Basınç Sensörü Nedir? Çeşitleri Nelerdir?

Günümüzde fiziksel büyüklükleri anlamlı birer veriye dönüştürmek için sensörler kullanılır. Üretim süreçlerinden, kontrol sistemlerine kadar birçok alanda sensörler aracılığıyla işe yarar veriler toplanır ve kontrol edilir. Bu yazımızda türetilmiş bir büyüklük olan basıncın ölçülmesinde kullanılan basınç sensörlerini ve çeşitlerini inceleyeceğiz.

A- A+

16.02.2019 tarihli yazı 37844 kez okunmuştur.

Sıcaklık, basınç, pozisyon, debi gibi fiziksel değerlerin bizim için anlamlı değerler olabilmesi için ölçülmesi, niceliklerinin belirlenmesi gerekir. Ölçülüp, işimize yarar veriler haline gelmelerinde sensör adını verdiğimiz cihazlar kullanılır. Basit anlamıyla, sensör ölçtüğü fiziksel büyüklüğü dijital bir sinyale dönüştürür.

Türetilmiş bir büyüklük olan basınç, basınç sensörleri ile ölçülür. Basınç sensörü uygulanan basıncı algılayıp, bunu analog bir sinyale çevirir. Analog sinyal ise gerekli dönüştürücüler ile uygulamalarda kullanılacak verilere dönüştürülür.

Basınç sensörleri çoğu zaman sistemlerin ve sistem süreçlerinin izlenmesi ve kontrol edilmesi için kullanılır. Yanlış ölçülen veya kontrol edilemeyen basınç, işletme ve süreç için istenmeyen ve maliyetli sonuçlar doğurur.

Sensör çeşitlerine geçmeden önce ilk olarak basınç ölçüm türlerini inceleyelim.

►Mutlak Basınç Ölçümü: Mutlak basınç ölçümünde, ölçülen basınç değerinin referans basınç değerinden farkı alınarak ölçüm yapılır. Referans basınç değeri ‘sıfır basınç’ yani vakum olarak alınır. Fakat pratikte sıfır basınç (mükemmel vakum) değerini elde etmek mümkün değildir. Sıfır basınca ne kadar yakın referans değeri kullanılırsa, ölçümlerin doğruluğu da o kadar yüksek olur.

►Gösterge Basınç Ölçümü: Gösterge basınç ölçümü anlık atmosfer basıncına göre basıncın ölçülmesidir. Anlık atmosfer basıncındaki değişiklikler ölçümü pozitif ya da negatif yönde etkiler. Gösterge basıncı atmosferik basınçtan yüksek ise pozitif basınç; atmosferik basınçtan düşük ise negatif veya vakum basıncı adını alır. (Atmosfer basıncından düşük basınç seviyeleri genel olarak vakum olarak adlandırılır.)

►Fark Basınç Ölçümü: Farklı iki noktadan alınan ölçüm değerlerinin farkı, fark basıncı verir.

►İlginizi Çekebilir: Pasif Kızılötesi Sensör

Ölçüm türlerine baktığımızda; mutlak basınç ölçümünde de gösterge basınç ölçümünde de genel anlamda fark basınç ölçümü baz alınır. Mutlak basınçta, ölçülen basıncın sıfır basınca karşı farkı alınırken, gösterge basıncında ise atmosferik basınca karşı farkı alınır.

Ölçüm çeşitlerini açıkladığımızda göre, sıra sensör çeşitlerini incelemeye geldi.

1. Gerinim Ölçer Basınç Sensörü (Strain-Gauge Pressure)

Bu tip basınç sensöründe ölçüm; esnek bir diyagrama uygulanan basıncın direnç değişimine sebep olması ile gerçekleşir. Diyaframa uygulanan basınç diyaframda gömülü olan iletkenin direnç değerlerinde değişikliğe yol açar. Diyaframın esnemesi sırasında iletkenin boyu uzayıp, kesiti incelir ve buna bağlı direnç değeri değişir.

►İlginizi Çekebilir: Pozisyon Sensörleri | 1. Bölüm

Dirençlerde meydana gelen değişiklikler ise Wheatstone köprüsü kullanılarak çıkış sinyaline, yani çıkış gerilimine dönüştürülür. Oluşacak çıkış gerilimi diyaframa uygulanan basınca göre değişir.

►İlginizi Çekebilir: Pozisyon Sensörleri | 2. Bölüm

Gerinim ölçer basınç sensörleri barometrelerde, medikal ürün teknolojilerinde ve hidrostatik seviye ölçümlerinde kullanılır. Dinamik basınç değişimi olan yerlerde rahatlıkla kullanılabilirken; sıcaklık ve nemden etkilenir.

2. Kapasitif Basınç Sensörleri

Kapasitif basınç sensörlerinde; kapasitans değişimine göre basınç ölçümü yapılır. Sensörün yapısında bulunan kapasitif özellikli diyafram, üzerine uygulanan basınç ile esneme hareketi yapar. Bir diğer kapasitif sabit plaka ise diyaframın alt tarafında (aralarında dielektrik malzeme bulunur) yer alır. Diyafram esneme hareketi yaptığında iki kapasitif özellikli plaka arasındaki mesafe değişir. Buna bağlı olarak da kapasitans değişimi meydana gelir.

►İlginizi Çekebilir: Sıcaklık Sensörleri Nedir? Çeşitleri Nelerdir?

Kısaca, diyaframa uygulanan basınç, kapasitans değişimlerine neden olur. Aralarındaki mesafe azaldıkça, kapasitans artarken; mesafe artıkça kapasitans azalır.

Kapasitans değişimini anlamlı bir basınç değeri ile ifade etmek için yani çıkış gerilimi elde etmek için alternatif akım devresi veya tank devresi kullanılır. Düşük basınç uygulamalarında kullanılmak için uygun olan kapasitif basınç sensörü; nemlilik oranın yüksek olduğu yerlerde kullanılmaması uygun olur. Çünkü, nem dielektrik malzemenin alanında değişikliklere sebep olur.

3. Kapasitif Fark Basınç Sensörü

Kapasitif fark basınç sensörünün çalışma mantığı genel anlamda kapasitif basınç sensörü ile aynıdır. Yapısı gereği; karşılıklı yer alan iki esnek diyafram üzerlerine uygulanan basınç sonucu esnerler. Sensörün içinde hareket edebilen algılayıcı diyafram, iki taraftan uygulanan basınçların farklarına göre esneme yapar. Esneme ile dış diyaframlar ve iç diyafram arasındaki mesafeler değişir, iki farklı kapasitans meydana oluşur. İki kapasitans değeri arasındaki fark alınarak; yüksek frekanslı AC sinyal kullanan devreler aracılığı ile çıkış sinyaline dönüşür. Elde edilen analog çıkış ise gerekli ölçü cihazları ve dönüştürücüler ile basınç değerlerine çevrilir. Sonuç olarak; iki basınç değerinin farkları alınarak kapasitans farkları elde edilir ve basınç ölçümü gerçekleştirilir. Kapasitif fark basınç sensörleri tank veya tüplerde seviye ölçümlerinde sıkça kullanılır.

►İlginizi Çekebilir: Güç Faktörü Neden Yükseltilir?

4. Piezoelektrik Basınç Sensörü

Piezoelektrik basınç sensörü, piezoelektrik etkisine dayanan bir prensip ile ölçüm yapar. Piezoelektrik etkisinde, belirli maddelere uygulanan basınç veya kuvvet (mekanik güç) malzeme üzerinde düşük mertebelerde gerilim indüklenmesine yol açar.

Sensörde ise, yapısında bulunan kristal türü malzemeye uygulanan basınç sonucu, basıncın miktarına doğru orantılı olarak gerilim indüklenir. Oluşan milivolt mertebesindeki gerilim gerekli dönüştürücü cihazlar kullanılarak basınç değerlerini veri halinde bize sunar.

►İlginizi Çekebilir: Piezoelektrik Sensörler ve Modellenmesi

Kristal malzemeye uygulanan basınç geri çekildiğinde, gerilim indüklenmesi de sona erer. Yapısı gereği, çıkış gerilimi üretmesi için herhangi bir dış beslemeye bağlı değildir.

Piezoelektrik basınç sensörleri dinamik ölçüm noktalarında daha çok tercih edilir. Çünkü hızlı basınç değişimlerini algılayabilecek yapıdadır. Diğer bir kullanım alanı ise otomotiv sanayidir. Motor parçalarındaki hataları, küçük deformasyonları bulmak için kullanılır.

Kaynak:

►engineersgarage.com
►circuitglobe.com

►first-sensor.com