Sayfa Ölçme Hataları-Belirsizlik

Sayfa 64-88 Ölçme Hataları-Belirsizlik 64

ÖLÇME CİHAZLARINDA HATA KAYNAKLARI GÖZLEM HATASI Okuyucunun ölçme cihazındaki değeri okurken yapılan hatadır. (Bakınız a) SKALA HATASI Skala çizgisinin cihazın çalışma prensibine uygun olarak teorik durum ile gerçek durum arasındaki farktan doğan hatadır. (Bakınız b). Hız m/s, km/h Hacim V=A.s (m 3 ) Debi Q = V / t (m 3 /s) (hacimsel bedi) Q = A.v (m 3 /s) m = m / t (kg/s) (kütlesel debi) 65

GÖSTERGE HATASI Cihaz ibresinin gösterdiği değerden, ölçülen miktarın gerçek değerini çıkartmakla bulunan hatadır. (Bakınız c). SIFIR HATASI Kullanım şartları belirli olan bir cihazda, ibrenin daha başlangıçta sıfırdan sapması durumundaki hatadır. (Bakınız d). 66

Bir ölçme cihazının sönümlenmiş olması için, çıkıştaki titreşimlerin sindirilmiş olması veya amplitüd de birbirini izleyen azalma meydana gelmesi gerekir. Sönümleme kuvveti hız ile orantılıdır. Sönümleme katsayısı (c) ise sönümleme kuvvetinin birim hıza oranıdır. ( c = N. (s/m) ) Sönümleme kuvveti sıfır olduğu zaman Bir önceki şekildeki yay-kütle sistemi düşünülmelidir. Sistemde sönümleme varsa, şekilde olduğu gibi, cihazın çıkışındaki hareketi önemli ölçüde Sönümleme Oranı na bağlıdır. Sönümleme oranı ; Gerçek sönümleme katsayısı (c) nin kritik sönümleme katsayısına oranıdır. 69

Aplitüd: Genlik, genişlik, dalga genliği. Bir salınım devinmesinde, denge durumundan en çok uzaklaşılan nokta. 70

DUYARLILIK, DOĞRULUK (Accuracy) VE HASSASLIK Duyarlılık; Yüksek duyarlıklı bir cihazda ölçülen büyüklükte çok az bir değişme, ibrede büyük oynama (hareketlenme) meydana getirir. Meydana gelen titreşimlerle ibre aşırı sapar. Doğruluk; Cihaz ibresinin, ölçülen fiziksel büyüklüklerin gerçek değerine yaklaşmada gösterdiği yakınlıktır. Hassaslık; Sabit kullanma şartları altında, kısa zaman aralıklarında seri okuma testleri yapıldığı zaman, cihazın aynı okuma değerlerini verme kabiliyetidir. Hassaslık iki terim ile daha iyi tanımlanır. a. Sağlamlık; Cihazın uzun zaman aralıklarında değerleri okuyabilmesidir. b. Sabitlik: Cihazın belli periyot zamanlarda aynı değeri okuyabilmesidir. 73

Elektronik kontrol sisteminin temel elemanları Pek çok uygulamalarda ölçme işlemi yerine kontrol işlevi istenir. Kontrol elemanı ARZU EDİLEN elektriksel çıkış sinyali ile GERÇEK elektriksel çıkış sinyalini kıyaslar, aradaki fark kontrol için kullanılır. Şekilde bir fırının kontrolu gösterilmektedir. Brülörle ısınan fırın sıcaklığı bir sıcaklık ölçme elemanı (termokupl) ile algılanarak sinyale dönüştürülecektir. Bu sinyal istenen sinyal ile kontrol elemanı tarafından kıyaslanacak, eğer sapma pozitif ise (yani fazla ise) kontrol edici ayar valfini kısacaktır. Eğer sapma negatif ise (az ise) kontrol edici ayar valfini açacaktır. Daha fazla gaz gelecek ve fırın ısınacaktır. 74

2. Belirsizlik (Uncertainty) Analizi Belirsizlik analizi, sonuçların hassasiyeti hakkında yöntemsel bir yaklaşım sunar. Bu yaklaşım ile olası hatalar için bir aralık belirlenmektedir. Belirsizlik analizi diğer analizlere göre belirgin bir üstünlüğü, en büyük hataya neden olan değişkenin hemen tespit edilebilmesidir. İki çeşit belirsizlik analizi yöntemi kullanılmaktadır. Bunlar : ANSI/ASME International s PTC 19.1 Test Uncertainty ISO Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (ISO GUM) 75

Belirsizlik Analizi Hesabı 76

ÖRNEK 1: LVDT; Linear Variable Differential Transformers 77

ÖRNEK 2: Bir devrede R elektrik direncindeki güç; P = E 2 /R şeklinde gerilim ve direnç ölçülerek bulunmaktadır. P gücünün ölçülmesinde ortaya çıkan belirsizliği bulunuz. (R ve E deki belirsizlikler %1 şeklinde gerçekleşmektedir.) Çözüm: elde edilir. Buradaki bütün terimler P = E2 / R ile bölünürse, = % 2.236 bulunur. 79

ÖRNEK 3: denklemindeki bileşenlerin belirsizlik miktarı ise kayma gerilmesindeki toplam belirsizlik miktarını belirleyiniz? Çözüm: Deneysel verilerdeki belirsizlik için denklem ; Belirsizlik miktarı; 80

ÖRNEK 4: Kurutma sisteminde belirsizlik analizi 1) Kurutma odası 2) Tepsiler 3) Terazi 4) Gözetleme camları 5) Termometre 6) Tartım çubuğu 7) Kumanda panosu 8) Termoelemanlar 9) Dataloger 10) Voltaj transformatörü 11) Isıtıcılar 12) Fan 13) Yaş ve kuru termometreler 14) Klape 15) Kanal 16) Kurutma havası çıkışı 81

HATA KAYNAK MİKTARLARI Sıcaklık ölçümünde ortaya çıkabilecek hatalar deneylerde kullanılan ölçüm aletlerine bağlı olarak değişmektedir. Deneyler sırasında sistemde çeşitli noktalarda yapılan sıcaklık ölçümlerinden kaynaklanan hatalar; (a1) Termoeleman çiftlerinden kaynaklanan hata = ±0.25-0.5 C, (b1) Dijital termometreden kaynaklanan hata = ±0.1 C, (c1) Bağlantı elemanları ve noktalarından kaynaklanan hata = ±0.1 C, (d1) Cam termometrenin yapısından, iletim kabiliyetinden ve kılcallığından kaynaklanan hata = ±0.25-0.5 C, (e1) Fan girişinde sıcaklık ölçülmesinde yapılabilecek ortalama hata = ±0.25 C, (f1) Isıtıcı çıkışında sıcaklığın ölçülmesinde yapılabilecek ortalama hata = ±0.5 C, (g1) Kurutma havasının siklona giriş sıcaklığının ölçülmesinde yapılabilecek ortalama hata =±0.25 C, 82

(h1) Kurutma havasının siklondan çıkış sıcaklığının ölçülmesinde yapılabilecek ortalama hata =±0.25 C, (j1) Örneğin merkez sıcaklığının ölçülmesinde yapılabilecek ortalama hata =±0.25 C, (k1) Siklon içerisindeki ve tepsiler arasındaki sıcaklığının ölçülmesinde yapılabilecek ortalama hata =±0.25 C, (l1) Çevre ya da deney ortamı sıcaklığının ölçülmesinde yapılabilecek ortalama hata =±0.25 C, (m1) Fan girişindeki sıcaklığın kuru ve yaş termometre ile okunması sırasındaki yapılabilecek ortalama hata =±0.5 C, 83

TOPLAM HATALAR TABLOSU Çözüm Fan girişinde hava sıcaklığının (Tfg) ölçülmesinde yapılabilecek toplam hata ölçümünde (WTfg) hesaplanabilir. 84

Fan girişinde hava sıcaklığının ölçülmesinden kaynaklanan hata WTfg = ±0.380-±0.576 C Isıtıcı çıkışı hava sıcaklığının ölçülmesinden kaynaklanan hata WTiç = ±0.576 C Kurutma havasının siklona giriş sıcaklığı ölçülmesinden kaynaklanan hata WTsg = ±0.380 C Kurutma havasının siklona çıkış sıcaklığı ölçülmesinden kaynaklanan hata WTsç = ±0.380 C Kurutulan örneklerin merkez sıcaklığı ölçülmesinden kaynaklanan hata WTm = ±0.380 C Kurutma havasının siklondan içerisindeki ve tepsiler arasındaki sıcaklığının ölçülmesinden kaynaklanan hata WTsta = ±0.380 C Çevre ya da deney ortamı sıcaklığının ölçülmesinden kaynaklanan hata WTç = ±0.380 C Fan girişinde hava sıcaklığının kuru ve yaş Termometreyle ölçülmesinden kaynaklanan hata WTkyf = ±0.559-±0.707 C 85

ÖRNEK 5: Hava hızı ölçümünden kaynaklanan hatalar; hız sensörünün hassasiyetinden kaynaklanan hata (± 0.03 m/s), kaçaklarından kaynaklanan hata (± 0.1 m/s) ve okuma hatası ( ± 0.01 m/s) olarak göz önüne alınmıştır. Hız ölçümünden kaynaklanabilecek toplam hata; olarak bulunur. 86

Bir Güneş kollektörüne ait belirsizlik analiz sonuçları 87

Fiziksel Büyüklükler ve Ölçülmesi Elektriksel Büyüklükler ve Ölçülmesi Elektronik Büyüklükler ve Ölçülmesi Sayfa 89-161 Fiziksel Büyüklükler ve Ölçülmesi Sıcaklık Ölçülmesi 89

MÜHENDİSLİK ÖLÇÜMLERİNİN TEMEL ÖZELLİKLERİ Ölçme Sistemleri temelde üç ana elemanı içermektedir. Bunlar algılayıcı (transducer), ara durum elemanı (amplifikatör), gösterge kadranı veya kayıt edici (recorder). Algılayıcı: Ölçülecek fiziksel değişkeni ortaya çıkaran hassas elemandır. 90

Ara durum elemanı: Bu elemanda algılanan sinyal (mekanik veya elektriksel olabilir) arzulanan duruma göre büyütülür veya küçültülür. Ara durum elemanı genellikle AMPLİFİKATÖR olur. 91

Gösterge kadranı veya kayıt edici 92

TEMEL İfadeler Alan Hacim V=A.s (m 3 ) Debi Q = V / t (m 3 /s) Q = A.v (m 3 /s) H = π r 2 h V= hacim (m 3 ) s= yol (m) t= zaman (s) v = hız (m/s) A= kesit alanı (m 2 ) P= basınç (bar, psi) 93

UZUNLUĞUN ÖLÇÜLMESİ Uzunluk ölçümü için yaygın olarak Metrik ve İngiliz ölçü sistemi kullanılmaktadır. 1. METRİK SİSTEM Bu ölçü sisteminde birim metredir. (m) harfi ile simgelendirilir. Makina ve metal teknolojilerinde metrenin as katları kullanılır. 94

UZUNLUK ÖLÇÜ ALETLERİ BÖLÜNTÜLÜ ÖLÇÜ ALETLERİ AYARLANABİLEN ÖLÇÜ ALETLERİ ÖLÇÜ TAŞIMA ALETLERİ SABİT ÖLÇÜ ALETLERİ Çelik cetveller, Şerit metreler, Katlanır metreler, Çekme cetveller Sürgülü kumpaslar, Mikrometreler, Komparatörler Endikatörler Passametreler, Passimetreler, Pergeller, Dış çap kumpasları, İç çap kumpasları Şablonlar, Johnson mastarları, Çatal ve tanpon mastarları, Kalınlık ve özel mastarlar 95

1. BÖLÜNTÜLÜ ÖLÇÜ ALETLERİ Mekanik Uzunluk Ölçümü Metreler -Ölçmede en çok kullanılan çizgisel bölüntülü ölçü aletleridir. -Metrelerin ölçü hassasiyeti 1mm ve 0,5 mm dir. -Metreler büyük boyutlu parçaların ölçülmesinde ve hassasiyet istenmeyen küçük parçaların ölçülmesinde kullanılır. -Büyük uzunlukların ölçülmesinde kullanılırlar. -Şerit metreler ve katlanır metreler bulunmaktadır. -Şerit metreler, paslanmaz yay çeliklerinden yapılırlar. Katlanır metreler ahşap, alüminyum veya çelik malzemelerden yapılabilirler. 96

Çelik Cetveller Makine ve metal teknolojileri atölyelerinde ölçme ve markalama işlemlerinde kullanılan ölçü aletleridir. Çelik cetveller yay çeliğinden 20mm genişlikte, 100 1000mm boylarında ve 0,5mm kalınlıkta üretilirler. Bölüntüleri 0,5mm aralıklı olabileceği gibi 1mm olabilir. Bazı çelik cetvellerinin, bir tarafı mm; diğer tarafı ise (") parmak bölüntülü olabilir. Çelik cetvellerin bazılarının arkasında parmak ölçülerinin metrik değerleri yazılı olarak verilmektedir. 97

2. AYARLANABİLEN ÖLÇÜ ALETLERİ 2.1. Kumpaslar Verniyer bölüntülü ölçü aletleri olarak da bilinirler. Okuma hassasiyetleri 0.1, 0.05, 0.02 ve 0.01mm arasında değişmektedir. Okuma hassasiyetleri 0.1-0.01 mm ye kadar olan verniyer bölüntülü ölçü aletleri aşağıdaki gibi sıralanabilir: 1. Sürgülü (İç ve dış çap) kumpaslar, 2. Derinlik kumpasları, 3. Özel kumpaslar, 4. Modül kumpasları, 5. Mihengirler. 98

2.1.1. Sürgülü Kumpaslar Kumpaslar uzunluk ölçülerini, iç çap, dış çap, derinlik ve kanal ölçülerini ölçmede kullanılır. Kumpaslar cetvel ve sürgü olmak üzere iki esas parçadan meydana gelmiştir. Sabit çene cetvelle, hareketli çene ise sürgü ile tek parça halinde yapılmıştır. Sürgü üzerinde VERNİYER bölüntüsü vardır. Cetvelin bir tarafı (mm), diğer tarafı ise (") parmak bölüntülü olarak yapılır. Kumpaslar paslanmaz çelikten yapılırlar. Cetvellere göre ölçme hassasiyetleri daha yüksektir. Ölçüyü dijital ve saatli olarak otomatik gösteren kumpaslar da vardır. 99

101 Sürgülü kumpasın kısımları

Sürgülü Kumpas Çeşitleri Mekanik kumpas Dijital kumpas Saat kadranlı kumpas 16.10.2017 102 Yrd. Doç. Dr. Seyfi ŞEVİK, Notlar

Büyük boy kumpaslar 103

Özel kumpaslar 104

Kumpaslar Metrik ölçü sistemine göre; 1/10 mm verniyer taksimatlı kumpaslar 1/20 mm verniyer taksimatlı kumpaslar 1/50 mm verniyer taksimatlı kumpaslar İngiliz (Inch, parmak) ölçü sistemine göre ise; 1/32 " verniyer taksimatlı kumpaslar 1/64 " verniyer taksimatlı kumpaslar 1/128 " verniyer taksimatlı kumpaslar 1/192 " verniyer taksimatlı kumpaslar 1/1000" verniyer taksimatlı kumpaslar olarak sınıflandırılırlar. 107

Metrik Ölçü Sistemine Göre Yapılan Kumpaslar Sürgülü mekanik kumpasları birbirinden ayırt edip okuyabilmek için önce cetvel ve sürgü üzerindeki bölüntüleri bilmek gerekir. Cetvel üzerinde milimetre bölüntüleri, sürgü üzerinde ise verniye bölüntüleri oluşturulmuştur. Ölçü okunurken önce verniye bölüntüsünün sıfır çizgisinin, cetvel üzerinde çakıştığı çizgiye bakılır. Çakışma varsa okunan ölçü tam ölçü olur ve verniye bölüntünün son çizgisi cetvel üzerindeki bir çizgiyle çakışır. Verniye üzerindeki sıfır çizgisi cetvel üzerinde bir çizgi ile çakışmıyorsa, ölçü tam değildir. Ölçüyü okumak için verniyenin sıfır çizgisinin cetvel üzerindeki geçtiği çizgi tespit edilir, daha sonra verniye bölüntü üzerindeki çakışan çizgi ile okuma tamamlanır. 108

2.1.1. Derinlik Kumpasları Bu kumpaslarla kademeli kanal, delik derinlikleri ölçülür. Ölçülecek gerecin özelliğine göre değişik çeşitleri vardır. Ayrıca düzgün boyutsal uzunluk, genişlik ve yüksekliklerde ölçülür ve kontrol edilir. Esas bölüntü cetveli hareketli, verniyer bölüntülü süngü ise hareketsizdir. Metrik sisteme göre 1/10, 1/20 ve 1/50 mm verniyer bölüntülü olan derinlik kumpasları vardır. 109

2.1.3. Özel Kumpaslar Değişik biçimli ve konumlu parçaların boyutlarını ölçmek veya kontrol etmek amacı ile kullanılır. Bu kumpasların hassasiyetleri 0.1-0.01mm arasında değişmektedir. Özel amaçlar için kullanılan kumpaslar aşağıdaki gibi sınıflandırılabilirler: 1. Çizecek uçlu kumpaslar, 2. Pergel uçlu kumpaslar, 3. Mafsal çeneli kumpaslar, 4. Üniversal baslı kumpaslar 5. Merkezler arası ölçme kumpasları, 6. Ölçü saatli kumpaslar, 7. Çekme paylı kumpaslar. Kanal kumpasları 110

2.1.4. Modül Kumpasları Dişli çarkların diş genişliği ve diş üstü yüksekliğinin ölçülmesinde kullanılır. Modül kumpaslarında birbirine dik iki tane dik çene vardır. Birinci cetvel üzerinde, diş üstü yüksekliğini ayarlamak için verniyer bölüntülü sürgü, ikinci cetvel üzerinde ise diş genişliğini ölçmeye yarayan verniyer bölüntülü sürgü vardır. Diş yüksekliği ve diş genişliği ölçüleri, açılacak dişlinin modülüne göre cetvellerden seçilir. Eğer cetvel yoksa hesaplama yoluna gidilir. Modül kumpaslarının ölçme hassasiyeti 1/50 (0.02)mm dir. Bu kumpasların ölçüm ağızları çok çabuk aşınır ve sağlıklı ölçme yapılamayabilir. 111

2.1.4. Mihengirler Yükseklik ölçme ve kontrol etme ve markalama işlemlerinde kullanılan ölçü aletlerine mihengir denilir. Okuma hassasiyetleri 1/10, 1/20, 1/50mm dir. Yine, ayrıca inch sistemine göre ölçüm yapan mihengirler de vardır. 112

2.2. MİKROMETRELER Sürmeli kumpaslar en çok 0.02mm ölçme hassasiyeti ile ölçüm yapabilmektedir. Kumpaslarda verniye üzerindeki çizgilerin çokluğu ve hangi çizginin hangi çizgi ile çakıştığının belirlenmesi okumayı zorlaştıran etkenlerdendir. Bu hassasiyet değeri makine parçalarının yapımında yeterli değildir. Daha hassas ölçümlerde mikrometrelerden yararlanılmaktadır. Mikrometreler 0.01, 0.001 ve 0.0001 mm hassasiyette ölçüm yapabilir. 113

Mikrometreler kullanılma yerlerine göre; 1. Dış çap mikrometresi 2. İç çap mikrometresi 3. Derinlik mikrometresi 4. Vida mikrometresi 5. Modül mikrometresi 6. Özel mikrometreler şeklinde sınıflandırılabilirler. 114

Ölçme alanlarına göre mikrometreler 116

Ölçme aralıklarına göre mikrometreler 117

Mikrometrelerde ölçme alanı ile ölçme aralığı farklı şeylerdir. Ölçü çeneleri arasındaki boşluk ölçme alanı, ölçüm milinin hareket mesafesi ise ölçme aralığıdır. Ölçme aralığı ise metrik mikrometrelerde 25mm; Inch ( ) sistemli mikrometrelerde ise 1 dir. Mikrometrelerde ölçme baskısı 250g olacak şekilde ayarlanmıştır. Bunu anlamak için mikrometre çeneleri iş parçasına temas ettikten sonra cırcır vidası ses çıkarana kadar döndürülür. (Cırcır vidası ses çıkarmaya başladığı an ölçme baskısı 250g a ulaşmış olur). 118

Mikrometreler krom, nikel ve vanadyum gibi alaşımlı çelik malzemelerden yapılırlar. Mikrometrelerde ölçme aralığı, tamburun bir tam devir yaptığında hareketli çene vida adımının değerine bağlıdır. Örneğin 100 eşit aralığa bölünmüş tambur bir tam devir yaptığında çene 1mm hareket etmiş ise bu mikrometrenin hassasiyeti 1/100=0.01mm dir. Endüstride en yaygın olarak kullanılan metrik bölüntülü mikrometreler; 1. 1/100 mm lik (0.01mm) hassasiyette ölçüm yapan mikrometreler, 2. 1/200 mm lik (0.005mm) hassasiyette ölçüm yapan mikrometreler, 3. 1/1000 mm lik (0.001mm) hassasiyette ölçüm yapan mikrometreler olarak sınıflandırılmaktadır. 119

Örnek: Aşağıda verilen 1/100 mm hassasiyetli mikrometredeki ölçüyü okuyunuz. 19.50mm 120

V kanallı mikrometreler 121

Dijital Uzunluk Ölçümü 122

Radyo dalgaları birkaç milisaniyede uçaktan yeryüzüne gönderilir ve alınır. Altimeter: Yükseklik ölçer Rakım veya irtifayı ölçmekte kullanılan bir cihaz. Radar altimetresi ve aneroid altimetre gibi farklı prensiplere göre çalışan altimetreler bulunur. Bununla birlikte altimetre sözcüğü ile genellik aneroid (barometrik) altimetre kastedilir. Altimetreler dağcılık ve havacılıkta yaygın olarak kullanılır. 123

Elektronik Uzunluk Ölçümü 124

126 1 µm = 1000 nm = 10 6 m 1m = 1000 000 µm

Elektrik Alanında Uzunluk Ölçümü Yükseklikler konusunda eğer proje üzerinde yazılı bir bilgi yok ise yaygın yükseklikler şunlardır. Anahtar : 140cm Priz : 40cm - 100cm Abajur prizi: 40cm Heater anahtar: 140cm - 40cm - 100cm Farklı yükseklik alternatifi olan kalemler için: Pano : 155cm Priz; hem 40 cm hemde 100 cm olabilir. Bunun nedeni banko olan yerlerde 100 cm diğer yerlerde 40 cm olmasıdır. Heater anahtarlar için; pano altı ise 140 cm, bankoda ise 100 cm, diğer yerlerde ise 40 cm olarak uygulanır. 127

Ölçeklendirme Bir projenin okunmasındaki en önemli konulardan biri ölçek konusudur. Her bir paftanın hangi ölçekte çizildiği lejant üzerinde yazmaktadır. Yaygın olarak kullanılan ölçekler; 1/20, 1/50, 1/100, 1/200, 1/500, 1/2500, 1/5000 dir. Bu yazım şeklinde örneğin 1/50 yazılımı herbir santimetrenin 50 santimetreye eşit olduğunu anlatır. Örnek 1: 1/100 ölçeğinde olan bir planda 3,5 cm ölçülen bir mesafe gerçekte kaç cm olur? 1/100=1cm 100cm, 3,5cm X X= 3,5cm x 100cm / 1cm = 350cm = 3,5m Örnek 2: 1/50 ölçeğinde olan bir planda 37 cm ölçülen bir mesafe gerçekte kaç cm olur? 1/50=1cm 50cm, 37cm X X= 37cm x 50cm / 1cm = 1850cm =18,5m Lejant, projede kullanılan özel işaretlerin ne anlama geldiğini gösteren bölümdür. Her projenin kullanım amacına göre lejantın içinde farklı işaretler kullanılır. 128

SICAKLIK ÖLÇME 130

Bir enerji şekli olan ısı ile, ısı derecesi olan sıcaklık birbirinden farklıdır. Isı nedir? Isı, bir enerji türüdür. Sıcaklık farkı ile gerçekleşir. Isı bir cismin uzamasına, genleşmesine, buharlaşmasına, erimesine, sıcaklığın artmasına ve bir iş yapmasına sebep olan fiziksel enerji olarak tanımlanmaktadır. Sıcaklık Nedir? Sıcaklığın tam bir tanımını yapmak oldukça zordur. Bir maddenin ısıl durumunu belirten sıcaklık, ısının bir araç veya cihazla ölçülerek bilinen ölçü sistemlerine dönüştürülmüş halidir. Moleküler aktivitenin (moleküler kinetik enerjinin) göstergesidir. Fiziksel bir büyüklüktür. Temel bir boyuttur. Termodinamiğin sıfırıncı, ikinci ve 3. kanunu sıcaklık ile ilgilidir. Termodinamiğin sıfırıncı kanunu: İki cisim üçüncü bir cisimle ısıl dengede ise (sıcaklıkları eşitse), bu iki cisim birbiri ile ısıl dengededir. Termodinamiğin ikinci kanunu: İşlemler belirli bir yönde cereyan eder. Isı, yüksek sıcaklıktaki bir kaynaktan düşük sıcaklıktaki bir kaynağa doğru geçer. Bu işlemi tersine gerçekleştirmek için sisteme enerji vermek gerekir. Termodinamiğin üçüncü kanunu: Sıfır mutlak sıcaklıkta ( 0 Kelvin) sıcaklığında saf kristal halinde bulunan bütün maddelerin entropileri sıfırdır. Termodinamiğin 1. kanunu ise enerji korunumu ile ilgilidir. 131

Bir referans sistemine göre sıcaklık ölçen cihazlara termometre veya sıcaklık ölçer denir. Termometrede sıcaklığı değerlendirmek için kullanılan özelliğe termometrik özellik denir. Uzunluk, hacim, basınç, elektrik direnci, potansiyel fark, renk değişimi ve yüzeylerin ışınım şiddetleri termometrik özelliklerdir. Bu termometrik özellikler kullanılarak çeşitli sıcaklık ölçerler geliştirilmiştir. Niçin sıcaklık ölçülmesi yapılmalıdır? 1.Kontrol için 2.Gözlem için 3.Güvenlik ve enerji verimliliği için 132

SICAKLIK ÖLÇEKLERİ Normal atmosfer basıncında (101325 Pa), Suyun donma ve kaynama noktaları referans alınır. 133

Deneysel sıcaklık Ölçeği; k termometrik özellik olmak üzere Celcius sıcaklık ölçeği referans alınırsa aşağıdaki ölçek deneysel olarak elde edilir. Kelvin tarafından öne sürülen termodinamik sıcaklık ölçeğinde, sıcaklıklar Kelvin olmak şartıyla Isı ve sıcaklıklar arasında aşağıdaki eşitlik geçerlidir. 134

Seger Konisi ve Piramidi ile Sıcaklık Ölçümü Ergime dereceleri kesin olarak bilinen kimyasal maddelerden yapılmış konik araçlardır. Bunlar konik olarak üretildiklerinden uç kısımları sivridir. Tavlama sıcaklığı belirlenmesi gereken iş parçasının üstüne konarak iş parçasıyla birlikte tavlanmasına geçilir. Tavlama sıcaklığı ölçülecek iş parçasının getirileceği sıcaklık derecesiyle seger konisinin üretildiği maddenin ergime dereceleri aynı olur. Bunun için değişik tav sıcaklıklarında üretilmiş Seger konileri bulunmaktadır. Fırının içindeki piramitler veya koniler fırının gözetleme deliğinden sürekli izlenirler. Fırın sıcaklığı arttıkça sıra ile piramit veya koniler eğilmeye ve yatmaya başlarlar. Tavlama sıcaklığına ulaşıldığında koni veya piramidin sivri ucu ergir veya eğilir. Böylece iş parçasının da tavlama sıcaklığına ulaştığı sonucuna varılır. 135

Seger piramit ve konileri aynı zamanda diğer sıcaklık ölçme araçlarının kontrol edilmelerinde de kullanılırlar. Seger sıcaklık ölçerleri olarak da adlandırılır. Çeşitli malzeme karışımlarından hazırlanmış bazı geometrik şekillerin belirli sıcaklılarda şekillerinin bozulmasına dayanır. Özellikle toprak (seramik) sanayisindeki, pişirme fırınları içindeki sıcaklıkların ölçülmesinde, termoeleman, pirometre yerine seger koni veya pirmaidleri yaygın olarak kullanılır. Ölçme hassasiyetleri fazla olmamasına rağmen bu tip, sanayiler için yeterlidir. 136

Temaslı termometreler 1- Genişleme tipli termometreler * Sıvı genişlemeli * Bimetalik tip * Gaz termometreleri 2- Termistörler SICAKLIK ÖLÇERLER 3- Direnç termometreleri (Nikel, bakır, (korozyona uğrayabilir) Platinyum, tungsten) 4- Isıl çiftler (Termoeleman, Thermocouple) 5-Sıvı kristal termometreler 5- Birleşik devreli termometreler Temassız Termometreler 1- Optik termometreler 2- İnfrared (Kızılötesi) termometreler 137

Yaygın Olarak Kullanılan Sıcaklık Ölçme Yöntemleri Sıvı Genişlemeli Cam Termometreler Basınç Termometreleri Bimetal Termometreler Elektrik Direnç Termometreleri Termistörler Termoelemanlar Isıl Isınım ile Sıcaklıkölçerler (Pirometreler) Kızıl Ötesi Işın Kameraları (Termal Kameralar) Kuvars Kristal Termometresi Şekil Değişimi Prensibine Dayanan Sıcaklıkölçerler Renk Değişimi Prensibine Dayanan Sıcaklıkölçerler Aşırı Düşük Sıcaklıkölçerler Sıvı Kristal Sıcaklıkölçerler 138

İdeal gaz termometresi saf suyun üçlü noktasındaki sıcaklıkta (T ref = 273.16K) içindeki gazın basıncı P ref ise gazın herhangi bir P basıncına gelen T sıcaklığı, olarak hesaplanır. İdeal gaz termometreleri, 1 K gibi düşük bir sıcaklık ölçülebilir. Büyük laboratuarlarda diğer sıcaklıkların kontrolünda uzman kimseler tarafından kullanılır. 139

SIVI GENİŞLEMELİ CAM TERMOMETRELER Sıcaklık ölçümünde en çok kullanılan cihazlar, sıvı genişlemeli cam termometrelerdir. Temel çalışma prensibi, hazne içindeki sıvı, sıcaklıkla genişleyerek kılcal boru içinde yükselmesidir. Basit, doğrudan okuma imkanı, taşınabilir ve ekonomik olmaları önemli avantajlarıdır. Cam termometrelerde cıva, toluen, etil alkol, kerosen, petrol eteri ve pentan gibi sıvılar kullanılır. Bu sıvılar hacimsel genleşme katsayılarından dolayı kullanılırlar. En çok kullanılan sıvı civadır. Civa camı ıslatmaz ve saftır. Ayrıca Atmosferik basınçta 38.87 C/ +356.58 C arasında sıvı fazdadır. Diğer sıvıların kullanılmamasının nedeni, hacimsel genişlemeleri fazla olmasına rağmen cam yüzeyini ıslatmaları ve okumada güçlük çıkarmalarıdır. 140

Sıvı genişlemeli elektrik kontakt termometrelerle sıcaklık kontrolü yapılabilir. Termometrede sıcaklık artışıyla kılcal boruda yükselen cıva, tungsten tele temas ederek elektrik devresini kapatır. Tersi durumda elektrik devresi açılır. Küçük sıcaklık değişimlerinin ölçülmesinde Beckmann cıvalı termometreleri kullanılır. Genellikle ana sıcaklık ölçek aralığı 5 C, okuma hassasiyeti 0.001 C dir. Bir Ortamın en yüksek ve en düşük sıcaklıklarını tespit etmek için maksimum minimum termometresi kullanılır. Her okumadan sonra mıknatısla demir parçası sıvı yüzeyine tekrar getirilir. 141

BASINÇ TERMOMETRELERİ Gaz doldurulmuş basınç termometreleri Sıvı doldurulmuş basınç termometreleri Sıvı/gaz doldurulmuş basınç termometreleri İdeal gaz termometreleri ile aynıdır. Aralarındaki fark, bu tip termometrelerde hazne (algılayıcı kısım) bir sıvı (propil alkol), gaz (Azot) veya sıvı/buhar (Freon 22, Propilin, Metil klorid, aseton, etil benzen) ile doldurulmuş olmasıdr. Bourdan manometresine benzer. Haznedeki akışkan sıcaklıkla ısıl genleşmesinin oluşturduğu basıncın ölçülmesine dayanır. Bu termometrelere akışkan genişlemeli termometreler de denir. Kılcal boruları 20 m olabilir. 143

BASINÇ TERMOMETRELERİ 144

BİMETAL TERMOMETRELER 145

Bu sıcaklıkölçerler, -50 ila +400 C aralığında ölçme yapabilmektedirler. Hassasiyetleri ±%1-3 arasındadır. 146

Güce ihtiyaç yok, sağlam kullanımı kolay ucuz fakat çok hassas değildir. Düşük sıcaklıklar için uygun değil, çünkü metallerin genişlemesi düşük sıcaklıklarda genleşme ve büzüşmeleri hassas değildir. 147

SICAKLIK ALGILAYICILAR Integrated Circuit (IC) Sensors 148

1. TERMOELEMANLAR (Termokupl, Isılçift, Termoelektrik Termometre) Elektriksel sıcaklık ölçme yöntemlerinden en çok kullanılanıdır. Isıl ciftin çalışma prensibi SEEBECK etkisi olarak bilinen termoelektriksel olaya dayanır. Seebeck e göre farklı malzemelerden yapılmış iki iletken veya yarı iletkenin uçları birleştirilir ve elde edilen uçlar farklı sıcaklıklara maruz bırakılırsa uçlar arasında bir termik gerilim (elektromotor kuvvet,emk) meydana gelir. Bunun nedeni sıcak kaynaktan soğuk kaynağa doğru hareket eden elektronların doğurduğu elektromotor kuvvettir. Elektron akısına zıt yönde oluşan bu kuvvete seebeck elektromotor kuvveti, olaya Seebeck Termoelektriksel Olayı ve bu şekilde oluşturulmuş devreye de Isıl Çift (Termoeleman,Termocouple) Devresi denir. Voltaj sıcaklığın ve metal tiplerine bağlıdır. Düşük sıcaklık farklarında, değişim lineer, büyük sıcaklık farklarında değişim lineer değildir. Termokupl temelli ölçme sisteminde ısıyı gerilime çeviren bir yapı vardır. Direnç temelli ölçme sisteminde ise ısıya göre direnci değişen elemanlar mevcuttur. 149

Termoeleman Çiftleri ve Genel Özellikleri 153

Termoeleman ile yapılan ölçmelerde, referans noktasının sıcaklığı termistör veya direnç termometresi gibi bir eleman yardımıyla da tespit edilir. Bu elemanlarla belirlenen referans noktasının sıcaklık değeri, bilgisayar yardımıyla istenen sıcaklık doğrudan doğruya bulunabilir. Bilgisayar yazılım dengelemeli (software compensation) adı verilen bu yöntem ile referans noktası sıcaklığındaki değişimlerin ölçmeler üzerindeki etkisi yok edilmiş olur. Referans noktasındaki problemleri ortadan kaldıran software ve hardware yöntemleri birbirleri ile şöyle karşılaştırılabilir. Software yöntemi her çeşit termoelemana kolayca uygulanabilir, fakat sıcaklık bulunuşu için daha fazla işlem gerekir. Hardware yöntemi ile hızlı olmasına karşılık her bir termoeleman cinsi için ayrı kart gerektirir. 159

Seri bağlama (termopil): Sistemdeki emk artırılarak hassasiyet artırılır. Paralel bağlama: Ortalama Sıcaklık farkı ölçmek 161