MESLEK YÜKSEKOKULU ELEKTRONİK VE OTOMASYON BÖLÜMÜ MEKATRONİK PROGRAMI PROSES KONTROL DERS NOTLARI. Öğr. Gör. Kadir GELİŞ

Transkript

1 MESLEK YÜKSEKOKULU ELEKTRONİK VE OTOMASYON BÖLÜMÜ MEKATRONİK PROGRAMI PROSES KONTROL DERS NOTLARI Öğr. Gör. Kadir GELİŞ AĞRI- 2014

2 2 ÖNSÖZ Kimya sektörünün kimyasal proses işlemlerinin çoğunluğu kısmen veya tamamen akışkan fazında gerçekleşmektedir. Bu nedenle akışkanların akımı, ölçümü ve kontrolü kimya sektöründe önemli bir yer tutmaktadır. Endüstride kontrol amacıyla kullanılan dört ana proses değişkeninden bahsedilir, Bunlar; Akış Ölçümü, Seviye kontrolü, Kuvvet-ağırlık-Basınç Ölçümü ve sıcaklık ölçümüdür. Bu ders kapsamında bu konularla ilgili bazı terimler açıklanacak ve kullanılan bazı ekipmanların çalışma prensipleri açıklanacaktır. Bu konuların anlaşılması akabinde ekipmanların birbiri arasında olan otomasyon ilişkileri anlatılacaktır. Dersin müfredatına uygun olarak hazırlanan bu doküman bazı kaynaklardan derleme olarak hazırlanmıştır. Faydalı olacağını umuyor, hepinize başarılar diliyorum

3 3 İÇİNDEKİLER 1. AKIŞ ÖLÇERLER Akışın Tanımı Akış Birimleri Değişken Hacimli Akış Sayaçları Pervaneli Sayaçlar Türbinli Sayaçlar Girdaplı (Vortex) Sayaçları Diyaframlı Akış ölçerler Orifis Plakalı Ölçerler Akış Memeli Ölçerler Venturi Borulu Ölçerler Değişen Alanlı Akış Sayaçları Rotometre Gatemetre Gilflo Sayaçlar Dahl Tüplü Sayaçlar Ultrasonik Akış ölçerler Elektromanyetik Akış ölçerler SEVİYE KONTROLÜ Tanımı Seviye ölçerler Sürekli Ölçüm Sağlayan Yöntemler Gözetleme Geyçleri (Ölçme Aleti ) Şamandıralı Cihazlar Kapasitans Sondalar Basınç Algılayıcılar Mikrodalga Algılayıcılar Ultrasonik Algılayıcılar Kısa Aralıklı Algılama Veren (Ölçüm Sağlayan) Yöntemler Manyetik Yöntemler Elektrikli Yöntemler Radyo Frekanslı Yöntemler Seviye Ölçüm Yöntemlerinin Karşılaştırması... 44

4 4 3.KUVVET, AĞIRLIK VE BASINÇ ÖLÇÜMÜ Kuvvet Ölçümü Kütle, Kuvvet, Ağırlık Kavramları Matematiksel Eşitlikler ve Endüstriyel Standartlar Çeşitli Mekanik Ölçüm Yöntemleri Yük Hücresi (Loadcell) Gerilme Ölçer (Strain Guage) Yapısı ve Çeşitleri Yük Hücresi (Loadcell) Yapısı Yük Hücresi (Loadcell) Çeşitleri Basınç Ölçümü Basınç Nedir? Basıncın Birimleri Basınç Regülatörü Regülatörün Yapısı Kullanıldığı Yerler Montaj Şekilleri Fortin Barometresi Aneroid Barometreler U Tipi Manometreler U Tipi Manometrenin Tanımı ve Yapısı U Tipi Manometrenin Kullanım Alanları U Tipi Manometrenin Çeşitleri Basınç Transdüserleri Endüktif Esaslı Basınç Transdüserleri Kapasitif Esaslı Basınç Transdüserleri Piezo-Direnç Tipi Basınç Transdüserleri SICAKLIK ÖLÇÜMÜ Bimetal Termometre Kullanarak Sıcaklık Ölçmek Sıcaklık Sıcaklık ve Isı Nedir? Sıcaklık Birimleri Bimetal Termometreler Kullanarak Sıcaklık Ölçmek Çift Metalli Termometreler Helisel çift metalli termometreler Çubuk Termostatlar Direnç Termometresi (Rtd) İle Sıcaklık Ölçmek... 72

5 Direnç Termometreleri (RTD) Platin RTD (PT100) Termokupl Elamanlarla Sıcaklık Ölçmek Termokupl Termoelektrik Etkiler Termokupl Çeşitleri Termokupl Kabloları Termokupl Mekanik Yapıları Termokupl Transmiterleri Sıcaklık Algılayıcılarının Yerleştirilmesi Daldırılan Sondalar Kap İçinde Sıvı Sıcaklığının Ölçülmesi Kanal Sondaları Yüzey Sıcaklık Sondaları Termometre Koruyucu ve Kılıfları Hata Kaynakları Sıcaklığın Okunması Yerel Okuma Uzaktan Okunma SCADA SİSTEMLERİ Scada Sistemlerini Tanımak Scada Sistemlerinin Tanımı Scada Sisteminin Uygulama Alanları Scada Sisteminin İşlevleri Scada Yazılımından Beklenenler Scada Sistemleri Şu İmkanları Sağlamalıdır Sistemin Yapısı Scada Sistemlerinin Temel Elemanları Uzak Terminal Birimleri (Remote Terminal Units, RTU) Ana Terminal Üniteleri (Main Terminal Unit, MTU) İletişim Ağları İletişim Ağı İletişim Protokolleri İletişim Ortamları Veri Toplama Üniteleri Programlanabilir Lojik Denetleyiciler (PLC)... 98

6 Veri Toplama (Data Acquisition DAQ ) Modülleri Sensörler ve Algılayıcılar Yazılım Merkezi Kontrol Odası Kontrol Panoları SCADA Sistem Terminalleri Bilgisayar Ekranları Yazıcılar Kesintisiz Güç Kaynağı, Örnek Bir Scada Sisteminin İncelenmesi

7 7 1. AKIŞ ÖLÇERLER Kimya sektörünün kimyasal proses işlemlerinin çoğunluğu kısmen veya tamamen akışkan fazında gerçekleşmektedir. Bu nedenle akışkanların akımı, ölçümü ve kontrolü kimya sektöründe önemli bir yer tutmaktadır. Akışın ölçümü, malzemenin bir yerden bir yere taşınmasına gereksinme gösteren herhangi bir işlemde kullanılan bir yöntemdir. Ölçüm, bir malzeme akışının niceliğini belirtmek için ya da bir akış debisi oluşturmak ve onu kontrol altında tutmak için kullanılır. Çoğu kimyasal proseslerde fabrika verimi akışın ölçülebilme ve hassas olarak kontrol altında tutulabilmesine bağlıdır. Bununla beraber bir akış ölçüm düzeni uygulanacaksa bu ölçüm düzeni üretime ya da ölçülecek gerekçeye uygun ve aynı zamanda yeterli olmalıdır. Akışın ölçümü, malzemenin bir yerden bir yere taşınmasına gereksinme gösteren herhangi bir işlemde kullanılan bir yöntemdir (örneğin; yakıtın bir karayolu tankerinden bir garaj deposuna kütlesel aktarılması). Ölçüm, bir malzeme akışının niceliğini belirtmek için ya da bir akış debisi oluşturmak ve onu kontrol altında tutmak için kullanılır. Çoğu üretimlerde fabrika verimi akışın ölçülebilme ve hassas olarak kontrol altında tutulabilmesine bağlıdır, Bununla beraber bir akış ölçüm düzeni uygulanacaksa, bu ölçüm düzeni üretime ya da ölçülecek gerekçeye uygun ve aynı zamanda yeterli olmalıdır Akışın Tanımı Akış, bir akışkanın bir hat boyunca sürekli olarak hareketidir. Akışkanlar maddenin üç hâli şeklinde (katı, sıvı, gaz) olabilir. Akışkan ortamı durgun hâlde iken veya ideal akışkanlar hareket hâlinde iken sıfır kayma gerilmesinin etkisindedir. Buna göre sonsuz küçük bir zorlama etkisinde dahi hiç direnç göstermeden akış eylemine geçen akışkan ortamlara ideal akışkan denir ve viskozite sıfır kabul edilir. Pratikte karşılaşılan akışkanların hemen hepsinde az veya çok viskozite mevcuttur. Ancak ideal bir akışkan bulunmamasına karşın, matematiksel çözümlerde kolaylık sağladığından, ideal kavramlar kullanılmaktadır. Akış (debi), belirli bir kesitten, belirli bir sürede geçen akışkan miktarıdır. Endüstride kontrol amacıyla kullanılan dört ana proses değişkeninden birisidir Akış Birimleri Akış ölçümü için bilinmesi gereken önemli fiziksel büyüklükler, akışkanın birim zamanda akan hacimsel miktarı (hacimsel debi- m3/sn.), birim zamanda akan kütlesel miktarı (kütlesel debi-kg/sn.) ve birim zamanda kat etmiş olduğu yoldur (hız - m/sn.). Direk hacimsel veya kütlesel ölçüm yapma ölçüm işlemini sonlandırır. Bazı ölçümlerde hacimsel veya kütlesel ölçümlerin zorluğundan dolayı veya alternatif bir ölçüm sistemi

8 8 olarak hız ölçümü kullanılır. Hız ölçümünün yapıldığı yerin kesiti bilineceği için çeşitli matematiksel işlemlerle hacimsel veya kütlesel debiler bulunabilir. Akış ölçümünde kullanılan birimler, ölçümü yapılacak akışkanın miktarı ile ilgilidir. Ölçülmesi istenilen debi değeri büyüdükçe debi birimleri de büyür. Debi küçüldükçe birim de küçülür Değişken Hacimli Akış Sayaçları Bu tip sayaçlar her dönüşünde belli bir hacimde akışkanın geçmesine izin verir. Debi, belli bir süre içinde bir sayaç içinden geçen akışkan hacminin doğrudan ölçülmesi ile bulunabilir Pervaneli Sayaçlar Gaz ve sıvı akış ölçümleri için kullanılmaktadır. Cihaz içinde dönen eleman iki pervaneden oluşur. Hazneye giren akışkan her zaman iki akışkan arasında kalır ve pervaneleri döndürür. Pervaneler akış hızı ile orantılı bir hızda döner. Pervanelerin her bir dönüşü cihaz içinden belli bir miktar akışkanın geçişini ifade eder. Pervanelerden biri kendine bağlı bulunan bir mili döndürür. Mil, sayaca bağlanmıştır. Debi ne kadar fazla ise pervanelerin, dolayısı ile milin dönüş sayısı o kadar fazladır. Sayaç bu dönüş sayısını ölçer ve bize debi (akış miktarı) değeri olarak gösterir. Ancak temiz sıvılar için kullanılabilir. Akışkan içinde tanecikler bulunması durumunda, yüksek hıza sahip bu tanecikler zamanla pervaneleri aşındırır. Aşınan pervaneler, aşınmanın miktarına bağlı olarak yanlış değer okunmasına neden olur. Pervane boyutuna bağlı olarak her dönüşte geçirdiği akışkan miktarı farklıdır. Çalışmaları titreşimlidir. Pervaneli sayaçlar

9 Türbinli Sayaçlar Türbinli akış ölçerlerde pervaneli akış ölçerlerle benzer şekilde çalışır. Türbin tipi akış ölçerler, akışkanın akış hattı içinde yer alan dönebilir kanatçık takımlarından (türbin) ibarettir. Türbinli akış ölçerler giriş akışını düzenleyen cihazlardan, rotordan, rotor desteklerinden, rotor rulmanlarından mahfazalardan ve sinyal alıcı bobinden oluşmaktadır. Türbin rotoru çoklu pervaneye sahiptir ve ayrıca bobin tarafından algılanan dönüş hızı akışla doğru orantılıdır. Türbin tipi akış ölçme cihazları, yoğunluğa ve viskozite dalgalanmalarına karşı duyarlıdır. Türbinli akış ölçerin parçaları Türbin kanatçıklarının hızı akışkan hızı ile orantılı değişmektedir. Türbin, akışkanın akışıyla beraber dönmeye başlar. Akış hızı arttıkça dönüş hızı da artar. Dönen türbin kendisine bağlı bir mili de beraberinde döndürür. Milin dönüş hızı mekanik veya elektrikli yöntemlerle ölçülür. Türbinli akış ölçerin iç görünümü

10 10 Bu sistemin çıkışı dijital darbeler şeklinde olup gerektiğinde frekans-voltaj çeviriciler ile analog sinyaller elde etmek mümkündür. Türbin tipi akış ölçerler, gazlar için 0,01 m/sn.den 500 m3/dk., sıvılar için 0,05 litre/dk. ile litre/dk. akış ölçebilmektedir. Genellikle en küçük ölçme miktarı ile en büyük ölçme miktarı arasında 1/10 oranı mevcuttur. Doğruluk dereceleri %0,25 civarında olup cevap hızları 2-10 m/sn. arasındadır. Cihazın göstergesi bu dönüş sayısını, debi olarak gösterecek şekilde kalibre edilmiştir. Akış ölçer içerisinde bulunan yönlendirici kanatçıklar akışkanın türbine doğru akışını sağlar. Böylelikle daha hassas bir ölçüm yapılmış olur. Türbinli akış ölçer ve çalışma prensibi Türbinli akış ölçerlerde akış kesikli (darbeli) değildir. Bu özelliği ölçüm hassasiyetini artırırken cihazın yıpranmasını azaltır. Tanecik içeren akışkanların debi ölçümünde ise tercih edilmez. Bu tanecikler özellikle yüksek akış hızlarında türbin kanatlarında aşınmaya neden olur. Debisi ölçülmek istenilen akış hattı üzerine monte edilir. Kütle akış hızı çıkışları gerekli olursa o zaman kütle akış değerini bulmak üzere türbin tipi akış cihazı için başka değerler gerektirir. Mutlak basınç, basınç farkı, sıcaklık ve viskozite değerleri gibi fiziksel proses ölçümlerini içeren manuel veya bilgisayarlar ile yapılan hesaplamalar, gerçek akış hızını hesaplamak için çıkış sinyaline uygulanmalıdır. Eğer sızdırmaz rulmanlar kullanılmaz ise rulmanların kirlenmesini önlemek için temiz akışkanların kullanılması gerekir.

11 11 Türbinli akış ölçer Girdaplı (Vortex) Sayaçları Akışkan, bir akış elemanı üzerinde aktıkça akış elemanın her iki tarafında akış aşağı kısmında alternatif olarak girdap oluşur. Girdapların frekansı akışkan hızı ile doğru orantılıdır. Girdap oluşumu Girdaplı akış ölçerler de pervaneli ve türbinli akış ölçerlerle benzer şekilde çalışır. Bu cihazda pervane veya türbin yerine rotor adı verilen döner eleman kullanılır. Rotor akışkan içinde yüzer. Bu durum akış ölçerin parçaları üzerindeki aşınmayı azaltır. Rotor

12 12 bir mil aracılığıyla sayaca bağlanmıştır. Akış hattındaki akış miktarı ne kadar fazla ise rotorun dönüş sayısı da o kadar fazladır. Bu dönüş sayısı, cihazın göstergesinden debi değeri olarak okunur. Girdapların frekansını ölçmek için çeşitli algılama metotları kullanılabilir. Kütle akış hızı çıkışları gerekli olursa o zaman kütle akış değerini bulmak üzere girdap akıntı tipi akış cihazı için diğer değerlerin okunmasını gerektirir. Mutlak basınç, basınç farkı, sıcaklık ve viskozite değerleri gibi fiziksel proses ölçümlerini içeren manuel veya bilgisayarlar ile yapılan hesaplamalar, gerçek akış hızını hesaplamak için çıkış sinyaline uygulanmalıdır. Girdaplı sayaç ve çalışma prensibi Vorteks akış ölçerler yüksek sıcaklıktaki gaz ve buhar dâhil olmak üzere çok sayıdaki akışkan tipi için uygundur. Bu akış ölçerler Reynould sayısı, gazlar için 2x103 ile 1x105 arasında ve sıvılar için 4x103 ile 1,4x105 arasında olacak şekilde geniş uygulama alanlarına sahiptir. Cihaz çıkışları, akışkanın yoğunluğu, sıcaklığı ve basıncından bağımsızdır. Ölçülen Vorteks akış ölçer

13 Diyaframlı Akış ölçerler Diyaframlı akış ölçerler akışkanların hızını ölçmek için en yaygın olarak kullanılan ölçme cihaz tipleridir. Bu ölçme cihazları, akışkan akışına engel olunarak basınç farkı oluşturulup ölçülmesi prensibine dayanmaktadır. Bu tür akış ölçerlerde akışkan akışı dolaylı yoldan ölçülmektedir. Kullanılan akış ölçer cihazının tipi ve borunun çapına bağlı olarak ispatlanmış ve kabul edilmiş dönüşüm katsayıları kullanılarak basınç, farkı ölçümü hacim hızına çevrilebilir. ölçerler basit, güvenilir ve diğer akış ölçerlere göre esnektir. Genelde iki bileşenden oluşur. yerleştirilir. Bu özel akışkana ya da uygulamaya göre uygun seçilmelidir. farkını ölçer ve alanda kontrol ölçüm cihazına sinyal gönderir. Bu bileşen gerekli sinyal iletiminin tipine göre seçilir. ölçerler aşağıdaki şekilde gruplanabilir: borulu ölçerler Orifis Plakalı Ölçerler Akışkanın akımını ölçmek için kullanılan orifis plakalı ölçerler içerisinden akımın geçtiği delikli bir plaka olarak dizayn edilmiştir. Plaka üzerindeki delik orifis olarak adlandırılmaktadır. Orifis plakanın akış yukarı kısmında ve akış aşağı kısmında birer tane tapa bulunmaktadır. Plaka, merkezinde belli boyutlarda yuvarlak bir delik açılmış çelik levhadan oluşur. Buna merkezi delik levha denir. Bu levha normal olarak boru donanımında birbirine eklenecek iki boru flanş yüzeyleri arasına monte edilerek sıkıştırılır. Orifis plaka

14 14 Akışkanın hızı, orifisten geçtiği sırada boru hattının diğer kısımlarındaki hızından daha fazladır. Akış hızı arttıkça basınç düşer. Bu nedenle en yüksek akış hızına sahip orifis aynı zamanda en düşük basınca sahiptir. Orifis plakası, plakanın iki tarafı arasında basınç farkına neden olur. Orifis plakalı ölçer ve yapısı Akış miktarı yani debi arttıkça orifis plakasının iki tarafı arasındaki basınç farkı da artar. Orifis plakasının iki tarafı arasındaki basınç farkını ölçen manometre veya bir düzenek kurulur. Ölçülen basınç farkı skaladan akış miktarı olarak okunur. Orifis plakası ve çevre donanımı

15 15 Orifis plakalı ölçerlerin avantajları dana gelir. Bu çökelti oluşumu hem akışın zorlaşmasına hem de akış miktarı değerinin yanlış okunmasına neden olur. takdirde yanlış ölçüm yapılmasına neden olur Akış Memeli Ölçerler Akış memeli (akış nozulu) akış ölçerler orifis akış ölçerlerle aynı prensibe göre çalışır. Ayrıca venturi tüpündeki bir varyasyon olduğu varsayılabilir. Nozul açıklığı akıştaki eliptik bir sınırlamadır. Ancak basıncın geri kazanımı için çıkış bölgesi yoktur. Basınç tapaları, ½ boru çapı kadar akış aşağı ve 1/1 boru çapı kadar akış yukarı yerleştirilir. Akış nozul ve çalışma prensibi Orifis plakadaki dar boğaz yerine burada akış memesi kullanılır. Orifis plakasındaki keskin kenarları burada olmadığı için yıpranma ve basınç düşüşü daha azdır. Ancak maliyeti daha fazladır ve montajı daha zordur.

16 16 Akış nozul Akışkan, memeden akarken hızı artar ve basıncı azalır. Aynı şekilde oluşan basınç farkını ölçmek için basıncı ölçen bir araç gerekir. Bu herhangi bir tip manometre olabilir. Akış memesinin tıkanması orifis plakasına nazaran daha zordur. Akış hızı yeterince yüksekse tıkanmaya sebep olabilecek herhangi bir şeyi sürükleyerek götürebilir. Akış nozulu ve manometre Akış nozulu (memesi) yüksek sıcaklıktaki buhar akışı gibi türbülansın oldukça büyük olduğu (Reynolds sayısı üstünde) durumda kullanılan yüksek hızlı bir akış ölçme cihazıdır. Bir akış nozulundaki basınç düşüşü ventüri tüpünün basınç düşüşü ile orifis plakalı tipin basınç düşüşü arasındadır. Yani %30 ile %95 arasındadır.

17 Venturi Borulu Ölçerler Bu ölçme cihazında akışkan, açılı, genişleyen koniden geçirilerek ivmelendirilir. Boğaz ile koninin akış yukarı kısmında bulunan ucu arasındaki basınç farkı ölçülür ve akış hızı sinyali elde edilir. Daha sonra akışkan daha küçük açılı (5-7 ) bir konide yavaşlatılır. Burada kinetik enerjinin büyük bir kısmı basınca dönüşür. Alandaki yavaş azalmadan dolayı ventüri daralması yoktur ve boğazdaki akış bölgesi minimumdur. Bu nedenle küçülme katsayısı 1 dir. Venturi ilkesine göre hız ile basınç ters orantılıdır. Yani bir akış hattındaki akışkanın hızı artırılırsa basıncı düşer. Aynı şekilde hız azaltıldığında da basınç artar. Ventüri borulu ölçer Venturi borulu akış ölçerlerde normal akış hattı ile venturi borusundaki akışkanın basınç farkı ölçülür. Akışkan hareketi olmadığında her iki noktada da basınç değerleri aynıdır. Akışkan hareketinin başlamasıyla beraber kollar arasında basınç farkı oluşmaya başlar. Akış hızı ne kadar fazla ise basınç farkı da o kadar fazladır. Cihazın göstergesi bu basınç farkını ölçerek akış miktarı olarak gösterecek şekilde kalibre edilmiştir.

18 18 Ventüri borulu ölçerin iç yapısı Orifis plakası sahip olduğu keskin kenarlar nedeniyle çabuk yıpranır. Ayrıca oldukça fazla basınç kaybı meydana gelir. Akış memesi de daha az olmakla birlikte aşınma ve basınç düşümüne maruz kalır. Bu olumsuzluklara karşı daha dayanıklı ve daha az basınç düşüşüne yol açan venturi borulu akış ölçerler kullanılır. Venturi akış ölçerler akış hızının çok yüksek olduğu proseslerde tercih edilir. Avantajları Dezavantajları -hız ilişkisi vardır. pahalıdır. gereklidir. Venturi akış ölçerler gaz ölçümünde kullanılmasına rağmen çoğunlukla sıvılar için kullanılmaktadır. Venturi tüpü uygulamaları genelde alçak basınç düşüşü ve yüksek doğruluklu değerleri gerektiren uygulamalar ile sınırlıdır. Bu uygulamalar genelde atık işlem tesislerinde kullanılanlar gibi çapı büyük olan borularda kullanılır. Çünkü yavaş yavaş eğimleşen şekli katı maddenin akmasına olanak verir. Venturi borulu ölçer ve kullanım alanı

19 Değişen Alanlı Akış Sayaçları Bu ölçme cihazları, basınç düşüşünün nerede ise sabit olduğu cihazlardan oluşur. Akışkanın aktığı alan, akış hızına bağlı olarak değişir. Alan, uygun kalibrasyon yapılarak akış hızı ile ilişkilendirilir Rotometre Rotometreler, akışkanın akışında akış hattına düşey olarak yerleştirilmiş bir konik cam tüp ve içinde serbest hareket edebilen cam tüpün tabanı ile aynı büyüklükte bir ağırlıktan (yüzer eleman-şamandıra) meydana gelir. Akışkan, konik cam tüpün dar kesitli kısmından girip bu tüp içerisinde yukarıya doğru tüp duvarı ile ağırlık arasındaki halkasal boşluktan akar ve ağırlık ya da yüzer elemanı akış miktarına bağlı olarak yukarı doğru hareket ettirir. Ağırlık akış gösterici elemandır ve akış hızı arttıkça yukarı çıkmaya devam eder. Rotometre ve çalışması Rotometre çalışma prensibi

20 20 Tüpün çapı camın en üst noktasında, en alt noktasından daha büyük olduğundan ağırlık alt ve üst yüzeyler arasındaki basınç farkından dolayı dengelendiği noktada kalır. Cam tüp içinde akış miktarını gösteren seviye bölüntüleri vardır. Akış hızı doğrudan camın üzerindeki ölçekten okunur. Gözlenen ölçek değerini akış hızına dönüştürmek için bir kalibrasyon eğrisi kullanılmalıdır. Rotometreler gaz ve sıvı akış ölçümleri için kullanılmaktadır. Genelde temizleme akışları ve seviyeleri için kullanılır. Rotometre (cam tüp) Bazı durumlarda yüzer elemanın seviyesini algılamak ve akış sinyalini iletmek için otomatik bir algılama cihazı kullanılır. İletim yapan bu rotometreler genelde paslanmaz çelikten ya da çeşitli akışkan uygulamaları ve daha yüksek basınç değerleri için başka maddelerden (metallerden) yapılabilir.

21 21 Metal tüp rotometre Rotometreler,1/4 inçten 6 inç in üstündeki değerlere kadar değişen boyutlarda olabilir. Rotometreler, %2 doğruluğa sahip bir orifis plakadan daha geniş bir akış bandını ölçer. Camdan yapılanlar 300 psig (1 psig 1,082 bara eşittir.) maksimum çalışma basıncını ölçer. Rotometrenin avantajları ölçerlerin doğruluğunun kontrolünde kullanılır. Rotometrenin Dezavantajları olması durumunda kullanılabilir Gatemetre Gatemetreler laboratuvar kanalı veya savak şeklinde tasarlanmış akış kontrol ve ölçüm için kullanılan akış ölçerlerdir. Akış hızını tespit etmek için akışkanın kanaldaki bir engelden geçerken sıvının yüksekliğini ya da yükünü ölçmektir. Gatemetrelerde

22 22 kanallar ve savaklar su akışını karakterize etmek için tasarlanmıştır. Laboratuvar kanalı ve savak tipinin seçilmesi uygulamaya göre değişir. Kanallar akış hızına, kanalın biçimine ve akışkan yapısına bağlıdır. Bu cihazlarda akışı ölçmek için kullanılan metot kesite bir kısıtlama getirmektir. Kesitte aşağı yukarı ve akış aşağı kısımda akan hacim sabitken kanalda akan sıvı yükselmelidir. Yükselme ölçülerek akış hızı elde edilebilir Gilflo Sayaçlar Gilflo akış ölçerler iyi dizayn edilmiş yaylı değişken alan prensibi kullanarak çalışır. Halka şeklinde bir deliğin alanı özel olarak geliştirilmiş bir koni hareketiyle değişmektedir. Debi arttıkça, profilli koni orifis alanını değiştiren hassas yay a karşı yönlendirilir. Koni bir ağır hassas yay direncine karşı eksen el hareket eder. Bu olay gilflo borusunda basınç farkı oluşturur. Koni ve delik boyunca edilen basınç farkı, akış hızı elde etmek için çok değişkenli verici ya da DP verici kullanılarak ölçülür. Gilflo sayacın kurulumu ve ayarının doğru Gilflo ve çalışma prensibi Gilflo ve çevre donanımı

23 Dahl Tüplü Sayaçlar Dahl tüpü çok az kullanılan bir akış ölçer tipidir. Bu cihaz, iki çıkış hattı ihtiva eden bir boru dirseğinden ibarettir. Dahl tüpünün çalışması santrifüj (merkezkaç) kuvvetinin bir eğri kavisinin dışında, kavis içine oranla daha büyük olması prensibine dayanır. Hız arttıkça santrifüj kuvveti de artar. Basınç, kavisli dirseğin dışında daha fazladır. Dirseğin iç kısmı alçak basınçlı kolu oluşturur. Bu iç ve dış kısımlar arasındaki basınç farkı ölçülerek dirsekten geçen sıvının debisi bulunabilir. Basınç farkı ne kadar fazla ise debi o kadar fazladır. Şekil 1.18: Dahl tüplü akış ölçer Basınç farkı, içinde cıva bulunan U tüp yardımı ile okunur. Akış hızı ne kadar fazla ise U tüpün kolları arasındaki seviye farkı o kadar fazladır. Bölüntüler yardımı ile basınç farkı, dolayısı ile akış hızı okunabilir Ultrasonik Akış ölçerler Ultrasonik ölçme cihazı suyu, atık suyu, hidrokarbon sıvıları, organik ve inorganik kimyasal maddeleri, sütü, birayı ve madenî yağların akış hızını ölçebilmektedir. Temel şart olarak akışkanın ultrasonik olarak iletken olması ve oldukça iyi bir akışa sahip olması gerekir. Kenetli ultrasonik akış ölçme cihazları proses ortamı ile herhangi bir temas olmadan borudan geçen akışı ölçmektedir. Sıvı uygulamalarında doppler ve iletim süreli akış ölçme cihazları olarak iki çeşit ultrasonik ölçme cihazı bulunmaktadır. Her iki tür cihaz ilgili birimleri ile birlikte kenetli algılayıcıları kullanabilir ve prosesi durdurmadan borudaki akışı kesmeden maddenin akış hızını tespit edebilir. Ultrasonik ölçme cihazlarında transdüserler iki şekilde monte edilebilmektedir. Akış yukarı ve akış aşağı kısımdaki ultrasonik transdüserler borunu karşıt taraflarına (köşegen mod) veya aynı tarafına (yansıma modu) olarak monte edilebilmektedir.

24 24 Köşegen modu Yansıma modu Ultrasonik akış ölçerlerde akışın sıfır olması durumunda gönderilen sinyal herhangi bir sapmaya uğramadan geriye yansır. Şekilde görüldüğü gibi borunun bir kenarında ses dalgaları boru içerisine açılı bir şekilde gönderilir, bu dalgalar yansıtıcıdan yansıtılarak gönderilme açısına uygun bir toplama açısı ile alıcıda toplanır. Boru içerisinden sıvının akmasıyla vericiden gönderilen ses dalgaları ile alıcının algılanması arasında geçen süre değişir. Bu değişim direkt sıvı akışı ile ilgilidir. Verici ile alıcı arasındaki değişim süresi akış hızıyla lineer bir değişim gösterir. Bu değişim göstergede akış hızı olarak kalibre edilir. Pahalı olmasına karşılık hassas ve kullanışlı bir cihaz olması, akışı çift yönlü ölçebilmesi, herhangi bir basınç düşümüne sebep olmaması bir avantajdır. Ultrasonik akış ölçümü gazlarda kullanılamamaktadır. Ultrasonik akış ölçerler elektrikli bir sinyal taşımadığından parlama ve patlama etkisi oluşturmaz. Bu özelliklerinden dolayı gerek petrokimya ürünlerinin akışının ölçülmesi gerekse yanıcı ve parlayıcı gazların ölçülmesinde çokça kullanılır. Günümüzde üretilen sensörler bu işi oldukça yüksek çözünürlükte yapma imkânı sağlamaktadır. Nehirlerin akış hızlarının ölçülmesinde yapılan özel savaklar yardımı ile ultrasonik akış ölçerler kullanılmaktadır.

25 25 Ultrasonik akışölçer Uygulama alanları iyileştirme, çamurlu su ve proses suyu pompalama kullanılmak üzere debi ölçümü 1.7. Elektromanyetik Akış ölçerler Manyetik akış ölçümü Faraday ın elektromanyetik indüksiyon kanuna göre çalışmaktadır. Bir mıknatısın iki kutbu arasında bir manyetik alan meydana gelir. Manyetik alan içinde hareket eden cisimler de elektrik akımı oluşturur. Manyetik alan oluşumu

26 26 Elektromanyetik akış ölçerler akışı ölçülmekte olan maddeyi elektriksel alarak iletken olması şartı ile birçok sıvıya ve bulamaca uygulanmaktadır. Akış tüpü doğrudan borunun içine monte edilir. Elektromanyetik akış ölçer seri bağlı iki bobine sahiptir. Bobin enerji kazandığı zaman, sıvı etrafında akım etkisi ile bir manyetik alan oluşturur. Boru kenarına iki iletken elektrot sıvı akışına ve manyetik alana dik olarak yerleştirilir. Boru içerisindeki sıvı akışkanın hız değişimi, manyetik alanda etki yaparak değişimi elektrotlara iletir, elektrotlar da ölçü aletine sinyal gönderir. Ölçü aletinin almış olduğu sinyalle göndermiş olduğu değişim, akış hızının değişimi ile lineer bir değişim gösterir. Elektromanyetik akış ölçümü prensibi Elektromanyetik akış ölçerin kısımları Elektromanyetik akış ölçerler elektriksel iletkenliği çok küçük olan hidrokarbonlar dışında çok çeşitli sıvıların (kirli sıvılar, hamurlar, asitler, ince çamurlar ve alkaliler vb.) hızını ölçebilir. Ancak iletkenliğin 1μohm/cm'den büyük olması zorunludur. Bu ölçme

27 27 cihazları akışa müdahale eden cihazlar değildir. Bu cihazlar, akışkanda basınç düşüşüne neden olmaz. Akış hızı tüpün dışından olur. Elektromanyetik akış ölçerlerin avantajları 0,5) ve tutarlılık seviyesine sahiptir. doğruluk (< ±% değişkenliklerden hemen hemen etkilenmez. engel değildir. Elektromanyetik akış ölçerlerin dezavantajları eten yüksektir. kullanılması gerekir. ölçerlerde elektriği iletmeyen (yalıtkan) sıvıların debisinin ölçülmesi mümkün değildir. Elektromanyetik akış ölçer

28 28 2. SEVİYE KONTROLÜ Seviye ölçümü yapmak aslında ölçülecek nesnenin miktarını öğrenmektir. Proses kontrol amacıyla üretimde takip edilen dört ana değişkenden birisi de seviyedir. Özellikle sıvılarda miktar ölçümü hacim olarak yapılır. Hacim ölçümü ise sıvıların bulunduğu kapların fiziksel boyutları ile hesaplanabilmektedir. Taban alanı belli olan bir su kulesinde suyun yüksekliğini doğru olarak ölçebilir ve suyun miktarını bulabilirsiniz. İşte bu nedenlerden dolayı seviye ölçümü; sıvı miktarlarının ölçülmesinde, tanecikli katıların miktarlarının ölçülmesinde oldukça önemlidir. Seviye ölçümü uygulamaları, endüstride çok önemli bir yere sahiptir. Uygun seviye ölçüm metodunun belirlenmesi kritiktir. Zira her yöntem her uygulamada kullanılamaz. Seviye ölçüm yöntemi, seviyesi ölçülen maddenin cinsi ve sıcaklığı, tankın basınçlı veya atmosfere açık oluşu, tankın boyut ve konumu istenen hassasiyet değeri, mekanik veya elektriksel bağlantı koşulları, maliyet beklentisi gibi parametrelere göre değişiklik göstermektedir Tanımı Seviye kontrolü maddenin seviyesinin, referans nokta ile istenilen seviyede veya istenen seviyeler arasında tutulmasıdır. Seviye kontrolü yapılacak maddenin seviyesinin değişimi çeşitli yöntemlerle veya algılayıcılarla sürekli olarak ölçülür. Bu ölçülen bilgiler bir sisteme veya kontrolöre gönderilir. Sistem veya kontrolörde belirlenmiş programa göre seviye istenilen değerlerde tutulur Seviye ölçerler Seviye kontrolü uygulamalarında, birçok eski ve geleneksel metot hâlen kullanılıyor olmasına rağmen seviye ölçümüne genel bir bakış açısı oluşturmak ve farklı yöntemler olduğunu bilmek de gereklidir.

29 29 Seviye sensörleri iki grupta incelenebilir: Seviyeölçer ve donanımı Noktasal seviye kontrolünde kullanılan seviye sensörleri: Seviye sensörleri genellikle temaslı enstrümanlardır ve kabın içerisindeki ürünün belirli bir noktadaki varlığının veya yokluğunun belirlenmesi için kullanılır. Nereye monte edildiklerine bağlı olarak kabın, tankın, deponun dolu, boş veya aradaki bir seviyede olduğunun sinyalini verir. Bu tip seviye sensörlerin bazıları, ultrasonik sensörler, kuru ve katı malzemeler için pedallı seviye sensörleri, kapasitif problar, iletken problar, hem sıvı hem katı malzemelerde kullanılan titreşim probları, yatay veya dikey olarak monte edilen tekli veya çoklu şamandıralı seviye sensörleridir. Sürekli tip seviye sensörleri: Diğer konu başlığında detaylıca anlatılmaktadır Sürekli Ölçüm Sağlayan Yöntemler Temaslı veya temassız enstrümanlardır. Temaslı enstrümanların içerisinde, yük hücreleri, hidrostatik basınç sensörleri, kapasite probları, rölelerin çekilip bırakılması prensibi ile çalışan elektromekanik cihazlar, radar ve manyetostriktif (mıknatıssal büzülme) prensibi ile çalışan cihazlar bulunur. Temassız sürekli seviye sensörleri ise ultrasonik, açık hava radarları, lazerli veya nükleer seviye sensörlerini içermektedir.

30 Gözetleme Geyçleri (Ölçme Aleti ) Saydam borular ile seviye ölçümü yapmak için kullanılan gözetleme geyçlerinden en çok kullanılanı seviye camlarıdır. Diğerleri ise yansıtıcı (refleks) cam seviye göstergesi ve transparent tip seviye göstergeleridir. Seviye camları: En basit seviye ölçme kabıdır. Bileşik kaplar ilkesine göre çalışır. Tank kenarına monte edilen cam borudaki seviye ile tank içerisindeki malzemenin seviyesi aynı olduğundan seviye, tank dışarısından kolaylıkla izlenebilir. Bu yöntemle, sisteme herhangi bir mekanik veya elektronik müdahale olmadığından yalnızca görsel olarak seviye kontrolü yapılabilmektedir. Tank içindeki sıvı seviyesi ile paralelindeki gösterge kolu (seviye camı) içindeki sıvı seviyesi aynıdır. Yapıları basittir ve iyi sonuç verir. Seviye camı üzerindeki bölüntüler yardımıyla tank içindeki sıvı seviyesi okunur. Yüksekliği az olan tanklar için kullanımı daha pratiktir. Yüksek tanklar için ise uzun seviye camları gerekir. Gösterge kolu camdan yapıldığı için kırılgandır. Gözetleme camı seviye göstergesi

31 31 Seviye camları ve çalışma prensibi Yansıtıcı (refleks) cam seviye göstergesi: Göstergeler, sıvı ve gaz fazlarında ışığın farklı kırılması neticesi su ve buharın refleks camda farklı parlaklıkta görülmesi esası ile çalışır. Sıvı akışkan ışığın yutulmasından dolayı koyu renk, buhar ise ışığın tekrar yansımasından dolayı parlak olarak görülür. Bu tip seviye göstergelerinin, transparent ve diğer göstergelere göre daha düşük ilk yatırım ve işletme maliyeti vardır. Ancak bu tip seviye göstergelerinde iki sıvı arasındaki ayırma yüzeyi, sıvının rengi gözlenemez. Ayrıca yüksek basınçlı buhar uygulamalarında ve camı aşındırabilecek proses akışkanlarında (yüksek sıcaklık alkalin çözeltileri veya hidroklorik asitler gibi) camı korumak için mika kullanımı gerektiğinden refleks cam uygun değildir. Bu uygulamalarda transparent tip seviye göstergeleri kullanılır. Yansıtıcı (refleks) cam seviye göstergesi ve çalışma prensibi

32 32 Saydam boru kullanarak seviye ölçüm prensibi ve çeşitli saydam borular Yansıtıcı (refleks) cam seviye göstergesi Transparent tip seviye göstergeleri: Transparent tip seviye göstergeleri, arasında akışkan bulunan birbirine paralel iki düz transparent camdan oluşmaktadır. Akışkan seviyesi, iki akışkanın farklı ışık geçirgenliğinin sonucu olarak gösterilir ve buharda ise sıvı ve buhar ayırma yüzeyi gösterge arkasından gelen ışık kaynağı ile eliptik formda görülür. Transparent tip seviye göstergeleri hemen hemen tüm akışkanlar için uygundur. Bu tip seviye göstergelerinde aşındırıcı ortamlarda mika vb. koruyucu kullanılabilir. Sıvı rengi ve iki sıvının ara yüzeyi gözlenebilir. İlk yatırım maliyetleri refleks tiplere oranla daha yüksektir.

33 Şamandıralı Cihazlar Şamandıralı cihazlar kullanım şekillerine göre farklılıklar gösterir. Üç çeşitte incelenebilir. Bu tip seviye ölçerlerde şamandıra bir şerit vasıtasıyla bir makaraya bağlanmıştır. Bu makara sağa sola döndükçe üzerine tespit edilmiş ibreyi de hareket ettirir. İbrenin hareket ettiği miktar bir skala boyunca seviye karşılığı olarak ölçümlendirilmiştir. Makaranın bir yere takılması ya da yükselen seviyeye rağmen dönüş yapmaması, şamandıra ile makara arasındaki ipin gergin olmaması gibi durumlar yanlış değer okunmasına neden olur. Bu sebeple şeridin boşta kalan ucuna bir denge ağırlığı bağlanır. Bu denge ağırlığı şeridin gerginliğini ve makaranın dönebilmesi için gerekli baskıyı sağlar. Şamandıra, tank içindeki sıvının çeşitli nedenlerle dalgalanması ile tank çeperine doğru sağa sola sürüklenebilir. Bu durumda şeridin okunan uzunluğu gerçek değerden fazla olacaktır. Tank içindeki sıvının seviyesi olduğundan daha düşük ölçülür. Bunu önlemek için şamandıranın dik hareket etmesini sağlayan kılavuz teller kullanılır. Bu tür seviye ölçerlerde karşılaşılabilecek sorunlar şunlardır: Şeritli şamandıralı seviye ölçer

34 34 Şamandıra çeşitleri göstergeler Bu tür seviye ölçerlerde şamandıra bir şerit ya da makaraya değil de bir kola bağlanmıştır. Sıvı seviyesi değiştikçe manivela bir ibreye bağlı olan mili büker. Mil döndükçe bağlı olduğu ibreyi seviye skalası üzerinde döndürür. Tankın içindeki sıvı ibre kenarlarından sızıntı yapabilir. Bunu önlemek için mille gösterge arasına salmastra kutusu konur. Kollu şamandıralı göstergeler

35 Kapasitans Sondalar Bu yöntemde kapasitans probları (kondansatörler) kullanılır. Kondansatör, bir yalıtkanla ayrılmış iki iletkenden oluşur. İletkenler plaka ve yalıtkan da dielektrik olarak adlandırılır. Kondansatör elektrik yükünü kabul eder ve depolar. Bir kondansatör bir bataryaya bağlandığında elektronlar bataryanın negatif ucundan kondansatöre doğru akacak ve kondansatörün karsı plakasındaki elektronlar bataryanın pozitif ucuna doğru akacaktır. Bu elektron akısı kondansatör üzerindeki gerilim uygulanan gerilime eşit olana kadar devam edecektir. Kondansatör Kondansatörün kapasitesi, iletkenlerin alanı ve birbirlerine olan uzaklıklarından başka, aradaki sıvının dielektrik katsayısına bağlıdır. Bu özellik kondansatörün seviye ölçümünde kullanılmasını sağlar. Plakalar, doğrudan tanka daldırılır. Seviye yükseldikçe plakalar arası sıvı ile dolar. Bu durum dielektrik katsayısının değişmesine ve dolayısıyla kapasitenin değişmesine neden olur. Kapasitedeki değişimi ölçülerek seviyedeki değişimi ölçebiliriz.

36 36 Kondansatör ile seviye ölçümü Basınç Algılayıcılar Sıvı seviyesinin sürekli ölçümünde en eski ve sık kullanılan yöntemlerden biri de kabın içerisindeki sıvının tabana uyguladığı basıncın ölçümüdür. Basınç sensörleri aynı zamanda tank içindeki sıvının derinliğini ölçmede de kullanılabilir. Bu sensörler sıvı sütunun tabana yaptığı basınç ölçülerek seviyenin algılanmasına olanak sağlar. Bir kap içindeki sıvı, yüksekliği ve yoğunluğuna bağlı olarak zemine basınç uygular. Sıvıların yükseklikleri tabana yaptıkları basınçla doğru orantılıdır. Sıvı yükseldikçe bulundukları tabana uyguladıkları basınç değeri de artar. Bu metotta tank içindeki sıvının yoğunluğunun bilinmesi gerekir. Suyun yoğunluğu 1 g/cm³tür. 1,0 m yüksekliğindeki su tabanına 0,1 kg/cm²lik bir basınç uygular. Ancak yoğunluğu 13,6 g/cm³ olan cıva ise 1,0 m lik yükseklikte 1,36 kg/cm²lik basınç uygular. Tankın tabanına bir basınçölçer bir değer verir. Ölçülen basınç değeri sıvının yoğunluğuna bölündüğünde tank içindeki seviye bulunmuş olur. L: Seviye P: Ölçülen basınç değeri D: Sıvının yoğunluğu Örnek: İçerisinde su (d=1 g/ cm³) bulunan bir tankın tabanındaki basınç 0,4 kg/cm² olarak bulunmuştur. Tank içindeki su seviyesini bulunuz. Çözüm: P = 0,4 kg/cm2 = 400 g/cm2 D=1 g/cm3

37 37 Basınç yardımıyla seviyenin bulunması Mikrodalga Algılayıcılar Yüksek frekanslı mikrodalga darbeleri kablo veya çubuk boyunca yönlendirilir. Bu darbeler ürün yüzeyi tarafından yansıtılır ve elektronik modüller tarafından algılanır. Bu ölçüm prensibi sayesinde, ürün ile ilgili sürekli bir ayar gerekmez. Cihazlar önceden istenilen prob ayarlarına göre belirlenmiştir. Kablo veya çubuk çeşitleri yerel olarak farklı şartlarda uygulanabilir. Avantajları altında bile çalıştırılması ölçüm doğruluğunu etkilemez. unluk değişiklikleri, farklı granül boyutları veya akışkanlık derecesi doğruluğu etkilemez. için herhangi bir sorun teşkil etmez. kimleri ve yapışmalar ölçüm sonuçlarını etkilememektedir Ultrasonik Algılayıcılar Ultrasonik insan kulağının duyabildiği frekansta yer alan sesin hemen üstünde bulunan yüksek frekanslardaki sese verilen isimdir. Bu frekans aralığı KHz

38 38 arasındaki bir başka deyişle genlik modülasyon bandının hemen altındaki frekanslarda yer almaktadır. Bu bilginin ışığında içinde sıvı bulunan tanktaki seviye ultrasonik ses dalgaları yardımıyla bulunabilir. Tankın üstüne yerleştirilen transdüser içerisindeki piezoelektrik kristal, elektriksek sinyalleri belirli bir frekans ve sabit hızla ortam içerisinde dalgasal olarak hareket eden ses enerjisine dönüştürür. Ses dalgaları yayılır ve eko olarak transdüsere (Transdüser, bir enerji biçimini başka enerji biçimlerine dönüştüren cihazdır.) geri döner. Sıvı yüzeyine gönderilen ultrasonik dalganın sıvı yüzeyine ulaşması ve yüzeyden yansıyıp detektöre ulaşması belli bir zaman alır. Cihaz, basitçe dalganın yayılmaya başlamasıyla, yüzeyden yansıyarak geri dönmesi arasında geçen süreyi ölçer. Bu süre, transdüser ile seviyesi ölçülmek istenen malzemenin yüzeyi arasındaki uzaklıkla doğru orantılıdır ve malzemenin seviyesinin ölçülmesi için kullanılabilir. Ultrasonik algılayıcılar ve prensibi Şekilde bir ultrasonik seviye algılama sisteminin basitleştirilmiş blok seması görülmektir. Çalışma sırasında, iletilen ultrasonik işaret transdüser yüzünden sabit bir uzaklıkta bulunan bir referans yansıtma ucundan yansıtılır ve transdüser yüzüne dönüşünde bir elektriksel işarete dönüştürülür.

39 39 Ultrasonik seviye algılayıcısının blok şeması Ultrasonik seviye algılayıcıları eko kaydetme ilkesine benzer tek sensörlü sistemlerle sınırlı değildir. Daha kullanışlı sistemlerde belirli bir aralıkla yerleştirilmiş verici ve alıcı bulunmaktadır. Sekil de bir çift sensörlü tasarım görülmektedir. Boşluk sıvıyla dolduğunda, sensör boşluğundan karsıya gönderilen ultrasonik işaret alıcı kısmında elektriksel işarete dönüştürülür ve kontrol biriminde yükseltilerek bir röleyi enerji kazandırır. Sıvı sensör boşluğunun altına düştüğünde işaret değişir. Böylece elektriksel işaret azalır ve rölenin enerjisi kesilir. Ultrasonik çift sensör Bu özel sensör kalın, viskoz, köpüklü sıvılar ve yüksek sıcaklıklardaki sıvılarla çalışmak için çok iyi bir seçimdir. Çıkış işaretinin enerji kazandığında röleler seviye göstergeleri, kaydedicileri, denetim aygıtları, pompalar ve diğer seviye bilgisi işleme donanımını çalıştırmak için elektriksel işaret sağlar. Basit eko aygıtlarının tersine, ultrasonik sistemler genellikle sensör yüzünde sıvı birikmesinden, yapışkan damlacıklardan, köpük, buhar ve viskozite değişimlerinden etkilenmez. Ultrasonik aygıtların çoğu sıcaklık ve basınç için otomatik kompanzasyona

40 40 sahiptir. Ultrasonik seviye ölçümlerinde, sesin havadaki yayılma hızı da bilindiğine göre sıvı seviyesi şu şekilde bulunabilir. L: Tankın içindeki sıvı seviyesi h: Tank yüksekliği (metre) T. Zaman (saniye) V: Sesin havadaki hızı (340 m/sn.) Örnek: 10 m yüksekliğindeki bir sıvı tankında ultrasonik metot ile seviye ölçümü yapılmaktadır. Ölçüm sonucunda ses dalgasının gidiş-dönüş süresi 0,02 sn. olarak ölçülmüştür. Tank içindeki sıvı seviyesini bulunuz. Çözüm: L=10-(0,02 / 2 x 340) L=10-3,4 L= 6,6 m olarak bulunur Kısa Aralıklı Algılama Veren (Ölçüm Sağlayan) Yöntemler Kısa aralıklı algılaması veren seviye ölçerleri çalışma prensiplerine göre aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir: Manyetik Yöntemler Temel olarak sıvının kaldırma kuvvetinin kullanıldığı görüntülü ölçüm yöntemidir. Birleşik kaplar prensibi gereği, tank ile manyetik seviye göstergesi içerisindeki sıvı seviyeleri aynıdır. Gösterge gövdesi içine yerleştirilen ve her sıvının yoğunluğuna bağlı olarak kaldırma kuvvetine göre tasarlanan şamandıranın içerisindeki mıknatıs, ana gövdenin dış yüzeyine yerleştirilmiş gösterge içerisindeki mıknatıs ihtiva eden sezgi elemanlarını etkiler ve seviyenin yükselmesi veya alçalması sırasında sezgi elemanlarının sıra ile dönmesini sağlar. Sezgi elemanlarının farklı renklerde olan iki yüzü sayesinde de seviye bilgisi tank dışarısından kolaylıkla izlenebilir. Gövdenin üzerine yerleştirilen sıralı reed röleler yardımıyla sürekli seviye bilgisi analog sinyale dönüştürülebilirken yine gövde üzerine istenen noktalara yerleştirilecek reed kontaklar sayesinde noktasal seviye kontrolü de yapılabilmektedir.

41 41 Manyetik seviye ölçümü Manyetik seviye göstergeleri tank, kazan ve depoların yan ve üst yüzeylerine monte edilir. Seviyeyi kolaylıkla ve yüksek doğrulukla görme imkânı vardır. Yüksek basınçlı tanklarda ve kazanlarda seviye ölçümü uygulamalarında kullanılabilecek en ekonomik ve sık rastlanan yöntemlerden biridir. Ekonomik oluşu, bakım ve montaj kolaylığı ve değişik montaj şekilleriyle kullanıcısına avantaj sağlar Elektrikli Yöntemler Ölçüm sırasında elektrik sinyali kullanılarak ölçme işlemi gerçekleştiren yöntemdir. Elektriksel yöntemle ölçme işlemi yapan algılayıcı tipleri aşağıda anlatılmıştır: İletkenlik tip seviye şalterleri: Temel olarak düşük voltaj kaynağı ile (genellikle < 20 V) elektrik akımını iletebilen malzemelerin iletkenliğinden yararlanılarak seviye ölçümü yapılır. Yani bu cihazla elektriği iletebilen sıvıların seviyeleri ölçülebilir. İki elektrot kullanılır. Elektrotlardan biri sıvının sürekli içinde durur. Diğer elektrot ise bir üst seviyeye ulaşıldığında sıvının içinde, bir alt seviyeye ulaşıldığında sıvının dışında kalacak şekilde yerleştirilir. İletken sıvının bu iki elektrot arasında iletkenliği sağlaması veya kesmesine göre sinyal alınır. Sürekli sinyal sağlamaz. Alt ve üst seviyeler arasında kontrol amacıyla kullanılır. İletken ve iletken olmayan iki sıvının ara yüzeyinin seviyesinin tespitinde de kullanılabilir. Isıl kütle: Bu cihazlar, ısının sıvı içerisinde yayılımı ile havadaki yayılımını karşılaştırarak sıvının varlığını veya yokluğunu belirler. Sensör, termistor formu ile bir direnç ihtiva eder. Termistör, kendisine gerilim uygulandığında ısıtıcı gibi davranır ve aynı zamanda ısıyı algılar ve elektrik sinyaline dönüştürür. Termistör tarafından yaratılan ısı, sıvı içinde yayıldığı anda switch çıkışı elde edilir. Endüktif tip seviye şalterleri: Bu yöntemde manyetik alan geçirgenliği (permabilite) ölçülür. Laboratuvar çalışmaları dışında pek görülmez. Tank empedansının değişimini izlemek için pek pratik değildir, büyük miktarlarda enerji gerektirir. Öte yandan, tankın oluşturduğu sistemin sağladığı çalışma frekansının

42 42 (rezonans frekansı) değişimi ile de en azından şalter olarak ölçüm yapmak mümkündür. Metal detektörlerinin de çalışma prensibi budur. Ancak seviye ölçümünde uygulanabilirliği zayıftır Kızılötesi Işınlı Yöntemler Bazı sıvılara temas etmek son derece tehlikelidir. Bu durumda daha önce bahsedilen seviye ölçme yöntemleri kullanılamaz. Bu tür sıvılarda tank içine seviye ölçme amacıyla hiçbir cisim konulamaz. Ama uygun bir sistem yardımıyla tank içindeki sıvı içinden bir ışık geçirilebilir. Bu ışığın tank üstünde tespit edilebileceği miktar tank içindeki sıvının seviyesi ile orantılıdır. Kızıl ötesi seviye ölçer Tank içindeki korrozif sıvıya hiçbir şey temas ettirmeden sıvı seviyesi ölçülebilir. Tank içindeki sıvı berrak ve ışığın geçmesine uygunsa ışık kaynağından çıkan ışıklar detektör tarafından algılanıp ölçülebilir. Tankın içindeki sıvı seviyesi arttıkça tankın tepesindeki detektöre daha az ışık gelir. Buna karşılık detektörün tespit edebildiği ışık miktarındaki artış, tanktaki sıvı seviyesinin azaldığını gösterir. Bu durumda detektörün değişik sıvı seviyelerinde göstereceği değerlerden hareketle uygun bir skala hazırlanır. Tanktaki sıvı seviyesi istenildiği anda ölçülebilir. Ancak bu tür göstergeler temiz ve berrak sıvıların seviye ölçümünde kullanılabilir. Işığın geçişine uygun olmayan sıvılarda kullanılamaz.

43 Radyo Frekanslı Yöntemler X ve δ ışınları gibi radyasyon kaynaklarından yayımlanan çok yüksek dalga boylu ışınlar bulanık ve ışık geçirmez sıvılardan da geçebilir. O hâlde bu tür ışınlar kullanılarak normal ışınların geçemeyeceği sıvıların da seviyeleri ölçülebilir. Yalnız X ve δ ışınları doğru ve dikkatli kullanılmadığında çok tehlikelidir. Personel bu konuda çalışmaya başlamadan önce çok dikkatli bir biçimde eğitilmelidir. Çalışma sırasında da radyasyondan korunmak için radyasyon kaynağı çok iyi siperlenmelidir. Bu yöntemde de ışının ne kadarının radyasyon kaynağından detektöre ulaştığı ölçülür. Detektöre ulaşan ışın miktarı ne kadar fazla ise tank içindeki sıvı miktarı o kadar düşüktür. Aynı şekilde ölçülen ışın miktarındaki azalma sıvı seviyesinin yükseldiğini gösterir. Işının ne kadarının radyasyon kaynağından detektöre ulaştığı ölçülür. Detektöre ulaşan ışın miktarı ne kadar fazla ise tank içindeki sıvı miktarı o kadar düşüktür. Aynı şekilde ölçülen ışın miktarındaki azalma sıvı seviyesinin yükseldiğini gösterir.

44 Seviye Ölçüm Yöntemlerinin Karşılaştırması

45 45

46 46 Seviye Ölçüm Sensör Çeşitleri Şekil 1.3: Tablo 1.1 de görülen sensörlerin kullanım örnekleri

47 47 3.KUVVET, AĞIRLIK VE BASINÇ ÖLÇÜMÜ 3.1. Kuvvet Ölçümü Kuvvet veya ağırlık ölçümü kavramları, endüstriyel olmayan konularda dahi en sık karşılaşılan kavramlardır. Endüstride bu niceliklerin ölçümü üretimin önemli bölümlerindendir. Depo dolum, torbalama, dozajlama, kalite kontrol, vidalama, güç, seviye ölçme vb. daha birçok endüstriyel alanda bu niceliklerin ölçülmesi gerekmektedir. Kuvvet ya da ağırlık ölçümü, oldukça özen gerektiren işlemlerdir. Yanlış hazırlanmış bir ilaç, insanların hayatına mal olabilir. Karışımı doğru yapılmamış bir çimento, binaların yıkılmasına sebep olabilir. Eğer bir cisim serbest bırakılırsa ya yer çekiminden kaynaklanan ivme ile ya da konumuna ait serbest düşme ivmesiyle düşmeye başlayacaktır. Dünyanın cisimler üzerine uyguladığı çekimden oluşan ivme ile dünyanın kendi ekseni etrafındaki dönmesinden kaynaklanan ivme bileşeninin toplamından oluşan bileşke ivme g ile belirtilir. g nin değeri konum ve yüksekliğe bağlı olarak değişmekte ve bu değişim ekvator ile kutuplar arasında yaklaşık yüzde 5 olmaktadır. g nin yaklaşık değeri 9.81 m/s2dir. Kuvvetin uygulama standartlarını oluşturmak için yerkürenin yüzeyine bağlı hareketsiz duran, belli kütlelere etkiyen yer çekimi kuvvetlerin belirlenmesinde g nin kesin değerini bilmek zorunludur. Kuvvet ölçüm sistemlerinin ve cihazların ölü-yük ayarlamalarına ait uygulama standartları bu gözleme dayandırılmıştır Kütle, Kuvvet, Ağırlık Kavramları Ağırlık-ölçüm (kütle-ölçüm) ve kuvvet-ölçüm sistemlerinin birimleri arasında açık bir ayrım yapmak gerekir. Kuvvet-ölçüm sistemleri Newton olarak ayarlanırken ağırlıkölçüm sistemleri kilogram olarak ayarlanabilir. Kütle, kuvvet ve ağırlık aşağıdaki gibi tanımlanır. Kütle: Bir cismin kütlesi, o cismin içindeki madde miktarı olarak tanımlanır. Bu miktar, cisim herhangi bir yere götürülürse bile sabit kalır. Kütlenin birimi kilogramdır (kg). Kuvvet: Hareketsiz veya hareket hâlindeki bir cismin hızında bir değişim meydana getiren ya da meydana getirme eğiliminde olan büyüklüktür. Kuvvetin bir sayısal büyüklüğü, bir yönü ve bir de uygulama noktası vardır. Kuvvet, Newton un harekete ait ikinci kanunu yoluyla kütle ile ilişkilidir. Bu ilişki, Kuvvet = kütle*ivme şeklindedir. Birim kuvvet, uluslararası birim sisteminde kuvvet birimi Newton dur (N). Newton, bir kg lık kütleye uygulandığında ona saniyede bir m/s lik bir hızlanma veren kuvvettir (m/s2). Ağırlık: Bir cismin yerkürenin yüzeyine göre hareketsiz m kütlesine ait F ağırlığı, o cisme yer çekimi tarafından uygulanan kuvvet olarak tanımlanır F=mg. Burada g, yer çekiminden dolayı oluşan ivmedir.

48 Matematiksel Eşitlikler ve Endüstriyel Standartlar Fiziksel parametreye bağlı olmayan tek temel SI birimi kilogramdır. Kilogram sadece kütlesi sabit bir cisme bağlıdır. Kütle, Paris-Sevres de bulunan uluslararası kilogram prototipinin kütlesi olarak tanımlanmıştır yılında yapılan I. Ölçüler ve Ağırlıklar Konferansı nda (Conference Generaledes Poids et Mesure, CIPM) kütle birimi kilogram, Sevres de Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) te muhafaza edilen uluslararası kilogram prototipin kütlesi olarak kabul edilmiştir yılında yapılan III. Ölçüler ve Ağırlıklar Konferansı'nda (Conference Generaledes Poids) yoğunluğu kg/m3 olan % 90 platin - % 10 iridyum alaşımından yapılmış, 39 mm çapında ve 39 mm yüksekliğinde silindir biçimindeki bir ağırlık olarak tanımlanmıştır. Türkiye deki referans prototip numarası 54 olan ağırlık, Ulusal Metroloji Enstitüsü UME de bulunmaktadır. Prototip kütlenin tanımı Çeşitli Mekanik Ölçüm Yöntemleri Kuvvet ölçüm yöntemleri, doğrudan karşılaştırma ve dolaylı karşılaştırma olmak üzere iki gruba ayrılabilir. Bir doğrudan karşılaştırma yönteminde bilinen bir kütle üzerine etki eden bir yer çekimi kuvveti ile bilinmeyen bir kuvvet direkt olarak karşılaştırılır. Basit bir analitik denge, bu yöntemin bir örneğidir. Dolaylı karşılaştırma, yöntemi ayar yapılmış kütlelerin veya transdüserlerin kullanımını gerektirir. -denge yöntemleri -denge yöntemi

49 49 Kol denge yöntemi ile ölçüm yapan eşit kollu terazi Yük Hücresi (Loadcell) Gerilme Ölçer (Strain Guage) Yapısı ve Çeşitleri Gerilme ölçer (strain guage) telin uzunluğu değişince direnci değişen bir elemandır. Gerilme ölçer, gerildiğinde uzayan ve sıkıştırıldığında kısalan bir çelik silindire bağlıdır. Gerilme ölçer, silindire bağlı olduğundan silindirle birlikte uzayacak veya kısalacaktır. Direnç değeri gerilme ölçerin yapıldığı telin uzunluğu ile orantılıdır. Gerilme ölçerin direnci ölçülerek yük hücresi üzerindeki yükü saptamak mümkündür. Çeşitli gerilme ölçer örnekleri Pratikte kuvvet doğrudan uygulanamaz. Gerilme ölçer, genellikle gerilim altında bulunan yapı elemanına yapıştırılır. Şekil değişikliği ölçen cihazın bağlanmış olduğu cisimlerin şekil bozukluğunu tam olarak gösterebilmesi için çok hafif ve duyarlı olması gerekir. Ayrıca şekil değişikliğini ölçme cihazlarının istenmeyen yöndeki şekil

50 50 değişikliklerini dikkate almaması gerekir. Bunu sağlamak için çapraz duyarlılık veya gösterge faktörü denilen bir kavram vardır Yük Hücresi (Loadcell) Yapısı Yük hücrelerinde dört adet gerilme ölçer kullanılır. Bunlar wheatstone köprüsü şeklinde bağlantılıdır (Şekil 1.2). Köprüye bir gerilim uygulandığında çıkış gerilimi uygulanan yüke orantılı bir gerilim olacaktır. Yük hücrelerinde Şekil 1.2 de de gösterildiği gibi iki giriş ve iki çıkış olmak üzere toplam dört uç bulunur. Bazı yük hücrelerinde bu uçlara ek olarak iki uç daha bulunur. Bunlar +duyu (+sense) ve -duyu (-sense) uçlarıdır. Bu uçlar Şekil 1.3 te gösterildiği gibi giriş uçlarıyla aynı yere bağlıdır ve amacı yük hücresi bağlantılarında herhangi bir kopukluk meydana gelip gelmediğini tespit etmektir. Yük hücresi iç yapısı (4 uçlu düzenleme)

51 51 Yük hücresi iç yapısı (6 uçlu düzenleme) Yük Hücresi (Loadcell) Çeşitleri Yük hücreleri kapasitelerine göre çeşitli şekillerde üretilir. Bu türler Tablo 1.2 de verilmiştir. Tablo 1.2: Kapasitelerine göre yük hücresi türleri Eğilme tipi yük hücresi Eğilme tipi yük hücreleri, kesme kuvveti prensibi ile elektronik ağırlık ve kuvvet ölçme uygulamalarında endüstriyel ortamlarda kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Eğilme tipi yük hücreleri, düşük ağırlıkların söz konusu olduğu yerlerde özellikle platform kantarları, torbalama ve dozajlama makineleri ve bant kantarlarında kullanılmaktadır.

52 52 Kesme tipi yük hücreleri, kesme kuvveti prensibine göre çalışan yüksek hassasiyetli elektronik kuvvet ve ağırlık ölçme sistemleri için tasarlanmıştır. Bu yük hücreleri, baskı yönünde kullanılmak için geliştirilmiş olup özellikle platform kantarları, işlem ölçümleri ve mekanik elektronik dönüşümlerde uygulama alanı bulur. Kesme tipi yük hücresi S tipi yük hücreleri, kesme kuvveti prensibi ile basma ve çekme yönünde çalışan kuvvet ölçüm uygulamaları için geliştirilmiştir. Özellikle bant kantarları ve mekanik terazilerin elektroniğe çevrilmesinde kullanılır. S tipi yük hücresi Platform tipi yük hücreleri düşük kapasiteli ve tek yük hücreli platform kantarlarında, yükleme noktasının değişken olabildiği uygulamalarda kullanılmaktadır. Alım-satım basküllerinde, endüstriyel parça sayma terazilerinde, torbalama ve dozajlama makinelerinde, tıbbi ve bilimsel alanlarda yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Platform tipi yük hücresi

53 53 Basma tipi yük hücreleri, kesme kuvveti ile basma yönünde çalışan yüksek hassasiyet ve yüksek kapasiteli elektronik ağırlık ve kuvvet ölçme uygulamalarında kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Tank ve vagon tartım sistemleri ve çok yüksek kapasiteli kantarlar gibi basma yönünde yük uygulamaları için geliştirilmiştir. Basma tipi yük hücresi Kablo gerilim sensörü yük hücreleri (loadcell), aşırı yük koruma amacı ile asansör veya vinçlerde hareketsiz olan çelik halatlara monte edilir. Çelik halatlardaki gergi yükünü algılar. 2 veya 4 halatlı sistemlerde kullanılır. Kablo gerilim sensörü yük hücresi Merdane gerilim sensörü yük hücreleri (load cell), merdanelerin miline takılarak merdane üzerine gelen yüklerin algılanmasında kullanılır. Kendi içinde bulunan bilyesi ile montaj kolaylığı sağlar. Merdaneden geçen malzemenin gerginliğini algılamakta kullanılır. Merdane gerilim sensörü yük hücreleri

54 Basınç Ölçümü Hiç düşündünüz mü oynadığınız top neden sıçrıyor? Babaannemizin tansiyonu neden yüksek? Tansiyon nedir? Balon neden şişiyor? Endüstriyel üretimde basınç, nerelerde kullanılıyor? Acaba su depolarında ne kadar su olduğu nasıl anlaşılıyor? Tüm bu soruların cevabı basınç nedir sorusunun altında yer alıyor. Basınç, insan hayatının idamesinde her şeyden önce gelir. Üretim ve denetimde ise gerekliliği tartışılmayacak kadar çoktur Basınç Nedir? Genel tanımı; alan başına düşen kuvvet tir. Alana düşen kuvvet Örnek 2.1: 100 cm2lik yüzey alanına sahip bir baskülde duruyorsunuz. Baskül göstergesinde 70 kg lık kütle görünüyor. Oluşturduğunuz basınç ne kadardır?

55 Basıncın Birimleri Tablo 2.1: Basınç dönüşüm tablosu Basınç Regülatörü Regülatörün Yapısı Basınç regülatörleri birçok değişik tipte imal edilebilmektedir. Bunların çoğu, belli bir uygulama itibarıyla diğerlerinden fazla olarak bir veya iki üstünlüğe sahip olacak biçimde tasarlanmaktadır. Her biri biraz farklı bir tasarımda ve yapıda olmasına rağmen basınç regülatörlerinin tümü, esas itibarıyla aynı çalışma prensibini izler. Bir diyafram tipi basınç ayar valfinin çalışması ile ilgili olarak aşağıda verilen açıklama, Resim 2.1 in incelenmesiyle daha açık biçimde anlaşılabilir. Dağıtıcı (veya kollektör) basınç hattı, valfin giriş ağzına bağlıdır. Çıkış (veya ayar) hattı ise çıkış ağzına bağlanmıştır. Ayar vidası ve yay üzerinde etki eden hiçbir kuvvet mevcut olmaması hâlinde (sıfır basınç durumunda), regülatör içinde hiç akış yoktur. Bu durumda sızdırmazlık elemanı; valfin hemen altında bulunan küçük bir yay ve giriş hattındaki basınç vasıtasıyla yuvasına bastırılarak kapalı konumda tutulur. Ayar vidası içeri doğru sıkıldığında yayın sıkıştırılarak diyaframa daha fazla baskı yapması ve böylece diyaframı aşağı doğru iterek sızdırmazlık elemanını açması sağlanır. Sızdırmazlık elemanı, subap iğnesi vasıtasıyla diyaframa bağlı olduğu ve diyaframın herhangi bir hareketi elemana iletildiği için diyafram hareketi, elemanı açık konumda olmaya zorlar. Sızdırmazlık elemanı, yay kuvvetinin etkisiyle açık konumda olduğu sürece havanın valf içinden geçerek çıkışa doğru akabilmesi sağlanır. Hava regülatör çıkışı içinden geçerken küçük bir miktar diyaframın alt tarafına kaçar ve diyaframı yay basıncına karşı yukarı doğru itmeye çalışır. İkincil basınç, yay basıncına eşit olduğunda sızdırmazlık elemanı yukarı doğru çekilerek valf ağzını tamamen kapatır. İkincil hava kullanıldıkça hat basıncı düşer

56 56 ve diyaframın aşağı doğru hareket edebilmesine izin verir. Bu da daha fazla havanın valf içinden geçebilmesini mümkün kılar. Valfin sistem içindeki etkisinin akış ve sıfır akış durumu cinsinden tanımlanmış olmasına karşın bu değişiklik veya ayar etkisinin hava hattı kullanıldığı sürece devamlı olarak meydana geldiği hususu hiçbir zaman unutulmamalıdır. Örneğin; eğer ana hat basıncı 6 bar ise ve tali hat basıncı da 2.7 bar değerine ayarlanmışsa tali hatta bulunan hava kullanılmakta iken diyafram, yay basıncı karşısında devamlı olarak yukarı ve aşağı doğru hareket eder. Diyaframın hareketi valfin tamamen açılıp kapanmasını sağlayamaz fakat tali hat içinde hava kullanıldığı sürece sürekli olarak sabit bir basınç elde edilebilecek şekilde gerekli değişikliği sağlar. Basınç regülatörleri Basınç regülatörünün kesit görünüşü

57 57 Bu tip bir ayar valfi hakkında hatırda tutulması gereken üç nokta daha vardır. Birincisi; basınç tahliyesi sağlayacak özellikte olmayan tahliyesiz regülatörde, sistemdeki yük şartları tali hatta veya valf çıkışındaki basınç hattında aşırı yüksek basınçlara neden olursa bu fazla basınç miktarını, regülatör vasıtasıyla hava tahliyesi yapmak suretiyle normal değere düşürme imkânı yoktur. İkincisi; ana ve tali hatlar yüklü durumda iken ve regülatör belli bir basınç değerine ayarlanmış ise havanın ilk kullanımı esnasında ve çıkış debisinin 0m3/dak dan pnömatik alet veya ekipmanın ihtiyaç gösterdiği değere çıkması sırasında çıkış basıncı bir düşüş gösterir. Bu Bernouille etkisinin bir sonucudur. Üçüncü önemli nokta da şudur: Çıkış debisi gerekli en büyük seviyeye yükselirken basınçta hafif bir azalma meydana gelir. Pnömatik sanayideki yaygın adıyla kuvvetten düşme veya takat düşüklüğü denilen bu durum, artan dâhilî sürtünme nedeniyle ortaya çıkan basınç kaybının bir sonucudur Kullanıldığı Yerler Basınç regülatörleri hava akımının veya basınçlı havanın kullanıldığı her yerde kullanılmaktadır. Başlıca kullanım alanlarını şunlardır: Montaj Şekilleri Basınç regülatörleri sisteme seri bağlanır. Gelen basınçlı havayı ayarlamak için kullanılır.

58 58 Basınç regülatörünün montaj şekli Sabit basınçlı hava elde edebilmek için Şekil 2.4 te görüldüğü gibi regülatör hava hattına seri bağlanır. Regülatörlerin kullanım alanlarına göre montaj şekilleri de değişir. Farklı basınçlarda hava elde edebilmek için kullanılan sıralı minyatür regülatörler aşağıda olduğu gibi bağlanır. Çoklu basınç regülatörünün sıralı dizilişi

59 Fortin Barometresi Hazne içindeki cıva seviyesinin ayarlanabildiği taşınabilir cıvalı barometredir. Bu barometrede değer okunmadan önce hazne içindeki cıva seviyesi bir ayar vidası yardımıyla değeri sıfır olan referans noktasına ayarlanır Cıva Sütunlu Barometreler Fortin barometresi En basit tipte manometredir. Özellikle laboratuvarlar da sürekli rejimde akışkan basınçlarının ölçülmesi için yaygın olarak kullanılır. Bunlara örnek olarak U tipi, kuyu tipi ve eğik manometreler sayılabilir. İçlerine konulan uygun sıvıların yüksekliklerinin ölçülmesi ile doğrudan doğruya istenen basınç veya basınç farkları bulunabilir.

60 60 Cıva sütunlu barometrelere örnekler Aneroid Barometreler Aneroid barometre

61 61 Şekilde görüldüğü gibi sistemin çalışması, içi vakumlanmış diyafram özelliğine sahip metal bir kapsülün atmosfer basıncından etkilenerek büzüşmesi veya genleşmesi esasına dayanır. Yapılan vakumlama atmosfer basıncından daha küçük ve sabit olduğu için atmosfer basınç değişimine duyarlıdır. Atmosfer basıncı arttığında diyafram hareket eder ve kapsül büzüşür. Atmosfer basıncı azaldığında kapsül genleşir. Bu büzüşme ve genleşme değişimi, kapsüle sabitlenmiş çubuk sayesinde yapılan doğrusal hareket çeşitli mekanizmalarla (dişli çarklar, yaylar) ölçeklendirilmiş kadrandaki ibreye iletilir. İbrenin gösterdiği değer, atmosfer basıncını göstermektedir. Bu barometreler, mekanik aksamlardan dolayı cıvalı barometrelere göre hassasiyeti azaltmaktadır. Fakat sıcaklık etkisinin çok az olması ve kalibrasyon kolaylığı avantajdır U Tipi Manometreler U Tipi Manometrenin Tanımı ve Yapısı U şeklinde kıvrılmış cam veya plastik gibi şeffaf bir boru içine yaklaşık orta seviyelerine kadar uygun bir akışkan konur. Bu manometrenin bir koluna ölçülmek istenen basınç uygulansın. Diğer ucu ise atmosfere açık olsun. Pa manometre kollarındaki sıvı yükseklikleri farklı seviyelerde dengede kalır. Bu seviyeler arasındaki toplam fark h, basıncı ileten akışkan yoğunluğu Pf, manometrede kullanılan sıvının yoğunluğu Pm ve yer çekimi ivmesi g ise iki koldaki basınçların dengesi için:

62 62 U tipi manometre U tipi manometrede h yüksekliği çıplak gözle ±2 mm hassasiyetle ölçülebilir. Manometrede çoğunlukla saf su, alkol ve cıva kullanılır. Bu akışkanların yoğunlukları tablolardan % hassasiyetle elde edilebilir. Görüldüğü gibi manometre sıvısının yoğunluğunun sonuç üzerindeki hataya katkısı çok azdır. Hassasiyetin artırılması için okumanın çok dikkatli yapılması gerekir. Ayrıca basıncı aktaran bağlantı tüpünün de uzunluğu çok fazla olmamalıdır U Tipi Manometrenin Kullanım Alanları U tüplü manometrelerin endüstrideki kullanımı fazla değildir. U tüplü manometrelerin asıl kullanım yerleri endüstride kullanılan diğer enstrümanların kalibrasyonunun yapıldığı yerlerdir. Ayrıca laboratuvar ortamlarında gözleme dayalı deneysel çalışmalar için kullanılır. En büyük dezavantajı yakından ölçüm yapılmak zorunda olmasıdır. Bu da hızlı cevap getirirken uygulamalarda manometre başında mutlaka bir görevli olmasını ve bu görevlinin basınç değişikliklerini anında bildirmesini gerektirir. Bu kullanım zorlukları U tüplü manometrelerin endüstrideki kullanımını kısıtlamaktadır.

63 U Tipi Manometrenin Çeşitleri U tipi manometre yapısal olarak tek çeşittir. Ölçülmesi istenilen basınca göre şekil alır. U tipi manometre ile yapılan temel basınç ölçümleri Şekil 2.9 da görüldüğü gibi U tipi manometre kullanılarak her türlü basınç ölçümü yapılabilmektedir. Bu da U tip manometreyi kalibrasyon masalarının vazgeçilmez ölçü aleti hâline getirmektedir. Fakat cıvanın zehirleyici özelliğini göz ardı etmemek gerekir. Cıva buharını solumamak gerekir. Ölçüm sırasında okuma hatasını en aza indirgemek de başlıca kalibrasyon kuralı olacaktır Basınç Transdüserleri Endüktif Esaslı Basınç Transdüserleri Endüktif esaslı basınç transdüserlerinde üzerine basınç düşen metalik diyaframın bir bobinin öz endüktansını değiştirme etkisi kullanılır.

64 64 Endüktif basınç sensörünün çalışma prensibi Endüktif esaslı basınç sensörlerindeki temel yaklaşım bobinin endüktansının değişmesidir. Bunu sağlamak için kurulan mekanik yapılar değişkenlik arz edebilir. Bu tür basınç sensörleri özel amaçlar için üretilir ve pahalıdır. Özellikle sıcaklık etkileşimini en aza indirmede kullanılır Kapasitif Esaslı Basınç Transdüserleri Kapasitif basınç göstergeleri, genellikle diferansiyel basınç ölçümü için kullanılır. Sıcaklığın etkisi iyi ayarlanabilir. Pahalıdır. Prensibi elastik diyaframın ve karşısındaki duvarın üstüne veya gövde yüzeyine bir elektrot konulmasıdır. Bu, kondansatörü oluşturur. Diyaframa basınç uygulanırsa elektrotlar arası mesafe azalır ve kondansatörün kapasitesi (sığası) değişir. Elektrotlar arası mesafe sıvı veya havayla doldurulabilir. Kapasitif basınç sensörünün prensip yapısı Şekilde örnek bir çizim görülmektedir. Kılcal delikler atmosferle bağlantıyı sağlar. Dolayısıyla burada atmosfer basıncının da hesaba katıldığı özel bir diferansiyel basınç ölçümüyle vardır. Nemdeki farklılıklar ölçülen değerleri etkileyebilir.

65 65 Kapalı bir sistemde referans elektrotun fonksiyonlarından biri de sıcaklık etkilerini ayarlamaktır. Bilhassa iç bölmenin kapalı olduğu tiplerde içteki hava ısınır, genişler ve plaka mesafesini artırır. Bu etki, referans elektrotlar yardımıyla da ayarlanabildiği hâlde kapasitif mutlak basınç sensörü, diferansiyel basınç sensörlerine iyi ve ucuz bir alternatiftir. Diferansiyel basınç ölçümlerinde genellikle aynı tip iki kapasitörü olan sistemler kullanılır. Basınç değiştiğinde kapasite de zıt yönde değişir. Örneğin, birinin kapasitesi artarken diğerininki azalır. Bahsedilen diferansiyel bir kapasitördür. Eğer içte bir diyafram ve iki ayrım diyaframı (ortamdan/akışkandan) varsa iki bölmeli bir sürüm; eğer sadece dışa açık iki diyafram varsa tek bölmeli sürümüdür. Kuvars Elektrostatik Basınç Transdüserleri Dinamik basınç algılayıcıları, piezoelektrik etkiyi kullanır. Kuvars malzemeler 400 khz gibi çok yüksek bir frekans aralığında doğrusal çıkış verebilir ve büyük statik basınç değerlerinin üzerindeki yüksek frekanslı fakat küçük genlikli dalgalanmaları ölçebilir. Endüstride pompa basıncının, hidrolik ve pnömatik basınç hatlarının izlenmesi ve kontrolü; akış kaynaklı titreşimlerin incelenmesi; kavitasyon, su darbesi, pulsasyon, akustik ölçümler; havacılık testleri; valf dinamiği, patlayıcı ve silah testleri; içten yanmalı motor testleri bu algılayıcılar kullanılarak yapılabilmektedir. "Piezo" kelimesi Yunanca sıkmak anlamına gelmektedir. Piezoelektrik elemanlar bir dış kuvvet altında kaldıkları zaman karşılıklı yüzeyleri üzerinde bir elektrik yükü oluşur. Kuvars kristalinin yapısı Şekil 3.5 te gösterilen büyük daireler silikon atomlarını, küçük olanlar ise oksijen atomlarını belirtmektedir. Doğal ya da işlenmiş kuvars kristali, en hassas ve kararlı piezoelektrik malzemelerden biridir. Doğal malzemelerin yanı sıra yüksek teknolojilerle üretilen polikristalin ve piezoseramik gibi malzemeler de yüksek elektrik alana maruz bırakıldıklarında piezoelektrik özellik kazanmaları sağlanabilmektedir. Bu kristaller çok yüksek değerde yük çıkışı üretir. Bu özellikleri sayesinde de özellikle düşük genlikli sinyallerin ölçülmesinde kullanılır. Basma kuvvetini temel alan tasarım, yüksek bir dayanıklılık göstermektedir. Bu özelliği sayesinde yüksek frekanslı basınç ve kuvvet ölçümlerinde kullanılmaktadır. Olumsuz özelliği, sıcaklık değişimlerine hassas olmasıdır.

66 Piezo-Direnç Tipi Basınç Transdüserleri Bazı endüstriyel basınç sensörleri, silikonun piezo direnç özelliğini kullanır. Piezo direnç elemanı basıncı doğrudan dirence dönüştürür ve direnç değişimi körü yardımıyla gerilime dönüştürülebilir psi ile psi arasında basınç değerleri için ideal kullanıma sahiptir. Piezo-direnç esaslı basınç sensörünün şekli Piezoelektrik sensörler, diyaframa uygulanan basıncı, köprü şeklinde yerleştirilmiş bükülmeyle değer değiştiren dirençleri uyarmasıyla çalışır. Köprü uçlarındaki gerilimin değişimi, bir elektronik kart yardımıyla istenilen değere çevrilerek okunur. Piezo elektrik sensörlerin başlıca avantajları hiçbir mekanik parçasının bulunmaması ve sıkça ayar gerektirmemesidir. Elektronik kartlarının yardımıyla yüksek doğrulukta ve tekrarlanabilir ölçüm alınabilir. Küçük boyutları ve kompakt yapıları sayesinde her süreçte kullanılabilir. Değişik ölçü ve kontrol aletleri ile kullanılabilmesi için çok çeşitli çıkış bilgisine sahiptir. Şekil 3.7 ve 3.8 de piezo sensörün iç yapısı görülmektedir. Sanayide, oluşabilecek mekanik darbelerden, fiziksel veya kimyasal etkilerden koruma amaçlı olarak sensör, seramik bir koruyucu içene yerleştirilir. Daha sonra aşağıdaki resimde görüldüğü gibi süreç bağlantısına uygun bir metal yapıya oturtulur. Sensörle birlikte çalışacak cihazın giriş yapısına uygun elektronik kart ilave edilerek piezo sensör, elektronik kartla birlikte bağlantı soketinin tespit edileceği paslanmaz tüp içine yerleştirilir.

67 67 Piezo elektrik sensörün iç yapısı Saha uygulamaları için bağlantı şekli

68 68 4.SICAKLIK ÖLÇÜMÜ 4.1. Bimetal Termometre Kullanarak Sıcaklık Ölçmek Sıcaklık Endüstriyel otomasyon konuları arasında sıcaklık ölçümü vazgeçilmez süreçlerden biridir. Çünkü ısıl işlem olmadan neredeyse üretim yapılamamaktadır. Sıcaklık ya birinci dereceden ya da etkileyen olarak üretimin her aşamasında yer almaktadır. Örneğin, metalurji alanında ısıl işlem olmadan hiçbir üretim olamaz. Otomotiv sektöründe sıcaklık hemen her aşamada yer alır. Arabanın boyası atılırken fırınlanır. Plastik sanayinde plastik eritilerek şekillendirilir. Bu aşama için ısı kullanılır. Cam sanayisinde camın şekillendirilmesi için yüksek dereceli fırınlar kullanılır. Kısaca, ısı olmadan üretim olmaz. Isı kaynağı, sıcaklığı ölçülmeden denetlenemez. Denetlenemeyen ısı kaynağı işe zarar verir. Evinizdeki ütünün ayarlanmadığını düşünün. Sürekli ısınan ütü neye yarar! Sıcaklık ve Isı Nedir? Pratikte çok kullanılan bir kavram olmasına rağmen, sıcaklık tanımı oldukça güçtür. Isı ile sıcaklık tanımları karıştırılmaktadır. Termodinamiğin ikinci kanununa göre sıcaklık ısı ile orantılıdır. Diğer etkilerin olmadığı durumda, ısı akışı yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğru olur. Bilindiği gibi ısı bir enerji çeşididir. Birimi kalori veya joule dür. Sıcaklık ise ısının etkisi ve enerjinin etkileşimi olarak ortaya çıkar. Yani sıcaklık bir sonuçtur. Ölçme işlemi ise etkiden yola çıkılarak yapılır. Isının maddeler üzerinde yaptığı etkilerden faydalanılarak sıcaklık ölçümü gerçekleştirilir.uzunluk, basınç, hacim, elektrik, direnç, genişleme kat sayıları, yüzeysel ışınım şiddetleri ve buna benzer özellikler moleküler yapı nedeniyle sıcaklık ile ilişkilidir. Sıcaklık değiştikçe değişir ve bu değişimden faydalanarak sıcaklık ölçümünü yapabiliriz. Kalibrasyon, belirli standartlara göre yapılmalıdır. Bunun için ilk olarak sıcaklık ölçekleri hakkında bilgi verilecektir. Sıcaklık standartları ile ilgili bilinen standart Avrupa için IPTS68 dir. Metal eritme potası

69 Sıcaklık Birimleri Sıcaklık bir ısı ölçüsüdür. Tüm ölçüm sistemlerinde bir referans noktası vardır. Sıcaklık ölçümleri içinde referans noktası olarak suyun donma sıcaklığı temel alınmış ve bu sıcaklık 0 santigrat derece (0C) olarak kabul edilmiştir. Bilinen en düşük sıcaklık ise bir maddenin moleküler hareketinin durduğu, herhangi bir ısı enerjisinin olmadığı Mutlak 0 olarak ifade edilen derece Kelvin (0K) kabul edilmiştir. 0 [K] Kelvin,-273,15 (IPTS68) [0C] santigrat dereceye karşılık gelmektedir. Çeşitli ısısal hesaplamalarda karşımıza İngiliz ölçü sistemi olarak sıcaklık birimi Fahrenhayt çıkmaktadır. Suyun donma derecesi İngiliz ölçü sistemine göre 32[0F] Fahrenhayt derecedir. İngiliz ölçü sistemine göre moleküler hareketin durduğu sıcaklık değeri olarak -600F veya 0 [0R] Rankin kullanılmaktadır. Su 100 0C veya İngiliz ölçü sistemine göre 2120F`ta kaynar. Suyun donma derecesi ile kaynama derecesi arasındaki fark, 100 0C 0 0C = 100 0C dir. Bu değer İngiliz ölçü sistemine göre; 2120F 320F = 1800F çıkar. Sıcaklık birimleri tablosu Bimetal Termometreler Kullanarak Sıcaklık Ölçmek İlk çift metalli sıcaktan etkilenmiş olan termostat, 1726'da saatin çeşitli sıcaklık şartlarında çalışması sırasında hassasiyetini korumak için kullanılmıştır. Termostat kelimesiyse 1830'da, bimetal şeridin sıcaklıkta farklı uzamadan dolayı bükülüp ısıtma ve soğutma sistemlerini kontrol etmesinde ortaya atılmıştır. Değişik termostat türleri ortaya çıkmasına rağmen, geliştirilmiş bimetal şeritli termostatlar günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. Şekil 1.2 de görüldüğü gibi, iki farklı genleşme kat sayısına sahip bimetal malzeme sıcaklık etkisi altında genleşmek isteyecektir. Bu metal malzemeler birbirleri ile birleştirildiğinden (perçin, kaynak vs.) ve farklı genleşme kat sayılarına sahip olduklarından, yüksek genleşme özelliğine sahip olan diğerinin üzerine doğru eğim yaparak genleşecektir.

70 70 Bimetal malzeme Çift Metalli Termometreler Genleşmedeki yer değişim, açısal bir yer değişimdir. Bimetal malzemelerin farklı yapılarda tasarlanması ile bu yer değişim doğrusal da olabilir. Bu yer değiştirmeler bir sistem kontrolünü sağlayabileceği gibi ölçüm amaçlı da kullanılabilir. Elektrikli ısıtıcı türlerinin bir çoğunda güvenli bir şekilde kullanılır. Bunlardan bazıları buzdolabı, elektrikli semaver, elektrikli su ısıtıcısı, elektrikli soba, kombi, endüstriyel ortamlarda ise çeşitli fırınların emniyet sistemlerinde boya hanelerinin ısıtma sistemlerinde, kaplama preslerinin ısıtma sistemlerinde, arabaların soğutma suyu sisteminde, klima sistemlerinde, sinyal sisteminde oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Şekil 1.3 te görüldüğü gibi iki bimetal malzeme, demir-nikel alaşımı ve prinç birbirlerine yapıştırılmış ve bir ısıtıcı devresini kontrol etmektedir. Sıcaklık etkisinde prinç malzeme daha fazla genleşerek demir-nikel alaşımı üzerine doğru açısal bir hareket sağlayacaktır. Bir ucu sabitlendiği için bu sabit uç, açısal hareketin merkezi olacaktır. Bu genleşmenin etkisi ile kontaklar birbirinden ayrılacak ve sitemin elektriği kesilecektir. Termostat kontrol ve tipik ev ütüsü Helisel çift metalli termometreler

71 71 Şekil 1.4 te görüldüğü gibi bimetal malzeme helezon şeklinde hazırlanmış sıcaklığın etkisi ile büzülmekte, helezonun uç kısmında bağlı olan bir ibrede bu büzülmenin meydana getirdiği açısal hareketle göstergede bir ölçü değeri okunmaktadır. Göstergedeki bu ibre değişimi ve ibrenin göstermiş olduğu sıcaklık gösterge çizelgesi değeri, bimetal helezonun açısal hareketi ve bu açısal hareketi sağlayan sıcaklık değeri ile doğrudan ilişkilidir. Skala bu sıcaklık değişimine göre kalibre edilmiştir. Helisel bimetal malzeme ile sıcaklık ölçümü Çubuk Termostatlar Diğer bir tür genleşme kat sayısı, düşük bir çubukla genleşme kat sayısı yüksek bir tüpün birer uçlarının birleştirilmesinden meydana gelir. Tüpteki kısalma çubuğun serbest ucunun hareket edip bir vanayı veya bir elektrik düğmesini kapatmasını sağlar. Değişik bir türse, kolay buharlaşan bir sıvının sıcaklığa bağlı olarak değişik basınç meydana getirmesiyle çalışır. Buzdolaplarındaki termostat bu tiptendir. Çeşitli çubuk termometre (termostat) resimleri

72 Direnç Termometresi (Rtd) İle Sıcaklık Ölçmek Direnç termometreler -200 C den +850 C ye kadar çok çeşitli süreçlerde yaygın olarak kullanılır. Özellikle düşük sıcaklıklarda termokuplara nazaran çok daha doğru değerler verdikleri için tercih edilir. 500 C ye kadar standart, 500 C-850 C arasında özel tipler kullanılır. Kataloglarda verilen maksimum dayanma sıcaklıkları, zararlı gazların olmadığı hava ortamı içindir. Diğer ortamlarda, ortamın aşındırıcı etkilerine bağlı olarak direnç termometrenin ömrü kısalacaktır. Direnç termometrelerin kullanıldığı yerler; tanklar, borular ve makine gövdeleri, gaz ve sıvı ortamlar (Örneğin hava, buhar, gaz, su, yağ gibi), alçak ve yüksek basınç uygulamaları, yüzey ölçümleridir Direnç Termometreleri (RTD) Sıcaklık ölçümlerinde termokupldan sonra bulunmuş ve kullanılmaya başlanmış olan direnç termometreler endüstride, laboratuvarlarda çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle hassas ölçüm alınmak istenilen düşük sıcaklıklarda, termokuplar tercih edilir. Direnç termometreleri, iletken bir telin direnç değerinin sıcaklıkla değişmesinden istifade edilerek oluşturulan bir sıcaklık algılayıcısıdır. Sarımlı direnç, sıcaklığı ölçülmek istenilen ortama daldırılır, üzerinden sabit akım geçirilir. Sıcaklığın değişimi ile sarımlı direncin direnç değeri değişir ve üzerinden geçen sabit akımla değişen bir gerilim elde edilir. Direnç termometrelerinde sıcaklık değişim faktörü olarak α tanımlanır. α aşağıdaki formülle açıklandığı gibi standart olarak seçilen 100 C deki direnç değeri ile 0 C deki direnç değeri farkı 100 Ro a bölünmesi ile elde edilir. Standartlarda en çok kullanılan Pt-100 ve Ni-100 gibi direnç termometrelerin 0 C deki direnç değeri standart 100 ohm dur. Sıcaklık ile direnç değişimleri incelendiğinde, birçok metal ve alaşım içinde en iyi neticeyi platin ve nikel tel verdiği için bu alanda bu iki telden sarılmış dirençler kullanılır. Özellikle Pt-100 kullanımı çok yaygındır.

73 73 Direnç termometresi Platin için α = (1/ C) Nikel için α = (1/ C) Rezistans termometrelerin sıcaklık-direnç değişim değerleri DIN standardı a uygundur. Gerek Pt-100, gerekse Ni-100, 0 C de ±0.1 ohm toleransla 100 ohm luk direnç gösterir. Sıcaklıkla direnç değişimleri arasında aşağıdaki formülle belirtilen ilişki vardır. Rt = Ro (1+At+Bt2) Direnç termometre kabaca iç sarım (inset), dış koruyucu kılıf ve bağlantı parçalarından meydana gelmiştir. Asıl sıcaklığı ölçen direnç termometre elemanı inset içine yerleştirilir. Boru içine metal oksit tozları doldurulur. Eleman ile klemens arasındaki tel, izolatör ile yekpare izole edilir. Genel olarak 6 mm veya 8 mm boru içine yerleştirilen RTD elemanı, seramik klemensi ile bir bütün olarak inset diye adlandırılır. İnset ikinci bir koruyucu kılıf içine yerleştirilir. İnset içindeki eleman tek cihaza bağlanacak ise tek elemanlı, çift cihaza bağlanacak ise çift elemanlı kullanılır Platin RTD (PT100) Direnç termometre elemanı, platin veya nikel telden sarılan direncin cam, mika veya seramik içine gömülmesi ile oluşur. Ayrıca sert kâğıt üzerine sarılan tipleri de vardır. Platin RTD ler -250 C den 850 C ye kadar kullanılabilmektedir. Ancak daha sabit sıcaklık verdiğinden, değer değişimi doğrusala daha yakın ve kullanımları daha yaygın olduğundan, kolay bulunabildiğinden dolayı, Ni-100 kullanımı uygun olan aralıklarda bile Pt-100 ler seçilir. Çift elemanlı Pt-100 lerde her iki eleman da ayrı toleranslarda ve özelliktedir.

74 74 PT100 İnset içinde uca yerleştirilen RTD elemanı ile klemensteki terminaller arasında bakır (Cu), gümüş (Ag) veya nikel krom (NiCr) teller kullanılır. İç bağlantı telleri bakır veya gümüş seçilir ise bu tellerin dirençleri çok düşük olduğundan ihmal edilebilir, yok sayılabilir. 500 C nin üzerinde çalışılan uygulamalarda iç bağlantı teli olarak NiCr tel seçilir. Ancak NiCr tel belli bir dirence sahiptir. Bu nedenle bağlantı telinin direnci klemens üzerine ölçülerek yazılır Termokupl Elamanlarla Sıcaklık Ölçmek Sıcaklık ölçümleri giderek artan oranda önemli bir konu haline gelmiştir. Sıcaklık tamamen fizik ile ilgili temel bir konudur. Çok çeşitli fiziksel özellikleri etkileyen bir parametre olması nedeniyle ölçülmesi gereken önemli bir değişkendir. Sıcaklık ölçümü için çok çeşitli yöntemler vardır. Bunlar içinde elektronik dünyasının en çok kullandığı sensörlerden birisi termokupldur. Termokupller kullanılarak -200 C den 2320 C ye kadar ölçüm yapılabilir Termokupl Termoelektrik Etkiler Bir elektrik devresi tamamen metal iletkenlerden meydana gelmişse ve devrenin tüm kısımları aynı sıcaklıkta ve devrede elektromotor kuvvet (gerilim) yoksa bu durumda devreden hiçbir akım akmaz. Bununla beraber devre birden fazla metalden meydana gelmiş ve bu iki telin eklemleri farklı sıcaklıklarda ise devrede gerilim oluşur ve akım akar. Şekil 4.1, bu etkiyi göstermektedir. Üretilen EMK ye termoelektrik EMK denir ve ısıtılan eklemde bir termokupldur.

75 75 Termokupl prensibi Seebeck Etkisi 1821 de Seebeck, kapalı bir devre iki aynı metalden oluştuğunda ve metallerin farklı sıcaklıklarda iken devreden elektrik akımının aktığını keşfetmiştir. Tel uçlarının şekil 4.2 deki gibi bükülerek veya lehimlenerek meydana getirildiğini kabul edelim; bu tellerin birisi bakır, diğeri demir olsun. Bir ucu, oda sıcaklığında tutulurken diğeri daha yüksek bir sıcaklıkta ısıtılırsa sıcak uçta bakırdan demire, soğuk uçta ise demirden bakıra bir akım üretilir. Basit termokupl Seebeck, termoelektrik özelliklerine göre 35 seri metal düzenledi. İki metali kullanarak bir devre kurulursa akım sıcak uçta serideki önceki telden sonraki tele doğru akar. Serisindeki listenin bir kısmı şu şekildedir: Bi-Ni-Co-Pd-Pt-U-Cu-Mn-Ti-Hg-Pb-Sn-Cr- Mo- Rh-Ir-Au-Zn-W-Cd-Fe-As-Sb-Te. Peltier Etkisi 1834 de Peltier, iki metalin i boyunca bir akım geçirildiğinde eğer akımın yönü değişirse ısının tersindiğini keşfetmiştir. Akım demir-bakır i boyunca, bakırdan demire akarken ısı yutulur, demirden bakıra doğru akarken ısı açığa çıkarılır. Bu ısıtma tesiri I2*R ile orantılı olan joule ısıtma etkisi ile karıştırılmamalıdır. Joule ısıtma etkisi akımının boyutuna ve iletkenin direncine bağlıdır ve akımın yönü değiştiğinde soğutma tesiri değişmez. Açığa çıkan veya yutulan ısının miktarı geçen elektrik miktarı ile orantılıdır ve birim zamanda birim akım geçerken yutulan veya açığa çıkan miktara Peltier kat sayısı denir.

76 76 Peltier soğutucusu Hassas kontrol altında soğutulan küçük bir bileşen istendiğinde, ölçümde Peltier soğuması kullanılır. Şekil 4.3 te böyle bir soğutucunun yapısı şematik olarak gösterilmektedir. Peltier soğutucularındaki iletkenler, metal veya yarı iletken olabilir; yarı iletken olanlara frigistorler denir. Günümüzde birçok uygulamada sıkça kullanılırlar. Bunların başında buzdolapları ve soğutuculardır. Thomson etkisi Tersinir ısı makinesi esası üzerindeki muhakemesi üstüne Profesör William Thomson (sonraları Lord Kelvin) tersinir Peltier tesir kaynağının yalnızca EMK nin olduğunu bulmuştur. Daha ayrıntılı açıklamak için: eğer bir T1 sıcaklığında tutulur ve diğerinin sıcaklığı T2 değerine yükseltilirse meydana gelen EMK nin T2-T1 ile orantılı olması gerekir. Bunun doğru olmadığı kolaylıkla gösterilebilir. Eğer biraz önce açıklanan termokuplda bakır-demir kullanılır ve bu termoeleman çiftin biri (ucu) ısıtılırken diğer ucu oda sıcaklığında tutulursa, devredeki EMK ilk başta artacak, sonra yok olacak ve sıfırdan geçerek gerçekten tersinir hale gelecektir. Thomson bu sebeple Peltier etkilere ilave olarak, eşit olmaksızın ısıtılan iletken boyunca bir akım aktığında birleşimlerde tersinir termal etkilerin üretildiği sonucuna varmıştır da laboratuvarda yapılan bir seri deneyle, sıcaklığı noktadan noktaya değişen bakır bir tel boyunca elektrik akımı aktığında, ısı akım yönünde ise, P noktasında ısı açığa çıktığı bulunmuştur. Bu olay, akım sıcak yerden soğuk yere aktığında meydana gelir. Akım ters yönde ise ısı yutulur. Diğer taraftan demirde P noktasında elektrik akımı ısı akışı yönünde aktığında ısı yutulur, aksine elektrik akımı ısı akışının ters yönünde aktığında ısı açığa çıkar. Termokupl Kanunları Eklemlerde bulunan gerilim, telin kalınlık ve uzunluğundan bağımsız olup yalnızca metaller ve sıcaklık tarafından belirlenir. Bu sebeple devreye bir voltmetre ilave edilmesi hatalara sebep olur, zira bu şekilde yeni farklı metal eklemleri meydana gelecektir. Devreye ölçü aletlerinin sokulmasının etkileri, anlatılan beş termokupl kanunu ile açıklanır.

77 77 Termokupl kanunu 1. Kanun, termoelektrik etkinin yalnızca eklemlerin sıcaklığına bağlı olduğunu ve tel boyunca mevcut olan ara sıcaklıklar tarafından etkilenmediğini belirtir. Şekil 4.4 te görüldüğü üzere, termokupl telleri sıcaklığı T3 olan bir alandan geçmektedir. Ancak böyle bir devredeki termokupl etkisi hala yine T1 ve T2 ye bağlı bulunmaktadır. Bu durum, bağlantı kablosu uçlarının sıcaklığının bilinmediği pratik durumlar için son derece önemlidir. Şekil 4.14: 2. Termokupl kanunu 2. Kanun, metallerden her birisinin eklemlerinin aynı sıcaklıkta olmaları kaydıyla, gerilimi etkilemeksizin devreye ilave metaller sokulmasına imkân verir. Şekil 4.5 te eklemleri CD ve EF olarak gösterilen yeni metaller devreye ilave edilmiştir. Tc=Td ve Te=Tf olması kaydıyla, bunlar devreyi etkilemez. Her eklemde bir temas gerilimi mevcut olmakla birlikte, bunlar şayet eklemlerdeki sıcaklıklar eşitse, birbirlerine eşit ve zıt olacak ve böylece birbirlerini iptal edecektir. Termokupl kabloları konnektörler, terminal şeritleri ve diğer benzeri tertibatlardan hatasız olarak geçirilebilir, ancak bunun için tertibat boyunca sıcaklık farklılıkları bulunmamalıdır. Termokupl kanunu

78 Termokupl Çeşitleri -200 C den 2320 C ye kadar çeşitli sıcaklık aralıklarında en çok kullanılan DIN ve IEC 584 standart termokupl eleman teli çeşitleri şöyledir: Termokupl yapımında kullanılan metaller Bu eleman tellerinin sıcaklık-mv eğrilerini inceleyecek olursak doğrusal olmadıklarını görürüz. Termokupl sıcaklık-mv eğrileri incelendiğinde her birinin sıcaklık ölçümü açısından diğerine nazaran daha uygun olduğu bölgeler vardır. Örneğin C sıcaklık ölçümü yapabilen Fe-Const ile C ye kadar ölçüm yapabilen NiCr-Ni eleman tellerinin mv eğrisi karşılaştırıldığında C arasında Fe-Const, NiCr- Ni e nazaran daha doğrusaldır. Bu nedenle bu aralıkta Fe-Const ile çalışma tercih edilir. Yine aynı yaklaşımla PtRh-Pt termokuplar için C arası uygun bir çalışma bölgesidir. 800 C nin altında doğrusallık çok bozuktur.

79 Termokupl Kabloları Termokupl dengeleme kabloları renk kodları Termokupllar ile cihazlar arasındaki bağlantılar özel kablolar ile yapılır. Bu kablolar termokupl dengeleme kabloları olarak anılır. Dengeleme kablolarının iletkenleri yine termokupl eleman telinin özelliklerine yakın özel alaşımlardır. Dolayısı ile Cu-Const termokupl için Cu-Const özel kablo, Fe-Const termokupl için Fe-Const özel kablo gerekmektedir. Sıcaklık bilgisi termokupldan cihaza dengeleme kabloları sayesinde daha ekonomik olarak taşınmış olur. Dengeleme kabloları aynı cins termokupların mvsıcaklık özelliklerini 200 C ye kadar aynen sağlar. Termokupl dengeleme kablosunun bir ucu kaynaklandığında diğer uçtan 200 C ye kadar o cins termokuplun mv değeri standartlardaki değerine uygun elde edilir. Ancak üreteceği mv değeri 200 C sınırlı kalır. Dengeleme kablolarının dolaşacağı ortam sıcaklığı bu nedenle 200 C nin üzerine çıkmamalıdır. Dengeleme kablosu ile termokupl eleman telinin bağlandığı klemens kutusu veya termokupl kafası 200 C nin üzerine çıkamaz. Çıktığı takdirde çıkan miktar kadar hatalı ölçüm yapacaktır. sıcaklığa kadar sağladığı için artık soğuk nokta, termokupl eleman telinin klemens kutusundaki uçları değil, klemense bağlanan dengeleme kablosunun diğer uçlarıdır. Bu şekilde termokupl uç noktası sıcak nokta, dengeleme kablolarının son uçları soğuk

80 80 nokta tanımına uyar. Soğuk nokta, yani uzatma kablosunun uç noktasının sıcaklığı termokupl olayı açısından önem kazanır. Dengeleme kablosu uçları direkt cihaza bağlanıyor ise bu noktadaki sıcaklığın dengelenmesi gerekir. İşlem, elektronik cihazlarda soğuk eklem sıcaklık dengeleyiciler ile yapılır. Cihaz girişinde cihazın bulunduğu ortam sıcaklığına oranlı mv değeri termokupl bacağına ilave edilerek soğuk nokta sıcaklığı dengelenmiş olur. Termokuplar için bakır kablo ile uzatma yapıldığı takdirde, termokupl kafasına bağlantı yapılan bakır kablonun eleman teline bağlandığı klemens noktası soğuk noktadır. Bu noktadaki mv değeri aynen bakır kablo ile cihaza taşınır. Cihaza bağlantı yapıldığı noktadaki sıcaklık, termokupl kafa sıcaklığından farklı olduğu takdirde bu sıcaklık farkı kadar hataya sebebiyet verir. Hatasız bir ölçüm yapılmak istenildiği takdirde termokupl dengeleme kabloları kullanılmalıdır. Dengeleme kabloları çeşitli yalıtkanlarda üretilir ve yine eleman tellerinde olduğu gibi (+) (-) polariteleri vardır. Bağlantı bu polariteye uygun yapılmalıdır Termokupl Mekanik Yapıları Çeşitli mekanik kılıflı termokupllar

81 81 Düz tip termokupllar Düz tip termokupllar Metal veya seramik kılıflı düz termokupllar -200 C den 2320 C ye kadar çok çeşitli süreçlerde yaygın olarak kullanılır. Veri sayfalarında verilen maksimum dayanma sıcaklıkları zararlı gazların olmadığı hava ortamı içindir. Bu maksimum sıcaklığı kısa süre geçişler tolere edebilir, ancak termokupllun ömrünü azaltıcı bir faktör olacaktır. Ayrıca aşındırıcı özelliği olan ortamların etkisi termokupllun çalışma sıcaklıklarını düşürme yönünde olacaktır. Düz insetli tip termokupllar genel olarak; kazanlarda, boru hatlarında, tanklarda, gaz ve sıvı ortamlarında, basınçlı ortamlarda, çalışılan ortamın termokupllu kısa sürede yıprattığı ortamlarda kullanılır. Düz insetli tip termokuplların en büyük kullanım avantajı, termokuplda bir arıza oluştuğu zaman, termokupl dış kılıf ortamdan çıkarılmadan, pratik bir şekilde inset çıkarılıp değiştirilebilir. Böylelikle sürece ara verilmemiş olur. L tipi termokupllar L tipi termokupllar Genellikle tuz banyoları ve metal eriyiklerinin sıcaklık ölçümlerinde kullanılır. L tipi termokupl kullanımının tercih edilmesinin sebebi, kafayı banyo üzerindeki sıcaklık ve aşındırıcı gazların etkisinden korumak içindir. Bu şekilde termokupl dengeleme kablosu ile termokupl eleman tellerinin bağlantı yapıldığı nokta 200 C nin altında ve zararlı aşındırıcı gazlardan uzak kalacaktır. Bu bölümde standart L tipi Fe-Const, NiCr-Ni, Nikrosil-Nisil, PtRh-Pt termokuplar verilmektedir.

82 Termokupl Transmiterleri Şekil 4.19: Termokupl transmiteri Termokupl transmiterleri, termokuplun bağlandığı ve çıkışında 4-20mA ve diğer elektriksel sinyaller üreten cihazlardır. Günümüzde yapılan transmiterler çok yönlü olmaktadır. Birden çok çeşit termokupl bağlanabilmekte içerisinde soğuk kavşak dengeleme elamanı bulunmaktadır. Ayrıca çıkışında hem analog dönüşümlere yer vermekte (4-20mA ve 1-5V gibi) hem de standart haberleşme protokollerini içeren sayısal işaretler üretmektedir Sıcaklık Algılayıcılarının Yerleştirilmesi Daldırılan Sondalar Kap İçinde Sıvı Sıcaklığının Ölçülmesi Kap içindeki sıvının sıcaklığının ölçülmesinde algılayıcı mümkün olduğunca merkeze yakın yerleştirilmelidir.

83 83 Kap içine algılayıcının yerleştirilmesi Kanal Sondaları Kanal sondaları genellikle boru içi sıcaklık ölçümünde gereklidir. Bu durumlarda algılayıcı aşağıdaki şekillerde yerleştirilebilir. Boru içi kanal sondaları Yüzey Sıcaklık Sondaları Yüzey sıcaklık ölçümü fırın içi cehennemliklerin sıcaklığının ölçümünde kullanılır. Boru yüzeyinden ölçülen sıcaklık içinde aynı yöntem kullanılır.

84 84 Cehennemliğe termokupl yerleştirme Termometre Koruyucu ve Kılıfları Termokupl uygulamalarında dış koruyucu kılıfların önemi büyüktür. Eleman tellerinin süreç içinde mekanik darbeler, kimyasal veya fiziksel aşınmalara karşı belli bir ömre sahip ve dayanaklı olmaları için ortam şartlarına göre çeşitli kılıflar kullanılır. Termokupl eleman telleri, uçları kaynaklı ve yalıtımlı bu kılıflar içine monte edilir. Genel olarak 1200oC ye kadar metal, 1200oC nin üzerinde seramik koruyucu kılıflar kullanılır. Bazı özel uygulamalarda 1200oC nin altında seramik kılıflar kullanıldığı gibi 1200oC nin biraz üstüne kadar olan uygulamalarda da özel alaşımlı metal kılıflar kullanılabilir. Metal kılıflar Metal koruyucular, kullanılacağı ortamın kimyasal aşınmalarına, mekanik darbelerine ve korozif gazlarına karşı çok çeşitli alaşımlarda üretilmektedir. Koruyucu kılıf seçiminde yukarıda sayılan özelliklerin yanı sıra sıcaklık limitleri çok önemli bir faktördür. Bu faktörler göz önüne alınarak çalışacağı ortama en uygun koruyucu kılıf seçilir. Seramik tüpler Termokupl uygulamalarında genellikle 1200 C nin üzerine çıkıldığı uygulamalarda seramik tüpler kullanılır.

85 Hata Kaynakları Sıcaklık ölçümü çoğu süreçte yavaşlatılmış işlemlerdir. Bunun nedeni ise ısı artışının hiçbir zaman çok ani olamayışından ve birçok süreçte koruma önlemlerinden kaynaklanmaktadır. Bir tavlama fırınının içine yerleştirilen termokupl eğer koruyucu kılıf olmaz ise hemen mekanik dayanımdan dolayı kopacaktır. Termokuplu koruyucu kılıfa soktuğunuzda ise koruyucu sıcaklığı iletene dek gecikme olacaktır. Çoğu zaman bu gecikmeler kabul edilebilir hatalar olarak göze çarpar. Diğer hata kaynakları ise sistemden kaynaklanan hatalar olarak bilinir. Bunlar; algılayıcının karakteristik hataları, kablolama hataları, montaj hataları ve çeşitli ortam gürültü kaynakları olarak sıralanır Sıcaklığın Okunması Yerel Okuma Bir kimyasal tesiste özel noktadan sıcaklık ölçmek istenirse, ilk akla gelen cam termometre ile ölçme yapmak olacaktır. Bununla beraber bu ölçme işlemi, ölçenin doğru bir okuma yapması için sıcaklığı okuyabilecek kadar cihazın yanına yaklaşmasını gerektirir. Daha iyi bir çözüm, kadranlı termometredir. Seçilen cihazın tipi tabiatıyla istenen doğruluğa ve ölçümün tekrarlanabilir olmasına bağlıdır. Genel ve özellikle daha büyük tesislerde yerel sıcaklık ölçümleri yalnız genel gözetleme maksatları içindir. İşletimcinin güvenli olması için kontrol cihazındaki okuma ile uyuşup uyuşmadığını anlamada kullanılır. Ucuz bir çift metal termometresi belki uygun olur. Eğer daha büyük doğruluk istenirse, kısa kılcal borulu tip termometre kullanılabilir Uzaktan Okunma Kontrol odası ile ölçme noktası arasındaki mesafenin uzun olduğu tesislerde elektriksel ölçme teknikleri kaçınılmazdır. Uzun müddet çalıştırmada direnç termometrelerinin termokuplara tercihinde iki ana sebep vardır. Birincisi, RTD yi okuma cihazına bağlayan bakır tellerdir, bu da termokupl telleri veya denkleştirme kablolarından çok daha ucuzdur. İkincisi, direnç termometresi sinyali birçok termokupl sinyalinden daha yüksek seviyede ve daha alçak empedanstadır, bu sebeple elektrik parazitlerine karşı daha az güvenilirdir. Günümüzde uzaktan okuma gelişen teknolojiye bağlı olarak SCADA programları yardımıyla gerekirse internet üzerinden veya telsiz cihazları sayesinde çok uzak mesafelerden yapılabilir. Bunun en büyük örneği meteorolojide insansız ölçüm istasyonları olarak göze çarpacaktır.

86 86 5.SCADA SİSTEMLERİ 5.1. Scada Sistemlerini Tanımak Scada Sistemlerinin Tanımı Proses (İşlem), Endüstriyel ve Bina Otomasyonunda kullanılan Programlanabilir Kontrolörler (PLC), Döngü Kontrolörleri, Dağıtık Kontrol Sistemleri (DCS), I/O Sistemleri ve akıllı sensörler (kontrol ünitesi üzerinde bulunan) gibi çeşitli cihazlardan saha verilerini sürekli ve gerçek zamanlı olarak toplayan, tanımlanan kıstaslara göre bu bilgileri değerlendirmeye tabi tutup gerektiğinde kullanıcıya erken uyarı mesajları üreten, üretimi etkileyen çeşitli etkenlerin merkezi bir noktadan grafiksel veya trend olarak gözetlenmesini sağlayan ve sahadaki kontrol noktalarının uzaktan denetlenebilmelerine imkan sağlamak amacıyla kullanılan sistemler Denetleyici Gözetim ve Veri Toplama (SCADA "Supervisory Control and Data Acquisition") sistemi olarak tanımlanabilir. "Supervisory Control and Data Acquisition" ifadesi 1960 larda Bonneville Power Administration tarafından ortaya atılmış bir terimdir. Supervisory Control and Data Acquisition" terimi ilk olarak PICA (Power Industry Computer Applications) konferansında 1973 te yayınlanmıştır. SCADA sistemi, veri toplama ve telemetri (kablosuz veri aktarma) nın bir kombinasyonudur. Veri toplama ve merkezden veri gönderme, analiz yapma ve daha sonra bu verilerin bir operatör ekranında gösterilmesi işlevlerini gerçekleştirir. SCADA sistemi saha ekipmanlarını görüntüler ve aynı zamanda denetler. SCADA sistemleri; sistem operatörlerine (kullanıcılarına), merkezi bir kontrol noktasından geniş bir coğrafi alana petrol ve gaz alanları, boru sistemleri, su şebekeleri, termik ve hidrolik enerji üretim sistemleri ile iletim ve dağıtım tesisleri gibi alanlarda vanaları, kesicileri, ayırıcıları, elektrik makineleri, motor, elektronik, elektrohidrolik ve elektropnömatik valfler anahtarları uzaktan açıp kapama, ayar noktalarını değiştirme, alarmları görüntüleme, ısı, nem, frekans, ağırlık, sayı, elamanların durumları gibi ölçü bilgilerini toplama işlevlerini güvenilir, emniyetli ve ekonomik olarak yerine getirme avantajı sunmaktadır. Burada, mekanik ve elektronik aygıtlar arabirimlerle bağlanarak işletme fonksiyonlarını yürütürler. Denetim komutları bu düzeyde tesisin çalışmasını sağlayan elektriksel sinyallere ve makine hareketlerine dönüşür, bu dönüşümler elektronik algılayıcılar aracılığıyla toplanır. Toplanan veriler elektrik işaretlerine çevrilerek SCADA sistemine aktarılır. Aktüatörler, tahrik motorları, vanalar, lambalar, hız ölçü cihazları, yaklaşım detektörleri, sıcaklık, kuvvet ve moment elektronik algılayıcıları burada bulunur. SCADA sisteminden verilen komutlar, bu katmanda, elektrik işaretlerine çevrilerek, gerçek dünyada istenen hareketlerin oluşması sağlanır (vanaların açılıp-kapanması, ısıtıcıların çalıştırılıp-durdurulması gibi). SCADA sistemi, hidroelektrik, nükleer güç üretimi, doğalgaz üretim ve işleme tesislerinde, gaz, yağ, kimyasal madde ve su boru hatlarında pompaların, valflerin ve akış ölçüm ekipmanlarının işletilmesinde, kilometrelerce uzunluktaki elektrik aktarım

87 87 hatlarındaki açma kapama düğmelerinin kontrolü ve hatlardaki ani yük değişimlerinin dengelenmesi gibi çok farklı alanlarda kullanılabilmektedir. Sistemin işletilmesinde salt insan çabası yetersiz kalmaktadır. Sistemde meydana gelecek olayların anında tespit edilmesi klasik yöntemler ile mümkün olmamaktadır. Sistemin daha etkin işletilmesi için, daha güvenilir, daha ekonomik işletme için işletmede bilgisayar otomasyonuna gereksinim vardır. Bunun için sistem kontrol ve izleme yazılımları gerçekleştirilmiştir. Yazılım sayesinde operatörler bilgisayar ekranında ki sistem diyagramından sistemi uzaktan kumanda edebilecektir. Arızaların algılanması yerlerinin tespiti ve arızanın giderilmesi yine uzaktan kumandalı olarak belli bir merkezden yapılabilecektir. Sistemle ilgili alarm sinyalleri operatörleri uyaracak şekilde oluşturulması ve görüntülenmesi gerçekleştirilebilecektir. Çeşitli veriler tarih ve zaman olarak (arıza şekli, arıza yeri) veri tabanı şeklinde saklanabilir böylelikle kişilere bağlı kalmaksızın sistem hakkında toplanan verilere dayalı ayrıntılı bilgi edinilmesi sağlanabilecektir. Dinamik grafik çizim araçları kullanılarak izlenmesi istenen süreç gerçeğe çok yakın bir şekilde canlandırılabilmekte ve alarmlar çarpıcı hale getirilebilmektedirler. SCADA yazılımları kendi bünyelerinde bulunan çekirdek yazılımları kullanılarak grafiklerle birlikte hareket, boyutlandırma, yanıp sönme ve doldurma, boşaltma gibi operatörlerin dikkatini çekip kullanım kolaylığı sunabilecek özellikleri içermektedirler. Operatörlerin görmesini kolaylaştıracak değişik renk, boyut ve şekillerde alarm hazırlamak ve alarm durumunda alınacak acil tedbirleri ekranda göstermek mümkün olmaktadır. Klasik denetleyicilerle olduğu gibi modern SCADA sistemlerini kullanım sırasında da elle kontrol yapabilmek için grafik tetikleyicileri olarak adlandırılan yazılım parçaları kullanılmaktadır. Herhangi bir tesiste olabilecek olan otomatik kontrol sistemlerinin kullanıcılar tarafından tek bir ekran üzerinden yönlendirilebilmesi çok arzu edilen bir durumdur. Bu sayede kullanıcıların sistemlerini yönetmeleri için, sistemin bulunduğu yere gitme zorunluluğu ortadan kalkmış ve kontrol müdahalelerini bulundukları yerde bilgisayarlar üzerinden vererek büyük kolaylıklar sağlanmış olur Scada Sisteminin Uygulama Alanları SCADA sisteminin birçok kullanım alanı vardır. Geniş bir coğrafi alana yayılmış, bölgesel ve yerel tesislerin bir çoğunda kullanılmaktadır. SCADA sisteminin başlıca kullanım alanları şunlardır: ğalgaz ve Petrol Boru Hatları İletim Sistemleri ğıtım Tesisleri ıtma ve Dağıtım Tesisleri ği Kontrolü

88 88 eri Türkiye de birçok scada uygulamasına rastlamak mümkündür. Örneğin İstanbul metrosunda bulunan yürüyen merdivenler, havalandırma fanları, aydınlatma sistemi, yangın ihbar ve koruma sistemleri ve enerji dağıtım sistemleri tamamen bilgisayarlarla izlenebilmekte ve gerekli müdahaleler merkezi kontrol ünitesinden yapılmaktadır. Bolu daki deprem konutlarının elektrik dağıtım sistemlerinde de scada sistemi kullanılmıştır. Botaş ın doğal gaz hatlarında, TEK elektrik üretim ve dağıtımında, Ankara, İstanbul, Kayseri gibi bazı kentlerde Su ve Kanalizasyon İdarelerinin su depolarında, pompa istasyonlarında ve ölçüm noktalarının kontrolünde scada sistemleri kullanılmaktadır. İzmit te 1999 Ağustos unda yaşanan depremde SCADA sayesinde doğalgaz şebekesinde herhangi bir problem görülmemiştir. SCADA kontrol odasından şebekedeki ana çelik vanalar hemen otomatik kapatılmış, 27 adet bölge regülatörü de eşzamanlı olarak durdurulmuş ve vana odaları görevlilerince kapatma işlemlerinin kontrolü de yapılarak tüm sistemin gaz akışı kesilmiştir. Bir beton santralinde kullanılan scada sisteminden alınmış bir ekran görüntüsü Yukarıda bir beton santralinde kullanılan scada sisteminden alınmış bir ekran görüntüsü verilmiştir.

89 Scada Sisteminin İşlevleri SCADA sisteminin işlevleri şunlar olabilir: İzleme (monitoring) işlevleri şlevleri ı ve saklanması SCADA sistemleri kullanarak uygulama yazılımı geliştirmek için iletişim protokollerinin tanımlanması ve veri tabanı yapısının tanımlanması gerekmektedir. İletişim protokolleri SCADA nın işletmedeki bilgi omurgası olması görevini yapması için birbirleri ile iletişim kurması gereken birimlerin haberleşmesini sağlamaktadır. SCADA sisteminin gözlem ve denetim fonksiyonlarını üstlenmesi için sürece ait giriş ve çıkış bilgileri bir veri tabanında tanımlanır. Veri tabanında süreç değişkenlerine tekabül eden her bir bilgi etiket, kapı veya nokta olarak tanımlanır. Bu süreç değişkenlerinin bulunması gereken seviyelerle ilgili alarmlar ve bu değişkenlerin işlenlenmesi gerektiğinde kullanılacak işlem blokları veri tabanı tanımlanması fazında gerçekleştirilir. Scada sistemleriyle aşağıda örnek olarak verilen bilgiler toplanır: Kalitesiyle İlgili Bilgiler: İşlem sıcaklığı, basıncı, katkı madde miktarları, işlem süresi, vs. Üretim Verimliliği İle İlgili Bilgiler: Üretilen malzeme miktarı, toplam duruş zamanları, nedenleri, vs. Üretim Maliyetleri İle İlgili Bilgiler: Üretimde kullanılan ham ve ara madde miktarları, enerji harcamaları, üretim zamanında oluşan maliyetler, vs. Bakım Amaçlı Bilgiler: Üretim hattının toplam çalışma zamanları, üretim hattındaki makinaların motor vb. birimlerin çalışma zamanları ve çalışma adetleri ayrıca gerekli akım ölümleri ile makinalardaki anormalliklerin tespiti. Çalışanların Kontrolü: Üretim hattında çalışan operatörlerin tespiti. Üretilen Ürünlerin Kodlanması ile Geriye Dönük Bilgi Edinme: Üretilen ürünlerin tek-tek belirlenmesi ve hatla ilgili verilerin bu ürünler ile ilişkilendirilmesi. İstatistiksel Amaçlı Bilgiler: Bozuk, hatalı malzemelerin adetleri, hata nedenleri vb. SCADA sistemleri süreç değişkenlerini sürekli olarak gözleyip bu değişkenlerin istenmeyen değerlere ulaşması durumunda operatörü uyarmak üzere geliştirilmiş alarm yapısına sahiptirler. Alarmlar basit listeler halinde tanımlandığı gibi önem sırasına göre sınıflandırılmış olarak veya grafik içinde gösterilebilirler. SCADA sistemleri fabrikadaki değişik vardiyalarda yapılmış üretim sonuçlarını, sürecin belirli değişkenlerini, olayların sonuçlarını istek üzerine veya olaylar gerçekleştikçe veya

90 90 periyodik olarak raporlarlar. Bu raporları işletmenin isteği herhangi bir düzende hazırlamak mümkündür. SCADA sistemleri kullanarak üretime dair reçeteler uygulamaya konulurlar. Reçeteler grafiklerle ilişkilendirilip operatörün reçetelere kolay erişimi ve gerekiyor ise bu reçetelerde değişiklik yapması mümkün olur. Operatörlerin reçeteleri başlatması veya değiştirmesi istenmeyen durumlarda ise SCADA programında yazılan reçeteler uygulama esnasında otomatik olarak çağrılabilirler. SCADA uygulamalarında yazılımın değişik kullanıcılar tarafından değişik şekillerde kullanılmasını sağlayan yetki ve güvenlik mekanizması kodlar kullanılarak sağlanır. Genellikle SCADA paketlerinde kullanıcı kolaylığı sağlayan ve SCADA operasyonlarını içeren bir denetleme lisanı bulunmaktadır. SCADA'da oluşan kontrol cihazlarından toplanan her türlü bilgi, Tagname adını verdiğimiz veri tabanında bir değişkende tutulmaktadır. SCADA'da Tagname olarak tutulan bu bilgilerin işlenip, işletmenin ihtiyaç ve isteklerine uygun bir hale getirilmesi gerekmektedir. Üretim tesislerinin toplanan bilgiler aşağıdaki şekilde kullanılırlar; ı bir şekilde alarm kriterlerine göre değerlendirilmesiyle alarmların oluşturulması. ı kullanım. ıkları ile ya da bilgide değişme olduğu zaman değişme zamanı ile kayıt gerçekleşmektedir. şitli trendlerin gerek gerçek zamanlı gerekse tarihsel olarak izlenilmesi. İstatistiksel Process Kontrol (SPC). Şekil 1.2 de Bir Extruder (Plastik Enjeksiyon ) makinesinin ve Şekil 3 de silo otomasyonunun scada programı ile kontrolünü sağlayan ekran görüntüleri örnekleri verilmiştir inceleyiniz.

91 91 Zones Status: Bölge Durumları, Statup Sequence: Başlangıç İşlem Sırası Bir Extruder (Plastik Enjeksiyon ) makinesinin scada programı ile kontrolü Bir silo otomasyonunun ekran görüntüsü

92 Scada Yazılımından Beklenenler ızlı ve kolay uygulama tasarımı ı ı Scada Sistemleri Şu İmkanları Sağlamalıdır ıcı tarafından tanımlanmış işletmeye ait mimikler (işletme simülasyonu) ve mimik ekranda kullanılacak nesneler vasıtası ile işletmenin takibi (seviye, sıcaklık, basınç, sayısal sinyaller, vana ve motor durumları, sistem durumu vb ) ı vasıtasıyla reçetenin girilmesi ve işleyen reçeteler hakkında operatörlerin bilgilendirilmesi, ı vasıtasıyla, sistem için gerekli olan parametrelerin girilmesi (Setpoint, alt ve üst alarm değerleri vb.) İşletme değerlerinin tarihsel ve gerçek zamanlı trendlerinin tutulması ık ve peryodik raporların (üretim, reçete, stok vb. ) alınması, ışan sisteme, scada ekranlarından manuel müdahale yapılabilmesi ın(event) gösterilmesi ve yazıcıya ve veya veri tabanına kayıt edilmesi, İleri düzeyde kalite kontrol, örneğin istatistiksel proses kontrol- spc) desteği Sistemin Yapısı SCADA sisteminin yapısı genel olarak üç ana kısımdan oluşur: Uzak uç birim (RTU : Remote Terminal Unit) Veri toplama ve kontrol uç birimlerini oluşturan sistemlerdir. İletişim sistemi Bir bölgede başka bir bölgeye karşılıklı olarak, veri veya haberin gönderilmesini sağlayan.sistemlerdir. Kontrol merkezi sistemi (AKM - Ana Kontrol Merkezi / MTU - Master Terminal Unit)

93 93 Geniş bir coğrafi alana yayılmış tesislerin, bilgisayar esaslı bir yapıyla uzaktan kontrol edildiği izlendiği ve yönetildiği yer olarak tanımlanabilir. Aşağıda scada sistemlerinin genel bir şematik yapısı görülmektedir. Bu sistem sayesinde, bir tesise veya işletmeye ait tüm elemanların kontrolünden üretim planlamasına, çevre kontrol ünitelerinden yardımcı işletmelere kadar bütün birimlerin kontrolü ve gözetlenmesi sağlanabilir. Bu sistem, bir dizi elektronik kontrol ünitelerini, endüstriyel bilgisayarları veya iş istasyonlarını, ve uygulama yazılımlarını ve iletişim bölümlerini içerir. Bir SCADA sistem otomasyonunun yapısı Scada Sistemlerinin Temel Elemanları Bir scada sisteminde uzak terminal birimleri, ana terminal üniteleri, iletişim ağları, veri toplama üniteleri, sensörler ve algılayıcılar, yazılım, merkezi kontrol odası, kontrol panoları, scada sistem terminalleri, bilgisayar ekranları, yazıcılar, kesintisiz güç kaynakları yer alabilir Uzak Terminal Birimleri (Remote Terminal Units, RTU) Bir SCADA sisteminde Uzak Terminal Birimleri (RTU), bağlı bulunduğu merkezin sistem değişkenlerine ilişkin bilgileri toplayan, depolayan, gerektiğinde bu bilgileri

94 94 kontrol merkezine belirli bir iletişim ortamı yolu ile gönderen, kontrol merkezinden gelen komutları uygulayan bir SCADA donanım birimidir. Aynı zamanda Uzak Terminal Birimleri bulundukları yerde ölçüm ve denetleme işlemleri yürüten birimlerdir ve RTU (Remote Terminal Unit) olarak adlandırılmaktadır (Şekil 1.5 te görülmektedir). Bir uzak terminal ünitesi Scada sistemleri içerisinde yerel ölçüm ve kumanda noktaları oluşturan RTU lar birbirlerine bağlanabilen çeşitli cihazlara {Enerji Gözetleme Sistemlerinde, kesici ve ayırıcıları) kumanda edebilir. Ölçülmesi gereken akım, gerilim, aktif ve reaktif güç, güç faktörü gibi değerleri ölçebilir. Ayrıca ayırıcı, kesici (Açık, Kapalı) durumlarını kontrol edebilme imkanı sağlar. RTU yardımıyla merkezi kumanda ve izlemeyi sağlayabilmek için RTU lar tüm ölçüm sonuçları ile cihazların çalışma durumlarını (Kesici açık, Ayırıcı kapalı, vana açık kapalı, pompa çalışıyor-duruyor vb. bilgileri ) merkeze ileterek ve merkezden gelen komutlar doğrultusunda (Kesici Aç, Ayırıcı Kapa, Vanayı aç- kapat, pompayı çalıştırdurdur vb.) işlemlerini yaparlar} kontrol ve kumanda sağlarlar. Fakat RTU nun görevi sadece ölçüm yapmak ve komut uygulamak değil, ölçüm sonuçlarının belirli sınırlar içerisinde olup olmadığını da denetleyerek aykırı yada alarm durumlarını merkeze bildirmeyi de sağlar. Bu cihazlar scada sistemleri için anahtar pozisyonundadırlar. Uzak Terminal Birimleri alandan bilgi toplamayı sağlayan küçük bilgisayarlarıdır. Uzak Terminal Birimleri (RTU) bağımsız veri toplama ve kontrol ünitesidirler. Görevi uzak bölgedeki proses cihazlarını kontrol etmek, bunlardan veri toplamak ve bu veriyi merkezi yönetici SCADA sistemine taşımaktır. Uzak Terminal Birimleri birçok cihaz ile haberleşebilirler, bunlar Cep Telefonları ve Cep bilgisayarları, taşınabilir bilgisayarlar olabilirler. Şekil 1.6 da Uzak Terminal Biriminin haberleşebileceği cihazlar gösterilmiştir.