Endüktif sensörler, metallerin tespiti ve yakınlığını ölçmek için kullanılır. Bunun için Faraday Kanunları’ndan yararlanır.

Endüktif(İndüktif) Sensör Nedir?

“İndüksiyon/Endüksiyon” kelimesi, “içeri yönlendirme” anlamına gelen latince “inducere” fiilinden gelir. Endüktif sensörler, metal bir cisim ya da metal içeren bir cihazın yerini veya varlığını temassız olarak tespit etmek için kullanılır. Bunun için elektromanyetik indüksiyon prensibini kullanır. Mesafe belirli bir değerin altına düşerse (anahtar mesafesi(S)), sensör bir eylemi tetikler. Bu nedenle otomasyon süreçlerinin vazgeçilmezlerindendir diyebiliriz. Tabi ki kullanım alanları endüstri ile sınırlı değildir. Örneğin, endüktif bir sensör, metal şamandıralar yardımıyla sıvı seviyelerini de izleyebilir. Bu çok yönlülük, onu tüm endüstriyel alanlarda olduğu kadar çok sayıda makinede de değerli bir araç haline getirir.

Endüktif Sensör Özellikleri

• Herhangi bir mekanik temas olmaksızın bir nesneyi algılar. Bu nedenle, algılama nesnesinin veya sensörün temastan zarar görme olasılığı yoktur.
• Su vb. ile temas edebileceği olumsuz koşullarda bile güvenilir algılama mümkündür. Sensörlerin çoğu IP67 korumalı ve yağa dayanıklı yapıya sahiptir.
• Çok yüksek tekrarlanabilirliği nedeniyle hassas nesne konumlandırma için uygundur.
• Kısa sürede tepki verir. Yüksek tepki frekansı (3,3 kHz max) sayesinde hızlı hareket eden nesnelerde bile kararlı algılama mümkündür.
• Temassız çalışması(non-contact output) sayesinde uzun ömürlüdür ve neredeyse hiç bakım gerektirmez.
• Çoğunlukla algılama aralıkları 50mm’ye kadardır.
• Genellikle silindirik(düz/çıkık kafa) veya kübik(kare) olarak üretilirler. Özel uygulamalarda farklı şekillerde imal edildiği de gözlenmektedir.
• Metrik vida dişli standart silindirik sensör çapları M5, M8, M12, M18 ve M30’dur. Çap ne kadar büyükse algılama aralığı da o kadar büyük demektir. Mesela, M5 çaplı bir endüktif sensörün algılama aralığı 1-2mm iken M30 çaplı bir endüktif sensörün algılama aralığı 15-20mm’dir.

Bunların yanında dezavantaj olarak da şunları söyleyebiliriz:

• Algılama, indüklenen akımdan kaynaklanan termal kayıplara dayandığından, akımın akamadığı metal olmayanları algılayamaz. (Ayrıca ferrit gibi akım akışına izin vermeyen metaller tespit edilemez.)
• Algılama aralığı küçüktür. Algılama aralığını iyileştirmek için algılama bobini boyutunu artırmak, korumasız sensör kafaları kullanmak vb. gibi çeşitli yöntemler olmasına rağmen, algılama aralığı fotoelektrik sensörlerinkinden daha küçüktür.

Endüktif Sensör Nasıl Çalışır? Yapısı ve Çalışma Prensibi

Endüktif sensörün çalışma prensibi Faraday’ın İndüksiyon Kanunu’na dayanmaktadır. Burada

e = voltaj

Φ = manyetik akı

N = dönüşlü devre’yi ifade etmektedir.

Endüktif sensörler, şekilde görüldüğü gibi Osilasyon, Genişlik Ölçüm ve Çıkış Devresi olmak üzere 3 ana birimden oluşur. Bu devreler şu şekilde işler:

1. Osilasyon Devresi(Oscillation Circuit): Bu bölümde sabit bir frekans üretilir. Bu frekans kendi içinde olup sürekli dış tarafa doğru yayılım yapar. Bu işlem bobinde üretilen manyetik alan içerisine metal bir cisim girene kadar sürekli devam eder. Ortama giren bu metal ile beraber bobinin sinyali değişir. Gönderilen sinyal genliği ise bu duruma bağlı olarak değişir.
2. Genişlik Ölçüm Devresi(Oscillation State Sensing Circuit): Bu bölümde osilasyon devresinden gelen sinyal genliği kontrol edilir. Bu işlem süreklidir ve genlik değişimini çıkış devresine bildirir. Genlikte bir farklılık gördüğünde sinyal boyutunu arttırır.
3. Çıkış Devresi(Output Circuit): Bu kısımda ise genişlik ölçüm devresinden gelen sinyal değişimiyle beraber çıkıştaki transistörü tetikler. Transistörün çıkışı sensörün çıkışına bağlıdır. Bu sebeple tetiklemeden sonra sensör çıkışında giriş voltajı seviyesinde bir voltaj okunur. Sonrasında ise sinyal gerekli çıkış birimine gönderilir.

Sensör çıkış birimleri 4’e ayrılır. Bu birimlerde sensörün özellikleri şekillenir. Bunlar NPM, PNP, NC ve NO çıkışlarıdır.

Endüktif Sensör Ne İşe Yarar ve Nerelerde Kullanılır?

Endüktif sensörün temel amacı tanımında da bahsedildiği gibi ortamdaki metallerin varlığını ve yakınlığını tespit etmektir.

Bu sensörlerin uygulamaları aşağıdakileri içerir:

• Endüstrilerde, askeriyede, robotikte, demiryolunda, havacılıkta vb. yaygın olarak kullanılmaktadır.
• Yakınlık sensörlerinde veya anahtarlarında kullanılır.
• Demir, çelik, nikel ve kobalt gibi demirli metalleri algılamak için kullanılır.
• Tıp alanında MRI (Manyetik Rezonans Görüntüleme) için kullanılır.
• Otomotiv gövdesini monte etmek için kullanılır.
• Hareket konumunu tespit etmek ve bir nesnenin hareketini kontrol etmek için kullanılır.
• Trafo ve bobin üretiminde kullanılır.
• Kapak ve kırık ucu tespit etmek için kullanılır.
• Hareket eden arabayı fark etmek için trafik sensörlerinde kullanılır.
• Göz takibi ve arama bobini üretiminde kullanılır.
• Denetimler boyunca uygulama içinde seç ve yerleştir gibi bir nesnenin varlığını tespit etmek için kullanılır.
• İşleme prosedürlerinde kullanılır.
• Metal dedektörlerinde kullanılır.
• Limit anahtarlama, hız tespiti ve darbe üretimi için kullanılır.
• Sistem kontrolünü iletmek için kullanılır.

Endüktif Sensör Çeşitleri

Endüktif sensörler birçok farklı konfigürasyonda mevcuttur. Bunlar;

– AC veya DC,

– korumalı veya korumasız(shielded or unshielded),

– normal açık(normally open(NO)) veya normal kapalı(normally close(NC)),

– NPN, PNP, İki Telli Fonksiyonlu(Two-Wire Function) Sensör vb gibidir.

Korumasız Sensörler: Bobin tarafından üretilen elektromanyetik alan sınırsızdır. Bu da daha geniş ve daha büyük algılama mesafelerine izin verir.

Korumalı Sensörler: Üretilen elektromanyetik alan, sensör bobininin kenarlarının kapatıldığı ön kısımda yoğunlaşmıştır

NC çıkış(Normally Close): Sürekli PNP veya NPN çıkış veren herhangi bir cisim gördüğünde ise çıkışı “0” volta düşen çıkış türüdür.

NO çıkış(Normally Open): Çıkış voltajı sürekli “0” voltta olan, herhangi bir cisim gördüğünde ise çıkışı 24 volt olan (besleme voltajını 24volt baz alıyorum) çıkış türüdür.

NPN Çıkışı(Negatif Output): Sensörün bir NPN çıkışı, anahtarlandığında çıkış bağlantısını toprağa bağlar. Yük, besleme gerilimi +UB ile sensörün NPN çıkışı arasına bağlanır.

PNP Çıkışı(Pozitif Output): Sensörün bir PNP çıkışı, anahtarlandığında çıkış bağlantısını sensörün besleme voltajına bağlar. Yük, sensörün PNP çıkışı ile toprak L- arasına bağlanır. PNP çıkışlı sensörler, şasiye kısa devreleri önlemek için daha sık kullanılma eğilimindedir.

İki Telli Fonksiyonlu(Two-Wire Function) Sensör: İki telli işlevli endüktif sensörler, güç kaynağı ve sinyal iletimi için yalnızca iki çıkış kablosuyla bu yaygın çıkış türünü kullanır. Sensör, bağlı yüke seri olarak çalıştırılır. Seri bağlantıda, sensörün ve yükün düzenlenme sırası önemsizdir.

Projelerde Endüktif Sensör Seçimi Nasıl Yapılır?

Endüktif sensör alınacağı zaman çıkış birimleri(NPN, PNP gibi) mutlaka dikkate alınmalıdır. Projenizde kullanacağınız endüktif sensör tipine karar verdikten sonra aşağıdaki kriterlere göre seçim yapmanız gerekmektir.

1- Ölçüm Mesafesi
Endüktif sensörlerin ölçüm mesafesi farklılık göstermektedir. Bu yüzden projelerinize uygun endüktif sensör seçimi yaparken sensör modelinin Datasheet’inden ölçüm mesafesine bakabilirsiniz.

2- Güç kaynağı
Farklı gerilimlerle çalışan endüktif sensörler bulunmaktadır. Projenizde kullanacağınız güç kaynağı ile uyumlu bir endüktif sensör seçimi yapmanız gerekmektedir. Aksi takdirde endüktif sensör düşük gerilimden dolayı hiç çalışmayabilir ya da yüksek gerilimden yanabilir.

Endüktif Sensör Arızası Nasıl Tespit Edilir?

Endüktif sensörün başlıca hataları aşağıdaki gibidir:

Mekanik Hasar

Sensör satın alınırken hasar kontrolü yapılmalıdır. Daha önce bahsettiğim gibi Ultrasonik Sensörler çevresel etmenlerden (yüksek sıcaklık, sensörün içine su kaçması gibi) etkilenebilirler ve bunlar da sensörde arızaya sebebiyet verebilir.

Sensör malzemelerinin uygulamada mevcut olabilecek herhangi bir kimyasalla uyumlu olup olmadığını doğrulamak gerekir. Aksi halde sensör işlevini kaybedebilir.

Kablo Bağlantısından Kaynaklı Sorunlar

Endüktif sensör kullanımda kablo bağlantıları doğru ölçüm yapabilmek için önem arz etmektedir. Sensör uzun kullanımlardan sonra kablo bağlantıları aşınmış ya da zarar görmüş olabilir, bu da kabloların kısa devre yapmasına ya da sensörün çalışmamasına sebebiyet verebilir. Eğer endüktif sensörünüzde sorun varsa kabloları kontrol etmenizi tavsiye ederiz. 

Sensörün Kirlenmesi

Uzun kullanımlardan sonra endüktif sensör toz ve kirden etkilenebiliyor bu da sensörün hassasiyetini ve çalışmasını etkileyebiliyor. Endüktif sensör arıza tespiti yaparken kontrol etmeyi ihmal etmeyelim.

Güç Kaynağı Sorunları 

Eğer kullandığınız güç kaynağı yetersiz geliyorsa endüktif sensör çalışmayacaktır. Bu durumda güç kaynağından gelen gerilimi ve akımı multimetre ile kontrol edilmesi önerilir.

Arduino İle Endüktif Sensör Kullanımı

Endüktif sensörler arduino gibi mikroişlemcilerle uyumlu çalışabilen sensörlerdir. Burada aduino ile basit bir kullanımı gösterilmektedir.

Gerekli Malzemeler:

• Arduino Uno
• PC817 (LTV817) – DIP4 Optokuplör
• LJ12A3-4-Z/BX Endüktif Mesafe Sensörü – 4 mm, DC6-36V
• 1/4 W 10K Direnç Paketi – 10 Adet
• 1/4 W 1K Direnç Paketi – 10 Adet
• 40 Pin Ayrılabilen Erkek-Erkek M-M Jumper Kablo-200 mm

1k direnci PC817’nin 2 numaralı pinine bağlayalım ardından direncin diğer bacağını Endüktif sensörün siyah kablosuna bağlayalım. PC817’nin 4 numaralı pinini de 10k dirence bağlayalım ve direncin diğer bacağını da Arduino’nun 5V pinine bağlayalım. PC817’nin 3 numaralı pinini Arduino’nun GND pinine ve PC817’nin 1 numaralı pinini ise 12V güç kaynağına bağlayalım. Endüktif sensörden gelen kahverengi kabloyu da 12V güç kaynağına bağlayalım ardından Endüktif sensörün mavi kablosunu da 12V GND hattına bağlayalım. Son olarak PC817’nin 4 numaralı pinini Arduino’nun 13 numaralı pinine bağladıktan sonra devremiz kullanıma hazır olacaktır. Artık aşağıdaki Arduino kodlarını, Arduino’muza yükleyebiliriz.

Arduino IDE’ye yüklemeniz gereken kod:

int limitswitch=13; //sensörün bağlı olduğu pini tanımladık
int state= LOW; // sensörün başlangıç durumunu LOW olarak belirledik
int value; //sensör değeri
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(limitswitch,INPUT);
 
}
void loop()
{
//sensörden gelen değeri okuyoruz
Value = digitalRead(limitswitch);
//eğer sensörden gelen değer LOW değilse if döngüsüne giriyor 
if(value!=state)
{
//ilk durumu sensörden gelen veriye eşitliyoruz
  state=value;
//seri port ekranına sensör verisini yazdırıyoruz 
  Serial.println("sensor value =");
//eğer state 0 ise hedef tespit edildi yazacak seri port ekranına  
 if (state==0) 
  {
    Serial.println("target detected");
  }
 //state 1 ise hedef tespit edilmedi yazacak
   else{
 	Serial.println("No target detected");
    }

Endüktif Sensör Fiyatları

Ürün Resmi	Ürün Adı	Fiyatı($)
	Kapasitif PNP Proximity Sensör – LJC18A3-B-Z/BY	6,15
	LJ12A3-4-Z/BX Endüktif Mesafe Sensörü – 4 mm, DC6-36V	3,73
	LJ18A3-8-Z/BY Endüktif Mesafe Sensörü – 8 mm, DC10-30V	3,24

Güncel Endüktif Sensör fiyatları için Robotistan’ı ziyaret edebilirsiniz.

Endüktif Sensörler İle Alakalı Sık Sorulan Sorular

Hall Effect Sensörler Hakkında Her Şey

Bu yazı gibi detaylı şekilde hall effect sensörler hakkında da bilgi almak isterseniz, yazımızı inceleyebilirsiniz. Hall effect sensör nedir, nerelerde kullanılır? Hall Effect Sensör, Hall etkisini algılayarak çalışır. Sonuçlarını bir devreyi açıp kapatmak, değişen bir manyetik alanın ölçümünü sağlamak veya bir arayüzde görüntülenen gömülü bir bilgisayar tarafından işlenmek için elektronik verilere dönüştüren elektronik bir cihazdır. Hall Etkisi sonucunda uçlarında voltaj üreten yarı iletken manyetik bir sensördür.