Sıcaklık Nasıl Ölçülür? En basit ve en çok kullanılan özellik ısıl genleşmedir. Cam termometredeki sıvıda olduğu gibi. Elektriksel dönüşüm için algılamanın farklı metotları kullanılır. Bunlar : rezistif dirençsel (Thermistor, RTD), ısıl-elektrik (Thermocouple), yarı-iletken (LM35), optik (kızıl ötesi), piezo-elektrik dedektörler EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 2
Sıcaklığın alınması veya ölçülmesi temelde cismin ısıl enerjisinin küçük bir kısmının algılayıcıya iletimini gerektirir; algılayıcının fonksiyonu bu enerjiyi elektriksel sinyale dönüştürmektedir. Sıcaklık algılayıcıları iki şekilde çıkış sinyali üretirler; Çıkış gerilimindeki bir değişme Algılayıcının elektriksel direncinde meydana gelen bir değişme Termokupl gerilim farkı üretirken RTD'ler ve termistörler dirençlerindeki değişiklik sayesinde çıkış sinyali üretirler Sıcaklık sensörleri uygulama alanına göre ihtiyaçlara göre seçilirler. EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 3
Sıcaklık algılayıcıları temassız ya da temaslı olarak ikiye ayrılırlar Temaslı algılayıcılarda cihaz sıcaklığı ölçülen nesne veya maddeyle fiziksel olarak temas eder. Temassız algılayıcılar ise sıcaklığı yayılan cisimden elektromanyetik enerjiyi algılayarak okurlar. Eğer nesne veya ortam hareket ediyorsa, düzensiz bir şekli varsa veya bir algılayıcının teması ölçülen değerin doğruluğuna zarar verecekse bu durumlarda temassız ölçüm yapılmalıdır ve genellikle IR (Infra Red : Kızıl Ötesi) algılama araçları kullanılmalıdır EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 4
Isıya duyarlı eleman çeşitleri Termokupl Isıl Çift Isıya duyarlı dirençler -Termistörler NTC -Negatif Sıcaklık Katsayılı Direnç PTC -Pozitif Sıcaklık Katsayılı Direnç RTD Isıya Bağımlı Direnç Yarı iletken temelli sıcaklık algılayıcıları EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 5
Çeşitli Sıcaklık Sensörleri EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 6
Termokupl (Thermocouple) Isıl çift anlamına gelir -200 C ilâ +2000 C arası ölçüm yapabilir Seebeck Etkisi Bir uçları birbirine bağlanmış iki farklı metalin birleşim yüzeyleri ısıtılarak elektrik akımı elde etmede kullanılan algılayıcılardır Termokuplda oluşan elektrik akımı, birleşim noktasının sıcaklığına bağlı olup, metallerin farklı elektriksel ve termik özelliklerinden ileri gelir Çıkış uçlarında mikrovolt ile milivolt düzeyinde bir gerilim oluşur EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 7
Termokuplun kılıf içine konması Yüksek sıcaklığa dayanıklı kablolar Termokuplların ölçüm yapan kısmı açık (çıplak) olarak fırın içine konmaz. Çünkü, oksidasyon (küflenme) ve diğer dış etkenler elemanı çabuk bozar. Bu nedenle ısıyı algılayan kısım, içine oksidasyonu önleyici gaz doldurulmuş koruyucu boru (kılıf) içine yerleştirilir. Olumsuz ortam koşullarına (aşırı şok, vibrasyon gibi) dayanıklıdır EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 8
Uygulamada kullanılan bazı termokupl tipleri Bakır-konstantan birleşimi termokupl Demir-konstantan birleşimi termokupl Nikel krom-nikel birleşimi termokupl Plâtin radyum-plâtin birleşimi termokupl Kromel-konstantan birleşimi termokupl Kromel-alumel birleşimi termokupl EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 9
Termokupl Tipine Göre Ölçüm Sıcaklıkları Termokupl tipi Sıcaklık Cu-CuNi -200 ilâ +300 C Fe-CuNi -200 ilâ +800 C NiCr-Ni 0 ilâ +1200 C EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 10
Kullanıldığı Yerler Çok yüksek sıcaklıkların ölçülmesinde kullanılır. Demirçelik, çimento, seramik, cam, kimya, petrol, gıda, kâğıt vb. sektörlerde. Pirometrelerde. EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 11
Pirometreler Termokupl ve skalası C olarak bölümlendirilmiş bir mikrovoltmetrenin birleşiminden oluşmuştur Seyyar olarak yüksek sıcaklıkların ölçülmesinde kullanılır. EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 12
Isıya Duyarlı Dirençler Thermo Resistor Thermistor (Termistör) İki gruba ayrılırlar: NTC Negative Temperature Coefficient (Negatif Sıcaklık Katsayılı) PTC Pozitive Temperature Coefficient (Pozitif Sıcaklık Katsayılı) Bir başka türü de RTD Resistive Temperature Detector (Dirençsel Sıcaklık Algılayıcı) olarak bilinir. EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 13
NTC - Negatif Sıcaklık Katsayılı Direnç Sıcaklık artışına bağlı olarak direnci azalan algılayıcılar NTC direnci fiziksel boyutları ve öz direnci ile belirlenir Aktif algılayıcı (dışarıdan besleme gerilimi ihtiyacı) Kendiliğinden ısınma dezavantajı vardır EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 14
Çok duyarlı bir sıcaklık algılayıcısıdır (Duyarlılık- -, % 2 - % 8 arasında değişmektedir) Platin ve nikelden yapılmış termistörlerin özellikleri şöyledir: PT100 Ölçme sahası -200 ilâ +550 C Direncin değişimi (Ω/ C) 0,42...0,39...0,32 NI 100 Ölçme sahası -60 ilâ +180 C Direncin değişimi (Ω / C) 0,47...0,55...0,81 EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 15
PTC - Pozitif Sıcaklık Katsayılı Direnç Pratik olarak her metal tel PTC olarak kullanılabilir Sıcaklık artışına bağlı olarak direnci artan algılayıcılar Seramik ve yarı iletken maddelerden yapılır PTC direnci, az miktardaki ısı değişmelerine karşılık büyük ölçüde artış gösterir EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 16
25 C deki dirençleri 100 ile 10 M arasındadır Güç sarfiyatları birkaç mw tan 25W a kadar değişir Termistör seçiminde göz önüne alınacak hususlar; termistör direncinin değeri ve sıcaklık katsayısı, gücü, hassasiyeti fiziksel büyüklük ve şekli, direnç toleransı, zaman sabiti, çalışma alanı ve koruma, EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 17
Kullanıldığı Yerler Alarm devrelerinde, Motor, fan koruma devrelerinde, Buzdolaplarında, Çamaşır makinelerinde Isıtıcılarda, EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 18
RTD İnce film RTD Tel sarımlı RTD RTD sıcaklık değişimlerinde doğrusal bir direnç değişimi gösterir Hassas sıcaklık algılayıcılardır (0.0025 C hassasiyet) Algılama elemanı genellikle bir platin tel sargısı veya seramiğe uygulanmış ince bir metalik tabakadır RTD mesafeden çok fazla etkilenmez Sıcaklık cevabı hızlıdır EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 19
Dezavantajları ise, daha yavaş tepki, şok ve vibrasyona duyarlılık, sıcaklık değişimlerinde küçük direnç değişimi (düşük duyarlılık) ve düşük taban direncidir. Çok geniş bir sıcaklık aralığında ölçüm alabilirler (Bazı platin algılayıcılar -200 C ; +850 C arasında çalışabilir). NTC ve PTC den pahalıdır Optik ve Sayısal sensörlerden ucuzdur EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 20
Kullanıldığı Yerler Araçlarda, Hassas termometrelerde, Sıvı sıcaklıklarının ölçümünde, Yüzey sıcaklıklarının ölçümünde, Hava ve gaz sıcaklıklarının ölçümünde, EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 21
Akustik Sıcaklık Algılayıcısı T C 331.5 m / s 273,15 (C ses hızı ve T mutlak sıcaklık) normal atmosfer basıncında kuru havadaki ilişki Algılayıcının çalışma prensibi; ortam sıcaklığı ve ses hızı arasındaki ilişkiye dayanır Aşırı soğuk ve sıcak ortamlarda, nükleer reaktörde yüksek ışınım seviyeleri, vb. durumlarda kullanılır Akustik sıcaklık algılayıcısı; ultrasonik alıcı/verici, ve gazla doldurulmuş sızdırmaz kapalı tüpten oluşur EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 22
Yarı İletken Sıcaklık Sensörleri Germanyum, silisyum gibi maddelerden üretilirler. Yapı olarak plastik gövdeli transistörlere benzerler. Hassas sıcaklık algılama işlemlerinde kullanılır. EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 23
LM 35: Isıya bağlı olarak gerilim üretir. -55 C ilâ +l50 C arasındaki sıcaklıkların algılanmasında kullanılır. Her 1 C sıcaklık artışında yaklaşık 10 mv üretir LM235: Isıya bağlı olarak gerilim üretir. -40 C ilâ +125 C arasındaki sıcaklıkların algılanmasında kullanılır. Her 1 C luk sıcaklık artışında yaklaşık 10 mv üretir EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 24
DS18B20: Maxim/Dallas firması tarafından üretilmiş en fazla 0.5 derecelik hata ile -55 ile +125 dereceler arası ölçüm yapabilmekte ve sıcaklık bilgisini sayısal olarak vermektedir. Analog/sayısal dönüştürücü kullanımına gerek yoktur EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 25
Seebeck Etkisi Farklı iki iletken bir devre oluşturuyorsa ve devrenin iki noktası arasında bir sıcaklık farkı var ise bu devreden bir akım geçer EBO 304- Ölçme ve Enstrümantasyon 26