Transdüser Nedir? Transdüser Çeşitleri Nelerdir?

Transdüser, bir enerji biçimini başka bir enerji biçimine dönüştüren cihazdır. Bu dönüşüm ısı, manyetik, basınç, optik ve ses verilerini elektriksel sinyallere dönüştürür. Dışarıdan bir enerji uygulamaya gerek olmadan fiziksel ve kimyasal dönüşüm yapan transdüsere pasif transdüser (termokulp), çalışması için elektrik enerjisine ihtiyaç duyan ve zayıf sinyalleri (4-20mA) ölçen transdüsere aktif transdüser denir.

A- A+

20.02.2016 tarihli yazı 2598 kez okunmuştur.

Transdüser Sensör Algılayıcı Isı Sıcaklık Manyetik Basınç Ses

Sensör ve Transdüser farkı

Teknik terminolojide sensör ve transdüser terimleri birbirlerinin yerine sık sık kullanılan terimlerdir. 1969 yılında ISA (Instrument Society of America) bu iki terimi eş anlamlı olarak kabul etmiş ve "ölçülen fiziksel özellik, miktar ve koşulların kullanılabilir elektriksel miktara dönüştüren bir araç" olarak tanımlamıştır.

Isı Transdüser ve sensörleri

Ortamdaki ısı değişimlerini algılayan ısı sensördür. Diğer bir deyişle elektrik iletkenliği sıcaklık ile değişir. Bu devre elemanlarına termistör denir. Term(sıcaklık) ve rezistör(direnç) kelimelerinin birleşimi ile oluşur. Yapısında seramik veya polimer malzemeler kullanılır. -300 ^oC ile +150 ^oC arasında ölçüm aralığı vardır.

►PTC(pozitif katsayılı termistör);

Sıcaklığın artmasıyla direnci artan termistördür. Yapısında baryum titanat ve fungsten vardır. +60 ^oC ile +150 ^oC arasında kararlı çalışır. Eski tip motorlarda sıcaklık kontrolü ve belirli bir sıcaklık aralığında çalışması istenen sistemlerde kullanılır.

►NTC(negatif katsayılı termistör);

Sıcaklığın artmasıyla direnç değeri azalan termistördür. -300 ^oC ile +50 ^oC kararlı çalışma aralığı vardır. Elektronik termometrelerde, araba radyatörlerinde vs. kullanılır.

►Termokupl (Isıl Çift);

Yüksek sıcaklık ölçümlerinde kullanılır. 2030 ^oC ye kadar ölçüm yapabilir. Termokupl içinde bulunan demir konstantan ve bakır konstantan gibi farklı metallerin birleşme noktaları ısıtıldığı zaman metal uçları arasında potansiyel fark meydana gelir. Bu farktan ötürü bir gerilim oluşur ve bu gerilim değerine göre sıcaklık hesaplanır. Çıkış değerleri küçük olduğu için yükselteç devresi kullanılır. Tel haline getirilmiş alaşımlar yalıtım malzemesi ile kaplanarak elektriksel olarak birbirlerinden yalıtılmış olurlar. Endüstride en çok kullanılan ısı kontrol elemanıdır.

►İlginizi Çekebilir: Algılayıcılar | Sensörler

►Entegre Devre Sıcaklık Sensörleri;

Yarı iletken teknolojisin gelişmesi ile silisyum ve germanyum bazlı sıcaklık sensörleri üretilmektedir. Germanyum kristalleri sıcaklık arttıkça akım azalır. Silisyum kristalleri ise sıcaklık ile doğru orantılıdır. Çalışma şekilleri ise, PN birleşmeli diyotlardaki gibi nötr bölgesi olan sensörlerin sıcaklık ile bu bölgenin iletime geçmesi mantığı ile çalışır. LM35 entegresi en çok kullanılan devre malzemesi olarak örnek gösterilebilir.

Manyetik Transdüser ve Sensörleri

Ortamdaki manyetik değişiklikleri algılayan ve algıladığı veriler neticesinde çıkış değeri olarak gerilim üreten transdüser çeşididir. Alan etkili transdüser olarak da bilinen manyetik transdüserler endüktif ve yarı iletken olarak iki kısımda incelenir. Bobin pasif bir devre elemanıdır. Manyetik alandan etkilenen bobinin uçlarında bir gerilim oluşur. En basit örneği küçük bir motorun dişli ucunu çevirdiğimiz zaman ucunda gerilim oluşur. Manyetik transdüserler elektriksel bağlantının olmadığı, dönme hareketi yapan cihazların hızlarını ve hareket yönünü, tıp elektroniğinde ve metal dedektörlerinde kullanılır.

►Bobinli Manyetik Sensörler;

Bobin, hareketli bir manyetik alan içinde bulunursa uçlarında bir gerilim meydana gelir. Bobin uçlarındaki gerilimin sürekli olması için sürekli değişen bir manyetik alan içinde bulunması yani mıknatısın ya da bobinin sürekli hareket halinde olması gerekir. Bir bobinin içindeki nüvenin konumuna göre bobinin endüktans değeri değişmektedir. Bu sayede uygulanan gerilime göre bobin uçlarında düşen voltaj değişir. Bu özelliklerden yararlanılarak endüktif transdüserler yapılmaktadır.

►Elektronik Devreli Manyetik Sensör;

Bir bobin teli içinden akım geçerse bobin etrafında manyetik alan oluşur. Bu manyetik alana bir metal girerse bobinin endüktans değeri değişir. Bu değişim devre içinde yorumlanarak metalin cinsi, yakınlığı gibi sonuçları elde ederiz. Güvenlik ve dedektör devrelerinde çoğunlukla kullanılır.

►Alan (Hall) Etkili Transdüser;

Bir yarı iletkenden akım akarken, akım yönüne dik bir manyetik alan uygulanırsa elektronlar belirli bir bölgede toplanır. Böylece yarı iletkenin uçlarında bir gerilim oluşur. Buna Hall etkisi denir. Gerilim değeri manyetik alan ve levha yakınlığına göre değişebilir. Hassas mesafe, pozisyon ve dönüş algılayıcıları olarak kullanır.

►İlginizi Çekebilir: Temassız Algılayıcılar

Basınç Transdüser ve Sensörleri;

Fiziki kuvvet ve basınç değişimini algılayan ve algıladığı verileri elektrik sinyaline çeviren transdüser çeşididir.

►Kapasitif Basınç Ölçme Sensörü;

Kondansatörler elektrik depolayabilen devre elemanıdır. Plaka boyutları, dielektrik madde ve plakalar arası mesafe gibi özellikleri ile kondansatör üzerinde şarj gerilimi değişir. Bu özelliklerin değiştirilmesi ile kondansatörün kapasitesi ve akımda karşı gösterdiği direnci de değişir. Yapısındaki değişimlerden hareketle Kapasitif basınç sensörleri geliştirilmiştir. Yaklaşım ve pozisyon sensörü olarak kullanılır.

Görselde esnek ve sabit olmak üzere iki plaka vardır. Üzerine uygulanan kuvvete göre esnek olan plaka ile sabit plaka arasında ki azalır. Azalma ile kondansatörün kapasitesi ve direncinde değişimler olacaktır. Bu direnç değişimi ile orantılı olarak basınç büyüklüğü tespit edilir.

►Strain Gage Sensörleri;

Strain gage, esnek bir tabaka üzerine ince bir telin veya şeridin çok kuvvetli bir yapıştırıcı ile yapıştırılmasıyla oluşturulur. Üzerinde ki basıncın etkisiyle esneyen tabakanın iletkenler üzerinde değişim oluşturur. Boy ve kesitlerinde değişim olan iletken tellerde, boy ve kesit değişimine göre tellerin direnci artar. Bu değişime bağlı olarak uygulanan kuvvetin büyüklüğü tespit edilir.

►Load Cell Basınç Sensörleri;

Load Cell sensörleri daha çok elektronik terazilerin yapımında kullanılan basınç sensörüdür. Strain gage mantığında çalışan bu sensörler 2 veya 4 noktadan ölçüm yaparak basınç miktarı tespit edilir. 50 -100 gr ve 1000 – 2000 ton arası ölçüm yapabilirler. Dijital kantarlarda, sıvı ve gaz sensörlerinde kullanılırlar.

►Piezoelektrik Basınç Sensörleri;

Piezoelektrik özellikli algılayıcılarda kuartz (quartz), roşel (rochelle) tuzu, baryum, turmalin gibi kristal yapılı maddeler kullanılır. Bu maddelere basınç uygulandığı zaman küçük değerli bir gerilim oluştururlar. Gerilim basınç ile doğru orantılıdır. Ani basınç değişimi değerlerini ölçmede sık kullanılırlar.

Ses Transdüser ve Sensörleri

Titreşimden ibaret olan ses, havada dalga iletimi şeklinde yayılır. Konuşurken çıkardığımız ses havayı titreştirir ve bir basınç değişikliği oluşturur. Kulağımız ise değişen hava basıncını kulak zarı ile algılar.

►Mikrofon;

Ses titreşimlerini, elektrik sinyaline çeviren transdüserdir. Ses dalgalarının mikrofon içindeki diyaframı titretmesi ile çalışır. Her sesin farklı şiddeti vardır. Diyaframın titreme şiddeti, üretilen elektrik enerjisi ile doğru orantılıdır. Kullanılan yöntemlere göre çeşitli mikrofon türleri vardır.

Dinamik mikrofonlar; Dinamik mikrofonlar ses dalgalarının diyaframa bağlı bir bobinin mıknatıs içinde hareket etmesi çalışır. Bobinin mıknatıs içinde hareketi ile bir gerilim oluşur. Ses şiddetiyle sürekli hareket halinde olan bobin üzerinde ses frekansına uygun bir gerilim oluşur. Oluşan bu gerilim ses yükselteç devreleri ile hoparlörden aynı frekanslı çıkış alınır. Dinamik mikrofonları elektriksel alandan uzak tutulmalıdır. Seste cızırdamalar oluşturabilir. En çok kullanılan mikrofon türüdür.

Kapasitif mikrofonlar; Bir sabit levha ve bir de hareketli iletken levha arasında hava boşluğu bırakılarak kapasite elde edilir. Diyafram görevi gören hareketli levha, diyafram titreştiği zaman boşluğun kapasitesi değişir. Boşluğun daralıp genişlemesi ile değişen kapasite ile mikrofon çıkışında küçük bir akım oluşur. Çıkışta oluşan bu akım bir direnç üzerinde gerilim düşümü meydan getirir. Yükselteç devresi ile uygun değerler elde edilir. 50 – 15000 Hz arasında frekans aralığı vardır. Harici bir besleme kaynağına ihtiyaç duyulur.

Şeritli mikrofon; Dinamik mikrofon esasına dayalı şeritli mikrofonlar bir mıknatıs içine yerleştirilmiş alüminyum bir levha titreştiği zaman bir akım oluşur. Şerit mikrofonlar çok hassas yapılıdır. Düşük frekanslı sesleri toplayabilir. Frekans karakteristiği geniştir. Yüksek kalitelidir. Sarsıntıdan etkilendikleri kapalı ortamda kullanılmalıdır.

Piezokristalli mikrofon; Kuartz (quartz), roşel (rochelle) tuzu, baryum, turmalin gibi kristal yapılı maddelere basınç uygulandığında üzerlerinde elektrik akımı oluşur. Bu akım, basıncın kuvvetine ve frekansına göre değişir. İki metal elektrot arasına yerleştirilmiş ve bir pin (küçük çubuk) ile diyaframa tutturulmuştur. Ses titreşimleri diyaframı titreştirince kristal de titreşmektedir.

Karbon tozlu mikrofon; Karbon tozlu mikrofonlar esnek diyafram ve bir hazne içinde bulunan karbon tozu ile oluşturulmuştur. Alüminyum bir zar titreştiği zaman karbon tozları hazne içinde sıkışır. Zar üzerine bağlanan DA kaynağından çıkan elektron karbon tozları üzerinden devresini tamamlamaya çalışır. Esneyen veya gevşeyen karbon tozları üzerinde oluşan direnç ile değişken bir akım oluşur. Zamanla bu karbon tozları tortulaşmaya başladığından özelliklerini kaybederler ve hassasiyetleri azalır. Günümüzde kullanımları azalmıştır.

►Hoparlör;

Elektriksel sinyalleri insan kulağının duyabileceği ses sinyallerine dönüştür. Hoparlör mıknatıs, bobin ve diyaframdan oluşur

Dinamik hoparlör; Yükselteçten ses sinyalleri hoparlör içinde bulunan bobinin etrafında bir manyetik alan oluşturur. Oluşan bu manyetik ile mıknatısın manyetik alanı birbirini itip çekerek diyaframın titreşmesine neden olur. Titreşen diyafram havayı da titreştirerek ses sinyalleri oluşturur.

Piezokristal Hoparlör; Piezoelektrik hoparlörler çizgi biçiminde şeritlere, birbirine karşı polarize edilmiş, bükülgen piezooksit (kurşun, elmas, titan karışımı) maddeden yapılmıştır. Devreye akım uygulandığı zaman bu şeritler uzayıp kısalarak bağlı olduğu diyaframı hareket ettirir ve ses dalgası oluşturur. Çoğunlukla yüksek ses elde edilmesi istenilen yerlerde kullanılır. Ayrıca elektronik devrelerde kullanılan buzzer da bu yapıdadır.

Optik Sensör ve Transdüserler

Işık miktarındaki değişime göre akım veya voltaj geçişi sağlayan elemanlara optik eleman denir.Işık miktarındaki değişime göre elektriksel sinyal değerlerinde değişim gözlenir.

►Fotodirenç (LDR);

LDR üzerine düşen ışık şiddetine göre az veya çok direnç gösteren devre elemanıdır. Düşük ışık şiddetinde yüksek direnç, yoğun ışık şiddetinde az direnç gösterir. Çeşitli şekillerde üretilen Ldr’ler boyutuna göre değişik güçdeğerlerine sahiptirler. Ldr’ler CdS(kadminyum sülfür), CdSe(kadminyum selinür), selenyum, germanyum ve silisyum gibi ışığa duyarlı maddelerden üretilmektedir. Ldr yapımında kullanılan bu maddelerin oranı algılayıcının hassasiyetini, duyarlılığını ve algılama süresini etkilemektedir

►PIR (Passive InfraRed) Sensörleri;

Pır sensörleri insanların ve sıcakkanlı canlıların yaydıkları IR ışınları algılayabilen sensörlerdir. Hareket sensörü olarak kullanılan Pır sensörler alarm, otomatik aydınlatma sistemlerinde kullanılır. Algılama mesafesinin artırılması ortamdan gelen ışınların mercek filtre ile kırılması ile sensör üzerine tam gelerek odaklanması sağlanmıştır. Çokgen şeklinde yapılan mercek, canlı hareket ettiği zaman ışınları tam kırarak sensörün üzerine düşürür.

►Encoder Algılayıcı;

Robot ve otomasyon endüstrisinde motorların devir ve yönünü bulmak için kullanılır. Motora bağlanmış belirli aralıklarla delinmiş bir disk dönerken IR ledlerin yaydığı ışınlar deliklere denk geldiği zaman tam karşısında ki fototransistor bu ışınları algılar ve bir mikroişlemci ile alınan veriler işlenerek gerekli bilgiler elde edilmiş olur.

Kaynak:

►wikipedia

Yazar: Cem Aydınoğlu