Yaklaşım Sensörü – Proximity Switch
Endüstiyel kontrol ve otomasyon uygulamalarda sıklıkla kullanılan sensörlerden birisi proximity sensördür. Proximity kelime olarak yakınlık, yakın olma anlamına gelir. Kelime anlamından da anlaşılacağı gibi proximity sensör bir cismin varlığını veya yakınlığını gören sensördür. Proximity sensör oluşturduğu elektromanyetik veya elektrostatik alandaki değişimleri kontrol ederek çalışır. Hedef cismin özelliğine göre farklı tipte proximity sensörler kullanılmaktadır.
Metal bir cisim için endüktif proximity sensör kullanılabileceği gibi, metal, plastik vb. cisimler için kapasitif veya fotoelektrik sensörler kullanılabilir.
Gelişen teknolojiyle birlikte çok farklı özelliklerde proximity sensörler bulunmaktadır. Sensörlerin kontrol edebildiği maksimum uzaklıklar bulunur. Mesela 2 cm maksimum uzaklığa sahip bir sensör 2 cm yakınındaki cismi görüp ona göre sinyal gönderbilirken 2 cm’den uzak cisimleri göremeyebilir. Bazı sensörlerde maksimum uzaklığın ayarlanabildiği potlar bulunmaktadır.
Genellikle 3 pinli bir yapıda bulunan proximity sensörlerin iki ucu DC (+ ve -) uçlar, diğer uç da sinyal ucudur. Sinyal ucu cismin var veya yok olduğuna göre lojik 1 veya 0 verir.
Endüstriyel otomasyon uygulamalarında proximity sensörlerin kullanımı oldukça yaygındır. Hareket eden bir cismin hedefe ulaştığını kontrol etmek için kullanılabileceği gibi hareketli bir cismin hareketine başlamadan önce olması gereken konumda olup olmadığını kontrol etmek için kullanılabilir. Kontrol uygulamalarında ihtiyaca göre farklı alanlarda kullanılabilinir.
Genel olarak bazı uygulama alanları aşağıdaki gibi sıralanabilir;
- Konveyör sistemleri
- Dönen makinelerde titreşim algılama
- Pistonlu uygulamalarda piston konumu
- Kağıt makinalarında kağıt varlığını belirleme
Yukarıdaki uygulamalar proximity sensörlerin kullanıldığı alanlardan çok az bir bölümdür. Tasarlanacak otomasyon sistemine ve ihtiyaca karşı farklı alanlar geliştirilerek uygulama alanları geliştirilebilinir.
Yaklaşım sensörleri
Yaklaşım sensörleri profesyonel kullanımda çevre şartlarından en az etkilenen ve en kararlı çalışan sensörlerdir. Şekil olarak iki türde üretilirler. Sadece önünden geçen cismi algılayan düz kafalı sensörler ve önünden geçenler ile birlikte yanından geçen malzemeleri de algılayan çıkık kafalı sensörlerdir. Sensörlerin algılama işlemini yaptıkları bu yüzeye(kafaya) aktif yüzey denir.
(Düz kafalı yaklaşım sensörü)
Yaklaşım sensörlerini aktif sensörlerdir yani, dışarıdan beslemeye ihtiyaç duyarlar. Genellikle 24 VDC ile çalışırlar. Çıkış gerilimleri hemen hemen kaynak gerilimine eşittir. Sensörün türüne göre çıkış işareti pozitif(PNP) ya da negatif(NPN) olabilir. Üç uçludurlar + ve – besleme uçları ve bir adette çıkış ucu vardır. Yukarıdaki resimde de görebileceğimiz üzere sensörün arka kısmında bir adet LED bulunmaktadır. Bu LED sensör bir cisim algıladı zamanlarda yanıp sönerek uyarı vermektedir. Ayrıca yine sensörün arka kısmında bulunan ayar trimpotu gerekli kalibrasyon yaparak sensörün sorunsuz çalışmasını sağlayabilirsiniz. Ayrıca sensör montaj edilirken metal gövdeye sahipse mutlaka topraklanmalı ve yüksek akım geçen noktalardan mümkün olduğunca uzağa montajlanmalıdır.
Yaklaşım sensörleri kendi aralarında üçe ayrılırlar.
Kapasitif Sensörler;
Kapasitif sensörler ise hem metalleri hem de metal olmayan cisimleri algılayan yaklaşım sensörleridir.
Endüktif Sensörler;
Endüktif sensörler metalleri algılayan yaklaşım sensörleridir.
Optik Sensörler;
Optik sensörler ise kapasitif sensörler gibi her türlü cismi algılayabilirler fakat çalışma sistemi itibari ile kapasitif sensörlerden farklıdırlar.
Yaklaşım sensörleri için en önemli noktalar ise algılama mesafesi, histerisizlik oranı ve algılama frekansıdır.
Algılama Mesafesi;
Endüktif ve kapasitif yaklaşım sensörleri yapı malzemeleri farklı olan cisimleri farklı mesafelerden algılayabilirler. Örneğin endüktif yaklaşım sensörleri iletken bir metal ile yalıtkan olan bir metali farklı mesafelerden algılayabilir. Cisimlerin yapı maddeleri aynı olsa bile boyutları değiştiğinde yine algılama oranı değişmektedir. Yani sensörün algılama doğruluğu cisim ile doğrudan ilgilidir. Bu yaklaşım sensörlerinin algılama mesafesi 2,5 cm’nin altındadır.
Histerisizlik Oranı;
Sensörlerin algılama mesafesinin 2,5 cm olduğunu söyledik. Cisimler bu mesafenin dışına doğru uzaklaşsa bile sensör belli bir süre daha cismi algılamaya devam eder. Fakat uzaktan yaklaşırken algılama mesafesine girdiğinde algılama işlemi gerçekleşir. Arada kalan bu ölü noktaya histerissiz bölge denir. Aşağıdaki resimde histerissiz bölgeyi daha iyi anlayabiliriz.
Algılama Frekansı;
Algılama frekansı ya da anahtarlama frekansı yaklaşım sensörünün bir saniyede yapabileceği algılama sayısıdır. Algılama frekansı optik sensörlerde endüktif vekapasitif sensörlere göre çok daha fazladır.
Endüktif Sensörler
Sanayide algılanmasını istediğiniz madde metal ise kullanılacak olan yaklaşım sensörü endüktif yaklaşım sensörüdür.
Çalışma prensibi LC osilatör devresine dayanmaktadır. Endüktif yaklaşım sensörlerinin osilasyon frekansı 100KHz-1MHz arasındadır. Osilatör bobini ferit nüve içerisine sensörün aktif yüzeyine yerleştirilir. Sensöre enerji verildiğinde LC osilatör osilasyon yapmaya başlar ve sensörün aktif yüzeyindeki bobinde bir manyetik alan oluşur. Sensörün önünde metal bir cisim yokken bu manyetik alanda bir değişim söz konusu değildir. Fakat manyetik alan içerisine bir metal girdiğinde içerisinde meydana gelen fucolt akımları nedeniyle manyetik alan büyür ya da küçülür(zayıflar). Manyetik alanda meydana gelen bu değişim sensörün çıkış sinyali üretmesini sağlar.
Kapasitif Sensörler
Sanayide algılanmasını istediğiniz madde plastik, cam, seramik yani metal olmayan bir madde ise kullanılacak sensör kapasitif yaklaşım sensörüdür. Yapısı ve şekli aşağıdaki gibidir.
Çalışma prensibi mantık olarak endüktif sensör ile aynıdır. Buradaki sistemde LC osilatör yerine RC osilatör devresi kullanılmaktadır. Endüktif sensörlerde önemli olan C yani kapasite elemanı, kondansatördür. Sensörün kapasitesi değiştikçe osilatör sinyali değişir. Sensörün önüne gelen yalıtkan cisim kondansatörün dielektrik kat sayısını arttıracağından dolayı kapasite değişecektir ve sensörün osilasyonunda değişim meydana gelicektir. Meydana gelen bu osilasyon sensörün çıkış vermesini sağlayacaktır.
Optik Sensörler
Optik sensörler diğer yaklaşım sensörlerinden biraz farklı çalışırlar. Yapılarında bir ışık alıcısı ve vericisi bulunur. Işık elektromanyetik bir dalgadır. İnsan gözünün gördüklerinin yanında bir de göremedikleri ışıklar vardır(Kızıl ötesi ya da mor ötesi ışıklar.) Optik sensörlerde kullanılan ışıklar kızıl ötesi -IR- ışıklardır. Dalga boyları ise 820 nm-1000nm arasında değişmektedir. Optik sensörlerde verici olarak kullanılan ışık kaynağı IR Led ve alıcısı ise foto diyot ya da foto transistördür.
Yukarıdaki resimde yapısı gösterilen optik sensörü incelediğimizde görebileceğimiz üzere ışık alıcısı ve ışık vericisi bir arada bulunmaktadır. Bunun dışında alıcı ile vericisi ayrı olan optik sensölerde mevcuttur. Aşağıdaki resimde(sağda) ayrı olarak yerleştirilmiş optik sensörün alıcı ve vericisini görüyoruz. Algılanacak madde alıcı ile vericinin arasına girdiğinde ışık iletişimi kesileceğinden sensör çıkış-uyarı verecektir.
Soldaki sensörde ise alıcı ve verici aynı muhafaza(kutu) içerisindedir. Bu yapıda vericiden çıkan ışık doğrudan doğruya alıcıya ulaşmaz. Bu durumda alıcının çıkışında bir değişme ya da sinyal olmaz. Algılanacak madde algılama alanına girdiğinde vericinin yaydığı ışık maddeden yansıyarak alıcıya ulaşır ve alıcı sinyal çıkışı verir.
