basinc sensorleri

SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
BASINÇ (GERİLME) TRANSDUSERLERİ
Tanımı
Üzerlerine düşen basınçla orantılı olarak fiziki yapılarında meydana gelen
değişimden dolayı basınç seviyesini ya da basınç değişimi seviyesini elektriksel
işarete dönüştüren devre elemanlarına basınç transduseri denir.
Çeşitleri
Basınç sensörleri, çalışma prensibine göre beş grupta incelenebilir.
Bunlar:
1-) Kapasitif basınç ölçme sensörleri
2-) Rezistif basınç (kuvvet) algılama sensörleri
3-) Strain Gauge (şekil değişikliği) sensörleri
4-) Load Cell (yük hücresi) basınç sensörleri
5-) Piezoelektrik özellikli basınç ölçme sensörleri
2
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
3
1-) Kapasitif Basınç Sensörleri
Kondansatörler elektrik enerjisini depolayan elemanlardır. Bu özellikleri
kondansatör plakalarının boyutlarına, plakalar arasındaki mesafenin uzaklığına ve
iki plaka arasındaki yalıtkan (dielektrik) malzemenin özelliğine bağlıdır.
Sonuç olarak kondansatör
plakaları birbirinden uzaklaştırılırsa
ya da esnetilirse veya iki plaka
arasındaki dielektrik malzeme
hareket ettirilirse, kondansatörün
kapasitesi değişir.
Kondansatörün kapasitesi ile
beraber alternatif akıma gösterdiği
direnç de değişir.
İşte bu prensipten hareketle
kapasitif basınç sensörleri
üretilmiştir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
4
Kapasitif basınç sensörleri, uygulanan basınç ile farklı şekillerde hareket ederler.
a-) Basınç ile kayarak (sağa-sola) hareket eden sensörler,
b-) Basınç ile aşağı-yukarı (içeri-dışarı) hareket eden sensörler
a-) Basınç ile Kayarak Hareket Eden Kapasitif Sensörler ;
Bu tip kapasitif sensörlerin
farklı tipleri vardır. Yandaki
şekilde, iki sabit alt plaka
üzerinde hareket eden üst
plakalı Kapasitif Sensör’ün
yapısı görülmektedir.
Hareketli plaka tam ortada
iken kapasite eşit dağılmıştır.
Uygulanan basıncın etkisi ile hareketli plaka sağa veya sola doğru kayar. Hareketli
plaka sağa doğru kaydığı zaman, sağdaki kapasite küçülür. Sol taraftaki kapasite
büyür. Bu şekildeki kapasite değişikliği sonucu, elektriksel sinyaller üretilir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
5
Üst plaka, basıncın etkisi ile
sağa doğru kaydığı zaman,
sağdaki sabit plaka ile
hareketli plaka üst üste gelir.
Kapasite küçülür. Soldaki sabit
plaka ile hareketli plaka
arasındaki kapasite en yüksek
değerindedir.
Üst plaka, basıncın etkisi ile
sola doğru kaydığı zaman,
soldaki sabit plaka ile hareketli
plaka üst üste gelir.
Kapasite küçülür. Sağdaki
sabit plaka ile hareketli plaka
arasındaki kapasite en yüksek
değerindedir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
Şekilde, basınç ile kayarak hareket eden başka bir Kapasitif Sensör yapısı
görülmektedir. Bu sensörde ; alt ve üst plakalar sabittir. Orta plaka hareketlidir.
Hem orta plaka ile üst plaka arasında, hem de orta plaka ile alt plakalar arasında
kapasite değişimleri ve gerilim değişimleri yaşanır. Hareketli plaka sabit iken
kapasiteler normal değerindedir ve dengelidir.
6
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
7
Basınç etkisi ile sağa doğru
hareket eden hareketli plaka,
sağdaki üst ve alt plaka
arasındaki kapasite değerini
azaltır.
Soldaki alt ve üst plaka arasında
kapasite en yüksek değerindedir.
Basınç etkisi ile sola doğru
hareket eden hareketli plaka,
soldaki üst ve alt plaka
arasındaki kapasite değerini
azaltır.
Sağdaki alt ve üst plaka
arasında kapasite en yüksek
değerindedir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
8
b-) Basınç ile Aşağı-Yukarı (içeri-dışarı) Hareket Eden Kapasitif Sensörler
Bu tip sensörler de iki tiptir.
Birincisi ; yandaki şekilde görüldüğü gibi iki
sabit plaka arasında, basıncın etkisi ile aşağı
veya yukarı hareket eden bir levhadan
oluşan kapasitif sensörler’ dir.
İkincisi ; basıncın etkisi ile bir yay gibi
bükülerek hareket eden ve kapasiteyi
değiştiren sensörlerdir.
Ortadaki hareketli plaka, basıncın etkisi ile aşağı ve yukarıya doğru hareket ederek,
alt ve üst plakalar arasındaki kapasiteyi değiştirir. Basınç yok iken, orta plaka ile
diğer plakalar arasındaki kapasite, sensörün varsayılan kapasite değeridir.
Orta plaka asansör gibi, basınç ile aşağıya iner ve yukarıya çıkar. Levhalar
arasındaki kapasite değişikliği, sensör çıkışında elektriksel sinyal olarak alınır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
9
Yandaki kapasitif sensöre, basınç uygulandığı
zaman, hareketli orta plaka basıncın etkisi ile
aşağıya doğru hareket eder.
Üst Plaka ile orta plaka arasındaki kapasite
artar.
Alt plaka ile orta plaka arasındaki kapasite
azalır.
Yandaki şekilde ise hareketli orta plaka,
basıncın etkisi ile yukarıya doğru hareket eder.
Üst Plaka ile orta plaka arasındaki kapasite
azalır.
Alt plaka ile orta plaka arasındaki kapasite artar.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
10
Üst plakası hareketli, alt plakası
sabit olan kapasitif sensörün
prensib yapısı, yandaki şekilde
görülmektedir.
Basınç yok iken levhalar arası
kapasite sabittir ve varsayılan
değerdedir.
Sensöre basınç uygulandığında
esnek üst levha, içeriye doğru
yay şeklinde bükülerek hareket
eder.
Üst levhanın esnemesi sonucu,
alt levha ile arasındaki mesafe
daralır ve kapasite azalır.
Basınç kalktığı zaman, üst levha tekrar eski formuna döner ve kapasite olması
gereken değere ulaşır. Sensör çıkışında elektriksel sinyaller elde edilir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
Basınç ile esneyerek kapasite değişikliği sağlayan Kapasitif Sensör
11
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
12
2-) Rezistif Basınç (kuvvet) Algılama Sensörleri
Uygulanan basınç kuvveti ile direnç
değeri değişen sensörlere, Rezistif
Kuvvet Algılama Sensörü adı verilir.
Kısaca FSR (Force Sensitive Resistor)
harfleri ile gösterilirler.
Sensör çıkışlarında elde edilecek direnç
değişimi uygulanan kuvvete bağlıdır.
Rezistif Kuvvet Algılama Sensörünün
Fiziksel Görünümü
Sensörün, basınç uygulanmamış haldeki
normal direnci yaklaşık 1MΩ civarındadır.
Elle basınç kuvveti uygulandığında,
uçlarındaki direnç yaklaşık 100KΩ
civarına iner.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
13
FSR sensörü, +5V DC gerilim ile çalışır. LDR, NTC v.b devre elemanları gibi gerilim
bölücü dirençlerle birlikte kullanılır. Gerilim bölücü devre çıkışlarından elde edilen
gerilim değeri, karşılaştırıcı, kuvvetlendirici v.b devrelere uygulanabilir.
FSR sensörü, iletken polimer maddeden yapılmıştır. Esnek bir yapısı vardır.
Yapısı aşağıdaki şekildeki gibidir.
En üstte yer alan aktif bölge, FSR
sensörün kuvvet uygulanan
yüzeyidir. Sensöre gerilim aktif
bölgedeki uçlardan uygulanır.
En alttaki iletken filmin olduğu
katman, aktif bölgedeki kuvvete
(veya basınca) bağlı olarak
iletken filmin direncinde değişiklik
meydana getirir.
Aradaki plastik ayırıcı ise aktif
bölge ve iletken film arasında
yalıtım sağlar.
FSR Sensörün Yapısı
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
Çeşitli Boyutlardaki FSR Sensörlerin Fiziksel Görüntüsü
FSR Sensörün
Sembolü
FSR’ nin Gerilim Bölücü ve OP-AMP Bağlantısı
14
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
FSR Sensör Kullanılarak
Yapılmış Dokunmatik Eldiven
FSR Sensörlerin Kullanım Alanları
FSR sensörler, endüstriyel alanlarda, insan dokunması ile çalışan devrelerde,
medikal alanda, robot teknolojilerinde, otomotiv alanında v.b alanlarda
kullanılırlar.
15
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
16
3-) Strain Gauge (Şekil Değişikliği - Gerilme) Sensörleri
Temel olarak Strain Gauge’ ler (Strain Gage diye de kullanılır) esneyebilen bir
tabaka üzerine ince bir telin veya şeridin yapıştırılmasından oluşmuştur.
Üzerindeki basıncın etkisinden dolayı tabakanın esnemesi, iletken şeridin de
gerilerek uzamasına sebep olmaktadır. Bu uzama esnasında telin boyu
uzayarak kesiti azalacaktır.
Bilindiği gibi iletkenlerin
kesiti azaldıkça dirençleri
artacağından uygulanan
kuvvete bağlı olarak
iletkenin direncinde de
değişme olacaktır. Bu
direnç değişimine bağlı
olarak uygulanan kuvvetin
miktarını tespit edilebilir.
Strain Gauge’un Kısımları
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
17
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
18
Strain Gauge aygıtları genellikle Wheatstone (Weston okunur) köprüsü denilen
yöntemle devreye bağlanırlar.
Gerilme ve Daralma durumlarındaki direnç değişikliğini ölçmek ve elektriksel
sinyale çevirmek için Wheatstone köprüsü denilen devreye bağlanırlar.
Wheatstone Köprüsü Nedir?
Wheatstone köprüsü, değeri bilinmeyen orta
değerdeki bir direnci, değeri bilinen diğer
dirençlerle karşılaştırma yöntemi kullanarak
ölçülmesini sağlayan bir devre bağlantısıdır.
Wheatstone köprü devresinin bağlantısı
yandaki şekilde görülmektedir.
Devrede, R1, R2 ve R3 değeri bilinen
dirençlerdir. Rx ise değeri bulunacak olan
bilinmeyen dirençtir.
Devreye, DC besleme kaynağı ile Giriş
gerilimi uygulanır.
Wheatstone Köprüsü
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
19
Wheatstone köprüsünde ;
R1.Rx = R2.R3 seçilirse, köprüye
uygulanan giriş gerilimi ne olursa olsun,
Voltmetre’den okunacak değer 0 (sıfır)
Volt’tur.
Bu denkleme köprünün denge denklemi
adı verilir.
Rx direncinin ölçülmesi için, Rx bu
denklemden çekilir.
Wheatstone Köprüsü
R1, R2 veya R3 dirençlerinden birisi ayarlı olursa işlem daha da kolaylaşır. Farklı
direnç değerinden (Rx) dolayı köprünün dengesi bozulunca, Voltmetre’de bir değer
okunur. Ayarlı olan direnç ile Voltmetre’de okunan değer 0 Volt oluncaya kadar
ayarlanır.
Voltmetre değeri 0 Volt olunca köprü dengededir. Yukarıdaki Rx formülünden
bilinmeyen direnç değeri bulunur.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
20
Wheatstone köprülerinde, bilinmeyen direnç sayısına göre 3 çeşit köprü bağlantısı
vardır.
1-) Çeyrek Köprü (Bilinmeyen direnç 1 tane ise)
2-) Yarım Köprü (Bilinmeyen direnç 2 tane ise)
3-) Tam Köprü
(Bilinmeyen direnç 4 tane ise)
Strain Gauge sensörleri de devreye bağlanırken, çeyrek köprü, yarım köprü ve tam
köprü bağlantılarından bir tanesi kullanılarak bağlanırlar.
Strain Gauge’ un gerilme veya daralma anındaki oluşan direnci, Rx bilinmeyen direnç
olarak devrede kullanılır.
Uygulamalarda kullanılan Strain Gauge sensörlerinin katalog bilgilerinde genellikle,
gerilme ve daralma anındaki alabileceği direnç değerleri yazılıdır. Devre kurulurken,
bu katalog değerleri dikkate alınır.
Strain Gauge, herhangi bir baskı altında değil iken (gerilme veya daralma), bağlı
olduğu Wheatstone köprüsü denge durumundadır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
21
Strain Gauge Sensörün Köprü Devrelerde Kullanılması
Çeyrek köprüden oluşan, Strain
Gauge devresi.
Sensör, herhangi baskı altında
değildir.
Köprü dengededir.
Sensöre uygulanan baskı ile direnci
değişir. Köprünün dengesi bozulur.
Yarım köprüden oluşan, Strain
Gauge devresi.
Sensörün bir tanesinde herhangi bir
baskı yok, diğer sensör baskı
altında. Köprü dengede değildir.
Diğer Sensöre uygulanan baskı ile
köprü dengeye getirilir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
Yarım köprüden oluşan, Strain
Gauge devresi.
Sensörlerin her ikisi de baskı
altındadır. Sensörün birisine
daralma, diğerine gerilme baskısı
uygulanıyor. Köprü dengede değildir.
R1 ve R2 dirençleri değiştirilerek
devre dengeye getirilir. R1 ve R2
ayarlı direnç olmalıdır.
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
22
Tam (Full) köprüden oluşan, Strain
Gauge devresi. Sensörlerin karşılıklı
olarak ikisi daralma, diğer karşılıklı
ikisi gerilme baskısı altındadır.
Köprü dengede değildir.
Sensörlerin gerilme ve daralma
oranları ayarlanarak devre dengeye
getirilir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
23
Örnek olarak, sabit bir yere monte edilmiş esnek bir parçanın üst kısmına bir adet
Strain Gauge, alt kısmına başka bir Strain Gauge bağlanmış olsun. Bu sensörler,
aynı zamanda Wheatstone köprüsüne de şekildeki gibi bağlanmış olsunlar.
Esnek parçaya herhangi bir kuvvet uygulanmadığı zaman, köprü dengededir.
Voltmetre de 0 Volt okunur.
Esnek parçaya bir kuvvet uygulandığı zaman, üstteki Strain Gauge gerilir, alttaki
Strain Gauge daralır (büzüşür). Bu durumda köprünün dengesi bozulmuştur.
Voltmetreden değer okunur. Diğer R dirençleri ile köprü dengeye getirilir ise Strain
Gauge sensörlerin gerilme ve daralma dirençleri bulunur.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
24
Strain Gauge Tipleri
Strain Gauge sensörleri, kullanıldıkları yerin özelliğine ve yapısına göre çok değişik
tiplerde olabilirler. Aşağıdaki şekillerde, sık kullanılan çeşitli Strain Gauge tipleri ve
adları görülmektedir.
Sık Kullanılan Strain Gauge Tipleri - 1
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
25
Sık Kullanılan Strain Gauge Tipleri - 2
Strain Gauge tipleri, kendi aralarında tek tek kullanılarak yarım köprü veya tam
köprü elde edilebildiği gibi yukarıdaki şekillerde görüldüğü gibi hazır olarak bulunan
yarım köprü ve tam köprü tipleri de mevcuttur.
Gerilme ve büzülme yapıları farklı olsa da çalışma prensipleri hepsinin aynıdır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
26
Strain Gauge Sensörler Nerelerde Kullanılır?
Strain Gauge sensörler, çekme, gerilme, esneme, büzülme v.b kuvvetlerin
ölçüleceği bütün yerlerde kullanılabilir.
Örneğin ;
1-) Çelikten yapılmış bir tren köprüsünün, yaz ve kış aylarındaki sıcaklık
değişimlerinde gerilme ve büzülme (daralma) değerleri ölçülebilir.
2-) Elektrik üreten rüzgar güllerinin veya helikopter pervanesindeki kanatların
rüzgar altında ne kadar gerilip, büzüşeceği ölçülebilir.
3-) Otomobillerin çarpma testlerinde (crash test), metal gövdenin veya saç aksamın
çarpışma anında ne kadar büzüşeceği ölçülebilir.
4-) Pres gibi, mengene gibi cihazlara bağlanan metal parçalara ne kadar kuvvet
uygulandığı, ne gibi deformasyona yol açtığı ölçülebilir.
Bu tür örnekler çoğaltılabilir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
Strain Gauge Sensör Uygulama Devresi
Şekilde, Yarım köprü şeklinde bağlanmış Strain Gauge sensörlerin ve yüksek
kazançlı işlemsel yükseltecin (LTC6081) kullanıldığı devre görülmektedir.
Devrenin kazancı 1000 civarındadır. Girişindeki 1µV’ luk gerilim değişikliğini
çıkışında 1000µV’ a yükseltir. 1mV’ luk gerilim değişikliğini de 1000mV’ ta (1V)
yükseltir.
Devre çıkışına transistör yardımı ile röle, motor, v.b elemanlar bağlanabilir.
27
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
28
Strain Gauge Sensör Uygulama Devresi
LTC6081 entegresi, yüksek kazançlı
işlemsel yükselteç (OP-AMP) entegresidir.
Foto Diyot yükselteci, Strain Gauge
yükselteci, yüksek empedanslı sensör
yükselteci, Termokupul yükselteci gibi
uygulamalar için geliştirilmiş bir entegredir.
LTC6081 entegresi, bir kılıf içerisinden 2 adet düşük gürültülü CMOS işlemsel
yükselteçten oluşmuştur.
Çok yüksek doğruluk ve hassasiyet gerektiren uygulamalarda rahatlıkla kullanılabilir.
1-) 2,7V…5,5V arasında çalışma gerilimine sahiptir.
2-) Kazanç değeri kararlıdır, sıcaklıkla çok az değişir.
3-) 3,6 MHz bant genişliğine sahiptir.
4-) Tipik olarak, 120 dB açık çevrim kazancına sahiptir.
5-) 330µA gibi çok düşük besleme akımına sahiptir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
29
4-) Load Cell (Yük Hücresi) Basınç Sensörleri
Ağırlığın oluşturduğu gerilmeyi ya da burkulmayı elektronik yöntemle ölçmeyi
sağlayan dönüştürücülere Load Cell (Yük Hücresi) denir.
Gerilme ya da burkulma genellikle Load-Cell‘ ler (yük hücreleri) ile ölçülür.
Dolayısıyla Load Cell yapımında Strain Gauge‘ lardan faydalanılır.
Sabit Uç
Alüminyum Gövde
YÜK
Strain Gauge
Serbest Uç
Load Cell’ in Fiziksel Görünümü
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
30
Load Cell‘ ler çelik karkasa sahip olmakla birlikte genellikle alüminyum çerçeve
üzerine yerleştirilen Strain Gauge 'lardan elde edilir.
Örneğin; dört adet Strain Gauge farklı yönlerde ve köprü şeklinde bağlanarak
alüminyum çerçeve üzerine monte edilip ambalajlandığında, aşağıdaki şekildeki
gibi Load Cell elde edilir. Bu yapıya yay elemanı veya yay elementi adı verilir.
Load Cell Yapısı
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
31
Load Cell, genellikle elektronik terazi ve tartı aletlerinde kullanılır. Yük Transdüseri
(Load Transducer) olarak ta adlandırılır. Yük veya ağırlık birimlerini elektriksel
sinyallere çevirir.
R1, R2, R3, R4 dirençleri ile gösterilen 4 adet Strain Gauge, Köprü olarak bağlanır.
Herhangi bir yük, ağırlık veya baskı yok iken Load Cell’in köprüsü dengededir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
32
Load Cell’in serbest ucuna yük veya ağırlık
uygulandığı zaman, esnemeye başlar ve
paralelliği bozulur.
Paralelliği bozulduğu zaman, aşağıdaki
şekillerde 1,2,3,4 rakamları ile gösterilen
Strain Gauge sensörleri baskı ile karşılaşır.
1 ve 4 nolu sensörler
GERİLME, 2 ve 3
nolu sensörler
SIKIŞMA, durumu ile
karşılaşırlar.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
33
Load Cell’ e yük veya ağırlık uygulandığı zaman, Strain Gauge sensörleri şekillerdeki
gibi değişikliğe maruz kalırlar. Bu sensörlerin bağlı olduğu köprü devresinin dengesi
bozulur. Çıkıştaki gerilim değeri, elektronik devreler ile işlenir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
34
Load cell‘ ler kullanım alanlarının gerektirdiği şekilde imal edilirler bu yüzden çok
farklı ve çeşitli modelde Load Cell e rastlanılır.
Günümüzde 50-100gr’dan 1000-2000 ton’a kadar geniş bir kapasite aralığında Load
Cell imal edilebilmektedir.
Load Cell Çeşitleri
Load Cell’ ler (Yük hücreleri) kullanılan yerlere ve ağırlıklara göre farklılık gösterirler
ve çeşitli tiplerde üretilirler.
1-) Eğilme Tipi Load Cell
Ağırlık kapasitesi yaklaşık 20 kg - 200 kg olan yerler için tercih edilirler. Kesme
kuvveti prensibi ile geliştirilmişlerdir. Platform kantarları, bant kantarları gibi yerlerde
kullanılırlar.
2-) Kesme Tipi Load Cell
Ağırlık kapasitesi yaklaşık olarak 200 kg - 5 Ton olan yerle için uygundur. Kesme
kuvveti prensibine göre çalışırlar. Yüksek hassasiyetli yerler için geliştirilmiştir.
Mekanik - Elektronik dönüşümlerde uygulama alanı bulurlar.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
35
3-) S Tipi Load Cell
Ağırlık kapasitesi yaklaşık olarak 500 kg - 2 Ton olan yerler için kullanılır. Kesme
kuvveti prensibi ile basma ve çekme yönünde çalışan kuvvet ölçüm uygulamaları
için geliştirilmiştir. Tipi S harfine benzediği için S Tipi Load Cell denmiştir.
S Tipi Load Cell’ in Fiziksel Görünümü
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
S Tipi Load Cell, özellikle bant kantarlarında, ağırlık kaldıran vinç kollarında v.b
yerlerde kullanılırlar. En çok kullanılan Load Cell tiplerinden bir tanesidir.
36
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
37
Şekilde, S Tipi Load Cell sensörler, kablo, tel, ip v.b üretimi sırasında makaraların
sıkışıp, kabloyu (veya teli, ipi) koparmaması için çekme kuvveti algılarlar. Kabloda
aşırı bir gerilme olunca, Load Cell bunu algılayarak, bağlı olduğu elektronik devre ile
üretim hattını durdurur. Arıza giderilince, üretim devam eder.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
4-) Platform Tipi Load Cell
Düşük kapasiteli ve tek yük hücreli platform kanatlarında kullanılırlar. Çalışma
ağırlıkları yaklaşık olarak 6 kg - 600 kg civarındadır.
5-) Basma Tipi Load Cell
Kesme kuvveti ile basma yönünde
çalışan yüksek hassasiyet ve
yüksek kapasiteli yerler için
geliştirilmiştir.
Genellikle tank ve vagon tartım
işlemlerinde kullanılırlar.
Çalışma ağırlıkları 10 Ton - 200
Ton aralığındadır.
Basma (Load Button) Tipi Load Cell
38
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
Basma (Load Button) Tipi Load Cell’in Yapısı
6-) Kablo Gerilim Sensörü Load Cell
Aşırı yük koruma amacı ile geliştirilmiş elemanlardır. Asansörlerde ve vinçlerde
hareketsiz olan çelik halatlarda kullanılırlar.
39
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
Çeşitli Tiplerdeki Load Cell’ ler - 1
40
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
Çeşitli Tiplerdeki Load Cell’ ler - 2
41
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
Load Cell (Yük Hücresi) Sensör Uygulama Devresi
Load Cell Yükselteci
42
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
43
Yandaki devre, Load Cell’ in
çıkış devresidir. 4 adet çıkış
ucu, Load Cell yükseltecinin
girişlerine bağlanır.
Load Cell’e uygulanan kuvvet
ve basınç bu devre çıkışında
elektriksel sinyale dönüşür.
Bu sinyaller, yükselteç
devresi ile kuvvetlendirilerek,
Çeşitli kontrol ve mikroişlem
devrelerine uygulanır.
Load Cell Direnç Yapısı
Yükselteç devresinin girişlerine uygulanan elektriksel Load Cell sinyalleri, yüksek
kazançlı, yüksek giriş hassasiyetine sahip işlemsel yükselteç entegresi ile
kuvvetlendirilerek kazancı arttırılır. Yükselteç devresi çıkışında, TTL ve CMOS
seviyesinde çıkış gerilimi üretilir. Genlik seviyesi 5V civarında olan bu gerilim, devre
çıkışında çeşitli kontrol ve mantık devreleri ile işlenebilir. Mikroişlem veya
mikrodenetleyici devreleri ile kullanılabilir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
44
5-) Piezoelektrik Özellikli Basınç Ölçme Sensörleri
Piezoelektrik etki, kristal yapıya sahip materyallerin üzerine mekanik bir güç veya
basınç uygulandığında, materyal uçlarında elektrik akımı elde edilmesine denir.
Piezoelektrik, Yunanca piezo kelimesinden türetilmiş olup, basınç uygulamak,
sıkıştırmak anlamına gelmektedir.
Piezoelektrik etki, 1800 yılında Jacques ve
Pierre Curie kardeşler tarafından
bulunmuştur.
Turmalin, Topaz, Quartz (Kuartz), Roshelle
(Roşel) gibi kristallere mekanik basınç
uygulanması sonucunda yapılan baskıyla
orantılı, kristal uçlarında elektriklenme
görülmüştür.
Uygulanan basınç voltaj oluşturur ve bu
voltaj maddede %4 oranında bir hacim
değişikliğine yol açar.
Kuartz (Quartz) Kristalleri
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
45
Piezoelektrik Etkisi kullanılarak Piezoelektrik sensörler, Ters Piezoelektrik etkisini
kullanarak, Akustik Dalga Sensörleri üretilmektedir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
46
Piezoelektrik Etkisi, Kuartz kristallerine dışarıdan mekanik olarak bir baskı, basınç
veya güç uygulanması sonucu, Kuartz kristali uçlarında elektrik üretilmesi olayıdır.
Ters Piezoelektrik Etkisi, Kuartz kristallerine DC bir elektrik akımı uygulanması ile,
kristalin uzayıp, kısalarak şekil değiştirmesi sonucu, kristal uçlarında bir titreşim
oluşması olayıdır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
47
Akustik basıncı elektriğe çevirme özelliğinden faydalanılarak, piezoelektrik mikrofon
sensörler üretilmektedir.
Elektrik sinyallerini, akustik basınca çevirme özelliğinden faydalanılarak,
piezoelektrik hoparlör sensörler üretilmektedir.
Piezoelektrik etkili sensörlerde, polarize kristal malzemelerin piezoelektrik
özelliğinden faydalanılır. (Bakınız, aşağıdaki şekil)
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
48
En verimli, en bilinen ve en kolay bulunan piezoelektrik materyal, Kuartz kristalleridir.
Kuartz kristali üzerinde herhangi bir etki, baskı yok iken yapısı ve formu sabittir.
Kuartz kristaline gerilme uygulanırsa uçlarında (+) ve (-) polariteye sahip bir elektrik
sinyali oluşur. Kristale sıkıştırma uygulanırsa, bu kez polaritesi (-) ve (+) olarak yön
değiştiren başka bir elektriksel sinyal oluşacaktır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
Piezoelektrik Etkili Sensörler Nerelerde Kullanılır?
1-) Manyetolu denilen çakmaklarda,
Ev tipi ocakların elektrikli ateşlemesinde
Kullanılırlar.
49
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
2-) Dijital Saatlerde ve motorlu Analog saatlerde kullanılırlar.
50
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
3-) Piezoelektrik mikrofonlarda ve Piezoelektrik hoparlörlerde kullanılırlar.
Piezoelektrik Mikrofon
Piezoelektrik Hoparlör
4-) Piezoelektrik sensörler yüksek
hassasiyete sahip oldukları için
hassas terazilerde (kuyumcu
terazileri), ivme ölçerlerde, hareket
algılayıcılarda, kuvvet ve basınç
ölçen sistemlerde kullanılırlar.
Hassas Elektronik Teraziler
51
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
5-) Piezoelektrik kuvvet sensörlerinde kullanılırlar.
Örnek olarak, günümüzde kullanılan otomobillerin bir çoğunda bulunan hava
yastıklarının (airbag) sensör kısmında piezoelektrik kuvvet sensörleri kullanılır.
Piezoelektrik materyal çarpma etkisiyle elektrik sinyalleri göndererek airbaglerin
çalışmasını (açılmasını) sağlar.
52
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
53
6-) Piezoelektrik ile elektrik üretme sistemlerinde kullanılırlar.
Güneş enerjisi ve rüzgar gülleri ile elektrik üretilmesinin ardından, geleceğin elektrik
üretme sistemi olarak bahsedilen sistemlerde kullanılmaktadırlar.
Aşağıda, Piezoelektrik elektrik jeneratörü görülmektedir.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
54
Piezoelektrik Sensörün Devre Bağlantısı
Aşağıdaki şekillerde, piezoelektrik sensörün gerilim bölücü devre ile istenilen
herhangi bir kontrol devresinin girişine bağlanabilen şeması ve örnek olarak 4 adet
piezoelektrik sensörün Mikrodenetleyici Arduino kartına bağlantısı görülmektedir.
Piezoelektrik sensörlerin çıkış gerilimleri küçük olduğu için çıkışları bir yükselteç
Devresine bağlanmalıdır.
SENSÖRLER ve TRANSDUSERLER
BASINÇ TRANSDUSERLERİ
55
Piezoelektrik Sensör Uygulama Devresi
Şekildeki devre, hassas yangın alarm devresidir. Devrenin hassasiyeti, kullanılan
piezo elementten kaynaklanmaktadır.
Kurşun-Zirkonat-Titonat kristallerinden oluşan piezo element sensör, ısıyı görünce
form, şekil değişikliğine uğrar ve uçlarında elektriksel sinyal üretir. Bu sinyal,
işlemsel yükselteç ile kuvvetlendirilir. CD4060, osilatör entegresi ile de ikaz sesi ve
röle kontrolü üretir.
SUNUM SONU