Elektronik Seviye Denetleme Devreleri ve Metal Dedektörler

Elektronik Seviye Denetleme
Devreleri ve Metal Dedektörler
Electronic Level Control
Circuits And Metal Detectors
Eren BAŞARAN
Elektronik Yüksek Mühendisi (İ.T.Ü.)
Boğazköy - Girne
e-posta : [email protected]
1. ÖZETÇE:
Bu yazıda, özellikle endüstriyel
uygulamalarda metal detektör ve seviye
denetleme devrelerinden bahsedilecektir. Bu
uygulamalarda yaygın olarak kullanılan belli
başlı iki LC osilatörünün - Colpitts ve Clapp
osilatörünün osilasyon frekanslarının bağıntıları
verilecektir. Bu iki LC osilatörü, metal detektör
uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bu yazıda bu osilatörleri gerçekleştirirken
gözetilecek hususlara değinilmiştir. İç-içe geçmiş
silindirik bir sıvı haznesinin içindeki sıvı veya
katı madde değişirken, kapasite hesaplanması
örnek olarak verilmiştir.
Amerika Birleşik Devletleri’nde ve
İngiltere’de metal detektör kullanımı serbesttir.
Eğlence amacıyla kişiler metal detektörlerini
plajlara götürmekte ve kuma sakladıkları
sikkeleri (metal paraları İng. coins) ve metalleri,
metal detektörlerle bulmaya çalışmaktadırlar. Bu
durumu kataloglarında da görmekteyiz. Böylece
metal detektörler bir eğlence aracı olarak da
kullanılmaktadır. Kıbrıs’ın kuzeyinde maalesef
“metal detektör” bulundurmak yasaklanmıştır.
Dolayısıyla metal detektörler konusunda bilimsel
çalışmalar yapılması da bilvesile kösteklenmekte
ve engellenmektedir. Bu yasakçı zihniyet
sonucunda, tarlalarda mayın arama
becerisinden insanlarımız yoksun olmaktadır ve
günü geldiğinde de beceri eksikliğinden ötürü bu
gibi işlerin yabancılara ihale edilmesi zorunlu
olmaktadır. Yasakçı zihniyet bu tutumuyla
ekonomik bakımından bindiği dalı da
kesmektedir.
2. SIVI VEYA KATI MALZEME
SEVİYESİNİN DENETİMİ:
Mekanik olarak sıvı seviyesi denetimi yapan bir
düzeneğin şematik gösterilişi Şekil 1’de görülüyor.
Bu sistem arabalardaki benzin tankıdır. Tank
içerisindeki benzin seviyesi belirli bir seviyeye
geldiği zaman, şamandıra yukarıya doğru
yükselecektir ve iğneli tıkaç benzin giren deliği
tıkayacaktır. Bilahare aşağıdaki çıkış deliğinden
benzin akacağından, şamandıra aşağıya doğru
alçalacaktır ve böylece iğneli tıkaç, benzin giriş
deliğini tıkayamayacaktır. Bu sefer de tank içerisine
yukarıdaki giriş deliğinden benzin akacaktır. Tank
içerisindeki benzin belirli bir seviyeye yükselirse,
yine iğneli tıkaç vasıtasıyla, benzinin girdiği deliği
tıkayacaktır. Böylece tank içerisinde otomatik olarak
sıvı seviyesi ayarlanmış olacaktır.
Şekil 1 Mekanik olarak yaplan sv seviyesi denetimi
Bu şamandıralı mekanik sıvı seviyesi ayarı
yapan düzenekler neredeyse her evde mevcuttur.
Evlerimizin çatısında bulunan su tanklarında,
tanktaki su seviyesini ayarlamak üzere veya belirli
bir seviyede tutmak üzere, şamandıralı bir sistem
vardır. Yaklaşık 50 cm uzunluğunda bir çubuğun
ucunda plastik bir top vardır. Su tankında şamandıra
vazifesi gören bu top yukarıya doğru yükselirse,
tanka su giriş deliğini tıkamaktadır ve su tankının
taşması önlenmektedir. Şamandıra vazifesi gören bu
top aşağıya doğru çökerse, bu giriş deliği serbest
kalmakta ve su tankı içerisine bol bol su
girebilmektedir. Böylelikle, su tankındaki su
seviyesi ayarlanmaktadır.
Ayrıca, tuvaletlerdeki klozetlerde ( niyagaralarda
) da sıvı seviyesi bir şamandıra vasıtasıyla kontrol
edilmektedir. Hatta sıvı seviyesini muayyen bir
değerde tutabilmek için vidalı bir ayarlama düzeneği
vardır... Suyun taşmasını önlemek için, seviye
ayarlarının yapılması gerekiyor.
EMOBİLİM
55
kullanılabilir. Aşağıdaki bağıntılarda Şekil 4’de
gösterilen simgelere sadık kalınmıştır. Konsentrik
Silindirik Kondansatörün hareketli kısmı şekilde
gösterilmiştir. Hareketli malzemenin (sıvı veya katı)
değişmesi halinde, kondansatörün toplam sığasını
(kapasitesini) veren formül aşağıda gösterilmiştir:
Bu ifadede t(m), h (m), Ln doğal logaritma (yani e
tabanına göre logaritma) ve εo =8.85x10-12
F/m.
2πεo[t+(εr-1)〈〈h]
Ct =—————————————( Farad )
Ln(b/a)
Şekil 2 Haznedeki sv seviyesinin elektriksel yolla denetimi
0.556[ t+( εr - 1) 〈 h ]
Ct =———————————( piko farad )
Ln (b/a)
Burada uzunluk birimleri t ve h için cm olarak
alınmıştır. t (cm) olarak silindirin yüksekliğidir.
Silindirin içinde sıvı veya katı malzeme olabilir.
Sıvı malzeme petrol olabilir ve katı malzeme de
kömür olabilir. Bu yükseklik içinde bulunan sıvı
veya katı malzemeye göre hareketli bir yüksekliktir
ve bunu da h simgesiyle gösteriyoruz. Silindirin dış
çapı 2 b ( cm) ve silindirin iç çapı 2a (cm) olarak
alınmıştır. Dolayısıyla bu silindiri; iç-içe geçmiş bir
silindir olarak göz önüne alıyoruz.
Havanın bağıl ( izafi ) dielektrik sabitesi εr , 1
(bir) değerine eşittir. Silindirin içinde petrol veya
kömür gibi, sıvı ve katı malzeme olabilir. Buna göre
εr bağıl dielektrik sabitesinin ( 1 ) birden büyük
değerleri olacaktır. Bu malzemelerin yüksekliği şekilde h simgesi ile gösteriliyor ve bu h yüksekliği,
silindirin içine konan malzemeyle değişmektedir.
Dolayısıyla, iç-içe geçmiş silindirin toplam
kapasitesi değişmiş olacaktır. εo boşluğun
dielektrik sabitesi olup bunun değeri εo = 8.85 〈 10
-12 F / m’dir. Bu ifadeyi εo = 8.85 〈 ( 1. 0 E – 12 )
F / m biçiminde de yazabiliriz.
Şekil 3 Solenoit vanann prensip şemas
3. SİLİNDİRİK HAREKETLİ
KONDANSATÖRLE SIVI VEYA
KATI SEVİYESİNİN DENETİMİ:
Bu amaçla iç-içe geçmeli silindirik bir tank
kullanılacaktır. Tank içerisindeki sıvı seviyesi veya
katı seviyesi değiştikçe silindirik kondansatörün
kapasitesi değişecektir. Bu değişen kapasite
vasıtasıyla, seviye kontrolünü otomatik olarak
yapabileceğiz. Şimdi iç-içe geçmeli bu silindirik
tankın veya kondansatörün yapısından bahsedeyim:
İç-içe geçmeli (Konsentrik ) Silindirik
Kondansatör Yapımı:
Pratik olarak deneme amacıyla böyle bir devreyi
gerçekleştirmek isteyenler, tenekeden yapılmış bir
konserve kutusundan yararlanabilir. Örneğin bir
domates salçası kutusunu ele alabilirler. Konserve
kutusunun içine yaklaşık bir cm çapında metal bir
çubuk konabilir. Bu çubuk altta kesilmeyen teneke
kısma değmeyecektir. Bu çubuk ortada sabit
tutturulacaktır. Sıvı olarak petrol veya kömür de
56 EMOBİLİM
Şekil 4 İç-içe geçmiş metal silindirin kapasitesi
Kondansatör yapımında kullanılabilen bazı
malzemelerin εr bağıl (izafi) dielektrik sabitelerinin
ortalama değerleri aşağıdaki çizelgede verilmiştir.
Kesin değerleri bir Q-metre ölçü aletinde ölçülebilir.
Ortadaki metal çubuk ( 2a cm çaplı ) en alttaki
metal kısımdan yalıtılacaktır veya değmeyecek
şekilde monte edilecektir.
Sayısal örnek: Silindirik domates salçası
kutusunun yüksekliği t=11,5 cm ve silindirik çap 2b
=10 cm’dir. Bunun ortasına yerleştirilen silindirik
metal çubuğun çapı 2a=0,8 cm olsun. Ortadaki
metal çubuk ile silindirik kutu arasına, belirli
miktarlarda h yüksekliği değişken olan ve bağıl
dielektrik katsayısı 3,4 olan parafin yağı konuyor.
h= 1 cm, h= 6 cm ve h= 10 cm ise Ct toplam
kapasite değerini hesaplayınız.
Bu problemi çözmek için şu aşağıdaki bağıntıyı
kullanabiliriz:
0.556[ t+( εr - 1) 〈 h ]
Ct =———————————— ( piko farad )
Ln (b/a)
Çizelge 1 Baz/ malzemelerin bağ/l ( izafi ) dielektrik
katsay/lar/
Konsentrik ( iç-içe geçmeli ) Silindirik
Kondansatörler; tanklardaki kömür veya petrol veya
herhangi bir sıvı seviyesinin ölçülmesinde veya
otomatik olarak kontrol edilmesinde kullanılabilir.
Bu amaçla Colpitts veya Clapp Osilatöründen de
yararlanılmaktadır.
Burada uzunluk birimleri t ve h için cm olarak
alınmıştır. t (cm) olarak silindirin yüksekliğidir.
1 ) h= 1 cm Ct toplam kapasite değerini
hesaplayalım
0.556[ 11. 5 cm+( 3,4 - 1) 〈 1 cm ]
Ct =———————————— ≈ 3 pF
2.53
2 ) h= 6 cm, Ct ≈ 6 pF
3 ) h= 10 cm, Ct ≈ 7,8 pF
4. BELLİBAŞLI ENDÜSTRİYEL
METAL DETEKTÖRLER
Şekil 5 İç-içe geçmeli metal silindirik hazne için, tenekeden
domates salças/ kutusunun kullan/lmas/
Şekil 6 Diferansiyel Transformatörlü endüstriyel metal
detektör devresi aşağ/da görülmektedir.
Çizelge 2 Silindirik iç-içe geçmeli metal kutunun boyutlar/
Şekil 7 Sosisleri veya sucuklar/ üretimleri aşamas/nda
denetleyen ve sistemi durduran endüstriyel metal detektör
düzeneği yukar/da görülüyor.
EMOBİLİM
57
Fabrikalarda üretilen sucuk ve sosislerin
içlerinde istenmeyen herhangi bir yabancı madde
(özellikle metal ) olup olmadığını denetleyen ve
sistemi otomatik olarak durduran endüstriyel metal
detektör düzeneğinin fotoğrafı görülüyor. ( Şekil 7 )
.
Endüktif pikaplarla ( transdüserler veya
sensörlerle ) de sıvı seviyesi denetimi
yapılabilmektedir. Ayni eksenli ve birbirinden birkaç
santim veya daha fazla mesafeli bobinlerin içinden
bir demir çekirdek geçiriliyor ve bir köprü
devresinin iki kolunda, endüktans değerleri,
çekirdeğin hareketiyle değişen bobinler yer alıyor.
KERESTELERDE ÇİVİ OLUP
OLMADIĞINI ALGILAYAN
METAL DETEKTÖR:
Metal Detektör ve Sıvı Seviyesi Denetimi gibi
otomatik kumanda sistemlerinde veya devrelerinde
yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yüksek frekanslara çıkıldıkça LC
elemanlarından oluşan osilatörler tercih
edilmektedir. Saf sinüs elde edebilmek için, Colpitts
osilatör devresinde, emetör dirençleri ayarlanır.
Eğer frekans metre veya osiloskobunuz yoksa bir
küçük radyo alıcısını, osilatörünüzün yakınında
çalıştırarak yaptığınız osilatörün çalışıp
çalışmadığını anlayabilirsiniz. Radyo alıcısının dalga
bandı düğmesini döndürerek, osilatörün ürettiği
sinüsoidal dalganın frekansını alıyorsa, radyo alıcısı
hoparlöründen “ötme” sesini duyacaksınız. Radyo
alıcısının frekans veya dalga boyu değerleri, cetvel
üzerinde yazılı olduğundan, ötmenin oluştuğu
frekans, osilatörün osilasyon frekansını verecektir ve
böylece ösilatörün osilasyonfrekansını
ölçebileceksiniz. Osilatörünüzün pilini dokundurup
bırakarak gerçekten “ötme” sesinin, sizin
osilatörünüzden gelip gelmediğini anlayabilirsiniz.
Şekil 8. Çivili keresteleri alg/layan bobinli temel devre
aşağ/da görülüyor.
Çivili keresteyi algılamak için köprü kollarına,
şekilde gösterilen ortalarındaki delikleri ( boşlukları)
kereste geçişini sığacak kadar büyük, 4 tane bobin
konuyor. Keresteleri kesen planya cihazları çok
pahalı olduğundan, planyaları korumak amacıyla
kerestelerdeki çivi ve benzeri metal parçaların sistem
tarafından algılanması ve planyaların otomatik
olarak durdurulması gerekiyor. Örneğin giriş
uçlarına şebeke frekansı 50 Hz’in harmoniği olan
100 Hz bir rederesör çıkışından alınarak, giriş
uçlarına uygulanmaktadır. Çıkış uçları, genellikle bir
elektronik yükseltecin ( amplifikatörün ) girişine
verilmektedir. ( Şekil 8.)
İnsan kulağı 1000Hz ile 4000 Hz arasındaki
seslere çok hassastır. Kulakla algılama yapılacaksa,
fark frekansları veya vuru ( batman =heterodin )
frekansları, bu mertebelere getirmeye çalışmak
yararlı olacaktır. İnsan kulağı bu frekanslarda, çok
gelişmiş ( sofistike) bir algılayıcı sensör gibi
çalışmaktadır. :-) Bu frekans bölgesi, insan
kulağının tetikte olduğu bölgedir. İnsan kulağının bu
bölgedeki kusurları bağışlamasını da beklemeyiniz.
5. TRANSİSTÖRLÜ
ELEKTRONİK OSİLATÖRLER
5.1.Colpitts Osilatörünün metal detektör
olarak kullanılması:
Bu osilatörün çok geniş uygulama alanları vardır.
Şekil 9 Sinüsoidal dalga üreten transistörlü Colpitts osilatörü
devresi
Burada Şekil 9’daki Colpitts Osilatöründe
osilasyon frekansı formülünde; fo ( Hz ),C1 ve C2 (
farad ) ve L ( henry ) birimindedir. Colpitts
osilatöründe Q transistörü pnp olup OC44 veya
eşdeğeri olabilir. Vcc=9V besleme gerilimi,
L=350uH, C1=1000pF, C2=1000pF, Ra=2.2K,
Rb=10K, Re1=330ohm, Re2=1K pot., Cc=0.1uF,
fo= 378kHz.
5.2. Clapp Osilatörünün metal detektör olarak
kullanılması:
Şekil 10’da gösterilen, Transistörlü Clapp
Osilatörünün, Colpitts Osilatöründen pek az bir farkı
Çizelge 3. Sadece L bobin endüktans/ değiştirilerek Şekil 9’daki devrede osilasyon frekans/n/n alacağ/ değerler aşağ/da verilmiştir.( C1=1000pF ve C2=1000pF sabit tutuluyor.)
58 EMOBİLİM
vardır. Şekil 9’da gösterilen Colpitts osilatörünün
rezonans devresindeki L1 bobinine seri bir C1
kondansatörü bağlanarak, Şekil 10’da gösterilen
Clapp osilatörü elde edilmiştir. Clapp osilatörü
devresinde, Q transistörü pnp tipi olup AF116 veya
eşdeğeri bir yüksek frekans transistörü
kullanılmıştır. Bu osilatör devresinde Ra=5.6K,
Rb=27K, Ry=3.3K, Re1=820ohm, Re2=1K,
C1=200pF, C2=220pF, L1≅200uH, C3=10000pF,
Vcc=9V, Cc=0.1uF alınmıştır ve hesaplama sonucu
fo≅796kHz olarak bulunmuştur. Clapp osilatörü
genellikle daha hassas ve daha stabil ( kararlı ) bir
osilatördür. Yukarıda geçen uF mikro farad ve uH
ise mikrohenry demektir.
Bu bağıntıda L(µH) olup D(cm), b(cm), d(cm)
birimindedir. N bobinin sarım sayısıdır.
H.A.Wheeler’e göre bu formülün paydasındaki her
üç terim biri birine eşit alınırsa, ( eğer 3D=9b=10d )
seçilmişse, bobin formülünün hatası %1
dolayındadır.
Piyasada, perakende fiyatları 80 USD ile 290
USD arasında değişen çok çeşitli biçimlerde
arayıcı bobinler yapılmaktadır. Dairesel,
Dikdörtgen, Sekizgen ve Eliptik biçimlerde arayıcı
bobinler gerçekleştirilmektedir.
Dairesel arayıcı bobinlerin çapları 10cm ile 32cm
arasında değişmektedir. Örneğin dairesel çaplı
arayıcı bobinlerde çaplar 11.5cm, 22cm, 24cm,
32cm olabilmektedir. Eliptik arayıcı bobinlerin
çapları 7.5cmx18cm, 12.5cmx25cm, 25cmx36cm ve
31cmx18cm olabilmektedir.
Tek tabakalı Silindirik Bobinin Hesaplanması:
Metal detektörlerde arayıcı bobin olarak, aranan
parçanın büyüklüğüne, cinsine ve toprak altındaki
derinliğine göre çok çeşitli arayıcı bobinler
kullanılmaktadır. Bobinde üretilen magnetik alan ne
kadar yoğun ise, o denli çok derinlerde metalleri
belirleyebilmektedir. Denemeler yaparak isabetli
sonuçlara ulaşılabilmektedir.
Şekil 10 Clapp Osilatörü devresi
6. OSİLATÖRLERDE ARAYICI
BOBİN HESAPLANMASI
Çok tabakalı silindirik bobinin L endüktans
değerini mikrohenry biriminde veren formül aşağıya
alınmıştır:
0.0785 D2N2
L = ——————————————
( 3D + 9 b + 10 d )
Çok tabakalı silindirik bobinin şekli, Şekil 11’da
gösteriliyor. Çok tabakalı bobinler vericili ve alıcılı
metal detektör devrelerinde, verici ve alıcı anten
bobinleri olarak da kullanılmaktadır.
Şekil 12. Tek-tabakal silindirik bobin
Şekil 12’de gösterilen tek-tabakalı silindirik
bobinin endüktansı şu formülle bulunur .
0.41a2N2
L= ————————
9a + 10b
Bu bağıntıda, boyutların birimleri a(cm) ve
b(cm) cinsindendir. N sarım sayısıdır. Bu bağıntıda
L(µH) birimindedir. Eğer b>0.8a seçilirse, bu
formülün hatası %1 dolayındadır.
Yine tek-tabakalı silindirik bobin halinde, b
bobin uzunluğu ; ( 2a>b>0.2a ) sınırları arasında
seçilirse, hatası %5 dolayında olan şu formül
kullanılabilir:
0.41a2N2
L= ————————
8a + 11b
Şekil 11. Çok tabakal silindirik bobinin şematik gösterilişi
Bu bağıntıda L(µH) birimindedir.
Tek-tabakalı Spiral Bobin Hesaplanması:
EMOBİLİM
59
Şekil 13. Tek tabakal' silindirik spiral bobin
Şekil 13’de gösterilen tek tabakalı helisel (
spiral ) sarılmış bobinde c>0.2a seçilirse, %5
hata ile şu formül kullanılabilir:
0.41a2N2
L= ————————
8a + 11c
N sarım sayısıdır. Uzunluk boyutları cm
birimindendir. a(cm) ve c(cm) cinsindendir. Bu
bağıntıda L(µH) birimindedir.
Daha başka biçimlerde de tek-tabakalı ve spiral
bobin yapılabilir. Örneğin uzunlukları eşit
olmayan sekiz köşeli spiral bobinler de yapılabilir.
haznedeki kapasite değişimi ve diğer elemanlar, bir
osilatörün rezonans devresi olarak kullanılabiliniyor.
A ile B uçlarından bakılınca bir rezonans devresi
olarak görülüyor.
Akortlu LC rezonans devreleri enerji
depolayabilmektedir. Bu nedenle, İngilizce teknik
dilde bunların ismi – veya lâkapları – “tank”
devreleri olarak geçmektedir.
LC osilatörlerinde osilasyon frekansını belirleyen
LC devresi, tank devresine örnektir. Osilâtör tank
devresinin üç temel özelliği; osilasyonun doğal
frekansı, seçicilik (selectivity) ve karakteristik
empedansıdır. LC-tank devresi aşağıdaki işlevleri
yapmaktadır:
1.Osilasyon frekansını belirlemektedir.
2.LC-tank devresi, geri besleme ( feedback )
devresidir.
3.Osilatörün stabilitesini ( kararlılığını )
belirlemektedir.
4.Yüke bağlantı ( kuplaj) devresinin bir
parçasıdır.
5.Osilatör çıkışındaki gürültü enerjisini
etkilemektedir.
6.Devre verimini belirleyen temel faktördür
7. LC OSİLATÖRLERİNİN
İNCELENMESİ
LC Osilatörlerini incelemek için hem doğru
akımdaki eşdeğer devresini ve hem de alternatif
akımdaki eşdeğer devresini göz önüne almak
gerekir. Doğru akımın istenmeyen devre
elemanlarına gitmesini önlemek için kondansatör
kullanmaktayız. Cc =0,1 uF’lık kondansatör bir
kuplaj kondansatörüdür. Bu kondansatör; Colpitts
Osilatörü devresinde istenmeyen doğru akımın
transistörün bazına geçişini önlemektedir.
Alternatif akımda batarya devresi çok küçük
direnç gösterdiğinden, kısa devre gibi
davranmaktadır. Alternatif akımda açık devre gibi
davranmasını istediğimiz yollara, özellikle yüksek
frekanslı osilatör devrelerinde boğucu bobinleri (
veya bir başka deyişle ) şok bobinleri kullanırız.
Yüksek frekanslarda kullanılan bu “boğucu
bobinlere” , “radyo frekans şok bobini” de
denmektedir ve “RFC” ( Radio Frequency Choke )
simgeleriyle gösterilmektedir. Şekil 14’de
Şekil 15-1. Gerçekleştirdiğimiz aray'c' bobinin üsten
görünüşü
Şekil 15-2. Gerçekleştirdiğimiz aray'c' bobinin alttan
görünüşü
Şekil 14 S'v' seviyesi denetiminde rezonans devresi aşağ'da görülüyor.
60 EMOBİLİM
Bu arayıcı bobin, tek tabakalı ve sık sargılı
olarak sarılmıştır. Bobinin endülktansı 200
mikrohenry’dir.
{ Şekil 9’daki Colpitts Osilatöründe L
endüktansı ile ve Şekil 10’da L1 endüktansı ile
gösteriliyor. } Metal detektörlerde kullanılan bir
arayıcı bobindir. Bu arayıcı bobin prototip olarak,
ahşap işi yapan Lefkoşa’daki bir tornacıda
hazırlanmıştır. Plastik olarak da hazırlanabilir.
Plastik kalıpların hazırlanıp dökümünün yapılması,
bir tek arayıcı bobin için ahşaptan çok daha pahalıya
mal olmaktadır. Arayıcı bobinler kalıpsız da
yapılabilir. Yalıtılmış bakır tel sarımları yapışkanla,
birbirlerine yapışık vaziyette durmaları sağlanabilir.
Şekil 16 Alternatif Gerilim Taş.y.c. Amplifikatörü ( AC Carrier
Amplifier ) blok diyagram halinde gösterilmiştir.
Tasarımı ve gerçekleştirilmesi, özenle ve iyi
yapılmış bir LC-osilatör devresinde, LC-tank
devresini çevreleyen reaktif bileşenler, tank
devresinin L ve C elemanları tarafından belirlenen
rezonans frekansına olan
Etkileri ihmâl edilebilecek mertebede olacaktır.
Şekil 16’deki numaralar şunları göstermektedir:
Transdüser: Kapasitif veya Endüktif olabiliyor
Alçak Geçiren Filtre (Süzgeç )
Alternatif Gerilim Amplifikatörü ( Yükselteç )
Fazı-sezen Demodülatör ( Phase sensitive
demodulator)
Alçak Geçiren Filtre ( Low pass filter )
Osilatör
Şekil 16’da görülen Alternatif Akım Taşıyıcı
Amplifikatörünün belli başlı özellikleri:
1.Taşıyıcı ( carrier ) köprü devresine, sistemin
çalışmasını sağlamak için, ek bir güç kaynağı olarak
uygulanmaktadır.
2. Taşıyıcının sensör modülasyonu, direkt olarak
amplifikatöre uygulanmaktadır.
3. Referans sağlamak üzere, osilatör sinyali, fazsezen (duyarlı ) demodülatöre uygulanmaktadır.
Bu sistemin avantajı: Kapasitif veya endüktif
transdüser kullanılmasının mümkün olmasıdır.
Dezavantajı: Faz sezen (duyarlı ) demodülatör
referans sinyalin ya ayni fazda (in phase ) veya 180
o zıt fazda ( out of phase ) olmasını gerektiriyor. 5
kHz ve 25 kHz’lik taşıyıcı frekansları, amplifikatör
geçirme-bandında dinamik frekans yanıtsamasını (
frequency response ) sınırlamaktadır. Kablo
kapasiteleri ve endüktanslarının faz bakımından
ayarlanmalamakta
Yukarıdaki devrede, Co kaliteli mika ve
seramik kondansatör olabilir. Gümüş mika
kondansatör de kullanılabilir. Ro küçük değişken
dirençtir. Ro direnci sıfır da alınabilir. R1 ve R2
ayarlanarak köprü dengeye getirilir. Denge halinde,
Cx = Co • ( R1/R2) olup Cx bilinmeyen
kondansatörün faz açısı 90 o den biraz azdır. Ro
ayarlanarak Cx ve Co kapasitelerinin faz açıları eşit
kılınır ve köprü dengeye getirilir. Bu durumda Rs
direnci; Cx kapasitesine seri bağlı olarak düşünülen
direnç değeridir. tg δ = 2π f Cx Rs = 2π f Co Ro
olup f ve Co sabit tutulursa, Ro potansiyometresinin
düğmesi, tg δ değerine kalibre edilebilir.
Şekil 18 Yağ seviyesi ölçülmesi ( Kapasite ölçme aleti )
aşağ.da görülüyor.
Yağ seviyesi ölçme aletinde,
sinüzoidal osilatör frekansı fo = 400
Hz ile 30 kHz arasındadır. Tipik
değer olarak, R3 = 50 kΩ ve R4 =
50kΩ ve C3 = 100 pF, Cx = 20-500
pF dolayındadır.
8.VARDAMA
( İng. Conclusion )
Şekil 17 S.v. seviyesi ölçen bir devre : ( Kapasite ölçen devre)
Günümüzde gerek Metal
Detektör devrelerinde ve gerekse
Elektronik Seviye Denetimi
devrelerinde özellikle
Mikrokontrollerler,
Mikroişlemciler, Elektronik Lojik
Devreler ve Analog / Dijital
EMOBİLİM
61
Dönüştürücüler de kullanılmaktadır. Dolayısıyla,
çok başarılı devreler gerçekleştirebilmek için
“takım çalışması” yapmak da gerekebilir...
İlk başlarda Türkçede “metal detektör” diye
yazılıyordu ve bana göre, bunun söylenişi daha
fonetik idi. Son zamanlarda “metal detektör” demek
çok yaygınlaştı ve bu yazış tarzı İngilizcedekinin
neredeyse aynısıdır. Dolayısıyla, bu makalemde bu
yaygın “metal detektör” yazış tarzını tercih ettim...
Geçenlerde Çinlilerin büyük bir buluşu diye
televizyon kanallarında anlatıldı. Yollarda uyuya
kalan şoförlerin başları öne eğilince, uyaran bir
sensör yapmışlar. Cıva kontaklı bu sensörü şoförün
kulağına yakın koyuyorlar. Şoförün başı öne
eğilince, sesli olarak veya başka bir yolla şoför
uyarılıyor...1972 yılında Lefkoşa’da surlar içindeki
Haydarpaşa Camisinin karşısındaki eski Lise
binasının arkasında, yanılmıyorsam Soner
Cuvalcıoğlu beyin ailesinin, bir kuru temizleme (
İng. dry cleaning ) dükkanı vardı. Elektromekanik
Kuru Temizleme Sistemlerindeki arızayı gidermek
için beni çağırmışlardı ve bu cıva-kontaklı sensörleri
1972 yılında ilk kez orada görmüştüm... Aradan 37
yıl geçmesine rağmen, cıva-kontaklı sensörler yine
işe yarıyor. Teknoloji gelişti diye ondan
vazgeçilmiyor. Bu nedenlerle, çok eskiden
kullanılmış olsa da, temel sensörlerin yapılarının
öğrenilmesinin, en azından yeni buluşlar için de
yararı vardır, diyebilirim. Az kalsın “cıva
kontaklı sensörler için, artık demode oldular”
62 EMOBİLİM
diyecektim. :-)
Bu teknik makaleyi hazırlarken, 1975 yılında
İngiltere’deki modern eğilimlere uyarak, yazıda yer
alan şekillerin <<birkaç kalem darbesiyle birkaç
dakikada karatahtaya çizilmesine>> imkan
verecek biçimde olmasına özen gösterdim. Yer
darlığından ötürü kaynakça sayısını da çok fazla
uzatmak istemedim. Bu nedenle çok geniş bir
kaynakça vermem mümkün olmadı. Bu yazımın bir
gayesi de bu ilginç sahalara merak uyandırmaktır...
9. KAYNAKÇA
1.Measurement and Control of Liquid Level,
C.H.Cho, Instrument Society of America,1982
2. Charles L.Garret, Modern Metal Detectors,
( Ram Publishing Co., Dallar, TX, 2002 )
3. Instrument Engineer’s Handbook, Bela
Liptak, Third Edition, CRC Press, 1995
4. Principles of Industrial Measurement for
Control Applications, E.Smith, Instruments
Society of America, 1984.
5. Ses Frekans Tekniği, Eren BAŞARAN, T.C.
Milli Eğitim Bakanlığı, 1981, İstanbul
Yayın No: 48 ( Bobin yapım tekniği: s.685700)
{ Bu teknik makale EMO Bilim dergisine ilk
kez 20 Haziran 2009 tarihinde gönderilmiştir. }
EMOBİLİM
31