Endüstriyel otomasyon sistemlerinin gözleri ve kulakları sensörlerdir. Doğru sensör seçimi, bir otomasyon projesinin başarısını doğrudan belirleyen kritik bir mühendislik kararıdır. Yanlış sensör tercihi; hatalı ölçümler, beklenmedik duruşlar, yüksek bakım maliyetleri ve hatta iş güvenliği riskleri anlamına gelir. Bu rehberde proximity (yaklaşım), basınç ve sıcaklık sensörlerinin türlerini, seçim kriterlerini, kablolama ipuçlarını ve sık yapılan hataları detaylı şekilde ele alıyoruz.

Proximity (Yaklaşım) Sensörleri

Proximity sensörler, fiziksel temas olmaksızın bir nesnenin varlığını veya yakınlığını algılayan cihazlardır. Endüstriyel ortamlarda parça sayma, konum algılama, seviye kontrolü ve güvenlik uygulamalarında yaygın olarak kullanılırlar.

Endüktif Proximity Sensörler

Endüktif sensörler, elektromanyetik alan prensibiyle çalışır ve yalnızca metalik nesneleri algılayabilir. Osilatör devresi tarafından üretilen yüksek frekanslı elektromanyetik alan, metal bir cisim yaklaştığında bozulur ve bu değişim algılama sinyaline dönüştürülür.

Temel özellikleri şunlardır:

• Algılama mesafesi: Genellikle 1 mm ile 60 mm arasında değişir; gömme (flush) ve gömme olmayan (non-flush) montaj tiplerinde farklılık gösterir.
• Hedef malzeme etkisi: Demir ve çelik için nominal algılama mesafesi geçerliyken, alüminyum için yaklaşık %40, bakır için %25 düzeltme faktörü uygulanmalıdır.
• Anahtarlama frekansı: 500 Hz ile 5 kHz arasında değişebilir; yüksek hızlı sayma uygulamalarında bu parametre kritiktir.
• Koruma sınıfı: Endüstriyel ortamlar için minimum IP67, yıkama gerektiren gıda sektörü için IP69K tercih edilmelidir.

Sick IME serisi, IFM IGS/IGK serisi ve Turck Ni serisi endüktif sensörler sektörde yaygın olarak tercih edilen modellerdir.

Kapasitif Proximity Sensörler

Kapasitif sensörler, elektrik alanındaki kapasitans değişimini ölçerek hem metalik hem de metalik olmayan nesneleri (plastik, ahşap, sıvı, toz) algılayabilir. Sıvı seviye algılama, granül malzeme tespiti ve ambalaj kontrolü gibi uygulamalarda idealdir.

Hassasiyet ayarı (potansiyometre veya teach-in) ile farklı malzemelere uyum sağlanabilir. Ancak nem ve toz birikimi yanlış algılamalara neden olabileceğinden, ortam koşulları dikkatle değerlendirilmelidir.

Balluff BCS serisi ve IFM KI/KQ serisi kapasitif sensörler, güvenilir performanslarıyla öne çıkar.

Ultrasonik Proximity Sensörler

Ultrasonik sensörler, ses dalgalarının yansıma süresini (ToF — Time of Flight) ölçerek mesafe hesaplar. Renk, şeffaflık ve yüzey dokusundan bağımsız çalışabilmeleri en büyük avantajlarıdır.

• Algılama aralığı: 20 mm ile 10 m arasında modele göre değişir.
• Kör bölge (dead zone): Sensörün hemen önünde algılama yapamadığı mesafedir; genellikle 20–60 mm arasındadır.
• Çıkış tipi: Analog (4–20 mA veya 0–10 V) ve dijital (PNP/NPN) seçenekleri mevcuttur.

Seviye ölçümü, mesafe kontrolü ve döngü (loop) uygulamalarında sıklıkla kullanılır. Sick UM18/UM30 ve Turck RU serisi ultrasonik sensörler endüstride kendini kanıtlamış modellerdir.

Fotoelektrik (Optik) Sensörler

Fotoelektrik sensörler, ışık kaynağı ve alıcı kullanarak nesne algılama yapar. Üç temel çalışma prensibi vardır:

• Karşılıklı (through-beam): Verici ve alıcı karşılıklı monte edilir; en uzun algılama mesafesi (200 m’ye kadar) ve en yüksek güvenilirlik bu tipte sağlanır.
• Retroreflektif (retro-reflective): Verici ve alıcı aynı gövdede, karşıda reflektör bulunur; 10–15 m mesafeye kadar etkilidir.
• Yaygın yansımalı (diffuse): Nesneden yansıyan ışığı algılar; montajı en kolay olan tiptir ancak algılama mesafesi ve güvenilirliği daha düşüktür.

Omron E3Z serisi, Sick W4/W9/W12 serisi ve IFM O5 serisi fotoelektrik sensörler, farklı uygulama ihtiyaçlarına yönelik geniş ürün yelpazesi sunar.

Basınç Sensörleri ve Transmitterleri

Basınç ölçümü, proses kontrolünden hidrolik sistemlere kadar geniş bir uygulama alanına sahiptir. Endüstriyel basınç sensörleri genellikle piezorezistif veya kapasitif ölçüm prensibiyle çalışır.

Basınç Transmitter Seçim Kriterleri

Doğru basınç transmitter seçimi için aşağıdaki parametreler değerlendirilmelidir:

• Ölçüm aralığı: Proses basıncının %25–%75 aralığında çalışacak şekilde seçilmelidir. Aşırı büyük aralık doğruluğu düşürür, dar aralık ise aşırı basınç riskine yol açar.
• Çıkış sinyali: 4–20 mA analog çıkış endüstri standardıdır. HART protokolü destekli transmitterler, analog sinyal üzerinden dijital iletişim sağlayarak kalibrasyon ve tanılama kolaylığı sunar.
• Doğruluk sınıfı: Standart uygulamalar için ±%0,5 FS yeterlidir; hassas proses kontrolü için ±%0,1 veya daha iyi doğruluk gerekebilir.
• Proses bağlantısı: G1/4, G1/2, 1/4 NPT gibi dişli bağlantılar veya hijyenik uygulamalar için tri-clamp bağlantılar kullanılır.
• Malzeme uyumu: Korozif ortamlar için 316L paslanmaz çelik veya Hastelloy diyafram seçilmelidir.

IFM PN serisi, Sick PBS serisi ve Turck PT serisi basınç transmitterler, endüstriyel otomasyon projelerinde güvenilir performans sunar.

4–20 mA Sinyal Döngüsü ve Kablolama

4–20 mA akım döngüsü, endüstriyel ölçüm sistemlerinin omurgasıdır. Voltaj sinyallerine kıyasla gürültüye karşı dayanıklıdır ve uzun kablo mesafelerinde sinyal kaybı yaşanmaz.

• İki telli (2-wire) bağlantı: Transmitter, döngü beslemesinden enerji alır ve ölçüm sinyalini aynı kablo çifti üzerinden iletir. Kablolama maliyeti düşüktür.
• Dört telli (4-wire) bağlantı: Ayrı besleme ve sinyal kabloları kullanılır; yüksek güçlü transmitterlerde tercih edilir.
• HART iletişimi: 4–20 mA sinyali üzerine bindirilen dijital sinyal ile uzaktan konfigürasyon, kalibrasyon ve tanılama yapılabilir.

Kablolama sırasında ekranlı (shielded) kablo kullanılması, ekranın tek uçtan topraklanması ve güç kablolarından ayrı kanal çekilmesi temel kurallardır.

Sıcaklık Sensörleri

Sıcaklık, endüstriyel proseslerde en sık ölçülen fiziksel büyüklüktür. İki ana sıcaklık sensörü teknolojisi bulunur: direnç sıcaklık dedektörleri (RTD) ve termokupllar.

PT100 ve RTD Sensörler

PT100, 0 °C’de 100 Ω direnç gösteren platin bazlı bir RTD sensördür. Sıcaklık arttıkça direnci doğrusal olarak yükselir.

• Ölçüm aralığı: -200 °C ile +850 °C arasında kullanılabilir.
• Doğruluk sınıfları: IEC 60751 standardına göre Class A (±0,15 °C @ 0 °C), Class B (±0,30 °C @ 0 °C) ve 1/3 DIN, 1/10 DIN gibi özel sınıflar mevcuttur.
• Bağlantı tipi: 2 telli bağlantıda kablo direnci hata oluşturur; 3 telli bağlantı bu hatayı büyük ölçüde kompanse eder; 4 telli bağlantı en yüksek doğruluğu sağlar.

PT100 sensörler, -50 °C ile +500 °C arasındaki uygulamalarda en iyi doğruluk-maliyet dengesini sunar.

Termokupl Tipleri: J, K ve T

Termokupllar, iki farklı metalin birleşim noktasında sıcaklık farkına bağlı olarak oluşan Seebeck voltajını ölçer.

• Tip K (Chromel-Alumel): -200 °C ile +1260 °C arasında en yaygın kullanılan tiptir. Genel amaçlı endüstriyel uygulamalar için idealdir.
• Tip J (Iron-Constantan): -40 °C ile +750 °C arasında kullanılır. İndirgen atmosferlerde Tip K’ya göre daha uzun ömürlüdür.
• Tip T (Copper-Constantan): -200 °C ile +350 °C arasında yüksek doğruluk sunar. Gıda, ilaç ve laboratuvar uygulamalarında tercih edilir.

Termokupl seçiminde ölçüm aralığı, ortam koşulları, doğruluk gereksinimi ve uzun vadeli kararlılık (drift) dikkate alınmalıdır. Yüksek sıcaklık uygulamalarında (>500 °C) termokupllar, düşük-orta sıcaklıklarda ise PT100 sensörler tercih edilmelidir.

Genel Sensör Seçim Kriterleri

Sensör türünden bağımsız olarak her seçimde değerlendirilmesi gereken ortak kriterler şunlardır:

Çevresel Koşullar ve IP Koruma Sınıfı

• IP65: Toz geçirmez, düşük basınçlı su jetine dayanıklı — genel endüstriyel ortamlar.
• IP67: Toz geçirmez, geçici su daldırmaya dayanıklı — ıslak ortamlar.
• IP68: Toz geçirmez, sürekli su altı — dalgıç uygulamalar.
• IP69K: Yüksek basınçlı, yüksek sıcaklıklı su jeti — gıda ve ilaç sektörü yıkama prosesleri.

Çıkış Tipi ve PLC Uyumluluğu

Sensör çıkış tipinin PLC giriş kartıyla uyumlu olması zorunludur:

• PNP (sourcing): Avrupa standardı; aktif durumda +V çıkış verir. Siemens, Beckhoff gibi Avrupa menşeli PLC’lerle doğrudan uyumludur.
• NPN (sinking): Asya standardı; aktif durumda 0V’a çeker. Mitsubishi, Omron gibi Japon PLC’lerle yaygın kullanılır.
• Analog 4–20 mA / 0–10 V: Sürekli ölçüm gerektiren uygulamalar için analog giriş kartı gerektirir.
• IO-Link: Dijital haberleşme protokolü; sensör parametreleri uzaktan ayarlanabilir, genişletilmiş tanılama verileri alınabilir.

PLC programlama ve giriş/çıkış yapılandırması hakkında detaylı bilgi için PLC Programlama Dilleri Rehberi yazımıza göz atabilirsiniz.

Marka Seçimi ve Tedarik Zinciri

Endüstriyel sensör pazarında öne çıkan markalar ve güçlü yönleri:

• Sick: Fotoelektrik ve güvenlik sensörlerinde dünya lideri; geniş ürün yelpazesi.
• IFM Electronic: IO-Link teknolojisinde öncü; mükemmel fiyat-performans dengesi.
• Balluff: Endüktif sensörler ve IO-Link master/hub çözümlerinde güçlü.
• Turck: Zorlu ortam sensörleri ve RFID çözümlerinde uzman; IP69K ürün gamı geniş.
• Omron: Fotoelektrik sensörler ve güvenlik bariyerlerinde güçlü; Japon PLC ekosistemine tam entegrasyon.

Sık Yapılan Hatalar ve Çözümleri

Sensör uygulamalarında karşılaşılan yaygın hatalar şunlardır:

1. Algılama mesafesini sınırda kullanmak: Nominal algılama mesafesinin %70’ini aşmamak güvenilir çalışma için önerilir. Sıcaklık ve voltaj değişimleri algılama mesafesini etkileyebilir.
2. Karşılıklı girişim (crosstalk): Yan yana monte edilen sensörler birbirini tetikleyebilir. Minimum montaj mesafelerine uyulmalı veya alternatif çalışma (multiplexing) özelliği olan sensörler tercih edilmelidir.
3. Yanlış kablo tipi kullanımı: Analog sinyal taşıyan kablolarda ekranlı kablo kullanılmaması, gürültü ve ölçüm hatalarına yol açar.
4. EMC önlemlerinin ihmal edilmesi: Frekans dönüştürücü ve motor kablolarının yanından geçen sensör kabloları parazit alır. Ayrı kablo kanalı kullanılmalıdır.
5. IP koruma sınıfının yetersiz seçilmesi: Ortam koşullarının hafife alınması, sensörün erken arızalanmasına neden olur.

Avea Otomasyon’un Sensör Entegrasyon Yaklaşımı

Avea Otomasyon olarak, sensör seçimini bağımsız bir karar olarak değil, tüm otomasyon sisteminin ayrılmaz bir parçası olarak ele alıyoruz. Proje sürecimiz şu adımları içerir:

1. Saha analizi: Ortam koşulları, algılanacak nesne özellikleri ve proses gereksinimleri yerinde incelenir.
2. Sensör spesifikasyonu: Uygulama gereksinimlerine göre en uygun sensör tipi, markası ve modeli belirlenir.
3. PLC entegrasyonu: Sensör sinyalleri, PLC programlama standartlarına uygun şekilde işlenir ve SCADA/HMI sistemlerine aktarılır.
4. IoT entegrasyonu: Gerekli durumlarda sensör verileri bulut platformlarına aktarılarak kestirimci bakım ve uzaktan izleme imkânı sağlanır.
5. Devreye alma ve eğitim: Sensör kalibrasyonu, parametre ayarları ve bakım prosedürleri müşteri ekibine aktarılır.

---

Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S1: Endüktif sensör ile kapasitif sensör arasındaki temel fark nedir?

Endüktif sensörler yalnızca metalik nesneleri algılayabilirken, kapasitif sensörler metal, plastik, ahşap, sıvı ve toz gibi metalik olmayan malzemeleri de algılayabilir. Endüktif sensörler elektromanyetik alan, kapasitif sensörler ise elektrik alanındaki kapasitans değişimini kullanır. Metal algılama uygulamalarında endüktif sensörler daha güvenilir ve ekonomiktir; metalik olmayan malzemeler söz konusu olduğunda kapasitif sensörler tercih edilmelidir.

S2: PT100 ile termokupl arasında nasıl seçim yapmalıyım?

PT100 sensörler -50 °C ile +500 °C arasında üstün doğruluk ve uzun vadeli kararlılık sunar; bu aralıktaki uygulamalar için ilk tercihtir. Termokupllar ise 500 °C üzerindeki yüksek sıcaklık uygulamalarında (fırınlar, döküm, seramik) vazgeçilmezdir. Ayrıca termokupllar daha hızlı tepki süresine sahiptir ve mekanik olarak daha dayanıklıdır. Maliyet açısından termokupllar daha ekonomiktir ancak doğruluk gereksinimi yüksekse PT100 tercih edilmelidir.

S3: Sensör çıkışında PNP mi yoksa NPN mi tercih etmeliyim?

Bu seçim büyük ölçüde kullandığınız PLC markasına bağlıdır. Siemens, Beckhoff, ABB gibi Avrupa menşeli PLC’ler genellikle PNP (sourcing) giriş yapısına sahiptir. Mitsubishi, Omron, Keyence gibi Japon PLC’ler ise NPN (sinking) girişleri destekler. Mevcut sisteminizin giriş kartı yapısını kontrol ederek uyumlu çıkış tipini seçmeniz gerekir. Yeni projeler için PNP tercih edilmesi Avrupa standardına uygunluk açısından önerilir.

---

Bizi Takip Edin

📷 Instagram: avea.otomasyon
📘 Facebook: Avea Otomasyon
💼 LinkedIn: Avea Otomasyon
📍 Google Maps: Yol Tarifi Alın
📍 Hızlı Ulaşım: g.page/AveAOtomasyon