Kapat

SENSÖRLER VE TRANSDÜSERLER

ŞEKİL VE RESİMLERİ GÖREMİYORSANIZ www.megep.meb.gov.tr ADRESİNDEN İLGİLİ MODÜLÜ AÇARAK İNCELEYEBİLİRSİNİZ.

1. SENSÖR VE TRANSDÜSER KAVRAMLARI
İnsanlar çevrelerindeki değişiklikleri duyu organları vasıtası ile algılarlar ve buna
bağlı olarak da hareket ederler. Buna örnekler verecek olursak üşüdüğümüzde ısıtıcıyı açarız
veya ortam karanlık olduğunda ışığı açarız. Bu işleri bizim yerimize yapacak cihazlar olsa ne
güzel olurdu diye düşündüğümüz olmuştur.
İşte tüm bu fiziksel ortam değişikliklerini (ısı, ışık, basınç, ses, vb.) bizim yerimize
algılayan cihazlara “sensör”, algıladığı bilgiyi elektrik enerjisine çeviren cihazlara transdüser denir.
Sensörlerden alınan veriler elektrik sinyaline dönüştürüldükten sonra elektronik
devreler tarafından yorumlanarak mekanik aletlere kumanda edilebilir. Bu sayede hem
günlük hayatımızı hem de endüstriyel üretim süreçlerini çok daha kolaylaştırmış oluruz. Biz
bu modülde hep birlikte başlıca sensör ve transdüserleri tanıyarak kullanım alanlarını
göreceğiz. Aslında, sensör ve transdüserleri kesin çizgilerle birbirinden ayırmak biraz zordur.
Şöyle ki; mikrofon sesi algılayan bir sensördür. Öte yandan, ses dalgalarını, içindeki bobin
aracılığıyla elektrik akımına dönüştürdüğü için bir transdüserdir. Bu yüzden bu iki kelimeyi
eş anlamlı kabul edebiliriz.
Şekil 1.1: Çeşitli optik sensörler
Şekil 1.1'de çeşitli optik sensörler görülmektedir. Şekilden de anlaşılacağı gibi
piyasadaki sensörler tek bir yapı şeklinde bulunmamakta; ihtiyaca, kullanım yerine ve
hassasiyete göre boyutları ve şekilleri değişmektedir. Bu durum sadece optik sensörler için
değil tüm sensörler için geçerlidir. Bundan dolayı ihtiyacımız olan sensörü ancak firmaların
kataloglarını inceleyerek seçebiliriz. Sensörlerin diğer elektronik malzemeler gibi standart
bir yapıları veya şekilleri yoktur.
1.1. Çeşitleri
Ortamda oluşan fiziksel bir değişiklikten dolayı mekanik bir makineyi veya elektronik
bir devreyi çalıştırmamız gerektiğinde sensörleri kullanırız. Ancak tespit edeceğimiz
değişikliğe uygun sensör kullanmalıyız. Örneğin ortamdaki sıcaklık değişimini algılamak
için ısı sensörlerini, ışık değişimini algılamak için optik sensörlerini kullanmalıyız. Sensör
çeşitlerini şöyle sıralayabiliriz.
Ø Isı Transdüser ve Sensörleri
Ø Manyetik Transdüser ve Sensörler
Ø Basınç (gerilme) Transdüserleri
Ø Optik Transdüser ve Sensörler
Ø Ses Transdüser ve sensörleri
Bu arada bahsetmemiz gereken bir konu da sensörlerin aktif ve pasif sensörler olarak
sınıflandırılmasıdır. Pasif sensörler çalışırken dışardan enerjiye ihtiyaç duyan elemanlardır.
Aktif sensörler ise çalışmak için dışardan bir enerjiye ihtiyaç duymayan elemanlardır
1.2. Çeşitli Sensör Uygulamaları
Şekil 1.2: Sensörlü otomatik kapı
Şekil 1.2’deki uygulamada üzerinde hareket algılayıcı bir sensöre sahip olan otomatik
bir kapı görülmektedir.
Şekil 1.3: Metal dedektörü
İçinden geçmiş olduğumuz metal detektör cihazı manyetik sensörler vasıtası ile
silah bıçak gibi yoğun metalleri algılayarak alarm veren bir cihazdır.

2.1. PTC
2.1.1. Çalışma Prensibi
Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci
artan devre elemanıdır.
Şekil 2.1: a Çeşitli PTC’ler b:Karakteristiği c:Sembolü
2.1.2. Kullanım Alanları
PTC’ler - 60 ºC ile +150 ºC arasındaki sıcaklıklar da kararlı bir şekilde çalışır. 0.1 ºC’
ye kadar duyarlılıkta olanları vardır. Daha çok elektrik motorlarını fazla ısınmaya karşı
korumak için tasarlanan devrelerde kullanılır. Ayrıca ısı seviyesini belirli bir değer
aralığında tutulması gereken tüm işlemlerde kullanılabilir.
2.1.3. PTC’nin Sağlamlık Testi
PTC’yi Şekil 2.2’de görüldüğü ohmmetreye bağladığınızda ilk olarak oda sıcaklığında
PTC’nin üzerinde yazılı değeri okumanız gerekiyor. Daha sonra mum veya benzeri bir araç
ile ısıttığınızda direnci yükseliyor ise PTC sağlamdır. Bunun dışında bir durum gerçekleşiyor ise PTC arızalıdır.
Şekil 2.2: PTC’nin sağlamlık testi
2.2. NTC
2.2.1. Çalışma Prensibi
Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci
azalan devre elemanıdır.
Şekil 2.3:.a Çeşitli NTC’ler b:Karakteristiği c:Sembolü
2.2.2. Kullanım Alanları
NTC’ler - 300 Cº ile +50 Cº arasındaki sıcaklıklar da kararlı bir şekilde çalışırlar. 0.1
Cº’ye kadar duyarlılıkta olanları vardır. Daha çok elektronik termometrelerde, arabaların
radyatörlerin de, amplifikatörlerin çıkış güç katlarında, ısı denetimli havyalarda kullanılırlar.
PTC’lere göre kullanım alanları daha fazladır.
Şekil 2.4: NTC’li dijital termometre ve NTC’li sıcaklık kontrol devresi
2.2.3. NTC’nin Sağlamlık Testi
NTC’yi Şekil 2.5’te görüldüğü ohmmetreye bağladığınızda ilk olarak oda sıcaklığında
NTC’nin üzerinde yazılı değeri okumanız gerekiyor. Daha sonra mum veya benzeri bir araç
ile ısıttığınızda direnci azalıyor ise NTC sağlamdır. Bunun dışında bir durum gerçekleşiyor ise NTC arızalıdır.
Şekil 2.5: NTC’nin sağlamlık testi
2.3. Termokupl ( Isılçift )
2.3.1. Çalışma Prensibi
Bütün iletkenler ısıtıldıklarında içlerinde bulunan elektronlarda bir hareketlenme
meydana gelir. Ancak bu hareketlenme çeşitli iletkenler arasında farklılık göstermektedir. Bu
maddenin ayırt edici özelliklerinden biridir. Biz de iletkenlerin bu farklarından yararlanarak
sıcaklık ölçümü yapabiliriz.
İki farklı iletkenin birer uçları birbirine kaynak edilip ya da sıkıca birbirine bağlanıp
boşta kalan uçlarına hassas bir voltmetre bağlandığında, eğer birleştirdiğimiz ucu ısıtırsak,
sıcaklıkla orantılı olarak voltmetrede mV‘lar mertebesinde bir DA gerilim elde ederiz. Elde
ettiğimiz gerilimin değeri kullandığımız metallerin sıcaklığa verdiği tepki ile orantılıdır.
Şekil 2.6: Termokuplun yapısı
Çevresel etkenlerden zarar görmemesi için genelde birleşim noktası bir kılıf içinde bulundurulur.
Ayrıca termokupullar gerilim ürettikleri için aktif transdüserlerdir. PTC ve NTC ise
pasif transdüserlerdir. Çıkış gerilimleri çok düşük olduğundan, daha çok çıkışına bir gerilim
yükseltici bağlanarak kullanılır. Termokuplun yapımında genellikle bakır, demir, konstantan,
platin, mangan, nikel gibi metaller kullanılır.
2.3.2. Kullanım Alanları
Termokupllar -200 ºC ile +2300 ºC arasında çalışabildiklerinden endüstride en çok
tercih edilen ısı kontrol elemanlarıdır. Genellikle endüstri tesislerindeki yüksek sıcaklıkta
çalışan kazanların ısı kontrolünde kullanılır.
2.3.3. Sağlamlık Testi
Avometre milivolt (örneğin;200mV.) kademesine alınır. Termokuplun uçlarına
avometrenin prop uçları sabitlenir. Termokuplun ucu havya yada çakmakla ısıtılır.
Avometrenin ekranında gerilim değişimi olup olmadığı gözlenir. Gerilim değişimi
varsa termokupl sağlamdır.
2.4. Örnek Uygulama Devresi
Şekil 2.8:PTC uygulama devresi
Şekil 2.8’de verilen devrede PTC uygulaması görülmektedir. PTC’lerin üzerinde
yazılı olan direnç değeri oda sıcaklığında görülen direnç değeridir. Şekil 2.8’deki devrede
ortam normal oda sıcaklığında(20 Cº) iken PTC’nin direnci düşük olacağından transistörün
beyz ucu tetikleme gerilimi alamayacağından LED yanmaz. PTC’yi bir havya ile
ısıttığımızda PTC’nin direnci artar, dolayısıyla PTC üzerine düşen gerilim artar. Böylece
transistör için gerekli olan beyz gerilimi pozitif(+) beslemeye yaklaşır ve transistör iletime
geçer, LED yanar. Devredeki potansiyometre ile devrenin sıcaklık algılama seviyesini(hangi
sıcaklıkta iletime geçeceğini veya kalibrasyonunu) ayarlamak için kullanılır. Sonuç olarak,
normal sıcaklıkta LED yanmaz iken PTC ısındığında LED yanar.

3. MANYETİK SENSÖRLER VE TRANSDÜSERLER
3.1. Tanımı
Bir tel bobin haline getirilip içinden akım geçirilirse, bu bobinin içinde ve çevresinde
manyetik alan oluşur. Bu manyetik alan gözle görülmez. Ancak bu bobinin içerisindeki
nüvenin hareketi ve bobinin çevresinden yaklaştırılan metaller bobinin indüktansını
değiştirir. İşte bu prensipten hareketle manyetik sensörler geliştirilmiştir.
Şekil 3.1: İçinden bir akım geçen bobinin çevresinde manyetik alan oluşur
3.2. Kullanım Alanları
Manyetik sensör ve transdüserlerin bir çok kullanım alanı vardır. Bunlar günlük
hayatımızda daha çok güvenlik gerektiren yerlerde metallerin (silah, bıçak gibi)
aranmasında, hazine arama dedektörlerinde kullanılır. Sanayide ise kumanda ve kontrol
sistemlerinde, tıp elektroniğinde, fabrikalarda, otomatik kumanda kontrol uygulamalarında,
yer değişimlerinin hassas olarak ölçülmesinde kullanılır.
3.2.1. Çeşitleri ve Yapıları
Bobinli manyetik sensörler: Bir bobinin içinde bulunan nüvenin konumu Şekil 12'de
görüldüğü gibi hareket ettildiği zaman bobinin indüktansı değişmektedir. İşte bu prensipten
yola çıkılarak bobinli manyetik sensörler geliştirilmiştir.
Şekil 3.2: Bobinli endüktif sensör
3.2.2. Elektronik Devreli Manyetik Sensörler (Yaklaşım Sensörleri)
Şekil 3.3: Elektronik devreli manyetik sensörün iç yapısı
İçinden akım geçen bir bobinin çevresinde manyetik alan oluşuğundan bahsetmiştik.
Bu manyetik alanın içine metal bir cisim girerse bu bobinin indüktansı değişir. Bu indüktans
değişimi sensörün içinde bulunan devrenin dengesini (rezonansını) bozar. Sensörün içinde
bulunan ölçüm yapan devre sayesinde metalin yaklaştığını ve ne kadar yakın olduğunu tespit edebiliriz.
Şekil 3.4: İki farkli firmanin elektronik devreli yaklaşim sensörü
Şekil 3.5: Hazine arama cihazi ve metal dedektörü
Hazine arama cihazlarında sürekli manyetik alan yayılıyor, metal bir cisim bizim
cihazımızın manyetik alanı içine girdiğinde cihaz bizi uyarıyor. Büyük alışveriş
merkezlerinde bulunan metal arama cihazları da aynı prensiple çalışmaktadır.
Şekil 3.6: El tipi metal dedektörü ve koli arama dedektörü
3.2.3. Alan (Hall) Etkili Transdüserler
Şekil 3.7: Alan etkili transdüserler
Alan etkili transdüserler hassas mesafe, pozisyon ve dönüş algılayıcıları olarak
kullanır. Çalışma prensipleri ise iletken ya da yarı iletken malzemeden yapılmış bir levha
yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi bir manyetik alan içindeyken, A ve B uçlarından DC
gerilim uygulandığında, C ve D noktaları arasında bir potansiyel fark oluşur. Bu gerilimin
değeri manyetik alana levhanın yakınlığı ile değişir. Bu prensipten yararlanılarak alan etkili
transdüserler doğmuştur.
Şekil 3.8: Alan etkili transdüserlerin yapıları ve araçlarda alan etkili sensörlerin kullanılması

4. BASINÇ (GERİLME) TRANSDÜSERLERİ
4.1. Tanımı
Her türlü fiziki kuvvet ve basınç değişimini algılayan ve bu değişimi elektriksel
sinyale çeviren elemanlara basınç sensörü denir.
4.2. Çeşitleri
Basınç sensörleri, çalışma prensibine göre dört grupta incelenebilir. Bunlar:
Ø Kapasitif basınç ölçme sensörleri
Ø Strain gage (şekil değişikliği) sensörler
Ø Load cell (yük hücresi) basınç sensörleri
Ø Piezoelektrik özellikli basınç ölçme sensörleri
4.2.1. Kapasitif Basınç Ölçme Sensörleri
Şekil 4.1: Kapasitif sensörler
Kondasatörler yapıları gereği elektrik yükü depolayabilir. Kondansatörlerin yük
depolayabilme kapasiteleri ise kondansatör plakalarının boyutlarına, bu plakalar arasındaki
mesafenin uzaklığına ve iki plaka arasındaki yalıtkan 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.
Şekil 4.1.a’da esnek plakalı bir kapasitif sensör gösterilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi
plakanın biri sabit diğeri esnektir. Esnek plakaya bir basınç uygulandığında basınçla orantılı
olarak kondansatörün kapasitesi ve kapasitif reaktansı (kondansatörün AA’a karşı direnci)
değişecektir. Bu direnç değişimi ile orantılı olarak basınç büyüklüğünü tespit edebiliriz.
Şekil 4.1’deki diğer şekillerde de kondansatör plakalarının uzaklaşıp yaklaşması
gösterilmiştir. Az önce bahsettiğimiz gibi plakaların uzaklığı da kondansatörün AA direncini
değiştirdiğinden bu direnç değişimi ile hareketin miktarını bulabiliriz.
Kapasitif prensiple çalışan sensörler basınç sensörü olarak kullanıldığı gibi yaklaşım
ve pozisyon sensörü olarak da kullanılmaktadır.
4.2.2. Strain Gage (Şekil Değişikliği) Sensörler
Şekil 4.2: Strain gagenin iç yapısı
Temel olarak strain gageler esneyebilen bir tabaka üzerine ince bir telin veya şeridin
çok kuvvetli bir yapıştırıcı ile yapıştırılmasından oluşmuştur. Üzerindeki basıncın etkisinden
dolayı tabakanın esnemesi ile birlikte iletken şeridin de gerilerek uzamasına sebep
olacaktır.Bu uzama esnasında telin boyu uzayarak kesiti azalacaktır. Bilindiği gibi
iletkenlerin kesiti azaldıkça dirençleri artacağından uygulanan kuvvete bağlı olarak iletkenin
direncinde değişme olacaktır. Bu direnç değişimine bağlı olarak uygulanan kuvvetin
miktarını tespit edilebilir.
Şekil 4.3: Çeşitli strain gage tipleri
Şekil 4.4: Bisikletin sağlamlık testinde kullanılan strain gage
Şekil 4.5: Pervane esnemesinin algılanmasında kullanılan strain gageler
4.2.3. Load Cell (Yük Hücresi) Basınç Sensörleri
Şekil 4.6: Load cell’in iç yapısı
Yük hücresi (load cell) daha çok elektronik terazilerin yapımında kullanılan basınç
sensörüdür. Asıl çalışma prensibi strain gage gibidir. Yukarıda 4 noktadan ölçme yapan bir
yük hücresi görülmektedir. Tek noktadan ya da iki noktadan ölçüm yapanları da
bulunmaktadır. Şekil 4.6’da A, B, C, D noktalarındaki strain gagelerin dirençleri basınca
bağlı olarak değişir. Bu değişim ile orantılı olarak da basınç miktarını tespit edebiliriz.
Şekil 4.7: Load cell örnekleri
4.2.4. Piezoelektrik Basınç Ölçme Sensörleri
Şekil 4.8: Piezoelektrik basinç sensörleri
Basıncın elektrik akımına dönüştürülme yollarından biri de piezoelektrik olayıdır.
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.

5. OPTİK TRANSDÜSERLER VE SENSÖRLER
Işık etkisi ile çalışan elektronik devre elemanlarına genel olarak optik elemanlar
diyoruz. Şimdi bunlardan bazılarını beraberce inceleyeceğiz.
5.1. Foto Direnç (LDR)
5.1.1. Çalışma Prensibi
Kalsiyum sülfat ve kadmiyum selenid gibi bazı maddeler üzerlerine düşen ışık ile ters
orantılı olarak direnç değişimi gösterir. Bu maddelerden yararlanılarak foto direnç adı
verilen devre elemanları yapılmıştır.
Üzerine ışık düştüğünde direnci azalan, karanlıkta ise yüksek direnç gösteren devre
elemanına foto direnç denir.
Şekil 5.1: Foto direnç ve sembolü
5.1.2. Kullanım Alanları
Işık değişimi ile kontrol etmek istenilen tüm devrelerde kullanabilir. Özellikle gece
lambaları ve sokak lambalarında kullanılmaktadır.
5.1.3. Sağlamlık Kontrolü
Avometrenizi ohm kademesine getiriniz. Foto direnci avometrenize bağladıktan sonra
üzerine bir el feneri yardımı ile ışık tuttuğunuzda direncinin azaldığını ve üzerine bir kalem
kapağı veya benzeri bir nesne ile kararttığınızda ise direncin arttığını gözlemlemeniz
gerekiyor. Eğer direnç değişimi anlatıldığı şekilde oluşuyorsa, LDR sağlam, farklı bir şekilde ise arızalıdır.
5.2. Foto Diyot
5.2.1. Çalışma Prensibi
Foto diyotlar ışık etkisi ile ters yönde iletken olan diyotlardır. Ters polarma altında
kullanılır. Doğru polarmada normal diyotlar gibi çalışır, ters polarmada ise N ve P
maddelerinin birleşim yüzeyine ışık düşene kadar yalıtkandır. Birleşim yüzeyine ışık
düştüğünde ise birleşim yüzeyindeki elektron ve oyuklar açığa çıkar ve bu şekilde foto diyot
üzerinden akım geçer. Bu akımın boyutu yaklaşık 20 mikroamper civarındadır.
Üzerine ışık düştüğünde katotdan anota doğru akım geçiren elemanlara foto diyot denir.
Şekil 5.2: Çeşitli foto diyotlar ve sembolü
5.2.2. Kullanım Alanları
Foto diyot televizyon veya müzik setlerinin kumanda alıcılarında yaygın olarak kullanılır.
5.2.3. Sağlamlık Kontrolü
Avometrenizi ohm kademesine getiriniz. Foto diyotu avometre çıkış polaritesine ters
olarak bağladıktan sonra üzerine bir el feneri yardımı ile ışık tuttuğunuzda direncinin
azaldığını ve üzerini bir kalem kapağı veya benzeri bir nesne ile kararttığınızda direncin
arttığını gözlemlememiz gerekiyor. Eğer direnç değişimi anlatıldığı şekilde oluyorsa, foto diyot sağlamdır.
5.3. LED Diyot
5.3.1. Çalışma Prensibi
LED ismi, ingilizce Light Emitting Diode (ışık yayan diyot) kelimelerinin baş
harflerinden oluşmaktadır. LED’e doğru polarma uygulandığında P maddesindeki oyuklarla
N maddesindeki elektronlar birleşim yüzeyinde nötrleşir. Bu birleşme anında ortaya çıkan
enerji ışık enerjisidir. Bu ışığın gözle görülebilmesi için ise P ve N maddelerinin birleşim
yüzeyine "galyum arsenid" maddesi katılmıştır. LED’lerin, yeşil, kırmızı, sarı ve mavi olmak
üzere 4 çeşit renk seçeneği vardır. Piyasada çok değişik şekil, ebad, renk ve fiyatta
bulunmaktadır. LED diyotlar doğru polarmalandırıldıklarında ışık yayan elektronik devre elemanlarıdır.
Şekil 5.3: LED diyot ve sembolü
5.3.2. Kullanım Alanları
Bu ışıklı diyotlar, kullanışlı ve pratik olmalarının yanı sıra oldukça ucuz olmaları
nedeniyle gösterge olarak diğer tip lambaların yerini almışlardır. LED diyotların kullanım
alanları çok geniştir. Çok az enerji harcadıkları için elektronik devrelerin testlerinde, tüm
elektronik cihazların üzerinde çalıştığını gösteren ışık olarak kullanılmaktadır.
Genellikle LED diyotların bacakları karıştırılmaktadır. Şekil 5.3’ te görüldüğü gibi
kısa bacak katot, uzun bacak ise anotdur. LED’in bacakları aynı boyda ise içindeki plakalara
bakarak küçük olanı anot büyük olanı katottur diyebiliriz. Bunun yanında LED diyotların
katot ucunun olduğu tarafta bir kesik bulunmaktadır.
5.3.3. Sağlamlık Kontrolü
LED diyotun sağlamlık kontrolünü multimetre ile yapabiliriz. Multimetremiz ohm
kademesinde iken diyotun anoduna eksi(-), katoduna artı (+) gerilim uygulandığında sonsuz
direnç göstermelidir. Diğer durumda ise bir miktar direnç gösterip ışık vermelidir. Testimiz
anlattığımız şekilde sonuçlanıyor ise, diyodumuz sağlam, bunun dışındaki durumlarda arızalıdır.
5.4. İnfrared Diyot (IR Diyot, Kızıl Ötesi Diyot)
5.4.1. Çalışma Prensibi
İnfraruj LED, normal LED’in birleşim yüzeyine galyum arsenid maddesi katılmamış
halidir. İnfrared diyot görünmez (mor ötesi, kızıl ötesi) ışık yayar.
Şekil 5.4: İnfraruj LED sembolü
5.4.2. Kullanım Alanları
İnfraruj LED’ler televizyon veya müzik setlerinin kumandalarında, kumandanın
göndediği frekansı televizyon veya müzik setine iletmek için kullanılır. Televizyon veya
müzik setinde ise bu frekansı alan devre elemanına "foto diyot" denir. İnfraruj LED ile
normal LED’in sembolleri aynıdır.
Şekil 5.5: İnfraruj LED kullanılan uzaktan kumandalar
5.4.3. Sağlamlık Kontrolü
İnfrared diyotun sağlamlık kontrolünü normal bir diyotun sağlamlık kontrolü gibi yapabiliriz.
5.5. Foto Pil (Işık Pili, Güneş Pili)
5.5.1. Çalışma Prensibi
Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik
enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde
biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2-0,4 mm arasındadır.
Şekil 5.6: Güneş pili ve sembolleri
Güneş pilleri transistörler, doğrultucu diyotlar gibi yarı iletken maddelerden
yapılmaktadır. Yarı iletken özellik gösteren birçok madde arasından güneş pili yapmak için
en elverişli olanlar, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi maddelerdir. Bu
maddeler güneş pilleri için özel olarak hazırlandıktan sonra PN eklemine güneş enerjisi
geldiğinde fotonlardaki elektron yükü PN maddeleri arasında bir potansiyel fark yani gerilim
oluşturur. Bu gerilim 0,15-0,5 volt civarındadır.
Işık pilleri seri bağlanarak daha büyük gerilim, paralel bağlanarak daha büyük akım
elde edilebilir. Güneş enerjisiyle çalışan hesap makinelerinde kullanılan eleman ışık pilidir.
Şekil 5.7: Şebekeye enerji veren güneş pilleri ve güneş enerjisi ile cep telefonu şarji
5.5.2. Kullanım Alanları
Güneş pilleri gelişmiş ülkelerde Şekil 5.7 ve 5.8’ de görüldüğü gibi hayatın her
alanına girmiş durumdadır. Günlük hayatımızda ise daha çok hesap makinelerinde
karşılaştığımız elemanlardır.
Şekil 5.8: Güneş pilleri ile sokak aydınlatması ve çatısı güneş pili kaplı ev
5.6. Optokuplör
5.6.1. Çalışma Prensibi
Optokuplör kelime anlamı olarak optik kuplaj anlamına geliyor. Kuplaj bir sistem
içindeki iki katın birbirinden ayrılması ama aralarındaki sinyal iletişiminin devam etmesi
olayıdır. Ayrılma fiziksel olarak gerçekleşir ama iletişim manyetik veya optik olarak devam
eder. Bu durumun faydası, katlardan birinde olan fazla akım, yüksek gerilim gibi olumsuz,
sisteme zarar verecek etkilerden diğer katları korumaktır.
Işık yayan eleman ile ışık algılayan elemanın aynı gövde içinde birleştirilmesiyle elde
edilen elemanlara optokuplör denir. Bu elemanlarda ışık yayan eleman olarak "LED",
"Enfraruj LED" kullanılırken ışık algılayıcı olarak "foto diyot", "foto transistör", "foto
tristör", "foto triyak" vb. gibi elemanlar kullanılır.
Şekil 5.9: Çeşitli optokuplör yapıları
5.6.2. Yapısı
Şekil 5.10’da görüldüğü gibi bir adet LED tam karşısına milimetrik olarak
yerleştirilmiş bir fototransistörden oluşmuştur. LED yandığı zaman transistör iletime geçer.
LED sönük ise transistör yalıtımdadır.
Şekil 5.10: Bir optokuplor ve içyapısı
5.6.3. Kullanım Alanları
Optokuplörler daha çok, iki ayrı özellikli devre arasında elektriksel bağlantı olmadan,
ışık yoluyla irtibat kurulmasını sağlayan devrelerde kullanılır. Şöyle ki; düşük gerilimle
çalışan bir devreyle yüksek gerilimli bir güç devresine optokuplör aracılığıyla kumanda
edilebilir. Optokuplörler 2000 ile 5000 voltluk gerilimlere dayanıklı olduğundan en hassas
kontrol sistemlerinde güvenle kullanılır.
5.6.4. Sağlamlık Kontrolü
Uygulamadaki optik kuplörler yukarıdaki şekildeki gibi entegre kılıf içindedir. Bir
optik kuplörün sağlamlığı kontrol edilmek istenirse, öncelikle o optokuplorün kataloğunu ve
iç bağlantı şemasını bulmak gerekir. Daha sonra içerisindeki LED diyodu doğru polarma
ederek, “foto transistor”ün iletken olup olmadığını multimetre ile kontrol ederiz.
5.7. Uygulamada Kullanılan Bazı Optik Sensörler
Yukarıda optik sensörlerin çalışma prensiplerini kısaca tanıttıktan sonra şimdi
uygulamada kullanılan bazı sensör tiplerini ve bazı uygulama örneklerini göreceğiz. Ama
unutmayınız ki optik sensörler burada bahsetmediğiz daha birçok uygulamada
kullanılmaktadır. Bunlara günümüzdeki en önemli örnek dijital fotoğraf makineleri ve dijital kameralardır.
Bir fotoelektrik sensör üzerindeki ışık kaynağı ile görülebilir ya da infrared ışık üretir.
Bu ışık algılanmak istenen cisim üzerine düşürülür. Eğer fotoelektrik sensör cisimden
yansımalı ya da reflektörlü tipte ise verici ile alıcı aynı sensör kafası üzerindedir ve geri
dönen ışın miktarı tanımlanan eşik değerine ulaştığında çıkış verir.
Ø Optik Sensörlerin Avantajları
· Algılanan cisme temas yoktur.
· Algılanacak cisim farklı tipte malzemelerden olabilir.
· Algılama mesafesi uzundur (Cisimden yansımalıda 1m’ye kadar, karşılıklı tipte 60 m’ye kadar).
· Cevap süresi kısadır (20ms ye kadar düşebilir).
· Hassas konumlama yapılabilir.
· Renk ayrımı yapılabilir.
5.7.1. Uygulamada Kullanılan Çeşitleri
Ø Karşılıklı Tip: Karşılıklı tip sensörde, cisim alıcı-verici sensör kafalarının
olduğu eksene girdiğinde algılama yapar.
Şekil 5.11: Karşılıklı tip optik sensör
Ø Reflektörden Yansımalı Tip: Reflektörden yansımalı modelde sensör
kafasından yayılan ışık reflektörden yansıyarak geri döner. Cisim reflökter ile
sensör arasına girdiğinde algılanır.
Şekil 5.12: Reflektörden yansımalı tip optik sensör
Ø Cisimden Yansımalı Tip: Cisimden geri dönen ışık kazanımı tanımlanan eşik
değerini geçtiğinde algılama yapılır.
Şekil 5.13: Cisimden yansımalı tip optik sensör
Ø Odaklı Cisimden Yansımalı Tip: Cisim üzerine gönderilen ışın odaklanmıştır.
Eğer odaktan bir kayma oluşursa, algılama oluşur.
Şekil 5.14: Odaktan yansımalı tip optik sensör
5.7.2. Uygulama Örnekleri
Şekil 5.15: a: Ürün üzerinde yapılan işlemin kontrolünde kullanılan optik sensör b: Ürün
bandında ilerleyen parçaların sağlamlık kontrolünde kullanılan optik sensör
Şekil 5.16: LDR’li karanlıkta çalışan devre
Şekil 5.16’daki devrede LDR’nin üzerine ışık düştüğü zaman T1 transistörü iletime
geçer. T1 transistörünün iletime geçmesi T2 transistörünün beyz gerilimini şase gerilimine
yaklaştıracağından T2 transistörü kesimde kalır ve röle ve buna bağlı olarak lamba yanmaz.
LDR’nin üzerine ışık düştüğünde ise T1 transistörü kesime gider. T2 transistörü beyz
gerilimini pozitif gerilimden alır ve iletime geçer. Buna bağlı olan röle kontakları kapanır ve
lamba yanar. Sonuç olarak karanlıkta lamba yanar, aydınlıkta ise sönüktür. Burada dikkat
edilmesi gereken nokta lamba ile LDR’nin ışık iletiminin kesilmesidir.
Şekil 5.17: Optokuplör ile tetiklenen devre
Şekil 5.17’deki devrenin çalışması Şekil 5.16’daki devrenin çalışmasına çok
benzemektedir. Tek farkı tetiklenmesi optokuplör vasıtası ile gerçekleşmektedir.

6. SES SENSÖRLERİ VE TRANSDÜSER
6.1. Mikrofon
6.1.1. Yapısı
Şekil 6.1’de görüldüğü gibi, ağzından çıkan veya herhangi bir şekilde yayınlanan ses
havada basınç değişimi yaratmakta ve bu basınç değişimi, suya atılan taşın yarattığı dalgaya
benzer şekilde havada bir dalga iletimi şeklinde yayılmaktadır. Ses aslında hava basıncındaki değişimdir.
Şekil 6.1: Mikrofon
Biz konuştuğumuzda havayı titreştirerek hava da bir basınç değişikliği oluşturuyoruz.
Duyma işleminde ise bu basınç değişikliğini kulaklarımızdaki zar ile algılıyoruz.
Mikrofonlar da tıpkı kulaklarımız gibi havadaki basınç değişikliğinin yarattığı etkiden
yararlanarak sesi algılıyor ve elektrik sinyaline çeviriyor. Sesi elektrik sinyallerine çeviren
cihazlara “mikrofon” denir.
Bütün mikrofonların yapısı, ses dalgalarının bir diyaframı titreştirmesi esasına
dayanmaktadır. Her sesin belirli bir şiddeti vardır. Bu ses şiddetinin havada yarattığı basınç
ses şiddeti ile doğru orantılıdır. Gelen hava basıncının büyüklük ve küçüklüğüne göre ilerigeri
titreşen diyaframın bu titreşimini, elektrik enerjisine çevirmek için değişik yöntemler
kullanılmaktadır. Kullanılan yöntemlere göre de mikrofonlara isim verilmektedir.
6.2. Çeşitleri
Ø Dinamik mikrofonlar
Ø Kapasitif mikrofonlar
Ø Şeritli (bantlı) mikrofonlar
Ø Kristal mikrofonlar
Ø Karbon tozlu mikrofonlar
6.2.1. Dinamik Mikrofonlar
Dinamik mikrofonlar ses dalgaları ile hareket eden diyaframa bağlı bobinin sabit bir
mıktatıs içinde hareket etmesinden dolayı bobin uçlarında oluşan gerilim değişimine bağlı
olarak çalışır.
Ses dalgalarıyla titreşen diyafram, bağlı bulunduğu bobini, sabit mıknatıs içerisinde
ileri-geri hareket ettirir. Sabit mıknatısın kutupları arasında manyetik alan hatları vardır.
Bobin iletkenleri hareket sırasında bu manyetik alan hatlarını kesmektedir. Manyetik alan
içerisinde hareket eden iletkenin uçları arasında bir gerilim oluşur.
Şekil 6.2: Dinamik mikrofon örnekleri
Sürekli ileri-geri titreşim halinde bulunan bobinde de ses frekansına uygun olarak
değişen bir gerilim oluşur. Mikrofon bobini uçlarında oluşan gerilim, bir ses frekans
yükseltecine verildiğinde, hoparlörden aynı frekansta çıkış alınır. Böylece mikrofona yapılan
konuşma veya melodi kuvvetlendirilmiş olarak sese dönüştürülür.Dinamik mikrofon
bobininin direnci birkaç ohm "Ω" kadardır.
Şekil 6.3: Dinamik mikrofonun yapısı
Dinamik mikrofon, Şekil 6.2'de görüldüğü gibi şu bölümlerden oluşmaktadır:
Ø Diyafram
Ø Diyaframa bağlı hareketli bobin
Ø Bobinin içerisinde hareket ettiği sabit mıknatıs
Ø Empedans uygunluğu sağlayan küçük bir transformatör (Bazı dinamik
mikrofonlarda bulunur).
Dinamik mikrofonlar kullanım sırasında, elektriksel alandan uzak tutulmalıdır.
Dinamik mikrofonlar en çok kullanılan mikrofon türüdür.
6.2.2. Kapasitif Mikrofonlar
Şekil 6.4’te kapasitif bir mikrofonun yapısı görülüyor. Şekilde görüldüğü gibi bir sabit
levha ve bir de hareketli iletken levha arasında hava boşluğu bırakılarak kapasite elde edilir.
Hareketli levha aynı zamanda diyafram görevi de yapar. Kapasitif mikrofonlar şarjlı bir
kondansatörün yükü değiştirildiğinde elektrik akımının elde edilmesi esasına dayalı olarak
çalışır. UCC bataryası (1,5-45V) sürekli olarak beslediği için kondansatörlü mikrofon sürekli
şarjlıdır. Ses dalgalar diyaframa çarptığında mekanik titreşimler meydana gelir. Titreşimin
plakalar arasındaki hava aralığını daralıp genişletmesiyle kapasite değişimi sağlar.
Kapasitenin değişmesi ile devreden küçük bir akım geçer. Devreden geçen akım direnç
üzerinde bir gerilim düşümü meydan getirir. Bu gerilim küçük olduğu için bir yükselteç
devresiyle yükseltilerek kullanılır.
Şekil 6.4: Kapasitif mikrofonun yapısı
Kapasitif mikrofonların yüksek seslerde az distorsiyonlu olduklar için çok tercih
edilir. Fakat fiyatları da kaliteleri gibi yüksektir.
Başlıca şu üstünlüklere sahiptir:
Ø 50 - 15000 Hz arasında oldukça geniş bir frekans karakteristiği vardır.
Ø Distorsiyon azdır.
Ø Empedansı büyüktür (10 - 50 MΩ).
Bu özelliklere karşın şu tip dezavantajları vardır:
Ø Diğer mikrofonlardan farklı olarak, bir besleme kaynağına ihtiyacı vardır.
Ø Yükselteç ile mikrofon arası kablonun kapasitif etkisi mikrofon kapasitesini
etkileyerek parazite neden olur.
Ø Bu etkiyi azaltmak amacıyla mikrofon içine bir yükselteç konur.
Kapasitif mikrofonların devreye bağlantısı Şekil 6.4’te görüldüğü gibi DC beslemeli
olarak yapılır. Mikrofonun plâkalarına uygulanan DC, modele göre 1,5 - 48 V arasında
değişmektedir. Günümüzde yaygın olarak kullanılan kapasitif mikrofonların DC
beslemesinde bir ya da iki adet kalem pil bulunur.
6.2.3. Şeritli (Bantlı) Mikrofonlar
Çalışmaları dinamik mikrofonlar gibi manyetik alan esasına dayalı mikrofonlardır.
Şekil 6.5’te görüldüğü gibi manyetik alan içine yerleştirilmiş ince bir alüminyum ya da kalay
levhaya ses sinyalleri çarpınca, manyetik alan içinde hareket eden levhada ses frekanslı akım
oluşur. Şeritli mikrofonların empedeansı çok düşük, kaliteleri yüksektir. Sarsıntıdan,
rüzgârdan olumsuz etkilendiklerinden kapalı ortamlarda kullanılır.
Şekil 6.5: Şeritli mikrofonun yapısı
6.2.4. Kristal Mikrofonlar
Şekil 6.6: Kristal mikrofonun yapısı
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. İşte bu esastan yararlanarak kristal mikrofonlar yapılmıştır. Kristalli
mikrofonlarda, kristal madde Şekil 6.6' da görüldüğü gibi çok ince iki metal elektrot arasına
yerleştirilmiş ve bir pin (küçük çubuk) ile diyaframa tutturulmuştur. Ses titreşimleri
diyaframı titreştirince kristal de titreşmektedir. Kristaldeki titreşim ise AA özellikli
elektriksel sinyallerin oluşmasını sağlamaktadır.
6.2.5. Karbon Tozlu Mikrofonlar
Şekil 6.7: Karbon tozlu mikrofonun yapısı
Karbon tozlu mikrofonlar Şekil 6.7’de görüldüğü gibi bir hazne içinde doldurulan
karbon tozu zerrecikleri ve esnek diyaframdan oluşmuştur. Ses dalgaları alüminyum
diyaframa çarpınca titreşerek karbon zerreciklerinin sıkışıp gevşemesine yol açar. Tozlar
sıkışınca akımın yolu kısalacağından direnç azalır. Tozlar gevşeyince ise akımın yolu
uzayacağından direnç yükselir. İşte bu işlem esnasında sesin şiddetine göre karbon
tozlarından geçen akım değişken özellik gösterir. Karbon tozlu mikrofonların çalışabilmesi
için bir DA besleme kaynağına gereksinim vardır. Bu tip mikrofonların empedansları 50
ohm dolayında olup çok küçüktür. Ayrıca, kömür tozları zamanla özelliğini kaybettiğinden
mikrofonun hassasiyeti bozulmaktadır. İşte bu nedenle günümüzde çok kullanılan bir
mikrofon tipi olmayıp, eski tip telefonlarda vb. karşımıza çıkmaktadır.
6.3. Mikrofonun Sağlamlık Testi
Mikrofonlara sağlamlık testi uygularken öncelikle mikrofonun özelliğine göre
direncine bakılır. Katalogda ya da üzerinde belirtilen direnç değerlerini avometre ile kontrol
ederiz. Daha sonra mikrofonun çıkışına bir preamplifikatör (çok küçük sinyalleri yükselten
yükseltici) bağlarız. Preamplifikatörün çıkışına da bir osilaskop bağlayarak mikrofona ses
dalgası veririz. Uyguladığımız seslere göre osilaskop ekranın da AC titreşimler oluşuyorsa mikrofonumuz sağlamdır.
6.4. Hoparlör
Elektriksel sinyalleri insan kulağının duyabileceği ses sinyallerine çeviren elemanlara “hoparlör” denir.
Şekil 6.8: Hoparlör ve sembolü
6.4.1. Dinamik (Hareketli Bobinli) Hoparlörler
Şekil 6.9: Hoparlörün yapısı
Dinamik hoparlörlerde yükselteçten gelen AC özellikli sinyaller hoparlör içindeki
bobinin etrafında değişken bir manyetik alan oluşturur. Bu alan ile sabit mıknatısın alanı
birbirini itip çekerek diyaframın titreşimine sebep olur. Diyaframın ses sinyallerine göre
titreşimi havayı titreştirir. Kulak zarı da buna bağlı olarak titreşerek sesleri algılamamızı sağlar.
Şekil 6.9’da görüldüğü gibi dinamik hoparlörler, bobin, mıknatıs, kon (diyafram) gibi
elemanların birleşiminden oluşmuştur. Bu elemanlarda demirden yapılmış bir silindirin
ortasına doğal mıknatıs yerleştirilmiştir. Mıknatısla yumuşak demir arasındaki hava aralığına
ise hoparlör diyaframının uzantısı üzerine sarılmış bobin konmuştur.
Bobinin sarıldığı diyaframın alt kısmı bir süspansiyon (esnek taşıyıcı) ile gövdeye
tutturulmuştur. Bobin, süspansiyonlar sayesinde hava aralığında rahatça hareket
edebilmektedir. Hoparlörlerde kon iki tanedir. Geniş çaplı olan dışarıda, küçük çaplı olan
ortadadır. Büyük kon kalın (bas) sesleri, küçük kon ise ince (tiz) sesleri oluşturur.
6.4.2. Piezoelektrik (Kristal) Hoparlörler
Şekil 6.10’da yapıları görülen piezoelektrik hoparlörler çizgi biçiminde, birbirine karşı
polarize edilmiş, bükülgen piezooksit (kurşun, elmas, titan karışımı) maddeden yapılmışdır.
Şeritlere akım uygulandığında, boyut uzayıp kısalır ve karşıdakini itip çeker. Bu titreşim ise
esnek membranı hareket ettirerek ses oluşur. Piezoelektrik hoparlörler daha çok yüksek
frekanslı seslerin elde edilmesinde (kolonların tivitırlarında) ve kulaklıklarda
kullanılmaktadır. Aynı zamanda dijital saatlerde kullanılan hoparlörlerde buzzer olarak
piezoelektrik esasına göre çalışır.
Şekil 6.10: Piezoelektrik hoparlörler
6.5. Hoparlörlerin Sağlamlık Testi
Avometre Ohm konumuna (200 ohm) alınarak yapılır. Yapılan ölçümde üzerinde
yazılı olan direnç değeri (4,8,16 Ohm gibi) okunmalıdır. Bunun yanında ölçüm esnasında
hoparlör bobini, membranı bir miktar titreştirmelidir. Çok küçük bir ses çıkarmalıdır.

KAYNAK:www.megep.meb.gov.tr

Döküman Arama

Başlık :