Sensör Nedir ve Sensör Çeşitleri Nelerdir?

Sensör teknolojisini çok daha iyi anlayabilmek için buhar makinesinin icadının sonrasında gerçekleşen sanayi devrimi ile insan gücünün önemini yitirip makinelerin yaygınlaşmaya başladığı dönemlerinde incelenmesi gerekir. Çünkü makinelerin icadı teknoloji için büyük bir serüvenin sadece başlangıcı olmuştur. Bu serüven içerisinde özellikle robotik ve otonom sistemli makineler için sensörler oldukça önemlidir. Sensörlerin geliştirilmesi ve hassasiyet oranlarının oldukça önemli seviyelere gelmesi gerçekten önemlidir.

Şimdi yazının diğer devam eden kısmında sensör ve sensör çeşitleri hakkında oldukça geniş bir bilgi kataloğuna sahip olacaksınız.

Sensör Nedir?

Elektronik uygulamalarda algılama işlemini yapan sistem yada elemanlara sensör denir. Ayrıca algılayıcı yada duyarga olarak da bilinmektedir.

Sensörler, fiziksel ortam ile elektronik cihazları birbirine bağlayan bir köprü görevi görürler. Sistemdeki sensör veya sensör grupları yapısı hangi değişkene duyarlı ise sistem dışındaki değişkeni algılar ve elde ettiği değerleri sistemin karar verme birimine yollar.

Elde edilen bu verilerin insanoğlu tarafından anlaşılması gerekir. Bundan dolayı sensörlerin yapısı çeşitli değişkenlere göre çalışır ve kullanacağımız alana en uygun sensör veya sensör guruplarını seçmek zorundayız. Değişkenler çeşitli birimlerle ifade edilir ve bu birimler aslında sensörün ne amaçla kullanılacağını gösterir. Bu değişkenler sensörlerin giriş büyüklükleri başlığı altında sıralanmıştır.

Sensörlerin Giriş Büyüklükleri

Mekanik Sensörler : Uzunluk, alan, miktar, kütlesel akış, kuvvet, tork (moment), Basınç, Hız, İvme, Pozisyon, Ses dalga boyu ve yoğunluğu gibi mekaniksel değişken değerlerini ölçülebilir.
Termal Sensörler : Sıcaklık, ısı akısı gibi değişkenler ölçülebilir.
Elektriksel Sensörler : Voltaj, akım, direnç, endüktans, kapasitans, dielektrik katsayısı, polarizasyon, elektrik alanı ve frekans gibi elektriksel değerler ölçülebilir.
Manyetik Sensörler : Alan yoğunluğu, akı yoğunluğu, manyetik moment, geçirgenlik gibi manyetik alana bağlı değişkenlerin değerleri ölçülebilir.
Işıma Sensörleri : Yoğunluk, dalgaboyu, polarizasyon, faz, yansıtma, gönderme gibi ışık etkili sensör çeşitlerindendir.
Kimyasal Sensörler : Yoğunlaşma, içerik, oksidasyon/redaksiyon, reaksiyon hızı, pH miktarı gibi kimyasal değerlerin ölçüldüğü sensör türleridir.

Sensör Çeşitleri

Kullanıcılar yani bizler değişik alanlardaki farklı değerleri kontrol etmek isteriz. Bundan dolayı pek çok sensör çeşitleri vardır. Ayrıca sensör çeşitlerini etkileyen faktörlerden biri besleme gerilimidir. Besleme gerilimine göre sensörler iki farklı yapıda incelenirler. Bunlar, pasif sensörler ve aktif sensörlerdir.

Besleme Gerilimine Göre Sensörler

Pasif Algılayıcılar

Sinyal üretebilmek için dışarıdan harici hiçbir güç kaynağına ihtiyaç duymayan fiziksel yada kimyasal değerleri istenilen çıkış değişkenine dönüştürebilen sensörlerdir. Bu pasif sensör çeşitlerine en basit örnek ise buton ve anahtardır. Bunlardan farklı olarak potansiyometre, limit anahtarları, ısı sensörleri ( PTC ve NTC), basınç sensörleri, LDR, fototransistörler, fotodiyotlar ve mikrofonlar örnek olarak söylenebilir. Bu sensörlerin çalışması için harici hiçbir enerjiye ihtiyaç yoktur. Bu sensörler sadece giriş değişkenlerini ölçerek tepki verirler.

Aktif Algılayıcılar

Sinyal üretebilmesi için dışarıdan harici bir güç kaynağına ihtiyaç duyan sensörlere aktif sensör denilir. Bu sensörlerin en önemli özelliklerinden biri düşük sinyalli ölçmelerde kullanılmasıdır. Bundan dolayı oldukça hassas ölçüm yapabilirler.
Aktif sensörler, ürettiği sinyal türüne göre; Analog veya Dijital sinyal çıkışı vermektedirler. Dijital olarak 0 yada 1 çıkışını vermektedirler.
Çıkış sinyali analog olan sensörler ise gerilimsel yada akımsal çıkış verebilirler. Gerilim sinyali olarak genellikle 0-5V arasında bir gerilim vermektedirler. Akım sinyali olarak ise genellikle 4-20mA arası bir çıkış vermektedirler.

Ölçüm Sistemine Göre Sensörler

Isı Sensörleri

Ortamdaki ısı değişimini algılamamıza yarayan sensör çeşitidir. Sıcaklık sensörleri diyede bilinmektedir. Bu sensörler sıcaklık ile dirençi değişen maddelerden(nikel, bakır veya kobaltın karışımı) imal edilmektedir. Bu maddelere ise termistör denmektedir.
Termistörler ikiye ayrılmaktadır. Sıcaklıkla direnci artan termistörlere PTC, sıcaklıkla direnci azalan elemana ise NTC denmektedir. Isı sensörleri, sıcaklık sensörü olarak da adlandırılmaktadır. Termistörlerin yanı sıra sıcaklık sensörü olarak termostat ve termokupl da kullanılmaktadır. Bu sıcaklık sensörlerinin aralarında çeşitli farklar vardır. Bu farklardan dolayı seçeceğimiz ısı sensörünü ne amaçla kullanacağımızı iyi bilmemiz gerekir.

Potansiyometrik Sensörler

Pek çok uygulamada pozisyon ve seviye belirleme işlemleri oldukça önemlidir. Bu işlem referans olarak seçilen bir cismin koordinatlarının doğrusal yada açısal olarak takip edilmesi işlemi olarak tanımlanabilir. Bir cismin pozisyonu yada seviyesi bir kaç yöntem ile takip edilebilir. Bu yöntemlerden en sık kullanılan yöntem potansiyometrik sensör uygulamalardır. Potansiyometrinin direnç değerini takip ederek mesafe ölçümü yapılır. Örnek olarak gösterilebilecek en iyi sistem hobi amaçlı olan dc servo motorlardır. Bu motorların iç yapısında açısal olarak mesafe ölçümü yapan bir potansiyometre mevcuttur.

 Manyetik Sensörler

Bobin yardımıyla elde edilen manyetik alan etkisinden faydalanılarak elde edilen sensör çeşitidir.  Manyetik alan etkisinden faydalanılarak yapılan pek çok sensör vardır. Günlük hayatımızda pek çok alanda kullanılmaktadır.  Bunlara örnek olarak hazine arama detektörü, X-Ray cihazları, tıp elektroniğinde sıkça kullanılmaktadır. Ayrıca endüstride metal algılama amaçlı kullanılmaktadır.

Basınç Sensörleri

Her türlü fiziki basınç ve kuvvet değişimini algılayan ve bu değişikliği elektriksel sinyallere dönüştüren elemanlara basınç sensörleri denilmektedir.

Basınç sensörleri çalışma prensibine göre dört grupta incelenmektedir.

Kapasitif Basınç Ölçme Sensörleri

Adından da anlaşılacağı üzere kondansatör yapıdaki basınç sensörleridir. Kondansatör plakalarının hareketinie göre basınç değerini hesaplarlar.

Strain Gage (Şekil Değişikliği) Sensörler

Direnç değişimini algılayarak basınç değerini hesaplayarak elektriksel sinyal üreten sensör çeşitidir. Ayrıntılı bilgiye ilgili konudan ulaşabilirsiniz.

oad Cell (Yük Hücresi) Basınç Sensörleri

Çalışma prensibleri strain gage ile aynıdır. Algılama işlemini dört ayrı noktaya yerleştirilmiş yük hücreleri yapmaktadır. Piyasada Elektronik terazilerde kullanılmaktadır.

Piezoelektrik Basınç Ölçme Sensörleri

Piezoelektrik özellikli algılayıcılarda kuartz (quartz), roşel (rochelle) tuzu, baryum, turmalin gibi kristal yapılı maddeler kullanılır. Bu elemanlar üzerlerine gelen basınca göre küçük değerli bir elektrik gerilimi ve akımı üretir. Bu elektrik akımının değeri basıncın değeri ile doru orantılıdır. Piezoelektrik özellikli elemanlar hızlı tepki verdiklerinden ani basınç değişikliklerini ölçmede yaygın olarak kullanılır.

Optik Sensör

Fotosel olarak da bilinmektedir. ışık şiddetine prensibine göre çalışan sensörlere optik sensör denir. Bunlara örnek olarak ise;

LDR(Foto direnç), foto diyot, foto transistör ve opto kuplör(opto izalatör)leri örnek olarak gösterebiliriz. Bu sönsörler ışık şiddetlerine göre dirençlerini artması veya azalması prensibine göre çalışmaktadır.

Ses Sensörleri

Havadaki basınç değişikliğini algılayarak sesi elektrik sinyale dönüştürün sensörlere mikrofon(ses sensörleri) denilmektedir. Mikrofonlar yapısına göre beşe ayrılmaktadır.

Dinamik mikrofonlar

Dinamik mikrofonlar en çok kullanılan mikrofon türüdür. Dinamik mikrofonlar ses dalgaları ile hareket eden diyaframa bağlı bobinin sabit bir mıknatıs içinde hareket etmesinden dolayı bobin uçlarında oluşan gerilim değişimine bağlı olarak çalışır.

Kapasitif mikrofonlar

Kapasitif mikrofonlar şarjlı bir kondansatörün yükü değiştirildiğinde elektrik akımının elde edilmesi esasına dayalı olarak çalışır.

Şeritli (bantlı) mikrofonlar

Çalışmaları dinamik mikrofonlar gibi manyetik alan esasına dayalı mikrofonlardır. 

Kristal mikrofonlar

Kuartz (quartz), roşel (rochelle) tuzu, baryum, turmalin gibi kristal yapılı maddelerin basınç etkisinden yaralanılarak ses titreşimlerini elektriksel sinyallere dönüştürmektedir.

Karbon tozlu mikrofonlar

Karbon tozlu mikrofonlar bir hazne içinde doldurulan karbon tozu zerrecikleri ve esnek diyafram sistemleri ile çalışmaktadır. Fakat karbon tozlarının zamanla bitmesi ile ses kalitesi bozulduğundan günümüzde pek kullanılmamaktadır.