğimiz, depolayabileceğimiz ve analiz edebileceğimiz bir çıktı sağlamak için sıcaklık sensörleri icat edildi.
Hadi günümüzde kullanılan en yaygın ve popüler sensörler hakkında daha fazla bilgi edinelim.
Sensör Çeşitleri
Fiziksel olayları ölçmek için icat edilmiş birçok sensör türü vardır:
- Termokupllar, RTD’ler ve Termistörler: sıcaklığı ölçmek için,
- Strain gages: bir cismin üzerindeki gerinimi ölçmek için, ör. basınç, gerinim, ağırlık vb.
- Yük hücreleri: ağırlık ve yük ölçmek için,
- LVDT sensörleri: yer değiştirme mesafesini ölçmek için,
- İvmeölçerler: titreşim ve şoku ölçmek için,
- Mikrofonlar: ses dalgalarını yakalamak için,
- Akım transdüserleri: AC ve DC akımı ölçmek için,
- Gerilim transformatörleri: yüksek gerilim potansiyellerini ölçmek için,
- Optik sensörler: ışığı algılamak, veri iletmek için,
- Kamera sensörleri: 2D görüntüler yakalamak için,
- Dijital sensörler: belirli açma/kapama sayımı, doğrusal ve döner kodlama, konum ölçümleri vb. için,
- Konum sensörleri (GPS): GPS, GLONASS ve diğer uydu konumlandırma sistemlerine dayalı boylam, enlem pozisyonunu yakalamak için,
- ve çok daha fazlası kullanılır.
Sensörün tipine bağlı olarak, elektriksel çıkışı voltaj, akım, direnç veya zamanla değişen başka bir elektriksel özellik olabilir. Bazı sensörler dijital çıkışlarla kullanılabilir, böylece bir dizi bayt ölçekli veya ölçeklendirilmemiş veri çıkışı yaparlar. Bu analog sensörlerin çıkışı tipik olarak bir sonraki bölümde ele alacağımız bir sinyal şartlandırıcı girişine bağlanır.
Daha sonra, günümüzde kullanılan ana sensör türlerinin her birine kısaca bir göz atacağız.
Verileri kaydetmek, depolamak, analiz etmek ve görselleştirmek için herhangi bir türde ve herhangi sayıda sensörü bağlayabilen DEWESoft veri toplama sistemlerine göz atın.
Bu sensörlerin milyonlarcası her gün otomobil gösterge panelimizde gösterilen motor sıcaklığından ilaç üretiminde ölçülen sıcaklıklara kadar her türlü uygulamada kullanılmaktadır. Hemen hemen her sektör sıcaklık ölçümünü bir şekilde kullanır.
Farklı Sıcaklık Sensörlerinin Temel Özellikleri
Termokupl, nispeten düşük bir maliyet ve güvenilirlik nedeniyle genel olarak en popüler sıcaklık sensörüdür. Termokupllar, Seebeck etkisine dayanır, bu da her iki uçta birbiriyle temas eden bir çift farklı metalin sıcaklık değişimlerine maruz kaldıklarında küçük bir voltaj potansiyeli yarattıklarını gösterir.
Farklı metal türlerini birleştirmek bize çeşitli ölçüm aralıkları sağlar. Bunlara “termokupl tipleri” denir. En popüler olanı, krom ve alumeli eşleştiren ve -200 ° C ila +1350 ° C (-330 ° F ila +2460 ° F) arasında geniş bir ölçüm aralığı sağlayan Tip K’dır. Diğer popüler tipler J, T, E, R, S, B, N ve C’dir.
Bir termokupldan gelen çıktı, ölçüm sistemi tarafından doğrusallaştırılmalıdır.
Soğuk Nokta Kompanzasyonu (CJC) kullanılarak da referans gösterilmelidir. Soğuk Nokta Kompanzasyonu, daha doğru sıcaklık ölçümü için soğuk bağlantıların ürettiği voltajların etkisini ortadan kaldırır.
Bu sensörlerin çok küçük mikrovolt ve milivolt çıkışı nedeniyle, ölçüm sistemi yalıtılmadığında elektriksel gürültü ve parazit oluşabilir. Dewesoft modülleri bu durumun oluşmasına güçlü bir izolasyonla karşı koyar. Sinyal zincirine giren ortak-mod voltajlarını yok saymanın daha iyi bir yolu yoktur.
Gürültüyü azaltmanın bir başka yolu, ölçüm sistemini sensöre mümkün olduğunca yakına yerleştirmektir. Bu, uzun sinyal hatlarından kaçınmak, sinyal doğruluğunu en üst düzeye çıkarmak ve maliyetleri azaltmak için öngörülmüş bir stratejidir. Türünün en iyisi çözümler için SIRIUS ve KRYPTON modüler DAQ cihazlarımıza bakın.
Yetersiz bir CJC yanlış okumalara neden olur. Sağlam bir referans sağlamak için bu düzeneğin ortam sıcaklığı değişikliklerinden korunması gerekir. Bunun için, bir alüminyum bloktan öğütülen ve mümkün olan en iyi referansı elde etmek için sağlam bir şekilde monte edilen CJC’lerimizdeki her kanal için ayrı bir CJC çipi kullanıyoruz.
RTD Sensörler
Termokupl ile karşılaştırıldığında, RTD (Direnç Sıcaklık Dedektörü) genellikle kendi ölçüm aralığı içinde daha doğrusal ve sapmasızdır. Bununla birlikte, platin içerdiği için ve daha karmaşık yapıları nedeniyle, termokupllardan daha pahalıdırlar.
Tipik olarak, hassas sıcaklık ölçümlerinin uzun süre yapılması gereken farmasötikler gibi uygulamalarda RTD’ler kullanıldığını göreceksiniz. Bununla birlikte, bunlar 600 ° C’nin üzerine çıkamazlar, bu nedenle termokupllar yüksek sıcaklıktaki “temas” uygulamaları için daha iyi bir seçimdir.
Kendi kendine çalışan termokuplun aksine, RTD’nin ölçüm sistemi tarafından çalıştırılması gerekir.
RTD, sıcaklığı sıcaklığa göre oldukça doğrusal bir şekilde değişen elektriksel direnç yoluyla ölçer. RTD, temelde 2 kablolu bir sensör olmasına rağmen, bir ya da daha kablonun (3 ve 4 kablolu bağlantı) eklenmesi, kendi kendine ısınma ve kurşun tel direncine karşı daha iyi telafi sağlar ve önerilir. Dewesoft sinyal şartlandırıcılar 2, 3 ve 4 kablo bağlama olanakları sağlar.
RTD Sensör Çeşitleri
Pt100 (“PT” = platin ve “100” =0 ° C’de 100Ω) ve Pt1000 RTD sensörlerinin en popüler çeşitleridir. Bununla birlikte, Pt200, Pt500 ve Pt2000 sensörleri gibi başka tipler de vardır. Dewesoft veri toplama sistemleri her türlü RTD sensörünün bağlantısını ve ölçümünü destekler.
Belirtildiği gibi, RTD bağlantısı bir termokupldan daha karmaşıktır ama Dewesoft DSI-RTD adaptörleri sensörlerinizi ölçüm sistemlerimize bağlamayı kolay ve kullanışlı bir hale getirir. Gürültü; düşük çıkışlı herhangi bir sensör için her zaman göz önünde bulundurulur, ancak yüksek izolasyonlu girişlerimiz akla gelebilecek en iyi önlemdir.
Gürültüyü azaltmanın bir başka yolu, ölçüm sistemini sensöre mümkün olduğunca yakına yerleştirmektir. Bu, uzun sinyal hatlarından kaçınmak, sinyal doğruluğunu en üst düzeye çıkarmak ve maliyetleri azaltmak için öngörülmüş bir stratejidir. Türünün en iyisi çözümler için SIRIUS ve KRYPTON modüler DAQ cihazlarımıza bakın.
Termistörler
Termistör, küçük bir boncuk, disk veya başka bir şekilde bastırılan ve yüksek sıcaklıklarda katılaştırılan metal oksitlerden yapılmış bir yarı iletken parçasıdır. Son olarak, epoksi veya cam ile kaplanırlar.
Bir termistörden bir akım geçtiğinde, termistör üzerindeki voltajı okuyabilir ve böylece sıcaklığı belirleyebilirsiniz. Tipik bir termistör 25 ºC’de 2000 Ω dirence ve yüzde 3,9 sıcaklık katsayısına sahiptir.
Termistörler ucuzdur ve hızlı karşılık verme yeteneğine sahiptirler, ancak doğrusal değildirler, sınırlı bir aralığa sahiptirler ve koruma için bir probun içine monte edilmedikçe nispeten kırılgandırlar.
Farklı Sıcaklık Sensörlerinin Artıları ve Eksileri
Strain gage sensörü test edilen bir nesneye doğru şekilde hizalandığında ve yapıştırıldığında ve nesneyi bükerek veya çekerek bir stres uyguladığımızda, strain gagenin direnci doğrusal olarak değişecektir ve bu değişimle biz oluşan gerinimi ölçebiliriz. Gerilme ve diğer kuvvetleri hesaplamak için de matematik uygulayabiliriz.
- Kurulumu özel bilgi gerektirir.
- Gereken sinyal şartlandırma nispeten karmaşıktır.
- Sıcaklık, ölçümleri etkileyebilir.
Strain gage ve gerinim ölçümü hakkında daha fazla bilgi edinin:
Başka bir adıma atlayarak belirli bir şekle sahip bir gövdeye dört strain gage sensörünü kalıcı olarak yapıştırırsak, Yük Hücresi adı verilen farklı bir sensör oluştururuz. Bu aslında bir kuvvet veya basınç sensörüdür.
En iyi bilinen yük hücreleri, dijital tartının altına monte edilenlerdir. Tartıya adım attığınızda ve yük hücrelerini sıkıştırdığınızda, mikrodenetleyicinin ölçtüğü ve kg (ya da lbs) değerine dönüştürdüğü dirençte bir değişiklik sağlarlar.
Endüstriyel tartı uygulamaları için yaygın olarak “lama tipi” yük hücresi kullanılır. Sensörün bir ucu bir yapıya sabitlenirken, sensörün serbest ucuna bir kuvvet uygulanır.
Yük hücresinin üst ve alt kısımlarına yerleştirilmiş olan dört strain gagenin ve yük hücresinin yapısının bu kuvvet uygulandığında veya kaldırıldığında ne kadar zorlandığına bağlı olarak uzamasına ya da sıkışmasına neden olur. Strain gagenin potansiyelindeki bu küçük değişiklikler, DAQ sistemimizde kolayca ağırlığa dönüştürülür.
Yük hücreleri farklı şekil ve boyutta olabilirler: bazıları çok küçük alanlar ve küçük yükler için, bazıları ise yüz binlerce ton gibi büyük yükler için kullanılabilirler.
- Malzeme Testi – Parçaların ağırlıklarının ölçülmesi
- Havacılık – Jet motorlarının itme kuvvetinin test edilmesi, tekerlekler ve alt takım üzerindeki yükün ölçülmesi
- Denizcilik – Demirleme hatlarındaki gerilimin incelenmesi
- Taşımacılık – Elektrikli, benzinli ve dizel motorlarda tork ölçümleri, aks yükü izleme, tren ve kamyon tekerlek yükleri, otoyol tartım istasyonlarında yük ağırlıklarının ölçülmesi
- Endüstriyel – Dişli kutuları ve pompalarda kuvvet ölçümleri, denizaltı boru döşeme uygulamalarında gerilim ölçümleri, kağıt ve çelik fabrikası uygulamalarında gerilim ve kuvvet ölçümleri, hazne ve alet tartımı
- Medikal/Sağlık – Fizik tedavi ve egzersiz ekipmanlarında yük ölçümleri, hastayı tartan hastane yatakları, hassas bebek tartıları ve bebek kuvöz tartıları
- İnşaat – Asansörlerde kablo kuvvetleri, uluslararası standartlara göre iskele kuvvetleri
- Eğlence – S tipi yük hücreleri akrobatları ve oyuncuları kaldırmak için kullanılan kabloların ortasını kurulur ve kuvvetlerin öngörülen seviyeleri aşmaması sağlanır.
- Petro-kimya – Petrol ve gaz sondaj aletleri üzerindeki kuvvetlerin ölçülmesi
- Çiftçilik – Kanallardan geçen çiftlik hayvanlarının ağırlığının ölçülmesi, kablolar ve barındırma ekipmanı üzerindeki kuvvetlerin ölçülmesi, hazne, maşrapa ve ambar tartımı
Tüketici – Dijital ev tartıları
- Doğru ve tekrarlanabilir ölçümler
- Çok küçük yüklerden yüz binlerce kg’a kadar mevcut olması
- Çok sayıda uygulama için çeşitli şekil ve boyutlarda olması
- Ölçümler ortam sıcaklığından etkilenebilir
- Nispeten pahalı strain gage sinyal şartlandırma gerektirir
Yük hücreleri ve ağırlık ölçümü hakkında daha fazla bilgi edinin:
LVDT (doğrusal değişken diferansiyel transformatör) dönüştürücüler, nispeten kısa mesafeler boyunca doğrusal yer değiştirmeyi/konumu ölçmek için kullanılır. İçinde çubuk içeren bir tüpten oluşurlar. Tüpün tabanı sabit bir konuma monte edilir ve çubuğun ucu hareket eden bir şeye tutturulur.
Çubuk tüpten dışarı çekildiğinde ya da içeri doğru kaydığında, sensör çubuğun başlangıç noktasından maksimum sapmasına kadar olan konumunu temsil eden bir sinyal verir. Çubuk, tüpün iç kısmına dokunmaz ve neredeyse sürtünmesiz haldedir. LVDT’nin kendisi elektronik parça içermez, bu da zorlu ortamlarda yaygın olarak kullanılmasını sağlar.
- Binlerce endüstriyel fabrika ve proses ölçüm uygulaması
- Havacılık- aktüatör ve kontrol yüzeyi testi
- Taşımacılık- kamyon ve tren gövdesi arasındaki sürüş yüksekliğinin izlenmesi
Petrokimya- delme aletlerinin konumlandırılması
- Ölçümler ortam sıcaklığından etkilenebilir
- AC uyarma gerektirir
- Son derece hassas ve tekrarlanabilir ölçümler
- Neredeyse sürtünmesiz çalışma sayesinde uzun kullanım ömrü
- Düşük mikrometrelerden ~ 0.7 m’ye (27 inç) kadar mevcut olması
- Farklı uygulamalar için çeşitli tip ve boyutlarda mevcut olması
İvmeölçerler, makinelerdeki titreşimi ve şoku, hatta temelde hareket eden her şeyi ölçmek için kullanılır. Yer değiştirme ve hızı hesaplamak için çıktıların türev veya iki kat türevi alınabilir.
Dinamik ölçümler yapmak için ivmeölçerler normalde piezoelektrik prensibine dayanır. Bir kuvars kristali stres altındayken, stresle orantılı yüklü iyonlar salar. Bu şarj sensörlerine bir şarj tipi sinyal düzenleyici bağlanır. Daha popüler olan bir ivmeölçer tipi, entegre bir ön yükselticiye sahip ve daha ucuz bir sinyal koşullandırıcı gerektiren IEPE (ICP®) tip sensörlerdir.
Farklı bir prensibe dayanan ve daha az zorlu endüstriyel uygulamalarda popüler olan kapasitif tip ivmeölçerler de vardır.
Bunlara ek olarak, navigasyon uygulamalarında, tablet ve telefon yönlendirmesinde, otomotiv testlerinde ve hareket yakalamada yoğun olarak kullanan MEMS tipi ivmeölçerler de vardır.
İvmeölçer Uygulamaları
- Darbe ve Titreşim- Tüm sektörlerde her türlü darbe ve titreşim testleri
- Havacılık- gövde gerinim ve stres testleri, jet ve roket motoru titreşim testleri
- Taşımacılık- hassas öğelerin taşınması sırasında şok ve titreşimin kaydedilmesi
- Otomotiv- gövde panelinin titreşimi, yolcu konfor testleri, motor titreşimi
- İnsan Vücut Titreşim Testleri
- Burulma ve Dönme Titreşim Testleri
İvmeölçerin Avantajları
- Kolay bağlantı
- Dinamik ve statik ölçümler için farklı modellerin mevcut olması
- Farklı uygulamalar için çeşitli tip ve boyutlarda mevcut olması
- Şarj sensörleri hariç diğer modellerin güç gerektirmemesi
- IEPE sensörlerin daha uzun ve ucuz kablolar ile sinyal şartlandırma sağlaması
İvmeölçerin Dezavantajları
- Sensörler şoktan çok fazla zarar görebilir
- Şarj tipi sensörler, IEPE tip sensörün sinyal şartlandırmasından daha pahalı sinyal şartlandırma gerektirir
- Sensörlerin montajı bazı özel bilgiler gerektirir
Titreşim ölçümü hakkında daha fazla bilgi edinin:
Eğlence sektöründeki kullanımına ek olarak, mikrofonlar ses ve gürültüyü analiz etmek ve ölçmek için veri toplama uygulamalarında kullanılmak üzere de üretilmektedir.
Mikrofonlar gürültü ve titreşim çalışmalarında, işitme ile ilgili cihazlarda, otomotivde gürültü uygulamalarında ve daha binlercesinde kullanılır.
Mikrofon Uygulamaları
- Gürültü ve Titreşim- tüm sektörlerde her türlü gürültü ve titreşim testleri
- Havacılık- jet motoru gürültü testi
- Taşımacılık- hassas öğelerin taşınması sırasında darbe ve titreşimin kaydedilmesi
- Otomotiv- motor ve fren gürültü testleri
- Medikal- ortam gürültüsü etki çalışmaları, işitme testleri
Mikrofonun Avantajları
- Kolay bağlantı- kullanıma hazır 50Ω BNC kablolar kullanılır
- Farklı uygulamalar için çeşitli tiplerde mevcuttur
- Kurulumu kolay
Mikrofonun Dezavantajları
- Nispeten pahalı
- Düşürülürse veya yanlış kullanılırsa hasar görebilir
- Bazı mikrofonlar sinyal şartlandırıcıdan fantom gücü gerektirir
Mikrofon ve ses ölçümü hakkında daha fazla bilgi edinin:
Voltajın yanı sıra akım, ölçümlerimizi izlemek ve analitik amaçlar için kullanılan en temel enerji biçimlerinden biridir. İster güç şebekesinin enerjisinin kalitesini, ister hibrit bir elektrikli otomobilin veya bir makinenin enerji tüketimini test ediyor olsun, güç kritik bir öneme sahiptir.
Küçük ve orta seviyeli akımlarda, akımı voltaja dönüştürmek için akım şöntlerini kullanabiliriz. Bir şönt temel olarak akımı ölçmek istediğimiz devreye doğrudan monte edilen bir dirençtir.
Piyasadaki diğer akım sensörlerinin ve transdüserlerin çoğu, indüksiyon veya devrenin bir parçası olmayan bir yöntemle çalışır. Bu çok daha yüksek akımların ölçülmesini sağlar. Aşağıda tipik bir akım kelepçesi -bir akımın oluşturduğu elektromanyetik alanı tespit eden ve ölçen cihaz- görüyorsunuz. Sensör çıkışı, DAQ sistemimizin görüntüleyebileceği, depolayabileceği ve daha sonra analiz edebileceği orantılı bir voltajdır.
Ulaşılması zor yerlerde veya devrenin bağlantısı kesildiğinde istenmeyen yerlerde bile kurulumu kolay, esnek Rogowsky bobinleri vardır. Özellikle güç kalitesi ve ilgili alanlarda olmak üzere yüksek doğruluktaki uygulamalar için sıfır akı sensörleri de vardır. Her türlü uygulama için özel olarak tasarlanmış çok çeşitli akım sensörleri ve dönüştürücüler vardır.
Akım Dönüştürücü Uygulamaları
- Enerji Üretimi ve Dağıtımı- her türlü enerji kalite testleri, fosil yakıt ve nükleer santral görüntüleme testleri
- Havacılık- motor ve güç sistemi testleri
- Otomotiv- elektrik sistemi testi, hibrit ve elektrik motoru testleri
- Taşımacılık- elektrikli metro araçları üçüncü ray ve pantograf testleri, elektrik enerji dağıtım merkezleri
Akım Dönüştürücü Dezavantajları
- Nispeten pahalı
- DC kelepçeleri, Rogowsky ve Flux sensörleri harici güç gerektirir
Akım Dönüştürücünün Avantajları
- AC kablolara takılması kolay kelepçe modelleri
- FLEX Rogowski modelleriyle ulaşılması zor yerler arasında kolay bağlantı
- AC uygulamaları için pasif ve güçlü kelepçeler
- Uzun ömürlü çalışma
Gerilim Transformatörleri– Potansiyel Transformatörler
Akımın yanı sıra voltaj, ölçümlerimizi izlemek ve analitik amaçlar için kullanılan en temel enerji biçimlerinden biridir. İster güç şebekesinin enerjisinin kalitesini, ister hibrit bir elektrikli otomobilin veya bir makinenin enerji tüketimini test ediyor olsun, güç kritik öneme sahiptir.
Dünyadaki neredeyse her DAQ sistemi ve veri kaydedici, 0-10V veya 0-50V aralığındaki düşük ve orta gerilimleri doğrudan kabul edebilir, bu nedenle bu voltajı azaltmak için herhangi bir dönüştürücüye ihtiyacımız yoktur. 50V’dan yaklaşık 1000V’a kadar, SIRIUS-HV modülü gibi DAQ sistemleri için bu voltajları doğrudan ve güvenli bir şekilde kabul edebilen ve bunları dijital hale getirebilmeleri, görüntüleyebilmeleri ve depolayabilmeleri için dahili olarak azaltabilen sinyal şartlandırıcılar bulunmaktadır.
Ancak daha yüksek voltajlarda veya her durumda, hayatı tehdit eden akımlar ve voltajlar mevcut olduğunda, yüksek voltajı düşürmek ve test operatörünü tehlikeli voltaj ve akımdan izole etmek için yüksek voltajlı bir transformatör kullanmak önemlidir. Böyle bir cihaza Gerilim Transformatörü (VT) veya Potansiyel Transformatörü (PT) denir.
Tipik PT, çok yüksek bir potansiyeli (10kV’den bile yüksek) güvenli bir seviyeye düşürmek için bir transformatör kullanır. İzlenen devre ile seri olarak yerleştirilebilir. Transformatörün birincil sargısının ikincil ile karşılaştırıldığında çok sayıda dönüşü vardır.
Bağlanan DAQ sistemi tipik olarak çok yüksek bir empedansa sahip olduğundan, çok az bir akım geçecektir, bu nedenle PT’nin ikincil sargısında neredeyse hiç yük yoktur. Çoğu PT, neredeyse her DAQ sisteminin kabul edebileceği 50 ve 200V arasında çıkış yapar.
PT’ler dış ve iç mekan kullanımı için tasarlanmıştır. Elektrikli ölçüm uygulamaları için tasarlanmış olanlar da vardır. Gerilimi daha da azaltmak için bir ara transformatörden sonra bir kapasitör kullanan saf transformatör tipine bir alternatif de vardır. Bunlar, daha düşük maliyetli olabilir, çünkü nispeten düşük düşürme oranına sahip ara transformatörü, yüksek bir düşürme oranına sahip geleneksel transformatöre göre daha ucuzdur.
Üçüncü bir çeşit optik VT’dir. Optik VT’ler genellikle güç trafo merkezlerinde bulunur ve genellikle DAQ uygulamalarında bulunmaz. Işığın polarizasyonunun doğrudan manyetik bir alandan etkilendiği Faraday etkisi prensibi üzerinde çalıştıkları için, doğal olarak izole edilirler. Ayrıca son derece hassastırlar.
Gerilim Transformatörleri Uygulamaları
- Enerji Üretim ve Dağıtımı- yüksek gerilim enerji hattı testi, jeneratörleri ana güç şebekesi ile senkronize etme
- Havacılık- motor ve güç sistemi testi
- Otomotiv- elektrik sistemi testleri, hibrit ve elektrik motoru testleri
- Taşımacılık- elektrikli metro araçları üçüncü ray ve pantograf testleri, elektrik enerji dağıtım merkezi
Gerilim Transformatörlerinin Dezavantajları
- Pahalı olabilir
Gerilim Transformatörlerinin Avantajları
- Test mühendisine ve teknisyene temel güvenlik sağlarlar
- Kullanımı kolay
- Çoğu model harici güç gerektirmez
- Uzun ömürlüdür
Optik Sensörler
Günümüzde sensör endüstrisinde optik için bazı uygulamalar vardır:
- Işık, IR ve UV algılama
- Nesne mesafesini, varlığını/yokluğunu tespit etme
- Konvansiyonel sensörlerin değiştirilmesi
Işık, IR ve UV Algılama
Sensörün çevresinde ne kadar ortam ışığının olduğunu tespit etmek veya ölçmek için sayısız uygulama vardır. En belirgin örnekler ışıkları kapatmak veya açmak için otomatik anahtarlar içerir; bu bir fotodetektör gerektirir.
Cep telefonlarımız bile ekran parlaklığını otomatik olarak ayarlayabilmeleri için bir ışık sensörüne sahiptir. Günümüzde çoğu otomobil, gün ışığı sona erdiğinde farlarını otomatik olarak açar ve hatta geceleri yaklaşan bir araç algılandığında uzun farları açar / kapatır. Otomatik kameralar, pozlamayı doğru şekilde ayarlamak için ortam ışığını ölçer.
Yukarıda listelenen uygulamalar (ve daha fazlası) için kullanılan ana teknolojiler arasında fotovoltaikler, fotoseller, fotodirençler sayılabilir. Işığı tespit etmek ve ölçmek için tasarlanmışlardır.
Bu sensörlerin çoğu gözle görünür spektrum için tasarlanmış olsa da, bazıları kızılötesi (IR) spektrumunda ve hatta ultraviyole (UV) spektrumunda çalışmak üzere tasarlanmıştır. IR spektrumu, birçok robotik sistemin kullanılır ve hatta evde televizyon uzaktan kumandalarında bile kullanılır. IR radyasyonu insan gözü tarafından görülemez, ancak yüksek dozlarda gözlerimize zarar verebilir, bu nedenle diğer birçok uygulama arasında güvenlik amacıyla tespit edilmesi önemlidir.
Uygun sinyal şartlandırılması ile birleştirildiğinde, açma / kapama sensörü olarak veya ışığın yoğunluğunu ölçmek için kullanılabilir. Hücrenin kimyasına dayanarak, bu küçük ve ucuz hücreler kızılötesi spektrumun içine kadar olan tüm bulguları tespit edebilir.
Nesne Mesafesini, Yokluğu / Varlığını Tespit Etme
Fotodetektörler, yani yakınlık sensörleri, ayrıca yarı iletken tabanlıdırlar, fotodiyotler ise, nesneler arasındaki mesafeyi ölçmek ve ayrıca bir nesnenin varlığını veya yokluğunu algılamak için kullanılır.
Bunlar, fabrika proses hatları da dahil olmak üzere çok çeşitli endüstriyel uygulamalarda, nesnelerin bir kayış üzerine düzgün bir şekilde yerleştirildiğinden emin olmak veya bir montaj hattında yeni bir nesnenin ne zaman nerede olduğunu tespit etmek için kullanılır. Ayrıca otomotiv uygulamalarında, başka bir arabanın veya nesnenin varlığını tespit etmenin ve alarm sistemlerinin yanı sıra CD ve DVD sürücülerinin varlığını tespit ederler.
Konvansiyonel Sensörlerin Değiştirilmesi
Bir sonraki seviye, strain gageler, ivmeölçerler, sıcaklık sensörleri ve daha fazlası gibi geleneksel sensör teknolojilerini arttırmak ve değiştirmek amacıyla algılamanın kendisini yapmak için optik kullanmaktır. Yakın gelecekte bu yeni trend hakkında daha fazla bilgi bu makaleye eklenecek, lütfen tekrar kontrol edin.
Fiber Optik İletim
Sensör performansına ek olarak, başka bir avantaj; bakır kabloların kullanımına kıyasla sensör verisinin fiber optik iletimidir.
Günümüzde sinyalleri bir noktadan diğerine göndermek için elektriksel iletim yerine fiber optik kullanılmaktadır. Bunu, interneti geleneksel kablodan daha yüksek iletim hızlarında televizyonumuza ve evimize getirmek için evlerde bile görüyoruz. Fiber optik iletim ayrıca aşağıdakiler de dahil olmak üzere elektriksel iletime göre birçok belirgin avantaj sağlar:
- Manyetik gürültüye karşı dirençli
- Isınmaya karşı dirençli
- Sinyal kaybı olmadan çok uzun sinyal iletim yolu
- Birden fazla sinyal kablosu tek bir ince kabloya indirgenebilir
- Çok yüksek bant genişliği
Optik Sensör Uygulamaları
- Işıkları otomatik olarak açma/kapatma, alarm sistemleri
- Fabrika proses uygulamaları, montaj hatları, konveyör sistemleri
- Robotik, hareket yönü algılama
- Duman dedektörleri
- Tıbbi numune analizi
- Lazer telemetre, gece görüş gözlüğü
- Otomatik kapılar
Optik Sensörün Dezavantajları
- Fotoseller (fotoresistörler olarak da bilinir) ışık değişikliklerine tepki vermek için nispeten yavaştır
Optik Sensörün Avantajları
- Fiber Optik iletim çok yüksek hızdadır ve elektromanyetik girişimden ve diğer dış kuvvetlerden kaynaklanan gürültülere karşı hassas değildir
- Optik sensörler temassızdır ve bu nedenle uzun ömürlüdür
- Çoğu optik sensör ucuzdur ve oldukça küçüktür
Kameraları sadece resim veya film çekmek için kullanılan bir şey olarak düşünüyoruz, ancak her türlü endüstriyel ve bilimsel uygulamada da yoğun bir şekilde kullanılıyorlar. Fabrikalar, çok çeşitli imalat ve montaj hattı süreçlerini izlemek ve kontrol etmek için tek ve sürekli görüntü sensörü kameraları (video kameralar) kullanır.
Kameralar da DAQ sistem ölçüm uygulamalarının önemli bir parçasıdır. Aslında, Dewesoft tarafından yapılan tüm DAQ sistemleri, bir veya daha fazla video kamera kullanabilir ve videolarını, kaydettikleri analog ve dijital verilerle senkronize olarak kaydedebilir.
Bir Dewesoft DAQ sistemi analog ekran ve video ile eşzamanlı dijital verisi: https://youtu.be/RwSPUk7yK9U
Profesyonel ve Tüketici Kameraları
Yetenek yelpazesinin bir ucunda, bazı DAQ sistemlerindeki kayıtlarınıza video eklemek için çok ucuz bir web kamera kullanmak da mümkündür. Ancak diğer tarafta, daha iyi lenslere sahip endüstriyel sınıf kameralar ve kameranın kare hızını kaydedilen işleme ve / veya veri toplama örnekleme hızıyla senkronize etme yeteneğine sahiptir.
Örneğin, burada gösterilen DS-CAM-600 , tam HD çözünürlükte saniyede 336 kareye ve görüntünün boyutu azaltılırsa saniyede 600 kareye kadar çıktı alabilir. Kamera ayrıca ıslak, tozlu ve zorlu ortamlarda kullanılabilmesi için IP 67’ye de dayanıklıdır. Dewesoft DAQ sistemlerinde, aynı anda birden fazla kamera kullanılabilir ve test edilen nesnelerin farklı görüş açıları sağlanır.
Dewesoft, 2000’lerin başında web kamerasını DAQ sistemlerine eklediğinde, DAQ pazarında tamamen devrim yaptı. Bir sonraki mantıklı adım, kare hızlarını hassas bir şekilde kontrol edilebilen ve daha iyi çözünürlük ve hız sunan endüstriyel kameralar kullanmaktı.
Mekanik montaj ve sağlam konstrüksiyon da herhangi bir sensör için kritik öneme sahiptir ve bu, günümüzün en iyi endüstriyel makine görüş kameraları için tasarlanmıştır.
Kızılötesi veya Termal Kameralar
Kızılötesi kameralar bazen bilimsel ve endüstriyel uygulamalarda da kullanılır ve DAQ uygulamaları için bir başka önemli sensördür. Kızılötesi kameralar görüş alanındaki sıcaklıkları “görebilir”, bu nedenle herhangi bir temas etmeden sıcaklığı ölçmenin mükemmel bir yoludur.
Kızılötesi, elektrik santrallerinde sorun gidermede son derece yararlıdır, çünkü normalden daha sıcak olan güç kaynakları ve jeneratörlerde bir sorun olduğunu gösterir. Bir IR kamera kullanarak tek bir bakışla sorunlu noktaları görmek kolaydır.
Aynısı, IR kameraların çalışması sırasında frenlerin hassas sıcaklığını ölçmeyi ve çeşitli koşullar altında ne kadar hızlı ısındığını ve soğuduğunu doğru bir şekilde ölçtüğü otomotiv fren testi için de geçerlidir. ADAS’ta (gelişmiş sürücü destek sistemleri) giderek daha fazla kullanılmaktadır, çünkü aracın insanları ve diğer termal enerji kaynaklarını özellikle geceleri görülmeden önce tespit etmelerine izin vermektedir.
Tamamen farklı bir açıdan “görebilmek” günümüzde hemen hemen her test ve ölçüm uygulamasında pek çok olanak sunmaktadır. IR kameralar en iyi bilinen üretici FLIR’dir ve Dewesoft sorunsuz bir şekilde kamerayla entegre olarak birçok DAQ Sistemi’nde sürekli termografik verinin analog ve sayısal sensör verileriyle senkronize olarak elde edebilir. (yukarıdaki örnekte gösterildiği gibi)
Yüksek Hızlı Kameralar
Yüksek hızlı kameralar, son derece hızlı değişen olayları yakalamak için kullanışlıdır. Muhtemelen bir balon patladığında yavaş hareket tekrarlarını veya bir bardak suya etkileyen bir mermiyi gördünüz,bu videolar yüksek hızlı video kameralarla çekildi.
Photron’un yüksek hızlı kameraları saniyede 500.000’e kadar fotoğraf çeker. Bu veriler RAM’e kaydedilir ve hemen tekrar oynatılabilir. Dewesoft DAQ sistemlerini Photron kameralarla senkronize etmek mümkündür, böylece ikisi de aynı anda tetiklenir ve test bittiğinde, yüksek hızlı video derhal Dewesoft DAQ sistemine aktarılır ve otomatik olarak diğer verilerle senkronize edilir. Diğer sensörlerden gelen tüm verilerle mükemmel senkronizasyonda tekrar oynatabilirsiniz.
Özet
Kameralar, mühendislerin kaydettiği verilere benzersiz bir bağlam sunarak sayısız araştırma ve test uygulamasına hayati bir bilgi ve anlayış katmanı ekler.
Kamera Sensörü Uygulamaları
- Endüstriyel kameralar: Fabrika otomasyonu ve proses kontrolü; rüzgar tüneli testleri, fren testleri; havacılıkkontrol yüzey testleri, motor testleri
- Kızılötesi kameralar: enerji ve güçtestleri, otomotiv ADAS (gelişmiş sürücü destek sistemleri)
- Yüksek hızlı kameralar: Balistik testi; akışkanlar dinamiği araştırması, malzeme testi; otomotiv çarpışma testi; uzay rüzgar tüneli testi
Kamera Sensörünün Avantajları
- Endüstriyel kameralar: IP67 çevre koruma; senkronize çıkış, 600 fps’ye kadar kare hızları; sensör verilerinin test edilen nesne (ler) in görüntüleri ile doğrudan karşılaştırılması, değiştirilebilir lensler
- Kızılötesi kameralar: Temassız sıcaklık ölçümü; gerçek zamanlı olarak sensör verilerinin termal görüntülerle doğrudan karşılaştırılması
- Yüksek hızlı kameralar: Saniyede 500.000 kareye kadar çekim hızı
Kamera Sensörünün Dezavantajları
- Endüstriyel kameralar: Web kameralarındandaha pahalı
- Kızılötesi kameralar: Pahalı; kızılötesi ışını camdan “göremez”
- Yüksek hızlı kameralar: Çok pahalı; yüksek örnekleme hızları nedeniyle kısa kayıt süresi; konu üzerinde çok fazla ortam ışığı veya DC ışığı gerektirir
Dijital Sensörler
Dijital sensörler hakkında konuştuğumuzda, genellikle doğrusal veya açısal konumla ilgili ayrık değerler veren sensörlerin yanı sıra, bir nesnenin yakınında olduğunda algılamak için kullanılan sensörlerden bahsederiz. En sık kullanılan dijital sensörlere bir göz atalım.
Yakınlık Sensörleri
Yakınlık sensörü, onunla temas etmeden yakın bir nesneyi tespit edebilir ve daha sonra çıkış darbe veya gerilim sinyaliyle bunu iletir. Tespit edilmesi gereken nesnenin / nesnelerin bileşimine göre seçilen çeşitli tipte yakınlık sensörleri vardır.
Döner Enkoderler
Döner enkoderler, tipik olarak mükemmel açı çözünürlüğü sağlar, çünkü bunlar 360 ° devir başına binlerce adede kadar kullanılabilir, bu da 1 ° ‘den çok daha küçük adımlara izin verir. Birçok kodlayıcı, bazı uygulamalarda gerekli olan dönme yönünü de algılayabilir.
Artımlı Enkoderler
Artımlı enkoderler pozisyon ve yönde göreli değişiklikleri rapor ederler,mutlak pozisyonu (açı) takip etmezler.
Artımlı enkoderler, hareket ve yön değişikliklerini gösteren A ve B sinyallerini verir. Bazıları belirli bir pozisyona referans verebilir. Bu konuma ulaşıldığında ek bir Z çıkış sinyali üretilir. Artımlı enkoderler en yaygın ve popüler kodlayıcı tipleridir.
Doğrusal Enkoderler
Doğrusal enkoderler doğrusal bir yol boyunca konumu değişikliğini ölçerler. İçindeki şaft konumu ölçmesine izin veren dairesel bir plakaya sahiptir. Bir döner enkoderden farklı olarak, çoğu doğrusal enkoder harici bir ölçek boyunca hareket eder ve konumlarını ölçek üzerindeki işaretlerden belirler.
Baskı sırasında baskı kafasını bir ölçek boyunca ileri ve geri doğru hareket ettirmek için doğrusal bir kodlayıcı kullanan bir mürekkep püskürtmeli yazıcı buna mükemmel bir örnektir. Bu ve sayısız diğer uygulamalarda açıkça yüksek çözünürlük ve doğruluk gerekir.
Doğrusal enkoderlerde kullanılan en yaygın algılama teknolojisi optiktir, ancak manyetik, kapasitif ve endüktif teknoloji kullanan enkoderler de vardır. Optik enkoderler en yüksek doğruluğu ve mümkün olan en yüksek çözünürlüğü sağlar, ancak kontaminantların çalışmasına müdahale etmemesine dikkat edilmelidir.
Hem analog hem de dijital çıkışlı doğrusal enkoderler vardır. Dewesoft sistemleri, önceki bölümde açıklandığı gibi artımlı döner enkoderlere çok benzer A ve B çıkışları sağladıkları için dijital çıkışlara daha uygundur.
Dişli Sensörler
Bu açı tabanlı sensör, çevresi etrafında dişleri olan artı dişlerin geçtiği zaman tespit edilecek şekilde konumlandırılmış bir tür yakınlık sensöründen oluşur. Bu yakınlık sensörü tipik olarak bir Hall Effect tipidir, ancak diğerleri de mümkündür. Dişli, izlemek istediğimiz döner şaft üzerine monte edilmelidir.
Hall efekti yakınlık sensörü, bir mıknatıs ve geçen demirli dişli dişleri arasındaki hava boşluğunda bulunan akıdaki değişimi tespit eder. Modern sistemlerde, sinyal yönlendirme gereksinimlerine karşı duyarlı olan ve dişli hızını tam bir duruşa kadar takip edebilen bir ikili kare dalgaya dönüştürülür ve güç sağlandıktan hemen sonra geçen ilk dişli dişini algılar.
Hall efekti sensörlerinin çoğu sadece geçen dişlileri tespit etmekle kalmaz, aynı zamanda disklerdeki ve plakalardaki delikleri, çok çeşitli disklere ve plakalara eklenen demir içeren özellikleri (örn. Cıvatalar), tahrik şaftlarındaki ve eksantrik millerindeki çentikleri tespit etmek için de kullanılabilir.
Dijital Sensör Uygulamaları
- Yakınlık sensörleri: dönen şaftın RPM sayımı (takometre uygulamaları); üretim hattından geçen parçaların sayılması, kavşak araç tespiti (yola gömülü)
- Döner enkoderler: Motorların, konveyörlerin, dolum sistemlerinin, alma ve yerleştirme sistemlerinin hız ölçümü; makine hızı, konum ve mesafe ölçümleri (tekstil, kağıt hamuru ve kağıt, metal imalatı)
- Doğrusal enkoderler: CNC makineleri; Inkjet yazıcılar, lazer tarayıcılar,robotik
- Dişli sensörler: Dönen millerin devir sayısınıölçmek; motor yanma analizi, burulma ve dönme titreşim çalışmaları
Dijital Sensörün Avantajları
- Yakınlık sensörleri: Çok güvenilir; düşük maliyetli, kapasitif tipler kalınlığı ölçmek için de kullanılabilir; endüktif tipler su, çamur vb.ni ölçmek için kullanılabilir
- Döner enkoderler: Yüksek hız / düşük gecikme; yüksek çözünürlük, son derece güvenilir ve doğru
- Doğrusal enkoderler: Döner enkoderlerle aynı
Dişli sensörler: Genellikle çok sağlam ve kırılması zor; çok düşük başlangıç ve işletme maliyetine sahip
Dijital Sensör Dezavantajları
- Yakınlık sensörleri: Sınırlı algılama mesafeleri (~70mm), harici güç gerektirir
- Döner enkoderler: Manyetik enkoderler ile RF ve EM etkileşimi mümkündür; optik kodlayıcılarla ışık karışması mümkündür
- Doğrusal enkoderler: Döner enkoderlerle aynı
- Dişli sensörler: Sınırlı algılama mesafeleri; bir şaftın 360 ° dönüşü etrafında yüzlerce veya binlerce adım sağlayabilen enkoderlere kıyasla sınırlı açı çözünürlüğü
Dijital sensörlerle ilgili daha fazla bilgi edinin:
- Dewesoft PRO Training-> Digital Counter
Özet
Sensörlerin ne olduğu, nasıl çalıştığı ve gerçekten akıllara durgunluk veren bir dizi izleme ve test uygulamasında nasıl uygulanabileceğini daha iyi anladığınızı umuyoruz. Sensör teknolojisi her geçen gün ilerliyor, bu sensörleri daha iyi bir hale getirir ve doğru ve tekrarlanabilir ölçümler yapmak için daha verimli yollar bulur. Sensör tabanlı teknolojiler sürekli gelişmektedir.
Kuşkusuz bu makale sadece temeli oluşturmuştur. Mesafeyi ölçmek için yansıyan ultrasonik dalgalar kullanan ultrasonik sensörler, gazları ve buharları tespit etmek için kimyasal sensörler ve çok daha fazlası dahil olmak üzere bugün çok daha fazla sensör vardır.