Sensörler, elektronik bilgi ekipmanı imalat endüstrisindeki temel ürünlerdir ve geliştirilmesinde öncelik verilen yeni elektronik bileşenler arasında özel bileşenleri temsil eder. Yurt içinde ve yurt dışında geniş çapta gelecek vaat eden bir yüksek-teknoloji sektörü olarak tanınan sensör endüstrisi, yüksek teknolojik içeriği, güçlü ekonomik getirileri, geniş pazar nüfuzu ve geniş pazar beklentileri nedeniyle küresel ilgi çekiyor. Çin'in sensör sektörü, gelişen elektronik bilgi endüstrisi pazarının etkisiyle sağlam bir endüstriyel temel oluşturmuştur. Teknolojik yenilik, bağımsız Ar-Ge, başarıların ticarileştirilmesi ve rekabet yetenekleri konularında önemli ilerlemeler kaydedilmiş ve ulusal ekonomik kalkınmaya önemli ölçüde katkıda bulunulmuştur.
Bilgi çağının gelişiyle birlikte sensörler, insanların hem doğal hem de endüstriyel alanlardan bilgi edinmesinin birincil aracı haline geldi. Modern endüstriyel üretimde-özellikle otomatikleştirilmiş süreçlerde-çeşitli sensörler, ekipmanı optimum çalışma koşullarında tutmak ve ürün kalitesini sağlamak için temel parametreleri izler ve kontrol eder. Sensörler, temel bilimsel araştırmalarda daha da önemli bir konuma sahiptir.
Günümüzde sensörler, endüstriyel üretim, uzay araştırmaları, oşinografi, çevre koruma, kaynak araştırmaları, tıbbi teşhis, biyomühendislik ve hatta kültürel kalıntıların korunması dahil olmak üzere son derece geniş bir alana nüfuz etmiştir. Açıkçası, sensör teknolojisinin ekonomik kalkınma ve sosyal ilerlemedeki hayati rolü yadsınamaz. İstatistikler, küresel akıllı sensör pazarının yıllık gelirinin yılda %10 oranında artacağının tahmin edildiğini gösteriyor. Şu anda dünya çapında işlemcili 65 milyon sensör cihazı bulunuyor ve bu rakamın 2019 yılına kadar 2,8 trilyona ulaşması bekleniyor.
Sensör Seçiminde Önemli Hususlar
Sensör bilgisi, uzmanlaşmak için kapsamlı deneyim gerektiren elektrik mühendisliğinin önemli bir dalını oluşturur. Bunu gelecekteki tartışmalarda daha ayrıntılı olarak inceleyeceğiz. Bugün öncelikle seçim kriterlerine odaklanıyoruz.
1. Ölçüm Nesnesine ve Çıktı Gereksinimlerine Göre Türü Belirleyin
Belirli bir ölçüm görevini gerçekleştirmek için ilk dikkat edilmesi gereken, uygun sensör prensibinin seçilmesidir. Bu karar birden fazla faktörün analiz edilmesini gerektirir. Örneğin akış ölçerler elektromanyetik, vorteks ve ultrasonik türleri içerir. Uygun akış ölçerin seçilmesi belirli hedeflerin hedeflenmesini gerektirir. Ayrıca, 2 telli veya 4 telli akım sinyalleri (0-20mA, 4-20mA), 0-10V voltaj sinyalleri veya iletişim protokolleri gibi gerekli çıkış modunu- göz önünde bulundurun.
2. Hassasiyete Göre Seçim
Tipik olarak bir sensörün doğrusal aralığı dahilinde daha yüksek hassasiyet tercih edilir. Çıkış sinyali yalnızca yüksek hassasiyette ölçülen miktardaki değişikliklere önemli ölçüde karşılık gelir ve sinyal işlemeyi kolaylaştırır. Ancak yüksek hassasiyetin, sensörü ölçülen miktarla ilgisi olmayan dış gürültüye karşı da duyarlı hale getirdiğini unutmayın. Bu gürültü sistem tarafından artırılarak ölçüm doğruluğundan ödün verilebilir. Bu nedenle, harici kaynaklardan gelen paraziti en aza indirmek için sensörün kendisi yüksek bir sinyal-gürültü- oranına sahip olmalıdır.
Sensör hassasiyeti yönlüdür. Yüksek yön gereksinimleri olan tek yönlü bir vektörü ölçerken, diğer yönlerde duyarlılığı düşük olan bir sensör seçin. Çok boyutlu vektörler için sensörün çapraz-hassasiyetini en aza indirin.
3. Frekans Tepkisi Özelliklerinin Değerlendirilmesi
Bir sensörün frekans tepkisi, izin verilen sınırlar dahilinde bozulmadan-uzun kalması gereken ölçülebilir frekans aralığını belirler. Uygulamada, sensör tepkisi her zaman ideal olarak en aza indirilmiş bir miktar gecikme gösterir. Daha yüksek frekans yanıtı, daha geniş ölçülebilir sinyal frekanslarına olanak tanır. Dinamik ölçümler için, aşırı hataları önlemek amacıyla yanıt özelliklerinin sinyal özellikleriyle (kararlı-durum, geçici, rastgele vb.) hizalanması gerekir.
4. Sensör Kararlılığına Dayalı
Bir sensörün zaman içinde tutarlı performansı sürdürme yeteneği kararlılık olarak adlandırılır. Uzun vadeli kararlılığı etkileyen faktörler-sadece sensörün iç yapısını değil, öncelikle çalışma ortamını da içerir. Bu nedenle, iyi bir stabilite sağlamak için sensörlerin güçlü çevresel uyarlanabilirliğe sahip olması gerekir. Bir sensör seçmeden önce, amaçlanan çalışma ortamını araştırın. Belirli koşullara göre uygun bir sensör seçin veya çevresel etkiyi en aza indirecek önlemleri uygulayın.
5. Menzil ve Doğruluk: Dengelemede En Zorlu Çift
Doğruluk, sensörler için kritik bir performans ölçüsüdür ve bir sistemin genel ölçüm hassasiyetinin belirlenmesinde hayati bir bağlantı görevi görür. Ancak sensör doğruluğu menziliyle sınırlıdır: genellikle daha geniş bir aralık daha düşük doğrulukla sonuçlanır. Bunun tersine, yüksek-doğruluklu sensörler genellikle yeterli menzile sahip değildir; bu da yüksek-doğruluklu, geniş-menzilli sensörleri aşırı derecede pahalı hale getirir. Bu nedenle sensör seçiminde dengeli bir yaklaşım gerekmektedir.
Örnekleme sensörlerini seçerken cihazın uygulamanın temel çalışma koşullarını karşıladığından emin olun (üreticinin veri sayfalarına bakın).
En kritik altı çalışma koşulu şunları içerir:
1) Sıcaklık aralığı;
2) Özellikler;
3) Koruma derecesi;
4) Gerilim aralığı;
5) Ayrık veya analog çıkış;
6) Parametre değişimi, özellikle "ayarlanabilir parametrelerin faydalı olup olmadığı".
GÇ-Bağlantısı yapılandırma özelliğine sahip sensörleri değerlendirirken altı ek faktöre dikkat edilmesi gerekir:
1) Tepki hızı;
2) Algılama aralığı;
3) Tekrarlanabilirlik;
4) Elektrik bağlantısı;
5) Montaj tipi;
6) Görsel ekran: Uygulamanın sensör üzerinde görsel bir gösterge gerektirip gerektirmediği.
Modern endüstriyel üretimde, özellikle otomatikleştirilmiş süreçlerde, çeşitli sensörler üretim boyunca parametreleri izler ve kontrol eder. Bu, en yüksek ürün kalitesine ulaşırken ekipmanın normal veya optimum şekilde çalışmasını sağlar. Bu nedenle, yüksek-kaliteli sensörlerin geniş bir yelpazesi olmasaydı, modern üretimin temeli eksik olurdu. Aşağıda, uygulama ipuçları ve bilgilerle birlikte, üretimdeki en yaygın sensör türlerinden bazıları ayrıntılarıyla anlatılmaktadır.
En Yaygın Sensör Tipleri
Yakınlık Sensörleri
Yakınlık sensörleri, yakındaki bir alandaki nesnelerin varlığını fiziksel temas olmadan algılar. Bu sensörler ayrık çıkış cihazlarıdır. Tipik olarak manyetik yakınlık sensörleri, aktüatörün içinde bulunan bir mıknatısı algılayarak aktüatörün belirli bir konuma ulaşıp ulaşmadığını tespit eder.
Bir şirketten aktüatörün ve başka bir şirketten manyetik yakınlık sensörünün satın alınması genellikle tavsiye edilmez. Sensör üreticileri X, Y ve Z aktüatörleriyle uyumluluk iddiasında bulunsa da mıknatıslardaki ve montaj konumlarındaki değişiklikler algılama sorunlarına yol açabilir. Örneğin, mıknatıs yanlış hizalandığında veya tamamen enerji verilmediğinde sensöre enerji verilebilir. Aktüatör üreticisi uyumlu bir yakınlık sensörü sunuyorsa tercih edilen seçim bu olmalıdır.
Transistör{0}}tabanlı yakınlık sensörlerinin hareketli parçaları yoktur ve daha uzun hizmet ömrü sunarlar. Reed-tabanlı yakınlık sensörleri mekanik kontaklar kullanır, bu da transistör türlerine kıyasla daha kısa kullanım ömrüne ancak daha düşük maliyetlere neden olur. Reed sensörleri, AC gücü gerektiren uygulamalar ve-yüksek sıcaklıktaki ortamlar için çok uygundur.
Pozisyon Sensörleri
Konum sensörleri, aktüatör üzerindeki mıknatısların konumuna göre aktüatörün konumunu gösteren analog çıkışlara sahiptir. Kontrol açısından bakıldığında konum sensörleri önemli ölçüde esneklik sunar. Kontrol mühendisleri, bileşen değişikliklerini eşleştirmek için bir dizi ayar noktası değeri tanımlayabilir.
Bu konum sensörleri mıknatıslara dayandığından (yakınlık sensörleri gibi), mümkün olduğunca hem sensörlerin hem de aktüatörlerin aynı üreticiden temin edilmesi tavsiye edilir. GÇ-Bağlantı işlevi, konum sensörlerinden veri edinilmesini sağlayarak kontrolü basitleştirir ve parametrelendirmeyi kolaylaştırır.
Endüktif Sensörler
Endüktif yakınlık sensörleri, nesnenin varlığını tespit etmek veya konum çıktısını simüle etmek için Faraday'ın endüksiyon yasasını kullanır. Endüktif sensörleri seçerken en kritik faktör, sensörün algıladığı metal tipinin belirlenmesi ve dolayısıyla algılama mesafesinin belirlenmesidir. Demir içeren metallerle karşılaştırıldığında,-demir içermeyen metaller algılama mesafesini %50'den fazla azaltır. Sensör üreticilerinin ürün kılavuzları numune seçimi için gerekli bilgileri sağlamalıdır.
Basınç ve Vakum Sensörleri
Basınç veya vakum sensörlerinin hem İngiliz (psi) hem de metrik (bar) birimlerdeki ölçüm aralıklarını karşıladığından emin olun. Tahsis edilen alan için en uygun form faktörünü belirtin. Ekipman kurulumu sırasında, operatörün rahatlığı için sensörlerin gösterge ışıkları mı yoksa ekranlar mı içermesi gerektiğini düşünün. Hızlı ayar ayarlamaları için IO-Link ile donatılmış basınç ve vakum sensörlerini düşünün.
Akış Sensörleri
Basınç ve vakum sensörlerine benzer şekilde akış sensörleri de akış aralığına, boyutuna ve ayar noktalarının değişkenliğine göre seçilebilir. Sensörler sipariş edilirken ekran seçenekleri belirtilebilir. Nispeten düşük akış hızlarına sahip akış sensörleri, belirli bölgeler veya tüm ekipman uygulaması için seçilebilir.
Optik Sensörler
En yaygın optik sensörler fotoelektrik saçılımlı, yansıtıcı ve karşılıklı{0}}ışın türleridir. Lazer sensörler ve fiber optik algılama cihazları da optik sensör kategorilerine girer.
Çoğu fotoelektrik sensör, nesneleri ışığı yansıtarak veya bir ışını keserek algılar. Düşük maliyetleri, çok yönlülükleri ve yüksek güvenilirlikleri nedeniyle bu sensörler imalatta en yaygın kullanılanlar arasındadır. Yaygın-yansıtıcı fotoelektrik sensörler reflektör gerektirmez. Yakındaki nesnelerin varlığını tespit etmek için mükemmel maliyet-performansı sunarlar.
Karşılıklı{0}}ışınlı fotoelektrik sensörler en uzun algılama aralığını sunar. Bu sensörler verici ve alıcı birimleri iki ayrı noktaya monte etmektedir. Garaj kapısı güvenlik sensörleri ışın sensörlerine örnektir. Işın kesildiğinde bu bir hedefin varlığını gösterir. Yuva-tipi fotoelektrik sensör, ilginç bir karşılıklı-ışın çeşididir; bir vericiyi ve alıcıyı tek bir kompakt ünitede birleştirir. Yuva-tipi ışık sensörleri, küçük bileşenlerin varlığını veya yokluğunu tespit etmek için kullanılır.
Yansıtıcı fotoelektrik sensörler, orta-mesafede varlık tespiti için bir sensöre ve reflektöre sahiptir. Hassasiyet ve maliyet açısından bu sensörler, dağınık ve karşılıklı-ışın türleri arasında yer alır.
Fiber optik sensörler varlık ve mesafe algılama için kullanılır. Bu çok yönlü sensörlerdeki parametreler, çeşitli renkleri, arka planları ve mesafe aralıklarını tespit edecek şekilde ayarlanabilir.
Lazer sensörler, uzun-mesafeli varlık tespiti için kullanılabilir ve kısa-mesafeli ölçüm uygulamalarında en yüksek hassasiyeti sunar.
Görüntü sensörleri barkod okuma, sayma, şekil doğrulama ve benzeri görevler için uygundur. Kamera sistemlerinin aşırı derecede pahalı veya karmaşık olduğu görüntü uygulamaları için-uygun maliyetli bir çözümü temsil ederler. Görüntü sensörleri barkodları okur, bireysel bileşenleri takip eder ve bu bileşenlere göre uyarlanmış süreçleri yürütür. Sensörler bir parçada mevcut olan özelliklerin sayısını doğrulayabilir. Görüş sensörleri belirli bir eğriye veya başka bir şekle ulaşılıp ulaşılmadığını belirleyebilir. Bu sensörler ışığı işlediğinden, bunların gerçek çalışma ortamına mümkün olduğunca yakın koşullarda test edilmesi -ortam ışığı ve arka plan yansıması açısından- kritik öneme sahiptir. Çoğu uygulamada, görüntü sensörlerini harici ışık kaynaklarından yalıtmak için bir muhafazanın içine yerleştirmeniz önerilir. Sensör testi sırasında görüş sensörü üreticisinden yardım istemek iyi bir fikirdir. Ayrıca uygun bir fieldbus'ın seçildiğinden emin olmayı unutmayın.
Sinyal dönüştürücüler, sensörden gelen analog çıkış sinyalini dönüştürücüdeki dijital sinyale dönüştürür. Diğer bir seçenek ise GÇ-Bağlantı işlem verilerine dönüştürmektir.
Diğer Sensörler
1. Manyetik Anahtar:Bu, öncelikle silindir pistonunun konumunu tespit etmek için kullanılan, silindir sensörü için özel bir terimdir. Tipik olarak silindir tedarikçileri bu sensörleri müşteri kullanım senaryolarına göre uyarlanmış olarak sağlar. Adından da anlaşılacağı gibi, manyetik anahtarlar hedefleri elektromanyetik indüksiyon yoluyla tespit eder ve bu da nispeten düşük tespit doğruluğu sağlar.
2. Yakınlık Anahtarları:Elektromanyetik indüksiyon prensiplerine göre tasarlanan yakınlık anahtarları, metal türüne bağlı olarak algılama mesafesinde küçük değişiklikler olmakla birlikte yalnızca metal hedefleri tespit edebilir. Yakınlık anahtarları için yaygın algılama aralıkları şunları içerir: 1 mm, 2 mm, 4 mm, 8 mm, 12 mm, vb. Yakınlık anahtarları genellikle iki türde gelir: gömme-montajlı ve gömme{8}}olmayan-montaj. Gömme-montajlı anahtar, algılama kafasının çevresindeki metal hedefleri algılamadığı, yalnızca doğrudan önündeki hedefleri algıladığı anlamına gelir. Başka bir deyişle, sensörün algılama kafasının metal montaj braketinin dışına çıkmasına gerek yoktur. Gömme-monteli olmayan türler hem öne bakan hem de çevresel metal hedefleri algılar. Burada sensör kafasının metal montaj braketinden dışarı çıkması ve yanlış algılamayı önlemek için belirli bir çevresel aralıkta hiçbir metal nesnenin bulunmaması gerekir. Yakınlık anahtarları, manyetik anahtarlara göre daha yüksek algılama doğruluğu sunar. Tipik olarak ürünün varlığının veya fikstür konumunun doğrulanması gibi nispeten düşük konumsal hassasiyet gerektiren uygulamalarda kullanılırlar.
3. Fotoelektrik Anahtarlar:Fotoelektrik algılama, yüksek hassasiyet, hızlı yanıt ve{0}temassız çalışma gibi avantajlar sunar. Birden fazla parametreyi ölçebilir, basit sensör yapılarına sahiptir ve esnek konfigürasyonlar sunar. Sonuç olarak, fotoelektrik sensörler algılama ve kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yaygın türler şunlardır: yansıtıcı fotoelektrik sensörler, karşılıklı-ışınlı fotoelektrik sensörler ve ışık ışınlarını yansıtmak için yansıtıcı plakalar kullanan sensörler. Son iki tür, hedef nesneden gelen ışığı engelleyerek algılama yaparken, ilki, hedeften yansıyan ışığı algılayarak algılama yapar. Sonuç olarak, son ikisi tipik olarak daha uzun algılama aralıkları ve daha yüksek hassasiyet sunar. Yüksek algılama doğruluğu nedeniyle fotoelektrik sensörler, ürünlerin veya robotik iş parçalarının hassas konumlandırılması için ve ayrıca step ve servo mekanizmalar için geri bildirim sistemlerinde yaygın olarak kullanılır.
4. Fiber Optik Sensörler:Fiber optik sensörler, fotoelektrik sinyal dönüşümünü kullanan başka bir algılama elemanı türüdür. Fotoelektrik anahtarlarla karşılaştırıldığında genellikle daha küçük nesneleri algılayabilir, daha uzak mesafelerde çalışabilir ve daha yüksek hassasiyet sunabilirler. Sonuç olarak, fiber optik sensörler, daha fazla doğruluk gerektiren uygulamalarda ve step ve servo sistemlerde konumlandırma geri besleme cihazları olarak yaygın olarak kullanılır.
5. Fotoelektrik Sensörler:Fotoelektrik sensörler ayrıca fotoelektrik sinyallerden de yararlanır. Geniş bir algılama alanına sahip olduklarından genellikle alan sensörleri olarak adlandırılırlar. Başlıca uygulamaları, özellikle insan koruma sistemlerinde, ekipmanlar arasındaki kilitleme ve güvenlik işlevlerinde yatmaktadır.
6. Termokupllar:Termokupllar öncelikle çevrelerindeki ortam sıcaklıklarını tespit etmek için kullanılır.
7. Lazer Tarayıcılar:Lazer tarayıcılar öncelikle hedef nesnelerin boyutsal hatlarını hassas bir şekilde ölçmek için çalışır.
8. Endüstriyel Kameralar:Mühendislikte CCD (Şarj-Birleşik Cihaz) kameraları olarak da bilinen endüstriyel kameralar, esas olarak hedef nesnelerin şeklini ve konumunu tespit etmek için kullanılır. CCD teknolojisindeki gelişmelerle birlikte, yüksek-çözünürlüklü endüstriyel kameralar artık hassas ölçüm alanlarında da uygulanabiliyor.
9. Kodlayıcı:Çalışma prensiplerine göre enkoderler artımlı ve mutlak tiplere ayrılır. Artımlı kodlayıcılar, yer değiştirmeyi periyodik elektrik sinyallerine dönüştürür ve bunlar daha sonra sayma darbelerine dönüştürülür. Yer değiştirme büyüklüğü darbe sayısıyla temsil edilir. Mutlak kodlayıcıdaki her konum benzersiz bir dijital koda karşılık gelir. Bu nedenle görüntülenen değer, ara sürece değil, yalnızca ölçümün başlangıç ve bitiş konumlarına bağlıdır. Kodlayıcılar genellikle kapalı-döngü veya yarı-kapalı-döngü kontrol sistemleri oluşturmak için adım motorları veya servo motorlarla eşleştirilir.
10. Mikro Anahtar:Mikro anahtar, öncelikle ekipmanı birbirine bağlamak veya makinelerdeki güvenlik kapılarının durumunu tespit etmek için kullanılan, kontak-tipi bir sensördür.