SICAKLIK ALGILAYICILAR

Transkript

1 SICAKLIK ALGILAYICILAR AVANTAJLARI Kendisi güç üretir Oldukça kararlı çıkış Yüksek çıkış Doğrusal çıkış verir Basit yapıda Doğru çıkış verir Hızlı Yüksek çıkış Sağlam Termokupldan (ısıl İki hatlı direnç ölçümü Ucuz çiftten) daha doğrusal çıkışı vardır Pahalı değildir Fiziksel şekil çeşitliliği Geniş çalışma aralığı DEZAVANTAJLARI Doğrusal olmayan çıkış Pahalı Doğrusal değildir T<250 C Düşük voltaj Yavaş Sınırlı çalışma aralığı Güç kaynağı gerekir Referans ister Akım kaynağı gerekir Kırılgan Yavaştır Düşük kararlılık Az direnç değişimi Akım kaynağı ister Kendisi ısınır Düşük duyarlılık Dört telli ölçüm Kendisi ısınır Sınırlı yapıda TERMOKUPL ( ISIL ÇİFT) Isıl çiftlerin çalışma prensibi; Bütün iletkenler ısıtıldıklarında içlerinde bulunan elektronlarda bir hareketlenme meydana gelir. Ancak bu hareketlenme çeşitli iletkenler arasında farklılık gösterebilir. Bu maddenin ayırt edici özelliklerinden biridir. Biz de iletkenlerin bu farklarından yararlanarak sıcaklık ölçümü yapabiliriz. İki farklı iletkenin birer uçları birbirine kaynak edilip ya da sıkıca birbirine bağlanıp boşta kalan uçlarına hassas bir voltmetre bağlandığında, eğer birleştirdiğimiz ucu ısıtırsak, sıcaklıkla orantılı olarak voltmetrede mv lar mertebesinde bir DA gerilimi elde ederiz. Elde ettiğimiz gerilimin değeri kullandığımız metallerin sıcaklığa verdiği tepki ile orantılıdır.

2 Termokupllardaki temel sorun ölçme ve bağlantı amaçlı temas noktalarında da gerilim oluşumu sebebiyle hatalı ölçüme sebep olabilmeleridir. Hatalı ölçüme sebebiyet verilmemesi açısından kompanzasyon yapılması zorunludur. Kompenzasyon yöntemlerinden biri BUZ banyosu işlemidir. Sulu buzun derecesi sıfırdır. Sıfır derecede termokupllar sıfır volt çıkış verirler. Bu nedenle aşağıda belirtilen ve yukarıda sorun olarak ifade edilen J2 noktasındaki V2 gerilimi sıfır olacağından ölçme elemanı sadece termokupl gerilimini okur. Ayrıca J3 ve J4 temas noktalarındaki gerilimlerde aynı sıcaklık ortamında ve ters bağlı olduklarından sistemde hataya neden olmazlar. Şekil Buz banyolu harici referans

3 Bağlantı noktaları aynı sıcaklıkta değilse bu bağlantı biçimi de hataya neden olacaktır. Bu sebeple; Bir diğer yöntem;

4 Entegre edilmiş ve programlanmış bir sistemle de kompanzasyon yapılabilir. Önemli olan sıcaklığa bağlı hatalı olarak oluşan gerilimlerden gerçek termokupl değerini ayıklamaktır. Aşağıda değişik malzemelerden yapılmış ve harf olarak kodlanmış termokuplların sıcaklık-milivolt çıkış eğrilerini görmekteyiz.

5

6 Termokupllar -200 C ile C arasında çalışabildiklerinden endüstride en çok tercih edilen ısı kontrol elemanlarıdır. Genellikle endüstri tesislerindeki yüksek sıcaklıkta çalışan sistemlerin kontrolünde kullanılır. RTD Bir metalin direncinin sıcaklık ile değişimi prensibine dayanır. Metal iletkenlerden yapılmış olan elemanların dirençleri sıcaklık ile doğru orantılıdır (PTC). Alaşım ve yarıiletkenlerde ise durum farklıdır. Pek çok yarıiletkenin direnci sıcaklık ile ters orantılıdır. RTD lerin dirençleri ne kadar yüksekse sistemdeki hata payı da o kadar düşük olacaktır. Demir, platin, nikel, 0.7 nikel-0.3 demir ve bakır gibi maddeler RTD imalatında en çok kullanılan maddelerdir. Bu malzemeler içerisinde en doğrusal sonuçları veren ve en ideal olanı platindir. Platin RTD'lerin direnç değerleri, tel sarımlı laboratuar RTD'lerinde 10 ohm'dan, ince plakalı RTD'lerde birkaç bin ohm'a kadar değişmektedir. En çok bilinen değer 0 C'ta 100 ohm'dur (PT100). RTD'ler 0 C'taki direnç değerleri ve kullanılan elemente göre adlandırılmıştır. (PT100, PT ). RTD kendinden beslemeli bir aygıt değildir ve RTD üzerinden geçen akım da ısınmaya yol açacağından sistemde hatalara neden olabilir. Bu hataları en aza indirgenmesi ve doğru ölçümün yapılabilmesi için mümkün olan en küçük uyarma akımı kullanılmalıdır.

7

8 Termistör Ortamdaki ısı değişimini algılayan cihazlara ısı veya sıcaklık sensörleri denir. Birçok maddenin elektriksel direnci sıcaklıkla değişir. Sıcaklığa karşı hassas olan maddeler kullanılarak sıcaklık kontrolü ve sıcaklık ölçümü yapılabilir. Sıcaklık ile direnci değişen elektronik malzemelere; term (sıcaklık) ve rezistör (direnç), kelimelerinin birleşimi olan termistör denir. Termistörler genellikle yarı iletken malzemelerden üretilirler. Termistör yapımında çoğunlukla oksitlenmiş manganez, nikel, bakır veya kobaltın karışımı olan maddeler kullanılır. RTD ler gibi termistörler de sıcaklığa duyarlı dirençlerdir. Ancak termistörler yarı iletken maddelerden yapılıdırlar ve yarıiletken maddelerin dirençleri sıcaklık ile ters orantılıdır.(ntc). Termistörler RTD lerden daha yüksek dirence sahiptirler ve bu da onları daha hassas yapan bir özelliktir. Çünkü yüksek dirençlerinden dolayı bağlantı uçlarının dirençlerinden kaynaklanan ölçüm hatası RTD'lerinkinden çok daha küçük olur. Sonuç olarak termistörler RTD ler ile ölçülemeyecek küçük sıcaklık değişimlerini ölçmek için kullanılabilir. Termistörlerin sıcaklık değişimlerine cevap verme hızı RTD lerden daha fazladır. Bu avantajlarının yanı sıra termistörlerin kullanım aralığının birkaç yüz derece ile sınırlı olması ve üst sınır sıcaklıklarına yakın sıcaklıklara uzun süre maruz kaldıklarında yeniden kalibrasyon gerektirmeleri gibi dezavantajları da vardır. Termistörler ikiye ayrılır. PTC (sıcaklıkla direnci artan termistörler) PTC nin çalışma prensibi; Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci de artan elektronik devre elemanlarıdır. PTC lerin kullanım alanları; PTC ler 60 C ile +150 C arasındaki sıcaklıklarda kararlı bir şekilde çalışabilirler. 0.1 C ye kadar duyarlılıkta olanları vardır. Daha çok elektrik motorlarını fazla ısınmaya karşı korumak için tasarlanan devrelerde kullanılırlar. Ayrıca ısı seviyesini belirli bir değer aralığında tutulması gereken tüm işlemlerde, tüm devrelerde kullanılabilir. PTC nin çalışma prensibi; PTC yi uçlarından ohmmetreye ohmmetreye bağladığımızda ilk olarak oda sıcaklığında PTC nin üzerinde yazılı olan değeri okumamız gereklidir. Daha sonra mum veya benzeri bir araç ile ısıttığınızda direnci yükselir ise PTC sağlamdır. Bunun dışında bir durum gerçekleşiyor ise PTC arızalı demektir. NTC (Sıcaklıkla direnci azalan termistör) NTC nin çalışma prensibi; Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci azalan devre elemanıdır. PTC lerin tam tersidirler. NTC lerin kullanım alanları; NTC ler 300 C ile +50 C arasındaki sıcaklıklarda kararlı bir şekilde çalışabilirler. 0.1 C ye kadar duyarlılıkta olanları vardır. Daha çok elektronik termometrelerde, arabaların radyatörlerinde, amplifikatörlerin çıkış güç katlarında, ısı denetimli havyalarda kullanılırlar. PTC lere göre kullanım alanları daha fazladır. NTC nin sağlamlık testi; NTC yi uçlarından ohmmetreye bağladığınızda ilk olarak oda sıcaklığında NTC nin üzerinde yazılı değeri okumamız gerekiyor. Daha sonra mum veya benzeri bir araç ile ısıttığımızda direnci azalıyor ise NTC sağlam demektir. Bunun dışında bir durum gerçekleşiyorsa NTC arızalıdır. Entegre sıcaklık sensörü Yarı iletken entegre devrelerin gelişmesi ile tümdevre sıcaklık sensörleri ortaya çıkmıştır. Germanyum ve silisyum içerisine karıştırılan kristaller ile üretilen sıcaklık sensörleri kullanılmaktadır. Germayum kristal malzemelerin dirençleri sıcaklık ile ters orantılıdır. Silisyum kristal malzemelerin dirençleri ise sıcaklıkla doğru orantılıdır. Germanyum silisyum malzemelerin sıcaklık sensörü olarak çalışma mantığı; normal germanyum silisyum PN birleşmeli diyotlarda oluşan nötr bölgenin sıcaklık arttırılarak aşılması sonucu bu bölgeden akım geçmesinin sağlanmasıdır. Sıcaklık arttıkça bu bölgeden geçen akım da artar.

9 Bu ilkeye göre çalışan yarı iletken sıcaklık sensörleri ( LMXXX ) ; sıcaklığa bağlı gerilim üreten ve sıcaklığa bağlı akım üretenler olmak üzere iki tiptir. Sıcaklığa bağlı gerilim üreten sensörler LM135 - LM235 - LM335 ( Kelvin ), LM35 - LM45 ( Celcius ), LM34 ( Fahrenheit ) gibi sensörlerdir. Bu sensörler kırılma gerilimi sıcaklıkla orantılı olan bir zener diyot gibi çalışan monolitik sıcaklık sensörleridir. Sıcaklığa bağlı akım üreten sensörler ise LM134, LM234, LM334 sensörleridir. Bu sensörlerin akım çıkışları sıcaklık ile orantılıdır. Bu sensörlerin hassaslıkları bir dış direnç kullanımı ile ayarlanabilir. Hassasiyetleri 1 μa / C ile 3 μa / C arasında değişir.