III. ULUSAL ÖLÇÜMBİLİM İİ İİ KONGRESİ BİLDİRİLER KİTABI

Transkript

1 tmmob makiııa mühendisleri odası III. ULUSAL ÖLÇÜMBİLİM İİ İİ KONGRESİ BİLDİRİLER KİTABI 7-8 EKİM 1999 ESKİŞEHİR MMO Yayın No: 226 ISBN:

2 tmnıob makina mühendisleri odası Sümer Sok. No:36/1-A Demirtepe/ANKARA Tel : Faks : MMO Yayın No: 226 ISBN : Bu kitabın yayın hakkı MMO'ya aittir. Kitabın hiç bir bölümü değiştirilemez, alıntı yapılamaz. MMO'nun izni olmadan kitabın hiç bir bölümü elektronik, mekanik fotokopi vs. yollarla kopye edilip kullanılamaz. Dizgi Baskı Tel MMO Eskişehir Şube Lale Ofset Matbaacılık Faks :

3 TMMOB Makine Mühendisleri Odası Eskişehir Şubesi IlI.Ulusal Ölçümbilim Kongresi 7-8 Ekim 1999 Eskişehir-Türkiye TÜRK HAVA KUVVETLERİ METROLOJİ VE KALİBRASYON SİSTEMİ Hüseyin DİNÇ 1. Hava İkmal Bakım Merkezi Komutanlığı Elektronik Sistemler Müdürlüğü Kalibrasyon Laboratuvarı ESKİŞEHİR TÜRK SİLAHLI KUVVETLERİ KALİBRASYON LABORATUVARLARI Dünyada yirminci yüzyılın başlarında ulusal ve uluslararası metroloji sistemlerinin ortaya çıkmasını Türkiye çok gerilerden izlemiştir. Her ne kadar Osmanlı İmparatorluğu 1875 yılındaki metre konvansiyonunun kurucu üyeleri arasında bulunduysa da uzun yıllar ülke içinde ne bir faaliyet gözlenmiş, ne de uluslararası sisteme entegrasyon açısından herhangi bir ciddi girişimde bulunulmuştur. Cumhuriyetin ilk yıllarında kabul edilen Ölçü ve Ayarlar Kanunu doğru yönde atılmış ciddi bir adım olmasına rağmen işin sadece hukuksal yönüne bir açıklık getirmiştir. Konunun teknik yönden ele alınması Silahlı Kuvvetlerin girişimleri ile gündeme gelmiş ve ilk metroloji laboratuvarı kurulma çalışmaları Hv. K. Kliği bünyesinde altmışlı yıllarda başlamıştır. Türk Silahlı Kuvvetler bünyesinde K.K.K.lığı'nda altı, Dz.K.K.hğı'nda üç ve Hv.K.K.lığı'nda sekiz adet kalibrasyon laboratuvarı kurulmuş ve kurulma çalışmaları devam etmektedir.hv.k.k.lığı Kalibrasyon Laboratuvarının izlenebilirliğinin sağlanması amacıyla ABD Hava Kuvvetleri'nin yürüttüğü AIR FORCE METROLOGY AND CALIBRATION(AFMETCAL) programına dahil olunmuş ve ilk kalibrasyon laboratuvarı Malatya'da kurulmuştur. Bu laboratuvar 1969 yılında Akıncı'ya, 1972 yılında da bugünkü yeri olan 3. HİBM. K.lığı'na taşınmıştır. Daha sonra bu laboratuvara ilave olarak kurulan 1. HİBM. K.lığı'na bağlı Type IIA, 2. HİBM. K.lığı ve 4. Üs K.lığı'na bağlı Type IIB, 5 nci, 6 ncı, 8 nci ve 9 ncu Üs K.lığı'na bağlı olarak Type IV seviyesinde görev yapmakta olan ve kurulma çalışmaları devam eden toplam sekiz adet Kalibrasyon Laboratuvarı Hv.K.K.lığı başta olmak üzere Silahlı Kuvvetlerin ihtiyaç duyduğu alanlarda ve Döner Sermaye kanalıyla sivil sanayi kuruluşlarının kalibrasyon ihtiyaçlarını karşılamak üzere hizmet etmektedir. AFMETCAL programı hava ve yer silah sistemleriyle, bunların destek ünitelerinin bakım ve idamesinde kullanılan tüm test ölçü aletlerinin doğruluklarının ve güvenilirliklerinin sürekliliğini sağlamak üzere başlatılmış disipline bir programdır. Bu ise tüm test ve ölçü aletlerine periyodik olarak kalibre hizmeti verilmesiyle ve cihazların doğruluklarının National Institute For Standarts And Technology( NIST ) 'de bulunan milli ölçüm standartlarına kadar izlenebilirliğini sağlamakla mümkündür. Böylece sistemlerin tek başlarına doğruluk ve güvenilirlikleri yanında görevlerini başarabilmek için irtibatlı oldukları diğer sistemlerle de uyumlu halde bulunabilmeleri garanti altına alınmış olur. 229

4 NIST AFMETCAL 1. HİBM. K. 2. HİBM. K. 5. Üs K. TYPE IIA TYPEIIB TYPEIV JS. HİBM. K. 4. Üs K. 6. Üs K. TYPE IIA TYPE IIB TYPE IV 8. Üs K. - TYPE IV 9. Üs K. TYPE IV ~ METCAL programının odak noktasında ABD Hava Lojistik Komutanlığı'na bağlı OHIO'daki AFMETCAL merkezinin ve ABD Hava Kuvvetlerinin tüm dünyaya yayılmış bulunan kalibrasyon laboratuvarları ile test ve ölçü aleti kullanıcıları olan diğer birlikler bulunmaktadır. AFMETCAL Hava Kuvvetleri'nin en üst seviye laboratuvarı olan " Hava Kuvvetleri Ölçüm Standartları " laboratuvarlarına sahiptir. Bu merkez programın yürütülmesinde asıl sorumlu olarak diğer birimlerle koordine ederek, ihtiyaç duyulan ölçüm çeşitlerine ve doğruluk oranlarına göre programın esaslarını, hedeflerini, politikasını ve ihtiyaçlarını belirler. Alt seviyedeki kalibrasyon laboratuvarlarına ve gerektiğinde kullanıcı birliklere mühendislik desteği sağlar. Ayrıca bu laboratuvarlara ait referans standartlarının kalibre ve onarımlarını yaparak izlenebilirliklerini sağlar. Laboratuvarları değerlendirmeye tabi tutarak yeterli gördüklerini belgelendirir ve çeşitli rehberlik hizmetlerini sunar. Kendi milli sistemimizin oluşturulması için çalışmalar devam etmektedir. Bu çalışmalar kapsamında merkezi bir koordinasyon kurulu oluşturulmuştur. Askeri Kalibrasyon Kumlu(AKAK); Türk Silahlı Kuvvetleri(TSK) bünyesinde Genel Kurmay MEBS( Muharebe Elektronik Bilgi Sistem ) Başkanlığının genel koordinatörlüğünde tüm kuvvet komutanlıklarının kalibrasyon konusundaki yetkili elemanlarından oluşan bir kalibre kurulu oluşturulmuştur. AKAK olarak isimlendirilen bu kurul faaliyetlerini MY nolu " TSK Kalibrasyon Hizmetleri" yönergesine göre yürütmektedir. Sonuç olarak, kendi milli sistemimizin oluşturulmasına hız vermek için en kısa zamanda meclisten TÜRKAK kanununun çıkarılması gerekmektedir. METCAL PROGRAMI HAKKINDA GENEL BİLGİ Türk Hava Kuvvetleri kalibrasyon laboratuvarlarını ABD Hava Kuvvetleri Metroloji Kalibrasyon programına dahil ederek uluslararası izlenebilirliği sağlamaktır. Bu program ölçü aletlerinin güvenilirliğini, doğruluğunu ve NIST'e ölçüm izlenebilirliğini garanti eder. Bu programda kalibre/onarım sorumluluklarının belirlenmesi, kalibre dokümanı ve kalibre periyodu, T. O. 33K-l-100'e veya yayımlanan Kalibre Ölçüm Özet Teknik Emirlerine(CMS) göre belirlenir. Bu sistemde Kalibrasyon Laboratuvarları seviyelere ayrılmıştır. Bunlar: Tip 1. Metroloji ve Kalibrasyon programındaki en üst seviyeli laboratuvardır ve standartları NIST'e izlenebilirdir. 230

5 Tip 2. Belli bir bölgedeki ölçü aleti kullanıcılarına ve daha alt seviyedeki laboratuvarlara destek sağlayan temel seviyeli Kalibrasyon Laboratuvarıdır. Tip 3. Belli bir programı tamamlamak amacıyla kurulmuş Kalibrasyon Laboratuvarıdır. Tip 2'nin daha dar alanda çalışanıdır.(örneğin sadece optik ve basınç gibi) Tip 4. Belli bir silah sistemini desteklemek amacıyla kurulmuş Kalibrasyon Laboratuvarıdır. Bu programda ölçü aletlerinin kalibre ihtiyaçlarının karşılanması için, Kalibrenin prosedürlere uygun yapılması Kalibre personelinin yeterli eğitim almış olması Çevre şartları için kontrollü bir ortam olması gereklidir. METCAL programında kalibre prosedürü seçiminde aşağıdaki öncelik geçerlidir. 1. CMS 2. 33K veya 33L prosedürleri 3. Diğer askeri kalibre prosedürleri 4. Cihazın bakım teknik emirleri 5. Ticari yayınlar NOT 1: Buradaki 1, 2, 3 ve 4 nolu maddelerdeki prosedürler ABD Silahlı Kuvvetleri tarafından oluşturulup yayımlanmaktadır. NOT 2: Yerel olarak hazırlanan prosedürler AFMETCAL tarafından onaylanmadıkça kullanılmaz. Türk Hava Kuvvetleri METCAL programına uygun olduğunu belgelemek amacıyla, bünyesindeki tüm Kalibrasyon Laboratuvarlarının iki yılda bir AFMETCAL merkezi tarafından görevlendirilen personel ile değerlendirilmesini sağlamaktır. BELGELENDİRME Yapılan iş, kullanılan teçhizat, doküman, tesis ve yöntemin mevcut uluslararası standartlara göre güvenilirliğinin ve doğruluğunun belgelendirilmesidir. SERTİFİYENİN ANA KRİTERLERİ İki yılda bir periyodik olarak AFMETCAL tarafından yapılan değerlendirmelerde laboratuvar genel olarak tüm fonksiyonlarıyla değerlendirmeye tabi tutulur. Fakat sadece aşağıda verilen 4 ana konuda tesbit edilen eksiklikler laboratuvarın direkt olarak sertifıye olmamasına sebep olur. Bunlar; Kalibre Doğruluk DeğerlendirmesiAUDİT) Kalite Güvence Programı(QAP) Çevre Şartları(ECS) Tesis(FACILITY)'dir. KALİBRE DOĞRULUK DEĞERLENDİRİLMESİ(AUDIT) Mevcut envantere göre, kalibre edilen ünitelerden belli oranda örnekler seçilerek yeniden kalibre ettirilmesidir. Bu yöntemle kalibrasyon laboratuvarı personelinin performansı değerlendirilmektedir. 231

6 Değerlendirmeye alınacak cihaz sayısı laboratuvann envanterinde yani sorumluluğunda bulunan cihaz miktarına bağlı olarak belirlenir. Bu cihazlar envanterin % l'ini oluşturan ve kalibreleri yapılarak birliklerine sevk edilmeyi bekleyen cihazlar ile son bir ay içerisinde kalibreleri yapılmış laboratuvara ait cihazlar arasından rastgele(random) seçilir. Seçilen 10 cihazdan en az 3 tanesinin laboratuvardan olmasına dikkat edilir. Hatalı cihaz sayısının tesbit edilen sınırları aşması laboratuvar için temel bir eksiklik olarak kabul edilir ve laboratuvar belgelendirilmez. KALİTE GÜVENCE PROGRAMI(QAP) Mevcut uluslararası kalite standartlarına uygun kalibre hizmeti verilmesini sağlayan, personelin performansını sürekli izleyen ve kalite ihtiyaçlarını ortaya koyan bir sistemin değerlendirilmesidir. Bu program teknik emirlerde belirtilen esaslara uygun olarak yürütülmeli ve gerçekleştirilen her türlü faaliyet kayıt altına alınmalıdır Laboratuvarın değerlendirilmesinde kalite güvence programı ağırlıklı bir yer tutar. ÇEVRE ŞARTLARI(ECS) Kalibre işlemlerinin yapıldığı ortamın son bir yılda uluslararası standartlardaki limitler içinde olup olmadığının değerlendirilmesidir(limit: Toplam çalışma süresinin max. % 10' udur). SICAKLIK NEM TOZ AYDINLATMA ÇALIŞMA ALANI BOYUT KLB. ELKT/MEK KLB SICAKLIK( C ) 20± ±3.3 NEM( %RH) TOZ * * AYDINLATMA(FC) 50 min 50 min *1 FEET KÜPTE 5 MİKRONDAN BUYUK BULUNABİLECEK TOZ SEVİYESİ MAX. 700 ADETTİR. Sahip olunan ölçüm standartlarının ölçme ve kalibrasyon programında öngörülen, bilimsel olarak belirlenmiş ideal çevresel şartların sağlandığı bir ortam muhafaza edilmesi ve kullanılması gerekmektedir. Bu şekilde yapılan her kalibre ve ölçüm işleminin NIST'te bulunan milli ölçüm standartlarıyla izlenebilirliğini sağlamak mümkün olabilecektir. Bu nedenle laboratuvann çevresel şartlan sürekli olarak gözlenmeli, kayıt altına alınmalı ve herhangi bir parametrenin sınır değerler dışına çıkması durumunda derhal düzeltici tedbirler alınmalıdır. Sıcaklık, nem, toz ve aydınlatma değerleri toleranslarıyla birlikte yukarıdaki tabloda verilmiştir. TESİS(FACILITY) Mevcut işyüküne göre istenilen standart hacimlerdeki kapalı alanların fiziki anlamda uygunluğunun kontrol edilmesidir. Laboratuvann hizmet verdiği cihaz sayısını karşılayacak derecede büyük ve planlı bir çalışma ortamına sahip olunması gerekmektedir.toz kontrolü için gerekli pozitif basıncı oluşturacak 232

7 ve koruyacak çift kapılı, yeterli giriş rahatlığı sağlayan, kapıları kontrollü açılan ve " Airlock Door" diye adlandırılan giriş kapısı olmalıdır. Laboratuvarın aydınlatılması teknisyenlerin cihaz üzerinde rahat çalışmalarını sağlayacak şekilde, gölgesiz olmalıdır. AFMETCAL SİSTEMİNİN SORUNLARI a-) T. O.' ların çok sık değişmesi ve bağlayıcı olmaları nedeniyle sürekli olarak standart teçhizat ihtiyacının oluşması b-) Kalibre konusunda herhangi bir yoruma izin vermeyip T. O. 'lardaki tüm maddelerin eksiksiz uygulanmasını istemesi c-) İletişim ve teknik destek alma konusunda yaşanan güçlükler. 1 nci HAVA İKMAL BAKIM MERKEZİ KOMUTANLIĞI KALİBRASYON LABORATUVARI 1 nci Hava İkmal Bakım Merkezi Komutanlığı Kalibrasyon Laboratuvan Tip IIA seviyesinde bir kalibrasyon laboratuvan olup birisi subay mühendis olmak üzere toplam 5 mühendis ve 53 teknisyen personeli ile görev yapmaktadır. Kalibrasyon laboratuvarının mevcut kalibre alanı 660 m 2 olup bunun 144 m 2 'lik kısmı sınıfı toz kontrollü temiz bir ortamdır. Bu ortamın çevre şartları, bunun dışında kalan kalibre alanlarına göre ayrı bir özellik taşımaktadır. Halen mevcut personelin % 52'si iyi derecede ingilizce bilmekte olup % 41'i temel kalibre, % 10' u ise ileri kalibre eğitimi almış durumdadır. Bu eğitimler dışında kalan personel laboratuvar içinde aldığı eğitimle ihtiyacı karşılayacak duruma getirilmiştir. EGITIM İNGİLİZCE TEMEL KALİBRE İLERİ KALİBRE PERSONEL MİKTARI TOPLAM MEVCUDA ORANI(%) Personelin tecrübe açısından değerlendirilmesi yapıldığında ise % 23'ünün 0-5 yıl, % 12'sinin 5-10 yıl, % 65'inin ise 10 yıldan daha fazla süredir kalibrasyon konusunda çalıştıkları görülmektedir. ÇALIŞMA YILI > 10 PERSONEL MİKTARI TOPLAM MEVCUDA ORANI(%) Kalibre sorumluluğunda bulunan bir test/ölçü aletleri envanterinin son yıllarda artış göstermesine parelel olarak kalibre işyükü de sürekli artmaktadır. Envanterin % 24' ü elektronik, % 76' sı ise mekanik test/ölçü aletlerinden oluşmaktadır. MEKANİK ELEKTRONİK TOPLAM KALEM ADET

8 Envanter artışının ana nedeni teçhizatlanma olmakla birlikte, diğer bir nedeni de kalibre bilincinin gelişmesi sonucunda test/ölçü aletlerinin disiplin altına almmasıdır.envantere yeni giren test/ölçü aletleri nedeniyle kalibre kabiliyeti kazanma çalışmaları sürekli devam etmektedir. j Laboratuvarımızdaki kalibrasyon kabiliyetlerimiz şunlardır: / Gerilim-Akım (Voltage-Current) Frekans-Zaman (Frequency-Time) Osiloskop (Oscilloscope) Mikrodalga (Microwave) RF Sinyal (RF Signal) Boyut (Dimension) Basınç (Pressure) Tork (Torque) Açı ( Angle). Akış ( Flow) t Titreşim (Vibration) Optik (Optic) Ağırlık- Kuvvet (Weight-Force) Sıcaklık (Temperature) Erişilebilen en üst ölçüm ve kalibrasyon doğrulukları aşağıdaki tabloda verilmiştir. 234

9 ERİSEBİLEN EN ÜST ÖLÇÜM VE KALİBRASYON DOĞRULUKLARI KALİBRASYON SAHASI DC GERİLİM (DC Voltage) DC AKIM (DC Current) AC GERİLİM (AC Voltage) AC AKIM (AC Current) FREKANS (Frequency) DİRENÇ (Resistance) KAPASITANS(Capacitance) ENDUKTANS (Inductance) BOYUT (Dimension) BASINÇ(Pressure) AKIŞ (Flow) KUVVET (Force) TORK (Torque) SICAKLIK (Temperature) AÇI (Angle) BÜYÜKLÜK (RANGE) 0-1 V 1-10 V V loma-2 A 1 Ma-10 A A 0.1 ınv-1000 V 1 ma-20 A 100 Hz 400 Hz lkhz 1 Hz-10 MHz 10 MHz-18.5 GHz Mohm 1 Pf-1 F 100 nh-1 mh İMh-lOH H H mm ineli 0-48 inch 0-44 inch HG 0-5 psi 5-50 psi psi inch HG psi psi SLPM LPM 0-25 SCFM GPM LB [ INLB F -190/+400 C C C DOĞRULUK (ACCURACY) ±12 ppm ±6 ppm ±(Set edilen değerin 0.001%+20nV) ±0.025 % ±(Çıkışın 0.03%+Aralığın 0.03%) ±(Çıkışın 0.01%+Aralığın 0.03%) ± % ±(Çıkışın 0.15%+Aralığın 0.1%) ±(Çıkışın 0.2%+Aralığın 0.2%) ±(Çıkışın 0.3%+Aralığın 0.3%) ±2xlO~ 12 ±5xl0-10 ± 25 ppm ±0.01 % ±0.5 % ±0.3 % ±3% ±5% ± mm ± inch ± inch ±0.004 inch HG abs ±0.015% ±0.015 % ±0.025 % ±(0.006 % %FS) ±0 03% ya da ±0.01 psi ±0.03 %ja da ± 0.05_psi ±1% ±1 % ±0.25 % FS ±0.05 % ±0.05 % ±0.1% ±2 F ±0.01 C ±0.015 C ±0.02 C ±25 sec ±0.02 Kalibrasyon Laboratuvarı, bölgesi kalibre/onarım sorumluluklarının yanısıra Hv.K.K.lığı envanterindeki Jet Motor bremzelerinin, yağ analiz ve hidrolik analiz cihazlarının yerinde kalibre/onarımlarından da sorumludur. Bu nedenle yılda 60 ekibin, yerinde kalibre/onarım amacıyla diğer birliklere görevlendirilmesi gerekmektedir. Ayrıca fabrika içerisinde kullanılan imalat ve test tezgahlarının, flowmetrelerin ve titreşim ölçüm sistemlerinin de gerekli periyodik kalibreleri yerinde yapılmaktadır. Test/ölçü aleti kullanıcıları, ellerinde bulunan cihazları kalibre koordinatörleri vasıtasıyla kalibrasyon laboratuvanna bildirerek test/ölçü aletinin recall programına alınmasını sağlar. Böylece laboratuvar tarafından periyodik olarak kalibre çağrıları yapılan test/ölçü aletlerinin 235

10 laboratuvara gelerek kalibrelerinin yapılması sağlanır. Herbir test/ölçü aletine Tanıtım Numarası(ID.No) verilerek bilgisayar ortamında takip edilmesi sağlanır. Kalibrasyon Laboratuvarı, Hv.K.K.hğı ihtiyaçlarının yamsıra sahip olduğu altyapı ve eğitimli personeliyle sivil sanayi kuruluşlarına da büyük hizmetlerde bulunmaktadır. Kalite ve onun / vazgeçilmez bir parçası kalibrasyonun önemini kavramış olan Türkiye 1 nin belli başlı büyük kuruluşları, izlenebilir kalibre ihtiyaçlarını 1. HİBM.K.' lığı Kalibrasyon Laboratuvan 'ndan Döner Sermaye Genel Müdürlüğü aracılığı ile almaktadırlar. Yapılan her kalibre sertifıkalandırılmakta ve izlenebilirlik sağlanmaktadır. 1. HİBM. K.lığı Kalibrasyon Laboratuvan, Türkiye'de kalibre bilincini geliştirmek dolayısıyla kalitenin yükselmesiyle tüketiciye daha dayanıklı mal satmak ve uluslararası geçerliliği olan kalite belgelerine sahip olarak ihracat miktarında büyük artışlar sağlamak amacıyla sivil sanayi kuruluşlarına verdiği desteği her zaman sürdürmeğe devam edecektir. i f 236

11 TMMOB Makine Mühendisleri Odası Eskişehir Şubesi IILUlusal Ölçümbilim Kongresi 7-8 Ekim 1999 Eskişehir-Türkiye TÜRKİYE'DE KALİBRASYON SİSTEMİ VE KALİBRASYON LABORATUARLARI Elektronik Yük.Müh. Şahin Özgül, Dr.Elk.Müh. Erhan Tunalı, Elektronik Müh. Adem Cengiz ÖZET MKD, Metroloji ve Kalibrasyon Uzmanları Derneği TSE Kalite Kampusu, Çayırova tren istasyonu yanı, Çayırova-Gebze/Kocaelı Tel: (30 hat); Fax: Bugün Türkiye'de her kesimin sahip olmayı olağan saydığı cep telefonundan uydu antenine, elektrik süpürgesinden bilgisayara kadar çeşitli elektrikli ürünlerin ekonomik olmasını sağlayan seri üretim, bu ürünleri meydana getiren yüzlerce parçanın hassas olarak aynı karakterde yapılabilmesinin sonucudur. Bunun için direnç, gerilim, akım, uzunluk, kütle, zaman vb, ile çeşitli malzeme karakteristiklerinin hassas olarak ölçülebilmesi sağlanmalıdır. Bunun için de standartlara uygun kalibrasyon laboratuvarlan kurulması ve Türkiye kalibrasyon sisteminin oluşturulması gerekmektedir. Bu makalede Türkiye'de ölçme birliğinin sağlanmasının önemi vurgulanmış ve bir elektriksel kalibrasyon laboratuvarında bulunması gereken teknik şartlar incelenmiştir. Anahtar sözcükler: Kalibrasyon, izlenebilirlik, referans GİRİŞ Günümüzde ülkelerin karşıklı olarak gümrük birliğine gitmeleri neticesinde, ülkeler arası ölçme birliğinin sağlanması daha da gerekli hale gelmiştir. Bunun bir sonucu olarak öncelikle ülkemizin kendi içinde ölçme birliğinin kurulması gerekmektedir. Bu nedenle Türkiye'de kalibrasyon sisteminine gereksinim vardır. Bu kalibrasyon sisteminin bağımsız ve kamu denetimli bir kurum olması gerekmektedir. Aksi halde her kalibrasyon laboratuvarı kendi başına kararlar alır ve değişik uygulamalar olur. Böylece ölçme birliği sağlanmamış olur. Ülkemiz sanayisi için uluslararası alanda önemi olan kalibrasyon işi ticarete dökülürse, kalibrasyon yapma yerine sadece cihazlara sertifika düzenleyen laboratuvarlar türer. Bunun sonucunda kalibrasyon laboratuvarlan kaliteli mal üretimine katkıda bulunamazlar ve kamuoyunda bu Iaboratuvarlarm itibarları ortadan kalkar ve güvenilmez laboratuvarlar konumuna düşerler. Dünyada ilk uluslararası ölçme birliği çalışması 1875 yılında Fransa'da gerçekleştirilen, Osmanlı devletinin de içinde bulunduğu yirmi devletin temsilcisinin katıldığı "Metre Konvansiyonu" dur. Bu çalışma neticesinde BIPM ( Uluslararası Ölçü ve Ayarlar Bürosu) uluslararası platformda sistemin koordinasyonu sağlayan en üst seviye merkez konumuna gelmiştir. Uluslararası Birim Sistemi ( Systeme International d'unites (SI)) yedi temel büyüklükten oluşmaktadır. Bunlar uzunluk (metre ), kütle ( kilogram), zaman (saniye), ışık şiddeti ( kandela), madde miktarı (mol), elektrik akımı (amper) ve sıcaklık ( kelvin) dir. SI birimi olan bir amper, 237

12 boşlukta birbirine 1 metre mesafede paralel duran sonsuz uzunlukta ve dairesel kesitleri ihmal -7- edilebilen iki iletken arasında metre başına 2x10" N kuvvet oluşturan akımın şiddetidir. Bu tanım elektrik akım şiddeti olarak 1946'da Uluslararası Ölçü ve Ağırlıklar Komitesi ( Comite International des Poids et Mesures ( ClPM))'de görüşülüp, 1948 yılında Uluslarası Ölçü ve Ağırlıklar ( Confeerence Generale des Poids et Mesures (CGPM)) dokuzuncu konferansında kabul edilmiştir yılında ise uluslararası anlaşma ile amper MKS ( metre, kilogram, saniye ) sistemine eklendi ve MKSA ( metre, kilogram, saniye, amper ) sistemi olarak kabul edildi. Uluslararası standartlar hiyerarşisi Şekil l'de verilmiştir. Metrik Anlaşma CGPM Genel Ölçü ve Ağırlıklar Konferansı CIPM Genel Ölçü ve Ağırlıklar Komitesi BIPM Uluslararası Ölçü ve Ağırlıklar Bürosu Ulusal Laboratuvarlar Şekil 1. Uluslararası Standartlar Hiyerarşisi Elektriksel gerilim birimi olan volt'un tanımı ise iletken bir telin taşıdığı 1 A'lik akımın oluşturduğu 1 W'hk güç harcandığı zaman iletken telin iki noktası arasındaki potansiyel farkına 1 V (volt) (1V-1W/1A=1 m 2 kgs" 3 A" 1 ) denir.diğer elektriksel birimler ise türetilmiş büyüklüklerdir. ELEKTRİKSEL KALİBRASYON LABORATUVARLARININ GÖREVLERİ Elektriksel kalibrasyon labratuvarlan, ölçme yaptıkları büyüklüklere ilişkin referans standartları bulundurmalıdırlar. Bu referans standartlar, izlenebilir bir üst seviye laboratuvar tarafından 238

13 kalibre edilmelidir. Bu referans standartlar kullanılarak kalibrasyon laboratuvarının çalışma standartları kalibre edilmelidir. Bu çalışma standartları ise laboratuvarın kendi cihazlarının kalibrasyonunda kullanılmalı, doğrudan genel amaçlı ölçümlerde kullanılmamalıdırlar. Bir elektriksel kalibrasyon laboratuvarında bulunan kalibratörler, direnç, kapasite ve indüktans köprüleri, potansiyometreler vs. cihazların kalibrasyonları çalışma standarları kullanılarak yapılmalıdır [1]. CİHAZ KALİBRASYONU İÇİN GENEL YÖNTEM Kalibrasyonlar gerekli teknik yeterliliğe sahip teknik personel tarafından gerçekleştirilmelidir. Herhangi bir cihazın kalibrasyonuna başlamadan önce cihazın dokümanları incelenir ve cihazın nasıl çalıştığı ve kullanılacağı öğrenilir. Bu bilgiler çerçevesinde cihazın nasıl kalibre edileceğine karar verilir [2]. Cihazın kalibrasyonuna başlamadan önce cihazın kalibrasyonu için gerekli olan standart ve yardımcı cihazlar temin edilir. Standart ve cihazların seçiminde iki unsur gözönünde bulundurulmalıdır. Seçilen standardın ulusal veya uluslararası standartlara izlenebilirliği olmalıdır. Kullanılacak yardımcı cihazlar kalibre edilmiş olmalıdır. Cihazların kalibrasyonu yapılacak fonksiyonları, ölçme bölgeleri tespit edilir ve verileri kayıt etmek için tablolar hazırlanır. Kalibrasyon sırasında ortam sıcaklığı ve nem ölçülür ve ölçme tablosuna yazılır. Kalibrasyon işlemleri tamamlandıktan sonra belirsizlik hesapları yapılır ve cihaz için standart sertifika yazılım kurallarına uygun olarak sertifika hazırlanır. ELEKTRİK LABORATUVARLARIN PERSONELİ Laboratuvarlarda çalışacak olan personel temel elektrik bilgisine sahip olmalı, laboratuvarlarda bulunan tüm elektriksel ölçüm cihazlarının çalışma prensiplerini, kalibrasyon prosedürlerini ve sertifika yazma kurallarını bilmelidir. Elektriksel kalibrasyon konusunda çalışacak elemanlar elektiksel metroloji konusunda seminerler veya eğitim almalıdırlar. ELEKTRİKSEL KALİBRASYON LABORATUVAR ŞARTLARI Kalibrasyon laboratuvarlarının sıcaklık kontrolünün rahat yapılabilmesi için kullanılacak oda çift tavanlı, penceresiz veya çift camlı küçük pencereli olmalıdır. Rahat bir çalışma ortamı için yeterli aydınlık düzeyi sağlanmış olmalıdır. Laboratuvar alanı 50 m 2 civarında bir büyüklükte olmalıdır [3], Laboratuvar sıcaklığının ( 23 ± 1 ) C arasında kalması sağlanmalıdır, bağıl nem miktarı ise %(45 ±10)'u aşmamalıdır. Laboratuvar ortamı ısı, toz, nem, buhar, gürültü, titreşim ve elektromanyetik etki veya parazit gibi aşırı çevre etkilerine karşı gereği gibi korunmuş olmalı ve bu özelliğin sürekliliği sağlanmalıdır. Günümüzde modern cihazlar artık el yardımı ile ayarlanmamaktadır. Bu işlem mikroişlemci kontrollü sistemler yardımıyla gerçekleştirilmektedir. Bu cihazlarda kalibrasyon bilgileri cihazın belleğinde sayısal olarak kayıtlıdır. Gereğinde bu bilgilerden otomatik olarak faydalanılabilir. 239

14 TMMOB Makina Mühendisleri Odası Eskişehir Şubesi IlI.Ulusal Ölçümbilim Kongresi 7-8 Ekim 1999 Eskişehir-Türkiye ULTRASONİK DÖNÜŞTÜRÜCÜLERİN KARAKTERİZASYONU Eyüp Bilgiç, Enver Sadıkhov, Baki Karaböce Tübıtak Ulusal Metrolojı Enstitüsü (UME), P.K Gebze-Kocaeh TÜRKİYE Tel: ÖZET Teknolojinin gelişmesi ile bilimsel alanda çok önemli bir yere sahip olan ultrasonik dönüştürücüler de geliştirilmiş; özellikle tıp alanında olmak üzere, endüstriyel çalışmalarda, sualtı akustiğinde ve tahribatsız muayenelerde yaygın ve etkili bir şekilde kullanılmaya başlanmıştır. Kullanım sırasında herhangi bir sorunla karşılaşmamak ve amaca göre güvenilir sonuçlar elde etmek için kullanılan dönüştürücülerin karakterizasyonlarının bilinmesi gereklidir. Ultrasonik dönüştürücülerin tanımlanmasını veya dönüştürücünün karakterize edilebilmesini sağlayan, dönüştürücüye ait frekans ölçeğinde çalışma bölgesi, rezonans frekansı, etkin yayılım alanı ve çıkış gücü gibi parametrelerdir. Bu bildiride, UME Akustik ve Titreşim Eaboratuvarı'nda ultrasonik dönüştürücülerin karakterizasyon çalışmaları sunulmaktadır. Anahtar Sözcükler : Ultrasonik, dönüştürücü, karakterizasyon 1. GİRİŞ En genel anlamıyla, ultrasonik dalga frekansı 50 khz - 30 MHz aralığında olup [1], yüksek frekanslarda da (örneğin; 100 MHz) ölçümler gerçekleştirilir. Son tekniklerle frekans bölgesi 200 MHz - 2 GHz aralığı ile genişletilmiş ve 10 9 Hz frekansı, ultrasoniğin üst limiti olarak belirlenmiştir. Tüm dalga hareketlerinde ultrases hızı, genel olarak frekans ve dalgaboyundan hesaplanarak belirlenir. Tıbbi ve endüstriyel uygulamalarda kullanılan frekans aralığı 1-5 MHz olup, dalgaboyları metallerde milimetre seviyelerinde iken, suda 1 mm'den azdır. Bu nedenle ultrasonik dalgalar belli bir bölgeye yönlendirilerek kolaylıkla lokalize edilebilir, o bölgenin incelenmesindeki çözünürlük artmış olur. Diğer dalga hareketleri ile karşılaştırıldığında ultrasonik dalgalar, uygulandıkları ortam sınırlarında değişiklik gösterirler. İki farklı akışkan ortam arasındaki sınıra uygulanan, ultrasonik enerji demeti, kırılma gözlenmesine rağmen, ilk ortamdan ikinci ortama geçer. Kalan enerji, ilk ortamın sınırından geriye yansır. Ortamın özelliği biliniyor ise, ortamdan geçen ve yansıyan ultrasonik enerji hesaplanabilir. İkinci ortam gaz (örneğin hava) ise, ortamın yoğunluk, dalga yayılma hızı parametrelerine bağlı olarak ortama geçen enerji ihmal edilebilir. Ultrasonik dalgaların bilinen özellikleri, tıpta hastalıkların tam, teşhis ve tedavilerinde, malzemelerin yapılarını ve kalınlıklarını belirlemedeki hasarsız testlerde, canlılar üzerine yapılan araştırmalarda oldukça faydalı bir araç olmuş ve görevleri bu dalgaları elektrik sinyaline veya elektrik sinyalini ultrasonik dalgaya çevirmek olan dönüştürücülerin kullanımı oldukça yaygınlaşmıştır. Kullanıcının ve kullanılan ortamdaki nesnelerin hasar görmemesi, 241

15 canlılar için tehlike oluşturmaması açısından, dönüştürücüler ve sahip oldukları özellikler karakterize edilmelidir. Bu amaçla TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME), Akustik ve Titreşim Laboratuvarı'nda, geçtiğimiz yıldan itibaren başlatılmış olan, ultrasonik bir dönüştürücünün karakterize edilmesini sağlayan, dönüştürücüye ait frekans ölçeğinde çalışma bölgesi, rezonans frekansı, etkin yayılım alanı ve çıkış gücü gibi parametrelerin belirlenmesini sağlayacak çalışmalar sürdürülmekte olup, "Watt" bölgesinde çıkış gücüne sahip dönüştürücüler için "Zincirli Yüzer Hedef düzeneği oluşturulmuş [2], rezonans frekansı belirleme çalışmaları gerçekleştirilmiş ve kullanılan örnek dönüştürücüler için rezonans frekansı ve çıkış gücü belirlenmiştir. Yine aynı düzenek için, ölçüm/kalibrasyon prosedürü oluşturulmuş ve Türkiye'nin bu tür ölçümlere olan ihtiyacını belirlemek için araştırma çalışmaları planlanmıştır. 2. DÖNÜŞTÜRÜCÜ YAPISI VE ÖZELLİKLERİ Ultrasonik dönüştürücülerin yapımında kullanılabilecek malzemelerin çeşitliliği ve bu dönüştürücülerin farklı problemler için kullanılıyor olması, endüstride aranan ve istenen tüm özelliklere sahip, tek tipte bir dönüştürücü üretilmemesinin bir sebebidir. Bu nedenle endüstride farklı amaçlarla, farklı özelliklere sahip dönüştürücü çeşitleri kullanılmaktadır. Bu dönüştürücüler, PVDF ve piezoelektrik malzemeden üretilenlerin yanısıra, kapasitif özellikli olanlar da vardır. Sahip olduğu bazı özelliklerinden dolayı, laboratuvarımızda kullanmak üzere tercih ettiğimiz dönüştürücü piezoelektrik esaslıdır PİEZOELEKTRİK DÖNÜŞTÜRÜCÜ Piezoelektrik etki ilk olarak 1880 yılında Curie kardeşler tarafından keşfedilmiş olup bir veya daha çok polar ekseni olan veya simetri merkezi olmayan kristallerde ortaya çıkar [3]. Piezoelektrik malzeme mekanik olarak sıkıştınldığmda malzemenin yüzeylerinde eşit fakat ters polariteli elektrostatik yük oluşur. Piezoelektrik etki tersinir olay olduğundan, malzemenin yüzeyleri arasına potansiyel fark uygulandığında malzemede mekanik deformasyon gözlenir. Malzemeye belli bir frekansı olan değişken gerilim uygulanırsa, malzemedeki mekanik değişim, potansiyel fark frekansında meydana gelir. Bu özelliklerinden dolayı piezoelektrik malzemeler hem alıcı hem de kaynak olarak kullanılırlar. Genel olarak piezoelektrik malzemeler, quartz kristali, lityum niobat, rochelle tuzu, amonyum di hidrojen fosfat (ADP) ve yaygın olarak kullanılan kurşun zirkon titan gibi seramiklerdir. Seramikler, suda çözünmediklerinden, mekanik olarak rochelle tuzu ve ADP'den daha dayanıklı olmaları ve herhangi bir formda üretilebilmeleri tercih sebeplerini oluşturan en büyük özelikleridir [4]. Şekil l'de piezoelektrik bir dönüştürücünün elektriksel eşdeğer devresi [5] verilerek mekanik sistemin benzeştirmesi yapılmıştır. 242

16 c R C R Şekil 1. Piezoelektrik Dönüştürücünün Eşdeğer Devresi Burada; C o : Titreşimlerin engellendiği durumlardaki kapasitans, Ro : Dönüştürücünün dielektrik kayıpları [ 27if(C 0 +Cı)tana ] -1, Rı : Dönüştürücüdeki mekanik kayıplar, RL : Akustik veya mekanik yük, Cı : Malzemenin katılığı (rigidity), Lı : Malzemenin kütlesi. Yukarıdaki eşdeğer devredeki elektro-mekanik parametreler aşağıda M.K.S.A birimleri ile Tablo 1'de verilmiştir. Tablo 1. Elektro-Mekanik Parametreler Elektriksel Parametreler Gerilim (Volt) İndüktans (Henry) Kapasitans (Farad) Akım (Amper) Yük (Coulomb) Empedans (Volt/Amper) Mekanik Parametreler Kuvvet (Newton) Kütle (Kg) Compliance (m/newton) Parçacık Hızı (m/s) Yerdeğiştirme (m) Empedans (Newton/m.s) Referans standart olarak kullanılacak bir ultrasonik dönüştürücüde aranan başka özellik, kararlılığının uzun süreli olmasıdır. Dönüştürücü yapısında, kararlılığı sağlayacak kısımlar dikkatlice tasarlanılmalıdır. Bu gereklilik, kararlı olmayan malzemelerin kullanılmalarını önceden engelleyerek referans dönüştürücünün dizaynını basitleştirir. Şekil 2'de bir ultrasonik dönüştürücünün kesit görünüşü verilmiştir. 243

17 Şekil 2. Ultrasonik dönüştürücünün kesit görünüşü Diğer bir önemli bir parametre ise dönüştürücünün piezoelektrik malzemesinin seçimidir. Dönüştürücü aktif elemanı olarak, çıkış gücü miliwatt bölgesinde olan dönüştürücüler için quartz genellikle tercih edilir [6]. Kullanım amaçlarına göre X ve Y kesimi quartz kristalleri vardır. 3. DÖNÜŞTÜRÜCÜLERİN KARAKTERİZASYON PARAMETRELERİ Ultrasonik dönüştürücülerin karakterizasyonu, bir anlamda kalite kontrol olup, belirlenen akustik alan boyunca ölçülen zaman ortalamalı veya ileri doğru yayılan dalganın itme şiddetidir. Bu örneklerden anlaşılacağı gibi karakterizasyon kelimesi oldukça geniş bir anlam içermekte olup, elde edilmesi istenen bilgiler için bir standart belirlenmeli ve çalışmalar bu standarda göre yönlendirilmelidir. Bir ultrasonik dönüştürücünün karakterizasyonunda, dalganın yayıldığı ortamın özellikleri ve uygulama sırasında maruz kaldığı yükleme oldukça önemlidir. Su gibi bir malzemenin kolayca elde edilebilir olması ve kolayca kullanıma hazır halde bulunması sebebiyle tercih edilmesinde başka bir etken, tıp alanında günümüzde hastalıkların teşhis ve tedavisi amacıyla insanlar üzerinde kullanılan bu dönüştürücüler için ortamın, çoğunluğu sudan oluşan ve homojen olmayan yumuşak insan dokuları ortamına benzetilmek istenmesi olmuştur. Cihazların temel karakteristikleri üç parametrenin belirlenmesiyle ortaya çıkartılır. Bu parametreler [6] : 1. Hassasiyet (güç çözünürlüğü ve doğruluk) 2. Kararlılık (kısa dönem, uzun dönem) 3. Özgünlük (bir cihazın sadece ilgili parametreyi ölçebilme derecesi)'dir. Dönüştürücülerin karakterizasyonuna yönelik diğer parametreler, IEC 1088 Standardında [7] tanımlanmış olup aşağıda kısaca değinilmektedir. Dönüştürücüler genel olarak iki kategoriye ayrılırlar : P Kategori Dönüştürücüler : Gaz ve sıvı ortamda akustik güç yayan dönüştürücüler. A Kategori Dönüştürücüler : Katılara çeşitli işlem yapmak için tasarlanmış dönüştürücüler. 244

18 Bu sınıflandırmanın dışında dönüştürücülerin genel olarak elektriksel parametreleri şunlardır: Rezonans frekansı ve rezonansta dönüştürücünün elektriksel giriş gücü, Band genişliği ve kalite faktörü, Rezonans frekansındaki yerdeğiştirme genliği, "Yerdeğiştirme-voltaj" hassasiyeti, Akustik çıkış gücü, Elektroakustik verim, "Yerdeğiştirmenin Karesi-Güç" hassasiyeti, Resonastaki elektriksel empedans, Elektriksel admitans (sıkıştırılmış dönüştürücü ) Ultrasonik dönüştürücülerin karakterizasyonlarını gerçekleştirmek amacıyla UME Akustik ve Titreşim Laboratuvarı'nda RFB (Radiation Force Balance) tekniğinin kullanılacağı düzeneklerin oluşturulması planlanmış ve ilk aşamada "watt" bölgesinde çıkış gücüne sahip dönüştürücülerin karakterizasyonu için zincirli yüzer hedef düzeneği oluşturulmuştur. 4. UME AKUSTİK VE TİTREŞİM LABORATUVARINDA YAPILAN ÇALIŞMALAR Laboratuvarımızda ultrasonik dönüştürücünün rezonans frekansını belirlemek amacıyla bir çalışma yapılmış ve sistem yeterli olacak düzeyde başarıyla oluşturulmuştur. Ultrasonik dönüştürücünün karakterizasyonu için belirlemek istediğimiz parametrelerden biri dönüştürücünün rezonans frekansıdır. Yük olarak suyun kullanıldığı bir dönüştürücünün empedans - frekans tepkisini elde etmek için bir PC tarafından kontrol edilmiş empedans analizörü ve seviye kaydedici kullanılmıştır. Elde edilen empedans-frekans grafiğinden, dönüştürücünün rezonans frekansı belirlenmiştir. Örnek bir grafik aşağıda verilmektedir C. 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 Frekans (khz) 50,0 55,0 Şekil 3 Ultrasonik dönüştürücünün empedans-frekans tepkisi Teknolojinin vazgeçilmez bir ürünü olan ultrasonik dönüştürücülerin özellikle tıp alanında yaygın olarak kullanılmaları sebebiyle karakterizasyonlarının ne ölçüde, ne anlamda önem taşıdığından bahsetmiş ve çıkış güçleri 10 Watt'a kadar olan ultrasonik dönüştürücüler için "Zincirli Yüzer Hedef Düzeneği" kullanıldığından bahsetmiştik. 245

19 Ultrasonik dalga, yansıtıcı özellikteki hedefe momentum transferi yoluyla bir radyasyon kuvveti uygular. Sistemin temel prensibi, hedefi yatay olarak dengeleyen ve ağırlığı bilinen zincirlerle, bahsedilen radyasyon kuvvetini ölçmeye dayanır. Laboratuvarımızda oluşturulan düzenek ile, denge konumundaki hedef üzerine, herbirinin sudaki ağırlığı bilinen küçük kütleler koyarak meydana gelen yerdeğiştirmeler birer birer belirlendi ve sistemin ağırlık (mg : kuvvet) - yerdeğiştirme kalibrasyonu yapıldı. Ölçüm düzeneğinin kalibrasyon eğrisi Şekil 4'te görülmektedir. Akustik çıkış gücü belirlenecek olan dönüştürücü, su içinde dengede bulunan yüzer hedefin üzerinde belirli bir mesafede konumlandı. Belirli bir uyarma gerilimi uygulanan dönüştürücü, dengede bulunan hedefin yerdeğiştirmesine sebep oldu. 100,0 80,0 60,0 a >5fa 40,0 20,0 i 0,00 0,20 0,30 Ağırlık (g) 0,40 0,50 0,60 Şekil 4. Yüzer Hedef ölçüm düzeneği için ağırlık-yerdeğiştirme tepkisi Hedefin toplam yerdeğiştirmesi ölçüldü, bu yerdeğiştirmeye karşılık gelen kuvvet değeri ölçüm düzeneğinin kalibrasyon eğrisinden hesaplandı. Elde edilen kuvvet değeri aşağıdaki ifadede yerine konularak dönüştürücünün akustik güç değeri hesaplandı. 10" Fc ~ 2Cos 2 a Burada F( Dyne) : Düşey yönlü kuvvet c (cm/s) : Ultrasonik dalganın su içindeki yayılma hızı a : Hedefin yansıtıcı yüzeyinin normali ile ultrasonik dalga demeti arasında açı. Dönüştürücüye ait güç - yerdeğiştirme tepkisi Şekil 5'te verilmiştir. 246

20 5,0 i (w) o a- ö- Akusti 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 Yerdeğiştirme (mm) Şekil 5. Dönüştürücüye ait akustik güç-yerdeğiştirme bağımlılığı 5. SONUÇ Endüstride çok geniş olarak kullanılan ultrasonik dönüştürücülerin karakterizasyonu, kullanım alanlarına göre değişiklik arzetmektedir. Hasarsız test yapmak için kullanılan dönüştürücülerde önemli parametreler, ultrasonik dalga frekansın demetin yayılma açısı vb. önemli olurken su altı akustiğinde kullanılan hidrofonların kararlılıkları, hassasiyetleri ve frekans tepkileri önemlidir. Benzer şekilde tıp alanında yaygın olarak kullanılan ultrasonografı cihazlarının çıkış güçleri, insan sağlığı hayati önem taşıyan diğer bir parametredir. UME Akustik ve Titreşim Laboratuvan'nda yapılan bu ön çalışma ile ultrasonik dönüştürücülerin kısmen de karakterizasyonlan yapılmıştır. Bundan sonra yapılacak çalışmalarla dönüştürücülerin elektroakustik verim gibi diğer elektriksel parametrelerinin ölçülmesi hedeflenmektedir. 6. KAYNAKLAR [1] E.B. Miller, D.G. Eitzen, Ultrasonic Transducer Characterization at the NBS, IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, Vol. SU-26, No.l, 1979, s [2] E. Bilgiç, F. Parlaktürk, E. Sadıkhov, " Ulusal Ultrasonik Ölçeğinin Oluşturulması", 3. Ulusal Akustik Kongresi Bildiri Kitapçığı, İstanbul, 1997, s.56 [3] J. Blitz " Fundamentals of Ultrasonics", Plenum Press, New York, 1967 [4] ir. H.A.J. Rijnja, "Modern Transducers, Theory and Practice", Underwater Acoustics and Signal Processing, 1981, s [5] Philips Data Handbook " Components and Materials - Piezoelectric Seramics" Netherlands, 1976 [6] M.C.Ziskin, P.A. Lewin" Ultrasonic Exposimetry", CRC Press, USA, 1993 [7] IEC 1088 "Characteristics and Measurements of Ultrasonic Piezoceramic Transducers"

21 TMMOB Makine Mühendisleri Odası Eskişehir Şubesi 111 Ulusal Olçumbilim Kongresi 7-8 tikim 1999 Eskişehir-Türkiye ULUSAL CAZ DEBİ ÖLÇÜM STANDARDI BELL PROVER'IN TANITILMASI Baycık Aksclli, Hakan Kaykısızlı, Dr. Vahit Çiftçi TÜBİTAK. Ulusal Mctroloji FınstitüsüP.K Gcbze/TÜRKİYE Tel: / 554 E-maıl:basak:c/)umc.tubitak.gov.İr ÖZET FTBP-10 Bell Prover, Akışkanlar Mekaniği t.aboratuvan'nda gaz, debi ölçümleri için kullanılan primer bir standarttır İzlenebilirliğini NIST'den alan bu standardın belirsizliği %0,2'dir. 0,2-85 m/h debi aralığında ölçümlerin yapıldığı bu sistemin çalışma prensibi, sabit basınç ve sıcaklık koşullan altında, sayaçtan geçen gazın yerdeğiştirme hacminin ölçülmesi esasına dayanır Anahtar sözcükler: Kaiibrasyon, Gaz Sayacı, Ölçüm, Bell Prover I. BELL PROVER'IN MEKANİK YAPISI FTBP-10 Bell Prover, Şekil Tde görüldüğü gibi dış bir cidar ile çevrelenmiş iç içe iki tanktan oluşmaktadır İç tank ile dış cidar arasındaki halka biçimli boşluk yağ ile doldurulur. "Bell" olarak tanımlanan başka bir tank, Shell DİALA AX yağı ile dolu bölme içerisinde aşağı, yukarı hareket eder Bu sızdırmaz yağ ortamı, Bell'in yumuşak bir şekilde doğrusal hareket etmesine yardımcı olur Yağ, kabarcık oluşturmayan bir yapıya sahiptir Bell ekseninde bell'e bağlanmış mil, iç tank içerisine merkezlenmiş dikey yatak içerisinde sürtünmesi/ bir şekilde, aşağı yukarı hareket eder. Lineer mil yatakları, düşük sürtünme kayıpları ile bell'in çalışmasını sağlar. Ayrıca, kasnaktan, zincirden ve millerden kaynaklanan salınma problemlerini ortadan kaldırır.çevrim boyunca basıncın sabit kalmasını sağlayacak şekilde Bell, hassas olarak dengelenmiştir. Şekil 1. Bell Prover'm fotoğrafı 248

22 Şekil l'de görüldüğü gibi, çan merkezindeki zincirin diğer ucuna bağlı ve beli kesit alanına denk bir alana sahip, yağ içerisinde bell'in tersine hareket eden, büyük denge ağırlık bell'in ağırlığını dengelemede kullanılmaktadır. Yarım elips şeklindeki eksantrikten asılı küçük denge ağırlığı ise, yüzey gerilme kuvvetini dengeleyecek şekilde yapılmıştır. Büyük denge ağırlığı, bell'in seviye değiştirmesini sağlayan ve halka boşluğa hidrolik olarak bağlı olan küçük bir tank içinde asılıdır. Denge ağırlığının kesit alanı ile bell'in kesit alanının aynı olması, yağ seviyesinin sabit kalmasını sağlar. Bell, yağdan dışarı doğru hareket ettiğinde, denge ağırlığı yağın içine doğru hareket ederek, yağ seviyesinin sabit kalmasını sağlar. Bu da, ölçümler değişen yağ seviyelerinden etkilenmeyeceğinden, daha hassas ve tekrarlanabilir kalibrasyonlara olanak verir. YAĞ PİNOMATİK KONTROL REGÜLATÖR BASINÇLI HAVA * f Şekil 2. Bell Prover'ın Çalışma Prensibi 249

23 Şekil 2'de görüldüğü gibi gazın yerdeğiştirme hacmi, kesit alanı sabit olan Bell'in, yukarı ve aşağı yöndeki doğrusal hareketine dönüştürülmektedir. Bell'in kesit alanı sabit olduğundan, yerdeğiştirme hacmiyle Bell'in yükselme mesafesi doğru orantılıdır. Bell'in hareketi bir kasnağa bağlı zincir ile sağlanmaktadır. Kasnağın miline bağlı enkoder ile de Bell hareketinin yüksekliği ölçülür. Enkoderden çıkan her bir pulse ile Bell'in aldığı mesafe tam olarak ölçülmüş olur. Enkoder pulsları bir elektronik sayaç yardımıyla toplanır ve yerdeğiştirme hacmi belirlenir. Elektronik sistem hassas bir zamanlayıcıyı da içerir. Zamanlayıcı, enkoder pulsları ile harekete geçirilir. Akış debisi, yer değiştirme hacminin zamana oranı alınarak belirlenir. 2. BELL PROVER'IN ELEKTRONİK YAPISI FTB Bell Prover'ın elektronik sistemi, otomatik olarak verilerin alınmasına ve Bell'in çalıştırılmasını sağlayan interface'in kullanılmasına olanak vermektedir. Ayrıca elektronik sistem, verilerin elde edilmesini, saklanmasını ve kalibrasyon raporunun oluşturulmasını da sağlamaktadır. Elektronik sistem[l], dijital ve analog sensörler ile, interface kutusunu ve IBM uyumlu PC'yi içermektedir. Bell'deki sensörler, enkoderi, üst-alt limit anahtarlarını, sıcaklık ve mutlak basınç sensörlerini içerir. Sıcaklık ve basınç sensörleri kalibrasyon şartlarını kaydederken, enkoder, akış debisini belirlemek için Bell'in yer değiştirmesini hassas bir şekilde ölçer. Üst limit anahtarı, beli üst ölü noktaya geldiği zaman kalibrasyon sürecini durdurur ve pinomatik vana kanalıyla hava tahliyesini sağlar. Üst-alt limit anahtarları aynı zamanda, kalibrasyon sürecinin en sonunda, enkoderın düzgün bir şekilde çalıştığını kontrol ederek kalibrasyonu sonlandırmak için de kullanılır.alt limit anahtarı ise tahliye vanasını kapatır ve kalibrasyon işlemine yeniden başlatır. Gaz sayacındaki sensörler; sayaç sinyal sensörleri ile sıcaklık ve basınç sensörlerini içermektedir. Sayaç sinyali, verilen akış debisi için, test edilen sayacın çıkış verileridir. Elektronik sistem, şu çeşit sayaç sinyallerini kabul etmektedir: 1) Manyetik, 2) Frekans, 3) 0-10 volt'luk puls, 4) 4-20 miliamper analog veya 5) 0-5 Vdc analog. Sayaç sıcaklık ve basınç farkı sinyalleri, sayacın performansım belirlemede kullanılan primer standart Bell ölçüm değerlerini, sayacın çalışma şartlarına uyarlamak için kullanılır. Sensör sinyallerinin tümü, Bell Prover operatörünün paneline ve interface kutusuna doğru yönlendirilmiştir. Gerekli koşullara getirilmiş sinyaller, PC'ye yönlendirilir. PC analog ve dijital kartı ve sayıcı/zamanlayıcı kartı içerir. Analogdan dijitale çeviri kartı, çeşitli analog sinyalleri dijital sinyallere çevirir. Sayıcı/zamanlayıcı kartı, kalibrasyon başlama ve bitme kesici valfı elektronik devresi bağlantılı çalışmaktadır. Akış debisini ve sayaç frekansını belirlemede, sofhvare tarafından okunan ve dijital hale getirilmiş sinyaller, kalibrasyon datalarını oluşturmak üzere işlenir. 250

24 FTB.P-10 Bell Prover, PCC5 software aracılığı ile kullanılmaktadır. Softvvare, kullanıcının kalibrasyon işlemini başlatmasını, dataları saklamasını ve kaydetmesini, kalibrasyon raporunun veya grafiğinin hazırlanmasını sağlamaktadır.bütün düzeltme faktörleri hesaplan ve gaz miktar hesaplamaları otomatik olarak gerçekleştirilmektedir. Kalibrasyonu yapılabilen sayaç türleri; Türbinmetre Körüklü gaz sayaçları Rotary Piston Gaz Sayaçları Coriolis Magnetik 3. ÖLÇÜMLER VE HESAPLAMALAR Bell'in yerdeğiştirme hacmi [3] şöyle hesaplanmaktadır; V g^_7t D 2 xrxk E XN 4 Burada, V g = Ölçülen hacim D = Bellin iç çapı R = Makaranın yarıçapı KE = enkoder sabiti, rad / pulse N = Pulse sayısı Genel gaz kanunundan yola çıkılarak standart basınç ve sıcaklıktaki gaz hacmine geçiş yapılr; (P s /P g )(T s /T g )x X Akışkan debisinin hesaplanması: Q w = V g /1 Q w : Akışkan debisi (çalışanı basıncında) V g : t zaman içinde, çalışma basıncı (P g ) ve çalışma sıcaklığında (T g ) toplanan gaz hacmi P g : Gaz çalışma basıncı P s : Standart basınç ( bar) V s : Standart basınç ve sıcaklıktaki gaz hacmi T g : Çalışma sıcaklığı T s : Satnadart sıcaklık ( = K s 15 C) t: Kalibrasyon boyunca geçen zaman % : Gaz sıkışma faktörü= f(p) (küçük basınçlarda ihmal edilir.) 251

25 4. BELİRSİZLİK PARAMETRELERİ Bell Prover belirsizliğini[3] oluşturan parametreler; 1) Bell Prover'dan gelen ölçüm belirsizliği 2) Tekrarlanabilirlik hatası 3) Sıcaklık ve basınç değişiminden kaynaklana hata 4) Sıfır hatası 5) Çözünürlük hatası 6) Tersinebilirlik hatası 7) Sistematik hata değeri 8) Lineerite hatası 5. SONUÇLAR Gaz debisi ölçümündeki ulusal standart Bell Prover % 0.2 gibi oldukça düşük belirsizlikle çalışması kurulabilecek ikincil sistemlerin kalibrasyonu için oldukça önemlidir. Bell Prover'la, ikincil seviye laboratuvarlarda kurulabilecek olan orifıs veya nozzle sistemlerinin kalibrasyonunu gerçekleştirmek mümkündür. Yapılacak olan uluslararası karşılaştırma sonucunda Bell Prover'ın belirsizliği test edilecektir. Tamamen bigisayar kontrollü olan bu cihaz kullanılarak gaz debisi ölçümlerinde 0,2 m 3 /h'in altına inme çalışmaları devam etmektedir. 6. KAYNAKLAR [1] Bell Prover User Manual, EG&G Folw Technology, Arizona, [2] Baker, R.C., An Introductry Guide to Flow Measurement, Mechanical Engineering Publications Limited, London, 1992 [3] Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, International Organization for Standardization, Svvitzerland,

26 TMMOB Makine Mühendisleri Odası Eskişehir Şubesi IILUlusal Ölçümbilim Kongresi 7-8 Ekim 1999 Eskişehir-Türkiye ULUSAL METROLOJİ LABORATUVARLARININ KARŞILIKLI TANINMA ANLAŞMASI, "MUTUAL RECOGNITION AGREEMENT (MRA)" ÖZET Sevi/ay Uğur TÜBİTAK-Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME) Gebze Kocaeli Endüstrileşen dünyada yaşam büyük ölçüde ölçümlere bağlıdır. Modern teknolojinin devamlı artan karmaşıklığı daha doğru, daha geniş ölçüm aralığında, ve değişik alanlarda ölçümler gerektirirken,, uluslararası ticaret ulusal ölçüm standartlarının eşitliğinin gösterilmesini gün geçtikçe daha çok istemektedir. Bu nedenle uluslararası boyutta BIPM 1997 yılından başlayarak Metre Konvansiyonuna üye ülkeler arasında ulusal metroloji enstitülerini kapsayan yeni düzenlemelere girmiştir. Bu bildiride bu düzenlemelerin neler olduğu ve hangi aşamada olduğu anlatılacaktır Anahtar sözcükler: CIPM, BIPM Mutual Recognition Agreement (MRA) 1. METRE KONVANSİYONU VE ULUSLARARASİ YAPI On dokuzuncu yüzyıldaki endüstriyel devrim ve eş zamanlı olarak gelişen uluslararası ticaret 1875 yılında hükümetlerin Metre Konvansiyonu'nu imzalamalarına yol açmıştı. Bu şekilde ortak ölçüm birimleri ve standartlarına karar verildi, ve Metre Konvansiyonuyla ulusal standartların eşitliğini garantilenmesi için teknik odak noktası olarak BIPM kuruldu. Bu yapı şekil 1 de görülmektedir. Kalite, tekrarlanabilirlik, ve güvenlik toplumun pek çok kesiminde günden güne daha fazla arzu edilmekte, bu arzuya cevap verebilecek çok sayıda standartlar ve normlar oluşturulmakta ve kapsamları toplum sağlığı, çevre, ürünlerin uyum ve güvenliği, ticarette eşitlik gibi konuları içermektedir. Uluslar arası ticaret, üreticilerin ve gümrüklerin ihracat yaptıkları her ülkenin kurallarını bilmelerini gerektirir. Bir ürünün başka bir ülkede geçerli olan kurallara uyumunu göstermek hemen hemen her zaman ölçümleri gerektirir. Bunun sonucu olarak,bir ülkede tek bir standarda izlenebilirlik kavramı o ülkenin gereksinimi olmaktan çok uluslararası ortamda bir zorunluluk olmuştur. Bu ulusal ölçüm standartlarının eşitliğinin hiçbir anlaşmazlığa meydan vermeyecek şekilde ispatlanması demektir. Doğal olarak BIPM'in ve ulusal metroloji laboratuvarlarmın ana görevlerinden birisi, ölçüm standartlarını sürekli bir şekilde karşılaştırmaktır. Fakat şimdiye dek olan uygulamalarda ölçüm standartlarının doğruluğunu değerlendirmek ve ülke içinde dağıtmak o ülkenin ulusal enstitüsüne bırakılmıştı. Fakat bugün, hemen hemen her ülkenin bir başka ülkenin kurallarıyla uyum içinde olması da gerekliliği bir zorunluluk olarak karşımızdadır. Böylece gittikçe artan sayıda ikili karşılıklı birbirinin kalibrasyon sonuçlarını tanıma anlaşmaları 253

27 imzalanmaktadır. Bu sistemin çok sayıda ülkeye bütünlüğü bozulmadan yaygmlaşamayacağı, iter ülkenin başka bir ülkeyle sonsuz sayıda ölçüme girmesi ve yine çoğu kez ev sahibi ülkede yapılan ölçümlerin tekrarlanmasının çözüm olamayacağı açıktır. Bir şekilde en üst seviyedeki ulusal standartların eşitliğinin sağlandığı genel sitemin oluşturulması kaçınılmazdır Bu gereksinimlere cevap verebilecek uluslar arası yapının oluşturulması çalışmaları 1997 yılında başlamış ve Ulusal ölçüm standartlarının ve ulusal Metroloji enstitüleri tarafından verilen ölçüm ve kalibrasyon sertifikalarının karşılıklı tanınma anlaşması "Mutual Recognition Agreement (MRA) " anlaşma metni hazırlanarak Metre Konvansiyonuna üye ülkelerin Ulusal Metroloji Enstitülerinin yöneticilerinin onayına sunulmuştur. Son haliyle resmi olarak 14 Ekim 1999 tarihinde Paris"de imzalanacaktır Bu bildiri bu anlaşmayı ana hatlarıyla özetlemektedir METRE KONVANSİYONU Diplomatik Anlaşma Confereıue Generale des Poids el Measures (CGPM) Üye ülkelerin temsilcilerinden oluşur 4 yılda bir toplanır. Üye Ülkelerin Hükümetleri C'omite International des Poids et Mesures C IPM CGPM tâtâtindan seçilen 18 kişiden oluşur BIPM'in idaresinden denetiminden sorumludur. Uluslararası Orıiiitler Coıısııltative Comitees İstenilen konularda CIPM danışmanlık yapar Her komitenin basında bir CIPM üyesi vardır ve üye ülkelerin ulusal laboratuvarlanndan gelen temsilcilerden oluşur. Ulusal Laboratm arlar Burcu International des Poids el Mcsures (BIPM) "Sevr'de bulunan ve yakiaşîkwuiûslararası çalışanı olan metroloji merkez laboratuvarı ve ofisler. Şekil 1 Metre Konvansiyonuna bağlı uluslararası yapı 254