3 DINAMIK ÖLÇÜMLER IÇIN ALGILAYICILAR

3.1 Ivme Ölçerler



Ivme ölçerler, genel amaçli mutlak hareket ölçümlerinde, sok ve titresim ölçümlerinde kullanilirlar.Bir yapinin ya da bir
makinanin ömrü,çalisma sirasinda maruz kaldigi ivmenin siddeti ile orantilidir. Bir yapinin çesitli noktalarindaki titresimin genligi ve fazi, bir modal analiz yapilabilmesine izin verir. Yapilacak olan bu analiz sonucunda dinamik olarak çalisacak parçalarin çalisma modlari belirlenerek tüm sistemin dinamik karakteri ortaya konabilmektedir.
Sismik ivmeölçerler ile yer, bina, köprü üzerinde deprem, insaat, madencilik çalismalari, büyük nakliye vasitalarin yol açtigi titresimler ölçülebilir. Yüksek frekansli ivmeölçerler ile çarpma testleri, çok yüksek devirli motorlarin testleri yapilabilir. Ivmeölçerler ölçme teknigine görede farkli siniflara ayrilirlar. Konuyla ilgili ayrinti ilerki sayfalarda belirtilmistir.



3.1.1 Piezoelektrik Ivme ölçerler

Piezoelektrik ivmeölçerler çok düsük frekansli sismik uygulamalardan, çok yüksek frekansda dogrusal çalisma araligi gerektiren çarpma testlerine kadar birçok ölçme uygulamasinda kullanilan, küçük boyutlu, yüksek sicaklik araliginda çalisabilen, endüstriyel standartlarda kilif içinde yapilandirilmis transdüserlerdir.
Kuvarz ya da seramik kristaller bir kuvvet altinda kaldiginda picocoulomb seviyesinde elektrik yükü üretirler. Bu elektrik yükünün kristal üzerindeki degisimi yer çekimi ivmesinin degisimi ile dogru orantilidir. Ivmeölçerlerdeki sismik kütlenin ivme altinda maruz kaldigi atalet kuvveti piezoelektrik kristale etkir ve ivme ile dogru orantili bir elektrik sinyali çikisi verir. Bir yongaya (Mikro Elektronik devre/chip) sahip Piezoelektrik ivmeölçerlerin içinde sinyali tasinabilir voltaj sinyaline çeviren bir sinyal kosullayici devre vardir (Integrated Electronics Piezoelectric - IEPE). Bu tip Algilayicilar gürültüden minimum etkilenirler. Üzerinde çevirici elektronik devre olmayan (Charge Mode) Algilayicilar harici bir çevirici (Charge Amplifier) ile kullanilirlar. Charge Mode Algilayicilar yüksek sicakliktaki uygulamalarda kullanilmak için idealdirler.

3.1.2 Kapasitif Ivmeölçerler

Kapasitif ivmeölçerler düsük seviyeli ve düsük frekansli titresimleri, statik ivmeleri ölçmede kullanilirlar. Karsilikli yerleitirilmis kapasitör seklinde çalisan iki plaka arasindaki kapasitansin degismesi prensibi ile ölçüm yaparlar. Bu plakalar arasindaki mesafe ve dolayisi ile kapasitans ivme altinda degisir ve ivme ile dogrusal bir sinyal dogururlar. Bu tip Algilayicilar özel bir sinyal kosullama gerektirmezler. 12VDC ya da 24 VDC ile beslenmek sureti ile çalisirlar. Özellikle robotik, otomotiv sürüs kalite testleri, bina dinamigi ölçümü gibi yerlerde kullanilirlar.

3.2 Basinç Algilayicilari


3.2.1 DINAMIK BASINÇ ALGILAYICILARI
Dinamik basinç algilayicilari, piezoelektrik etkiyi kullanirlar. 400kHz gibi çok yüksek bir frekans araliginda dogrusal çikis verebilir ve büyük statik basinç degerlerinin üzerindeki yüksek frekansli fakat küçük genlikli dalgalanmalari ölçebilirler.
Endüstride pompa basicinin, hidrolik ve pnömatik basinç hatlarinin izlenmesi ve kontrolü; akis kaynakli titresimlerin incelenmesi, kavitasyon, su darbesi, pulsasyon, akustik ölçümler, havacilik testleri, valf dinamigi, patlayici ve silah testleri, içten yanmali motor testleri bu algilayicilar kullanilarak yapilabilmektedir.


3.2.2 STATIK BASINÇ ALGILAYICILARI
Hassas rezistif diyaframi kullanan bu Algilayicilar endüstride statik basincin sürekli olarak izlenmesi gereken uygulamalar için gelistirilmistir. Tank seviyelerinin izlenmesinde, endüstriyel proseslerin geri besleme kontrol sistemlerinde ve isitma sogutma klimatizasyon sistemlerinde kullanilmaktadir.

3.3 Dinamik Kuvvet Algilayicilari
Piezoelektrik etkiyi kullanan kuvars kuvvet algilayicilari, sikisma, çekme gerilmeleri, darbe, tepki ve etki kuvvetlerini ölçen saglam, uzun ömürlü, dinamik algilayici elemanlardir. Uygulama alanlari arasinda; tüm soguk ve sicak plastik sekil verme islemleri, pres kuvveti ölçümü, talasli imalatlar, kaynak islemleri ve test islemleri gelmektedir.
Üzerine uygulanan kuvveti birbirine dik üç eksende ayri ayri veren üç bilesenli kuvvet algilayicilari özellikle takim tezgahlarinin kesici uçlarinin uyguladigi kuvvetin ölçülmesinde, kuvvet dinamometresi uygulamalari, biyomekanik uygulamalarinda kullanilmaktadir.

3.3.1 PIEZOELEKTRIK ÖZELLIK

"Piezo" kelimesi Yunanca sikmak anlamina gelmektedir. Piezoelektrik elemanlar bir dis kuvvet altinda kaldiklari zaman, karsilikli yüzeyleri üzerinde bir elektrik yükü olusur.

Sekil 1'de gösterilen büyük daireler silikon atomlarini, küçük olanlar ise oksijen atomlarini belirtmektedir. Dogal ya da islenmis kuvartz kristali en hassas ve kararli piezoelektrik malzemelerden biridir. Dogal malzemelerin yani sira yüksek teknolojilerle üretilen polikristalin ve piezoseramik gibi malzemeler de yüksek elektrik alana maruz birakildiklarinda piezoelektrik özellik kazanmalari saglanabilmektedir. Bu kristaller çok yüksek degerde yük çikisi üretirler. Bu özellikleri sayesinde de özellikle düsük genlikli sinyallerin ölçülemesinde kullanilirlar. Tablo 1'de piezoelektrik malzemelerin karsilastirmasi verilmistir.

Sekil 1

Tablo 1

Sekil 2'de gözüktügü gibi piezoelektrik Algilayicilarda farkli boyut ve sekillerde piezoelektrik malzemeler kullanilabilir.

1. Basma kuvvetini temel alan tasarim yüksek bir rijitlik göstermektedir. Bu özelligi sayesinde yüksek frekansli basinç ve kuvvet ölçümlerinde kullanilmaktadir. Olumsuz bir özelligi sicaklik degisimlerine gösterdigi hassasiyettir.
2. Basit bir tasarim olan egilmeli (flexural) tasarim, düsük frekans araligi ve düsük darbe dayanimi nedeni ile dar bir kullanim sahasina sahiptir.
3. Kayma gerilmesi (shear) tasarimi genis frekans araligi, düsük eksen kaçikligi hassasiyeti, isil degisimlerden az etkilenmesi gib olumlu özellikleri sayesinde ivmeölçerlerde yaygin olarak kullanilmaktadir.

Sekil 2

104 E9 [N/m2] gibi birçok metale yakin bir sertlik derecesine sahip olan piezoelektrik malzemeler, çok küçük bir yerdegisimi altinda bile büyük bir çikis verirler. Bir diger deyisle piezoelektrik malzemeler fiziksel olarak kalici bir degisime ugramazlar. Bu sebeple piezoelektrik algilayicilar çok saglam bir kilifta korunur ve genis bir genlik araliginda mükemmel bir dogrusallik gösterirler. Dogru seçilmis bir sinyal kosullama sistemi ile birlikte kullanildiginda, bu tip algilayicilar 120 dB gibi çok genis bir genlik araligina sahip olmaktadirlar. Uygulama açisindan bu özellik, ayni piezoelektrik ivm ölçer ile
0,0001 g'den 100 g'e kadar genis bir aralikta ölçüm yapilabilir anlamina gelmektedir:
Piezoelektrik malzemlerden bahsederken üzerinde önemle durulmasi gereken diger bir nokta da bunlarin sadece dinamik ya da diger bir degisle degisen durumlari ölçebildigidir. Piezoelektrik algilayicilar, yerçekimi ivmesi, barometrik basinç, agirlik kuvveti gibi statik, yani zamanla degismeyen büyüklükleri ölçemezler. Bu sabit olaylar ilk anda bir çikis dogururlar fakat bu sinyal, piezoelektrik malzemenin ve algilayicinin bagli oldugu elektronik devrenin zaman sabitine bagli olarak, zamanla yok olacaktir. Bu zaman sabiti, cihazin üzerindeki kapasitans ve direncin olusturdugu, birinci dereceden yüksek frekans geçiren filtreden kaynaklanmaktadir. Bu filtre cihazin ölçebilecegi en düsük frekansi belirlemektedir.