Gemilerde en çok kullanılan sensörler kısa bir bakış

1. YILDIZTEKNİK ÜNİVERSİTESİ
GEMİ İNŞAATIVE DENİZCİLİK FAKÜLTESİ
GEMİ MAKİNELERİ İŞLETME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
090A3004 MUSTAFA EVLİYAOĞLU
120A3602 F.FURKAN BIYIKLILAR
GEMİ OTOMASYONU
SENSÖRLER

2. İçerik
1. Sensör Tanımı
2. Sensörler
2.1. Sıcaklık Sensörü
2.2. Basınç Sensörü
2.3. Debi Sensörü
2.4. Pick-up Sensör
2.5. Tuzluluk Sensörü
2.6. 15 ppm Sensörü
2.7. Viskozimetre
2.8. O2 Sensörü
2.9. Alev Sensörü
2.10. Isı Sensörü
2.11. Duman Sensörü
2.12. Krankşaft Pozisyon Sensörü
2.13. Ana Makina ve Yardımcı Kazanlarda Sensörlere Örnekler
2.14. Yardımcı Kazanlarda Sensörlere Örnekler

3. GİRİŞ
Sensörler (algılayıcılar) fiziksel ortamla endüstriyel amaçlı
elektrik/elektronik cihazları birbirine bağlayan bir köprü görevi görürler. Bu
cihazlar otomasyon sistemlerinde kontrol, koruma ve görüntüleme gibi çok
geniş bir kullanım alanına sahiptirler. Gemi Otomasyonu dersi bünyesinde,
gemilerde kullanılan sensör çeşitlerini ve çalışma prensiplerini sizlerle
paylaşmak için bu sunumu hazırladık.

4. 1.Sensör Tanımı
Sensör bir ölçme elemanı olarak bir referans değer ile değişken değer arasındaki
fark prensibine göre çalışan bir elektrik/elektronik sistem elemanıdır.

5. 2.Sensör
2.1 Sıcaklık Sensörü
Sıcaklık sensörleri bir sistemdeki akışkan sıcaklığını ölçmeye yarayan sensörlerdir.
Gemilerde en çok kullanılan sıcaklık sensörleri termorezistans ve termokupllardır.
Bunun sebebi maliyetlerinin düşük güvenirliliklerinin tatmin edici ve kullanım
alanlarının geniş olmasıdır. Sıcaklık sensörleri bünyesi altında sunumda
termorezistanslardan bahsedilecektir. Termorezistanslar endüstriyel ve otomasyon
uygulamalarında termokupllara nazaran tercih sebebidirler. Bu sıcaklık elemanları
kullanılacağı yere ve duruma göre farklı şekil, hassasiyet, koruma sınıfına sahiptirler.
Piyasada kolay bulanabilen termorezistanslarda gemilerde neredeyse heryerde
kullanılabilirler.

6. 2.1.1. Termorezistans
• İletken bir telin direnç değerinin sıcaklıkla değişmesinden istifade edilerek
oluşturulan bir sıcaklık sensörüdür. Sarımlı direnç , sıcaklığı ölçülmek
istenilen ortama daldırılır , üzerinden sabit bir akım geçirilir. Sıcaklığın
değişimi ile sarımlı direnç değeri değişir ve üzerinden sabit akım geçtiği için
değişken bir gerilim elde edilir. Sıcaklık değişim faktörü olarak α kullanılır.
Termorezistans Platin veya Nikel telden sarılan direncin cam veya seramik
içine gömülmesiyle oluşur.
• α = (R100 – Ro) / 100Ro
R100 : 100̊C deki direnç değeri
Ro : 0 ̊C deki direnç değeri
Pt-100 ve Ni-100 gibi
termorezistansların 0 ̊C deki
direnç değeri 100 ohm dur.

7. 2.1.1. Termorezistans
Direnç sıcaklığın fonksiyonudur. Yani ölçüm yapılan ortamın sıcaklığı ile
termorezistans maddesinin direnci doğru veya ters orantılıdır. Sarımlı direnç,
sıcaklığı ölçülmek istenilen ortama daldırılır ve üzerinden sabit akım geçirilir.
Sıcaklığın değişimiyle direncin direnç değeri değişir ve üzerinden sabit akım
geçtiğinden farklı gerilimler elde edilir. NTC modellerde direnç sıcaklıkla ters
orantılı olup, sıcaklığın artmasıyla direnç azalacak , potansiyel fark artacaktır.
PTC modellerde ise direnç sıcaklıkla doğru orantılı olarak artıp gerilim
azalacaktır. Artan/azalan direnç değeri voltaj değerinin artmasına/düşmesine yol
açacak direnç değeri-sıcaklık ilişkisi neredeyse lineer olduğundan sıcaklık
ölçümü voltaj değeri üzerinden hesaplanacaktır. Bu hususta yapılması gereken
termorezistans kablo uçlarını proses kontrol cihazına bağlamaktır.

8. 2.1.1. Termorezistans
Callender-Van Dusen Denklemi
Bu denklem Callender – Van Dusen
denklemi olarak bilinir.
A, B ve C sabitleri 0°C , 100 °C ve
260 °C dek yapılan labaratuar
ölçümlerine göre türetilmiştir.
Sıcaklık-direnç denklemi
Rt = Ro ( 1 + At + Bt²)
Rt = T °C ‘deki direnç değeri
Ro = 0 °C ‘deki direnç değeri
t = sıcaklık
A = ( 0.00390784 ) / C
B= ( 0.000000578408) / C²

9. 2.1.1. Termorezistans

10. 2.1.1. Termorezistans

11. 2.1.1. Termorezistans

12. 2.2.Basınç Sensörleri
• Günümüzde gemi otomasyonunda piezo basınç sensörleri dinamik ve statik
basınçlarda güvenilir ve yaygın bir şekilde kullanıldığından dolayı burada piezo
basınç sensöründen bahsedilecektir.
• Piezoelektrik malzemesinin kuvvete mağruz kalması sonucu malzemede strain ve
deformasyon meydana gelmesiyle gerilim elde edilir. Bu gerilim kuvvetle lineer
olarak doğru orantılıdır.
• İyonik bağlı kristal yapılı malzeme kuvvete mağruz bırakıldığında , moleküllerin yer
değiştirmesi sonucu kristalde gerilim meydana gelir. Normal durumda pozitif ve
negatif iyonların birbirini dengelemesi sonucu simetriden dolayı elektrik alanı
oluşmaz. Kuvvet altında kristalin simetrisi bozularak dipol momenti oluşur, oluşan
dipol momenti kristalde elektriksel alan oluşmasına yol açar. Piezoelektrik malzeme
olarak doğada kristal yapılı kuvars, topaz, berlinit ,tormali maddeleri kullanılabilir.
Seramik, polimer ve birçok madde maliyet ve kullanılacağı yere göre seçilir.

13. 2.2.Basınç Sensörleri(Piezoelektrik Model)
V = Sv x P x D [V]
Sv : Malzeme gerilim hassasiyeti[V.m/N] (Aynı madde farklı geometrik
yapılarda farklı değerler gösterir)
P: Basınç [N/m2]
D: Malzeme kalınlığı[m]

14. 2.2Basınç Sensörleri(Piezoelektrik Model)
Kullanım Yerleri
• Hemen hemen bütün akışkanların basınçlarının ölçülmesinde
kullanılabilir.

15. 2.3. Debi Ölçer
Debi ölçümü endüstride ,
1. Kütle ve Hacimsel Debi Ölçümü
2. Kapalı Kanallarda Kesit Daralmasına Dayalı Debi Ölçümü
olmak üzere 2 şekilde yapılabilir.
Gemi otomasyonlarında kullanılan akış sensörleri genel olarak ilk gruba girmektedir.
Otomasyon sistemine entegre olmayan mekanik debi ölçüm cihazları ekonomik
olmasına karşı günümüzde gemilere kurulan ENERJİ VERİMLİLİĞİ ve FİLO TAKİP
programları ile gemilerin flowmetre değerleri anlık olarak bilgisayarda veritabanında
tutulmakta, yakıt harcamları anlık veya rapor olarak şirketlere rapor edilebilmektedir.
Bunun yapılabilmesi için gemide bulunan flowmetreler dijital output özelliğine sahip
olmalıdır. Akışın dijital ortama aktarılması , flowmetreye bir nevi sensör özelliği
kazandırmaktadır çünkü akış da anlık olarak dinamik olarak gözlemlenebilecektir.

16. 2.3. Debi Ölçer
2.3.1. Türbin Tip (Pick-up sensörlü)
Pick-up sensorler akış ölçümlerinde yararlanılan yaygın yöntemdir. Bu sistemlerde devredeki akış,
konulan türbin vs gibi bir parçanın pick-up sensöre yaklaşması sonucu üretilen pulse/azalan elektrik alan
ile saptanır. Akış miktarı , türbinin dönüş hızıyla doğru orantılı ve lineer olarak yapılmıştır.

17. 2.3. Debi Ölçer
2.3.2. Manyetik Tip
Manyetik alanda akan elektriksel bir akışkan gözönüne
alınırsa(yağ,su,yakıt vs.) . Faraday kanununa göre
manyetik bir alanda hareketli bir iletken üzerinde
elektriksel gerilim oluşur. Oluşan gerilim , debi ile
doğru orantılıdır.

18. 2.3. Debi Ölçer
2.3.3. Diğer
Inert Gaz Jeneratörü Deck Seal Feed Water Debi Sensörü

19. 2.4. Pick-up Sensör
Bu sensörler yaklaşım sensörü olarak bilinip, endüstriyel tesislerden, bugün kullandığımız akıllı
telefonlara kadar kendine geniş bir kullanım yelpazesi bulmuş olup, gemilerde de ana makine ve dizel
jeneratör şaft devrini, yakıt seperatörünün şaft ve yakıt pompası devrini , türbin devrini ölçmek için
yaygın bir şekilde kullanılır.
Yaklaşım sensörlerin en önemli özellikleri
• Ölçüm yapılacak nesneye temas etmesine gerek olmayarak nesne ve sensörde aşınma meydana
getirmeyerek uzun ömürlü olması
• Çıkış kontağı olmadığından uzun vadede kontak arızası vermeyen, onun yerine transistörle
anahtarlama yaparak hem uzun ömürlü olması
• Tepki süresinin çok düşük olması
• Su, yağ ,çamur ve kimyasal maddelere karşı dayanıklı olması

20. 2.4. Pick-up Sensör
Bu sensörler,
• Endüktif
• Kapasitif
• Manyetik
• Ultrasonik
• Fotoelektrik
yöntemlerle ölçüm yapabilmektedir.

21. 2.4. Pick-up Sensör
Çalışma Prensibi
Osilatör devresindeki bobinin ürettiği yüksek frekanslı elektromanyetik alan , volan dişinin sensörün
etki alanına girmesiyle eddy akımı ve hizterizis kaybı osilatör devresinde enerji çekmiş olduğundan
osilasyonun azalmasına yol açıyor. Osilasyon eşik değerinin altına düştüğünde anahtarlama devresi
olan transistörün NO(normally open) ise kapatması veya NC(normally closed) ise açması sebebiyle
pulse çıkışı alınıyor. Pulse, proses cihazında değerlendirilerek , anlık devir dijital olarak okunabiliyor.
Bir yaklaşım sensörü
• Bobin
• Osilatör devresi
• Eşik devresi
• Anahtar devresi gibi elemanlardan oluşmaktadır.
• Yaklaşım sensörlerde dikkat edilmesi gereken en önemli noktalardan birtanesi okuma mesafesidir.
Her üretici farklı okuma mesafelerine göre sensör üretir. Örnek vermek gerekirse, 2 mm okuma
mesafesi olan sensör 4 mm uzaklığa koyulduğu takdirde okumaz. Tersi durumda da, sensöre
uzaklığı 2 mm olan bir sistem için 4 mm ye kadar okuyan bir sensör koymak da bazı durumlarda
sensörün okuma hatası yapmasına sebep olabilir. Sensörün volan dişini okuyup anahtarlama
yapabilmesi için genel olarak en az 2.1mA , okuduktan sonra eski haline gelebilmesi en fazla
1.2mA eşik akımı olması gerekmektedir.

22. 2.4. Yaklaşım Sensörü( Pick-up)

23. 2.4. Yaklaşım Sensörü( Pick-up)
Kılıflı sensör, sensör kafası metal içinde olan sensörlerdir. Kılıflı
sensörlerin okuma mesafesi daha düşüktür. Kılıfsız sensörler
daha uzun ve daha geniş elektromanyetik dalgalar yaydıklarından
okuma mesafeleri daha uzundur fakat okuma hassasiyeti azdır.

24. 2.4. Pick-up Sensör

25. 2.4. Yaklaşım Sensörü( Pick-up)
Egzoz türbin devri , rotora belirli
uzaklıkta monte edilen bir pick-up
sensörle okunabilir.

26. 2.5 Tuzluluk Sensörü
Suyun tuzluluğu, sensör probları arasındaki elektrik iletkenliğinin ölçülmesi ile
belirlenir. Tuzluluk oranı , suyun iletkenliğiyle doğru orantılı ve lineerdir.
Tuzluluk Sensörü gemilerde,
• Kazan tuzluluğunu ölçmek için genelde hotwell tankının çıkışında
• Eva suyunun tuzluluğunu ölçmek için distilled pompasından önce konularak tuzluluk
limitini aşan suyun evaya geri dönüşünü sağlar.

27. Aalborg Mission OL kazanlarında tuzluluk kontrol sistemi
2.5 Tuzluluk Sensörü

28. 2.6. Sintine Seperatörü 15 ppm Sensör
Sensör emiteri ışın yayıcı tüp içinden diyaframlar vasıtasıyla ışın yayar, yayılan ışınlar
sensör kolektöründe tekrar emilir. Bu sırada seperatöre verilen su,yağ ve partikul
karışımı bu devre üzerinden geçer. Emilen ışınların yoğunluğuyla orantılı olarak 4-20
mA arasında akım çıkışı yapılarak transdüsere girdi olarak verilir. Referans akım değeri
ve anlık akım değeri karşılaştırılarak suyun içerisindeki yabancı maddelerin oranı ppm
cinsinden hesaplanır.
Belli bir süre sonra yayılan ışın şiddeti düşebileceğinden dolayı , belirli aralıklarda
seperatörün referans değeri kalibre edilmelidir, aksi takdirde temiz su bile
gönderildiği zaman overboard selenoid valfini enerjilendiren röle çekmeyecektir.

29. 2.7. Viskozite Sensörü
Sensörün çalışma prensibi, bir burulma sarkacın olmasıdır. Sensör paslanmaz
çelik bir sürücü ve sensör başlığımdan oluşmaktadır ve boru şeklinde bir
burulma yayı vasıtasıyla taban plakasına bağlanmıştır. Baş kısımda bir çift piezo
elemanı (sürücü piezolar) sarkacı burulma rezonansı frekansında harekete
geçirirken diğer bir çift piezo elemanı da sarkacın baş kısmının gerçek
hareketini algılar.

30. • Düşük viskoziteli bir ortamda (hava gibi),
rezonans frekansı 1600 Hz aralığındadır.
Yüksek viskoziteli ortamda ise kafa
kısmının hareketi sıvı tarafından bastırılır.
Sonuç olarak, rezonans frekansı daha
düşük bir frekansa doğru azalırken,
rezonans dalga boyu artar ve bu sayede
viskozite ölçümü yapılabilir.
2.7. Viskozite Sensörü

31. 2.8. Oksijen Sensörü
• Lambda Sensörü olarak da anılmaktadır.
• Oksijen sensörleri, egzost borusunda katalitik konvektörün önünde yada
egzoz manifolduna monte edilmiş olup, egzoz gazları içindeki yanmamış
oksijen miktarını ölçmek için egzoz gazlarını denetler ve ECU tarafından
okunabilen bir voltaj üreterek hava-yakıt karışımının kalitesini gösterir. Bu
sayede, hava-yakıt karışımının sürekli olarak kontrol altında tutularak
optimum performans ve yakıt ekonomisi sağlanmasında önemli rol oynar

32. 2.8. Oksijen Sensörü

33. 2.9. Alev Dedektörleri
Bu dedektörler yine optik prensibi kullanırlar. Her yanan maddenin kendine has
bir alev özelliği vardır. Alevin içindeki her bir rengin ayrı bir dalga boyu vardır.
Yapısı ise alevi algılayan optik hücreden oluşmuştur. Bu hücreler ışığa duyarlı
malzemelerden oluşmuş olup, iletkenliği belirli dalga boylarına maruz
kaldığında değişir.
Bu dedektörler ani patlama veya parlamanın olabileceği, patlayıcı sıvı veya
gazların olduğu hızlı algılamanın gerektiği kimyasal storda, yakıt-yağ tankı
katlarında, boyalık vb. yerlerde kullanılır.

34. 2.9 Alev Dedektörleri
Işığa duyarlı sensörlerin(flame detector/flame sensor) gemilerde genel kullanım
alanları,
• Kazan
• Incinerator
• Inert Gaz Jeneratörleri
• Yangın söndürme sistemlerinde

35. 2.10. Isı Dedektörleri
Bir söndürme fonksiyonu bulunmayan, yalnızca alarm çalarak yangını haber
veren bir diğer dedektör tipimiz de ısı dedektörleridir. Isı dedektörleri daha ucuz
ve güvenilir olmalarına rağmen yavaştırlar. Bu nedenle ısı dedektörlerinin
kullanılamadığı tozlu, dumanlı üretim hollerinde, ya da ilk yanma ürününün
duman olmadığı yerlerde ve duman dedektörünün çalışmasını engelleyecek
düzeyde sürekli yüksek nem ve ısı olan mahallerde kullanılması tercih edilir. Bu
alanlara örnek olarak kuzine, atölye, çamaşırhaneler, makine ve tesisat daireleri
verilebilir.

36. 2.11. Duman Dedektörleri
• Yangın sırasında ortamda oluşan dumanı algılayan elemanlardır. Yangında can
kayıplarının en çok dumandan boğulma nedeniyle olacağı düşünülürse, hayat
korumaya yönelik olarak duman etkisini algılamada son derece hızlıdırlar.
• Bu dedektörler çalışma ilkelerine göre tanımlanırlar. Fotoelektrik sistemle
çalışan duman dedektörleri daha büyük boyutlarda duman parçacıkları
oluştuğundan düşük enerjili, için için devam eden yangınları tespit etmekte
başarılıdırlar. İyonizasyon yöntemi ile çalışan dedektörler ise, çok sayıda
küçük duman parçacıkları meydana geldiğinden yüksek enerjili, açık alevli
yangınları daha çabuk tespit ederler.

37. 2.12. Krankşaft & Kemşaft Pozisyon Sensörü
Bu sensörler , içten yanmalı makinelerde krankşaftın dairesel hızı ve
pozisyonunu açıklamakta kullanılırlar. Sensörden alınan sinyaller ise tutşma
zamanlaması ve diğer makine parametrelerini kontrol etmede kullanılır.
Distribütörsüz ateşleme sistemleri krank mili pozisyon sensörü (CKP), ve bazen
de bir eksantrik mili pozisyon sensörü (CMP) gerektirir.

38. Bu sensörler bir elektronik dağıtıcısındaki ateşleme başlatma (ignition pickup)
ve tetikleme tekerleği (trigger wheel) ile esas olarak aynı amaca hizmet eder.
Aralarındaki tek fark, temel zamanlama sinyali distributor shaft yerine, krank
veya harmonik dengeleyici üzerinden okunur.
Bu sayede zamanlama zinciri ve distribütör dişlideki aşınma ve boşluktan
kaynaklanan ateşleme zamanlaması farklılıklarını ortadan kalkmaktadır.
Ayrıca zamanlama ayarlamalarından oluşabilecek hataları da ortadan kaldırır.
2.12. Krankşaft & Kemşaft Pozisyon Sensörü

39. Farklı çeşitlerde krank mili pozisyon sensörleri vardır.
Bir çeşidi harmonik dengeleyici arkasındaki çentikli, metal "kesici" halkayı
okuyan Hall etkili krank pozisyon sensörüdür.
Diğer bir çeşidi ise General Motors Corporation’ın kullandığı "kombinasyon
sensörü" dür. Bu sensör iki adet kesici halkayı okuyarak iki farklı sinyal
gönderir.
2.12. Krankşaft & Kemşaft Pozisyon Sensörü

40. Sensör Tip Çalışma Aralığı Set
M/E RPM Pick-up -150 / +150
T/C RPM Pick-up 0 – 19000 RPM
M/E yağlama yağı yüksek sıcaklık PT-100 0-200 ̊C 55 ̊C
M/E T/C L.O inlet düşük basıncı BS 0.2 – 4 kg/cm² 0.6 kg/cm²
M/E T/C L.O outlet yüksek sıcaklık PT-100 0-200 ̊C 110 ̊C
M/E Thrust Pad yüksek sıcaklık PT-100 0-200 ̊C 75 ̊C
M/E No. 1-6 silindir piston soğutma yağı yüksek sıcaklık PT-100 0-200 ̊C 70 ̊C
M/E Kemşaft ön taraf yatak sıcaklığı PT-100 0-200 ̊C 70 ̊C
M/E Kemşaft arka taraf yatak sıcaklığı PT-100 0-200 ̊C 70 ̊C
M/E F.O giriş düşük basınç BS 0-16 kg/cm² 6.5 kg/cm²
M/E F.O giriş düşük/yüksek sıcaklık PT-100 0-200 ̊C
M/E ceket soğutma suyu girişi düşük basınç BS 0-6 kg/cm² 2 kg/cm²
M/E silindir no. 1-6 ceket soğutma suyu girişi yüksek
sıcaklık
PT-100 0-200 ̊C 90 ̊C
M/E eksenel vibrasyon yüksek 0-10 mm 2.5 mm
2.13.Ana Makinada Kullanılan Sensörler

41. Sensör Tip Çalışma Aralığı Set
M/E hava kuleri soğutma suyu düşük basıncı BS 0-6kg/cm² 1 kg/cm²
M/E egzoz valf yay havası girişi düşük basıncı BS 0-10kg/cm² 5.5kg/cm²
M/E silindir no.1-6 skavenç havası yangın sıcaklık sensörü PT-100 0-200 ̊C 20-80 ̊C
M/E skavenç havası yüksek sıcaklık PT-100 0-200 ̊C 55 ̊C
M/E kontrol havası düşük basınç BS 0-10kg/cm² 5.5kg/cm²
M/E start havası düşük basınç BS 0-40kg/cm² 15kg/cm²
M/E skavenç havası düşük basnç BS 0-4kg/cm² 70kg/cm²
M/E piston soğutma yağı düşük basıncı BS 0-4kg/cm² 1.3kg/cm²
M/E safety havası girişi düşük basıncı BS 1-10kg/cm² 5.5kg/cm²
M/E skavenç havası ( hava kulerinden önce) yüksek sıcaklık PT-100 0-600 ̊C 250 ̊C
M/E skavenç havası ( hava kulerinden sonra) yüksek sıcaklık PT-100 0-200 ̊C 48 ̊C
M/E skavenç hava alıcısı basıncı(governor için) BS 0-4 kg/cm²
M/E silindir no. 1-6 ceket soğutma suyu girişi yüksek sıcaklık PT-100 0-200 ̊C 90 ̊C
2.13.Ana Makinada Kullanılan Sensörler
REFERANS :DOOSAN MAN 6S50MC-C

42. 2.14. Yardımcı Kazanda Kullanılan Sensörler
Sensör Tip Çalışma Aralığı Set
Stim basıncı yüksek/düşük alarmı BS 0-20 8 bar / 4bar
Egzoz gaz çıkış yüksek sıcaklığı PT-100 0-600 ̊C 430 ̊C
Baca kazanı çıkış yüksek sıcaklığı PT-100 0-600 ̊C 430 ̊C
Yakıt basıncı düşük BS 0-40 16
Kazan tuzluluk seviyesi yüksek TS 0-20 ppm 5 ppm
Kazan besleme suyu yağ oranı yüksek YS
Kazan alev hatası veya ateşleme hatası AS
Referans : AALBORG MISSIONOL

43. SONUÇ
Gemilerde kullanılan sensör çeşitlerini ve görevlerini sizlerle paylaştık.
Dinlediğiniz için teşekkürler…