II. ULUSAL ÖLÇÜMBİLİM KONGRESİ BİLDİRİLER KİTABI

tmmob makina mühendisleri odası II. ULUSAL ÖLÇÜMBİLİM KONGRESİ BİLDİRİLER KİTABI 23-24 EKİM 1997 Sanayi Odası / ESKİŞEHİR MMO Yayın No: 196

ULUSLARARASI SICAKLIK ÖLÇEĞİ 1990 (ITS-90)'a GÖRE KARŞILAŞTIRMALI KALİBRASYONLARIN YAPILMASI Aliye KARTAL, Ali C. KUYRUKLUYILDIZ ve Ahmet T. İNCE TÜBİTAK, Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME) ÖZET Sıcaklık, bilim, teknolojide ve günlük yaşamda çok sık ölçülen bir birimdir. İlk kullanılan termometre olan sıvı-cam termometre, termometre gelişiminde çok büyük katkıya sahip ve tarih süresince sıcaklık ölçümlerinde büyük gelişmeler göstermiştir. -50 XJ ile 550 C sıcaklık aralığı çok sık kullanılan aralık olup, bu sıcaklık aralığında; değişik türde ve boyutlarda sıvı-cam, pt- 100, platin direnç termometreler kullanılmaktadır. Platin direnç termometreler, diğer termometre türlerine göre daha yüksek ölçüm hassasiyetine sahip ve ayrıca modern direnç köprüleri ve voltmetreler ile bağlanarak otomasyon imkanlarına sahiptirler. Bu çalışmada, Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME) sıcaklık karşılaştırmalı kalibrasyon laboratuvannda -40 C ile 550 C sıcaklık aralığında, sıcaklık ölçüm cihazlarının (sıvı-cam, platin direnç ve sayısal termometrelerin...) Uluslararası Sıcaklık Ölçeği ITS-90'a [1] göre karşılaştırmalı yöntem ile nasıl kalibre edildiği, kalibrasyon esnasında dikkat edilmesi gereken konular, termometrelerin kararlılıklarının tespiti, termometrelerin tekrarlanabilirliği ve karşılaştırmalı yönteme göre belirsizliğin hesaplanması başlıklar altında sunulacaktır. Bunun yanısıra karşılaştırmalı kalibrasyonların yapımında ITS-90 sıcaklık ölçeğine izlenebilirliğin nasıl ve ne gibi şartlarda olması gerektiği konulanda belirtilecektir. 1.0. GİRİŞ Sıcaklık ölçüm kalibrasyonu, referans termometreler ile kalibrasyona gelen ölçüm cihazları arasındaki değerler ilişkisinin özel koşullar altında kurulan işlemler kümesidir. Kalibrasyon için çevre koşullan, kararlı bir sıcaklık ve kalibrasyona gelen termometrenin uygun büyüklükte olması gibi koşullar gerekmektedir. Kalibrasyon ya faz değişiminin kararlı olmasından dolayı, örneğin donma noktası veya kaynama noktası gibi sıcaklığın sabit olduğu yerlerde ya da sıcaklığın devamlı olarak kontrol edilen yerlerde olmalıdır. Bunlarda bize temelde iki çeşit kalibrasyon yöntemini gösteriyor. i) Sabit noktalarda kalibrayon ii) Karşılaştırmalı yöntem ile kalibrasyon Sabit noktalarda kalibrasyonu yapılacak referans termometreler ITS-90 [l]nın öngördüğü sabit noktalar kullanılarak gerçekleştirilir [2]. Karşılaştırmalı yönteme göre kalibre edilecek cihazlar elektronik veya elle kontrol edilen sıvı banyolar ve yüksek sıcaklıklarda uygun finnlar kullanılarak kalibrasyona tabi tutulur. Kalibre 397

edilecek termometreler referans termometreler ile aynı banyoya yerleştirilmelidir ve ölçümler kendine mahsus şekilde yapılmalıdır. UME'de -40 C ile 550 C arasında ITS-90 ölçeğine göre kalibre edilmiş standart platin direnç termometresi ile kalibrasyona gelen platin direnç, sayısal ve sıvı-cam termometreleri karşılaştırmalı yönteme göre, sıvı banyolar veya yüksek sıcaklıklarda uygun finnlar kullanılarak kalibrasyona tabi tutulur. Karşılaştnrmalı kalibrasyonlar, sabit nokta kalibrasyonlanna göre genellikle hızlı, kolay kalibrasyon maliyeti olarak ucuzdur. Ayrıca bu yöntem aynı zamanda birkaç tane termometreyi aynı anda kalibre etme imkanı sağlamaktadır. Karşılaştırmalı kalibrasyonlann sabit noktalarda kalibrasyon metoduna göre yukarıdaki avantajlarının yanısıra karşılaştırmalı kalibrasyonun belirsizliği en az 10 kez daha sabit nokta metoduna göre kötüdür. 2.0. TERMOMETRELERİN KARŞILAŞTIRMALI YÖNTEME GÖRE KALİBRASYONU [3] Yapılan kalibrasyonun temeli, kalibrasyon yapılacak termometrenin belli bir belirsizlik aralığında referans termometreler ile aynı sıcaklıkta olmasıdır. Karşılaştırmalı kalibrasyonlar -40 C ile 550 C arasında gerçekleştirilmektedir. UME'de kalibrasyon için kullanılan banyolar ve çalışma aralığı Tablo 1 'de verilmiştir. Tablo 1 Karşılaştırmalı kalibrasyonlarda kullanılan banyolar ve çalışma sıcaklık aralıkları Banyo Alkol banyosu (Etanol veya Su banyosu (Saf Su) Methanol) Yağ banyosu (Silikon) Tuz banyosu (%50 KNO 3 ve % 50 NaNO 3 karışımı) Sıcaklık Aralığı -40 C - 0 C 4 C - 90 C 150 C-250 C 250 C - 550 C Sıcaklık Değişimi / C ±(0.002-0.005) ±(0.002-0.01) ±(0.005-0.010) ±(0.01-0.05) Kalibrasyonun yapılacağı sıcaklık değerleri, kalibrasyonu istenilen aralıkta en az 10 farklı noktada seçilir. Her bir kalibrasyon noktasında en az 10 ölçüm alınmalıdır. Bu ölçümler Fİ8 veya F700 model alternatif akımlı (ASL Automatic System Laboratory) direnç köprüsü tarafından gerçekleştirilir. Ölçümler banyo dengeye geldikten on dakika sonra alınmaya başlanır. Her bir ölçümde, ölçümler arasında bir dakika beklenir. Kalibrasyon sırasında standart dirençleri muhafaza banyosundaki standart dirençlerin sıcaklığı kalibreli Pt-100 tipi termometre ile kontrol edilir. Standart dirençlerin muhafaza banyosu sıcaklık değişimi ±0.015 C dir. 2.1. Karşılaştırmalı Kalibrasyonlarda Kullanılacak Sıvı Banyolar Karşılaştırmalı metoda göre yapılan kalibrasyonlar, sıcaklık kontrolünün elle veya elektronik olarak yapılabildiği, karıştırıcıların mekanik ve dolaşımlı çalıştığı sıvı banyolar ile gerçekleştirilir. Sıvı banyoların çalışma prensipleri aşağıda genel olarak verilmiştir. 398

2.1.1. Paralel Tipli Banyolar (Su Banyoları) Çalışma aralıkları 4 C - 90 C arasındadır. Bu tip banyolarda ısıtma, soğutma ve karıştırma işlemleri banyonun arka kısmında gerçekleşir ve banyonun iç kısmına doğru dağıtılır. Kalibrasyon esnasındaki sıcaklık değişimi bir kaç 0.002 C ile 0.010 C civarındadır. İyi bir banyo için banyo içindeki sıvı çok iyi karıştırılmalı, banyo içindeki sıvı dolaşımı iyi olmalı ve banyo soğutulacaksa bu işlem kalibrasyona başlamadan önce yapılmalıdır, aksi takdirde iyi bir sıcaklık dağılımı elde edilemez. 2.1.2. Alkol Banyoları Bu banyoların çalışma sıcaklık aralığı -80 C ile +4 C arasındadır. Bu sıcaklığa uygun soğutucular kullanılarak ulaşılır. Bu banyolar ile kalibrasyon esnasındaki sıcaklık değişimi 0.002 C ile 0.005 C arasındadır. 2.1.3. Orta Merkezli Banyolar Bu tür banyolar uzun yıllardır birincil düzeydeki laboratuvarlar tararından kullanılmaktadır. Bunlar yağ doldurmalı ve tuz doldurmalı banyolardır. Yağ banyosunun çalışma sıcaklık aralığı 100 C - 300 C'dır. Yağ banyosunun kararlılığı 0.005 C - 0.01 C arasındadır. Kullanımı tuz banyolarına göre daha kolaydır. Bu banyolarda dikkat edilmesi gereken nokta, çalışma sıcaklığının üstüne çıkılmamasıdır, aksi takdirde yağ sıçramaları tehlikeli olabilir. Tuz banyosunun çalışma aralığı ise 200 C - 550 C'dır. 560 mm daldırma derinliğinde ve kalibrasyon esnasındaki tahmini sıcaklık değişimi 0.01 C - 0.05 C arasındadır. Tuz banyosunda kullanılan oksidasyona çok müsait olan maddelerden olan Potasyum nitrat ve Sodyum nitrat çok çabuk kimyasal reaksiyon vereceklerinden dolayı dikkatli olunması gerekir. Tuz banyosuna daldırılacak termometreler banyoya daldırılmadan önce koruyucu bir kap içine konmalıdır (paslanmaz çelikten yapılmış). Termometreler kesinlikle tuz ile temas ettirilmemelidirler, aksi takdirde termometrelerde zamanla çatlamalar gözlenebilir. NOT: Sıvı banyoların hepsinde çalışma sıcaklığının üstüne çıkılmaması gerekir. Zira çalışma sıcaklığının üstüne çıkıldığı zaman banyodan gelecek sıçramalar tehlikeli olabilir. Karşılaştırma metodu ile yapılan kalibrasyonda kullanılan banyolar ve kallibrasyon düzeneği Şekil 1 'de verilmektedir. 399

Kcfcrjıııs Tri'iııoııu-lrrlcr, K, 1-700 Köprü ASI Wt=K r /K C 1.020394 0 I 3 4 S 6 7 X 9 Alkol liııııvosıı Su UMUMIMI Yağ Banyosu lıı/. Banyosu D D D D D D D D D D D rsd D D D D D D D D D Sfamlan Direnç için Yağ Banyosu, R, 20.00 C Şekil 1 Karşılaştırmalı metoda göre kalibrasyon düzeneği 400

2.2. Kalibrasyon Banyolarının Sıcaklık Dağılımı Kullanılan sıvı banyonun sıcaklık dağılımının homojen olmamasının nedeni banyo içinde soğuk ve sıcak noktaların olmasıdır. Bu problemin çözümü için iki veya daha fazla çalışma termometresi, kalibrasyonu yapılacak termometre ile birlikte sıvı banyoya daldırılarak aynı zaman dilimi içinde bir seri ölçüm alınır. Örneğin, cam termometrelerin kalibrasyonundan iyi sonuç alınabilmesi için banyo sıcaklığının çok yavaş yükselmesi gerekir. Çalışma standardı ve kalibrasyonu yapılacak cam termometre birbiri ardından okunur. Bu okunmaların ters yönde uygulanması da yapılır. Ölçümlerin sonucu simetrik ise, ya banyonun sıcaklığı kararlı ya da sıcaklığı belli artış ile değişiyor demektir. Herbir termometre için alınan ölçümlerin ortalaması alınarak ortalama sıcaklık değeri bulunur. 2.3. Termometrelerin Değişik Zamanlardaki Sıcaklık Duyarlılığı Kalibrasyonlarda kullanılan termometreler değişik firmalara ait ve farklı yapılarda olabilir. Bunlar bir banyoda karşılaştınldığında, bu termometrelerin banyo sıcaklığının değişmesine karşı duyarlıkları farklı olacaktır. Bu problem termometreler dengeye geldikten sonra ölçümler alınarak giderilebilir. Bunun yanı sıra banyoları kontrol eden sıcaklık ünitelerini geliştirerek, daha hassas sıcaklık değişimlerine duyarlı olmalarını sağlamak da bir çözüm yoludur. 2.4.0. Platin Direnç Termometresinin (PRT) Kalibrasyon Metodu Platin direnç termometreleri endüstride yaygın olarak kullanılan termometrelerdir (örneğin, Pt-100). Bu termometreler referans sıcaklıklara karşılık termometrenin gösterdiği direnç değişimleri belirlenip, daha sonra tespit edilen bu noktalardan uygun eğriler geçirilerek kalibre edilirler. Kalibrasyonlarda elde edilen değerlere en uygun eğrilerin least square prensibine göre geçirilmesi esastır. Bununla birlikte yaygın olarak belli belirsizlikler içersinde iki denklem kullanılmaktadır. Tablo 2'de gösterilen (1) ve (2) nolu eşitlikler Pt-100 termometreleri için yukarıda belirtilen denklemleri göstermektedir. Tablo 2 Platin direnç termometreleri için kullanılan denklemler ve sıcaklık aralıkları Denklemler Eşitlik No DİN IEC 771 12/90 Standardı (Avrupa) ASTM Standardı (Amerika) Sıcaklık Aralığı Sıcaklık Aralığı R{t) = ^(0 C)[l + At + Bt 2 + Ct\t -100)] (1) -200 C ile 0 C -200 C ile 0 C R(t) = R 0 (0 C)[l + At + Bt 2 ] (2) 0 C ile 850 C 0 C ile 650 C 401

Tablo 2'deki denklemlerde belirtilen; Rt: Pt-lOO termometresinin t sıcaklığında göstermiş olduğu direnç değeri, Ro! Termometrenin 0 C de göstermiş olduğu direnç değeri, A, B, C, D; denklemlerin sabit katsayılarıdır. Pt-lOO termometreleri Amerika'da ASTM standardına göre Avrupa'da ise kullanılan DİN standardına göre farklı değerlerle sınıflandırılmışlardır. Sınıflandıma işlemi termometrelerin sıcaklığı bilinen referanslara karşılık göstermiş olduğu direnç değerlerinin kararlılığına göre yapılmıştır. Yapılan bu sınıflandırma sonucunda termometrenin hangi sınıfa ait olduğunu gösteren denklemler aşağıda verilmiştir. DİN A Sınıfi B Sınıfi ASTM At = 0.15 + 0. 002t At = 0.30 + 0. 005t \-o. 0017t At = 0. 13- At = 0. 25-hO. 0042t Yukarıda belirtilen denklemleri sağlayan Pt-lOO termometreleri bulundukları satırın başlığını oluşturan standartlara uyuyor demektir. Bilindiği gibi platin direnç termometrelerinin dirençlerindeki yaklaşık 4 x 10" 4 Q değişim 1 mk sıcaklık değişimine denktir. Pt-lOO kalibrasyonlannda 50 mk toplam belirsizlik ile DİN denklemleri kullanılabilir. Pt-lOO termometrelerinin tavlama öncesi ve sonrası suyun üçlü noktasında göstermiş oldukları direnç farkı 2-3 mk ise kararlı bir termometre olduğunu gösterir. Eğer fark 10 mk nin üzerinde ise az kararlı ve daha büyük bir belirsizliğe sahip olduğunu gösterir. j 2.4.1. Pt-lOO Tipi Termometrelerde Kararlılık Testi Kalibrasyonu yapılacak Pt-100'lerin, suyun üçlü noktası veya buz noktasındaki direnç değeri ölçülür. Pt-lOO tipi termometre maksimum kalibrasyon sıcaklığının 20-30 C j üzerindeki sıcaklığa ayarlanmış finnda 4 saat tavlanır. Tavlama işleminden sonra finndan / çıkarılıp oda sıcaklığında soğutulan termometrenin tekrar suyun üçlü noktasındaki ve buz noktasındaki direnç değeri ölçülür. İki ölçüm arasındaki fark 10 mk'den büyükse tavlama işlemi tekrarlanır. Fark yine 10 mk'den büyükse kalibrasyon sertifikasında bu durum belirtilir ve belirsizlik hesabında bu fark gözönüne alınarak tekrar hesaplanır. Fark 10 mk den küçükse kalibrasyona başlanır. 2.4.2. Pt-100 Termometrenin Kalibrasyon Metodu Kalibrasyona kalibrasyon aralığının en yüksek değerinden başlanarak 0 C ye doğru ı ölçümler alınır. Negatif sıcaklık değerlerinde ise en düşük değerden başlanıp 0 C ye doğru / ölçümler alınarak kalibrasyon yapılır. Kalibrasyon toplam ölçüm noktası 10'dur. Pt-100 termometre banyoya referans termometre ile aynı seviyede olacak şekilde ve mümkünse metal blok içerisine yerleştirilir. Ayarlanan sıcaklık değerlerinde referans termometre ve Pt-100 termometresinin okuduğu direnç oranı olarak aynı anda okunarak kaydedilir. Her bir sıcaklık değeri için en az 10 okuma yapılır ve okunan değerlerin ortalamaları alınır. Referans 402

termometrenin direnç oranı değeri direnç değerine çevrilir. Referans termometrenin kalibrasyon sıcaklığında Wt değeri bulunur. (t) = -M- (3) W R(0 C) W(t) değeri : Termometrenin t sıcaklığındaki direnç değerinin 0 C'deki direnç değerine oranı R(t) değeri : Test termometresinin t sıcaklığında göstermiş olduğu direnç değeri Ro(O C) : Test termometresinin 0 C deki direnç değeri Bu bulunan sıcaklık değerleri Pt-lOO termometrenin okuduğu değerler ile karşılaştırılarak bir tablo hazırlanır.ayrıca kalibrasyon bölgesindeki sıcaklık değerlerine karşılık gelen PRT tipi termometresinin direnç ve Wt değerlerini gösteren bir tablo verilir. Referans termometrenin okuduğu sıcaklık değerleri ve Pt-lOO termometresinin bu sıcaklıklarda okuduğu direnç değerleri (1) ve (2) nolu denklemlerde yerine konarak A, B ve C katsayıları bulunur. 2.5. Sayısal termometrenin Kalibrasyon Yöntemi Sayısal termometrede PRT tipi termometrenin kalibrasyonunda izlenen yöntem ile kalibre edilir. Bu tür termometre kalibrasyonundaki fark, referans termometrenin ölçtüğü sıcaklık değerlerine karşılık sayısal termometreden de doğrudan sıcaklık değeri okunur ve bu değerler karş/ılaştınlır. 2.6. Sıvı-Cam Termometrenin Kalibrasyon Yöntemi 2.6.1. Sıvı - Cam Termometre Geldiğinde Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar Sıvı-cam termometrenin sıvı kolonunun sağlamlığı kontrol edilir. Termometrenin bölmeleri ve numaralandınlması doğru olmalı ve çizgileri düzgün olmalıdır. Termometrenin yapısı ve yapımında kullanılan cam kalibrasyona uygun olmalıdır. Bunları yaparken yaklaşık 8-10 kez büyüten büyüteçten faydalanılır. Termometre sıvı haznesinde hava kabarcığı bulunabilir veya sıvı kolonundaki sıvının arasına hava boşluğu girmiş olabilir. Bu çok rastlanan bir durumdur ve katı CO2 (Karbondioksit) kullanılarak ortadan kaldırılabilir. Bunun için uygulanılacak metod: Sıvı haznesi katı CO2 içersinde bekletilerek tüm sıvı hazne içersine toplanır. Eğer bir miktar sıvı hala hazne içersinde kalmış ise termometre hazne kısmından avuç içerisine alınarak çok sert olmamak şartı ile sadece el masaya değecek şekilde vurularak sıvı bir miktar aşağı itilir. 2.6.2 Sıvı -Cam Termometrede Kararlılık Testi Sıvı-cam temometrede kararlılık testinin yapılması için, sıcaklık aralığı 200 C'den büyük olması gerekir. Termometrenin aralığının en yüksek değerinden 20 C aşağı bir sıcaklıkta termometre tavlanır. Sıcaklık aralığı 200 C'ye kadar olan sıvı-cam termometrelerde camın kristal yapısı aynı olduğu için tavlama işleminin yapılmasına gerek yoktur. Eğer 403

termometre 200 C'den daha fazla bir sıcaklıkta ısıtılırsa camın kristal yapısı bozulur ve deforme olur. 2.6.2. Sm-Cam Termometrenin Kalibrasyonunda Dikkat Edilmesi Gereken Bazı Noktalar Kalibrasyon esnasında son rakamı belirleyecek yeterlilikte bir büyüteç veya dürübün kullanılır. Ortam ışığı yeterli olmalıdır. Termometre okunurken termometreye sıvı seviyesi hizasından bakılır. 2.6.3. Sıvı -Cam Termometrenin Kalibrasyon Metodu Kalibrasyona başlamadan önce buz noktasında ölçüm alınır. Termos içindeki buz ve su karışımı homojen olarak yapılmalıdır. Kalibrasyona, kalibrasyon aralığının minimum değerinden başlanıp yukarı sıcaklıklara doğru devam edilir ve en az 7 noktada ölçüm alınır. Ölçüm alınan noktalar kalibrasyon aralığının %80'ini kapsamalıdır. İki veya daha fazla referanstermometre kullanılır ve kalibrasyon esnasında sıvı cam termometreleri referanslar arasına yerleştirilir. Eğer kalibrasyon laboratuvannda yeterli sayıda Faden termometre varsa kalibrasyonda iki tane Faden termometre kullanılabilir. Datalann alınmasındaki ölçme işlemi Tablo 3'deki gibidir. Alınan ölçüm değerleri termometreler bazında ortalaması alınır. Eğer buz noktası ölçümü farklı ise test termometrelere buz noktası düzeltmesi yapılır. Faden termometrenin ölçülen değerlerinin ortalaması alınır ve ortalamadan Faden termometrenin kendisinden gelen düzeltmesi yapılır. Faden düzeltmesi hesaplanırken referans termometrelerin ortalama sıcaklığı banyonun sıcaklığı olarak alınır ve düzeltme hesaplanır. Buz noktası düzeltmesinden sonra Faden Termometre için düzeltme hesaplanır ve gerekli düzeltme yapılır. Tablo 3 Kalibrasyon ölçüm sırası Faden Termometre Faden1 Faden1 Faden1 Faden1 Referans Termometre Nl Nl Nl Nl Test Termometre T1,T2 Tn Tl, T2 Tn Tl, T2 Tn T1,T2 Tn Referans Termometre N2 N2 N2 N2 Faden Termometre Faden2 Faden2 Faden2 Faden2 Okuma Yönü :=> <= <= => 3.0. BELİRSİZLİK HESAPLARI Ölçüm sonuçlarının doğru değerlendirilmesi sonuçların güvenirliğine bağlıdır. Ölçülen aynı büyüklüğün değeri, ölçümden ölçüme farklılık gösterir. Her ölçümün sonucunda, verilen sayı mutlaka belli bir şüphe içerir. Bu nedenle ölçüm sonucu verilirken ölçülen veya hesaplanan değerin belirsizliği her zaman belirlenmelidir. Ölçüm belirsizliği ölçülen büyüklüğün gerçek değerinin içinde bulunduğu değerler aralığını karakterize eden tahmini değerdir. Ölçüm belirsizliği genel olarak bir çok bileşeni içerir. Bu bileşenlerin bir kısmı, ölçüm serileri sonuçlarının istatiksel dağılımına bakılarak 404

tahmin edilebilir ve deneysel Standard sapma yardımıyla karakterize edilebilir. Diğer bileşenlerin tahmini ise diğer bilgilere ve tecrübeye dayandınlabilir Herhangi bir kalibrasyonda belirsizlik iki şekilde ele alınır; * A tipi belirsizlik (tekrarlanan ölçüm sonuçlarına dayanan istatiksel yöntem) * B tipi belirsizlik (istatiksel olmayan yöntem) A tipi standart belirsizliğin hesaplanması: Herbir gözlem için ortam koşullarındaki rasgele değişimlerden ve etki faktörlerinin rasgele değişimlerinden dolayı farklılıklar gösterir. Girdi büyüklüğündeki rasgele hatalardan doğan belirsizliğin tanımlanması için deneysel standart sapma kullanılır. Gözlemlerin deneysel varyansının değeri, bu aynı zamanda girdilerin olasılık dağılımının varyansıdır. Varyansın bu kestirimi, ve deneysel standart sapma olarak adlandırılan onun pozitif kare kökü, gözlemlenen değerlerin farklığını belirtir veya daha genel olarak onların ortalamadan sapmalnnı karakterize eder. Yani deneysel varyans tüm gözlem sonuçlarının dağılımına ait bir değerdir. B tipi standart belirsizliğin hesaplanması: Girdi değeri için kestirilen değer Xj tekrarlanmış ölçümler sonucunda elde edilmemişse, kestirilmiş varyans veya standart belirsizlik olabilecek bütün farklı değerleri göz önüne alınarak bütün elde olan bilgiler kullanılarak bilimsel bir şekilde yargıya varılır. B tipi değerlendirmede ortaya çıkan belirsizlik bileşenleri, -Daha önce yapılan bir ölçümde elde edilen veriler -İlgili malzemeler ve kullanılan cihazlar konusundaki deneyim ve daha önce edinilmiş bilgiler. -Yapımcının belirttiği özellikler -Kalibrasyon ve diğer sertifikalarda bulunan veriler -El kitaplarından alınan verilere ilişkin belirsizliklerdir. B tipi belirsizliğe etki eden faktörler; a) Termometrelerin daldınldığı banyo veya banyoların belirsizliği. b) Kalibrasyonda kullanılan referans termometrelerin belirsizliği. c) İki referans termometrenin banyo sıcaklık duyarlılığından gelen belirsizlik. d) F700 Köprüsünün belirsizliği. e) Elektriksel gürültüden kaynaklanan belirsizlik. f) Referans direncin belirsizliği. g) Buz noktası belirsizliği. h) Kalibrasyon sonucunda oluşturulan tablodan gelen belirsizlik. 405

Toplam Standart Belirsizlik Bileşke standart belirsizlik veya toplam standart belirsizlik, belirsizlik yayılma yasası kullanılarak, ölçümlerin A tipi ve B tipi standart belirsizliklerinin bir araya getirilmesinden elde edilir. Bu yasaya göre, toplam belirsizlik, bütün belirsizliklerin karelerinin toplamının kareköküne eşittir. Yani; Toplam belirsizlik = k J (A tipi 1 f + (A tipi 2 / + (B tipi 1 f + (B tipi 2 f Belirsizlikler güvenirlilik seviyesine göre tanımlanmalıdırlar. Bunlar; k = 1 % 66 güvenirlilik seviyesi k =2 % 95 güvenirlilik seviyesi k =3 % 99.7 güvenirlilik seviyesi Genellikle k = 2 kullanılır. Örnek: Tablo 4 Pt-100 termometre için tahmini belirsizlik hesabı; Belirsizlik Faktörleri A tipi (1 standart sapma) Termometrelerin daldınldığı banyo veya banyoların, Kalibrasyonda kullanılan referans termometrelerin belirsizliği İki referans termometre banyo sıcaklık duyarlığından gelen belirsizlik, F700 Köprüsünün belirsizliği Elektriksel gürültüden kaynaklanan belirsizlik Referans direncin belirsizliği Buz noktası belirsizliği Kalibrasyon sonucunda oluşturulan tablodan gelen belirsizlik C 0.005 0.010 0.002 0.005 0.0006 0.0001 0.0001 0.005 0.010 1 standart sapma (k=l) Toplam Belirsizlik (k=2) 0.0167 0.034 406

Tablo 4'de verilen değerler sadece bir örnektir, sonuçta elde edilen toplam belirsizlik müşteriden gelen termometrenin kararlılığına ve alınan datalann çokluğu ve azlığına göre artabilir veya azalabilir. 4.0. İZLENEBİLİRLİK Herhangi bir ölçüm esnasında elde edilen sonuçların ulusal veya uluslararası standartlarla oluşan bir zincir içerisinde bağlantılı olmasına izlenebilirlik olarak tanımlanabilir. Sıcaklık ölçümlerindeki izlenibilirlik zinciri Tablo 5'de verilmiştir. Kelvin'in Tanımı Suyun üçlü noktası 273.16K Uluslararası Sıcaklık Ölçeği ITS-90 Ulusal Sıcaklık Ölçeği Standart Platin Direnç Termometresi SPRT's Sabit Sıcaklık Kalibrasyon Banyosu veva fırını İkincil Seviye Standart Termometre Çalışma Termometresi İzlenebilir Ölçüm Tablo 5 Sıcaklık ölçümlerinin izlenebilirlik zinciri 407

5.0. SONUÇ I Bu yayında, UME sıcaklık laboratuvarına kalibrasyon için kabul edilen PRT tipi ve sıvı-cam termometrelerin karşılaştırmalı yönteme göre kalibrasyonlanmn nasıl gerçekleştirildiği kısaca anlatıldı. Pt-100, sayısal ve sıvı-cam termometrelerin kalibrasyonlan istenilen aralığa göre değişik alet ve yöntemler kullanılmaktadır. -40 C ile 550 C arasında sıvı banyolar kullanılarak kalibrasyonlar gerçekleştirilmektedir. Toplam kalibrasyon belirsizliğinin güvenilir olarak hesaplanmasında; kullanılan sıvı banyoların belizsizliği, referans termometrelerin belirsizliği, test termometresinin buz noktası kararlılığı ve tekrarlanabilirliği ve vb belirsizliği etkileyen faktörleri gözönüne alınmalıdır. < Kalibrasyon belirsizliği hesaplamalannda uygulanacak yöntem bu yayında verilmiştir. / Her laboratuvarın kalibrasyon esnasında kullanacağı cihazlar ve laboratuvar ortamının farklı olacağından, belirsizliğini etkiyen faktörler farklı olacaktır. KAYNAKÇALAR [1] Preston-Thomas, H., "The International Temperature scale of 1990", Metrologia, pp3-10, 1990 [2] İnce A. T ve Kartal A. "Uluslararası Sıcaklık Ölçeği 1990'nın Ulusal Metroloji / Enstitüsü'nde (UME) Gerçekleştirilmesi ve Muhafazası", II. Ölçümbilim Kongresi, Ekim 1997 [3] İnce AT., Uğur S., Aşık A. "Platin Direnç ve Sayısal Termometrelerin Karşılaştırmalı Metoda Göre Kalibrasyonlan, Eğitim Notlan", TÜBİTAK UME, 7-9 Kasım, 1995 408

ULUSLARARASI SICAKLIK ÖLÇEĞİ 1990 (ITS-90)'NIN ULUSAL METROLOJİ ENSTİTÜSÜNDE (UME) GERÇEKLEŞTİRİLMESİ VE MUHAFAZASI Ahmet T İNCE ve Aliye KARTAL TÜBİTAK, Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME) ÖZET Helyumun buhar basınç sıcaklığı 3 Kelvin'den başlayarak bakırın donma noktası sıcaklığı olan J357.77 Kelvin'e kadar olan sıcaklık ölçümlerinin tüm Dünyada izlenebilir olabilmesi için 1990 'da yayınlanan [1] Uluslararası Sıcaklık Ölçeğinin (ITS-90) belirlediği koşullarda, sıcaklık ölçümlerinin gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Her ülke mevcut ITS-90 sıcaklık ölçeğini ilk önce uluslararası alanda sonra ulusal alanda izlenebilirliğinin oluşturması gerekmektedir. UME sıcaklık laboratuvarı, ITS-90 sıcaklık ölçeğini Civadan (-38.8344 C) başlayarak Gümüşün donma noktası sıcaklığına (961.78 C) kadar olan sıcaklık aralığında kurmayı başarmıştır. ITS-90 sıcaklık ölçeğinin UME'de tanınması ve muhafazası gerçekleştirilmiştir. ITS-90 sıcaklık ölçeğinin kabul ettiği referans termometrelerin (SPRT'ler) kalibrasyonlarını ait metodlar geliştirilerek referans termometrelerin UME'de kalibrasyonları birincil düzeyde istenilen belirsizlikle yapılmaktadır. 1.0 GİRİŞ Metroloji bir ülkedeki ölçme, standartlaşma, kontrol ve kalite sisteminin altyapısının oluşturmak kalite güvenliği için ürün özelliklerinin belirlenmesine ve kalite kontrolüne ilişkin kapsamlı bir sistem oluşmasını sağlar. Ayrıca bir ülkenin hayat standardının yükseltilmesinde, çevrenin ve tüketicinin korunmasında, bilimsel ve teknik araştırmalarda ve daha birçok konuda önemli bir yer tutmaktadır. Oldukça geniş kapsamlı bilimsel çalışmalarda, elde edilen ve zamanla değişimi yılda milyonda bir derecesinde olan standartların doğrulukları, kalibrasyon aracılığıyla tüm ölçme ve test cihazlarına aktarılır. Bu şekilde oluşturulan her ölçüm, BIPM (uluslararası Ölçü ve Ağırlıklar Bürosu) tarafından bilimsel tanımlan yapılmış yedi temel ölçüm birimine bağlanır. Metre, Kilogram, Saniye, Amper, Kelvin, Kandela, ve Mol olarak anılan bu birimler, yapılan tüm ölçümlerin SI Uluslararası birimler sistem'indeki temellerini oluştururlar. Sıcaklık birimi Kelvin (K) evrensel olarak maddenin en iyi tanımlanmış ve tekrarlanabilir hali olan suyun üçlü noktasının termodinamik (mutlak) sıcaklığının 1/273.16'sı olarak tanımlanmıştır. Sıcaklığın günlük hayatta kullanılan santigrad dereceye çevrilmesi aşağıdaki eşitlik ile gerçekleştirilir. t/ C= T/K - 273.15 409

t/ C sıcaklığı derece santigrad, T/K ise Kelvin sıcaklığıdır. Buna göre suyun üçlü noktası sıcaklığı ^ 0.01 C dir. 1.1. Daha Önceki Sıcaklık Ölçekleri Ve ITS-90 Sıcaklık Ölçeği [1-2] (i) ITS-27 ITS-27 pek çok tekrarlanabilir sıcaklıklardan veya belli sıcaklıkları veren sabit noktalardan ve bütün ölçek boyunca farklı bölgelerde kullanılan üç farklı cihazdan oluşur. Platin termometre düşük sıcaklıklarda, %10 rodyum-platin ısılçift orta bölgede ve optik pyrometre de yüksek sıcaklıklarda kullanılır. I Platin termometre için sabit noktalar, buz noktası (0.000 C), oksijen, su ve sülfürün kaynama / noktalan (sırası ile -182.97 C, 100.000 C ve 444.60 C) olarak tanımlanır. Optik pyrometre için ise sabit nokta altının donma noktası ve kullanılan formül de Wien kanunudur. (ü) ITS-48 Platin direnç termometresinin alt sınır aralığı -190 C'den oksijenin kaynama noktası -182.97 C olarak değiştirildi ve Platin termometreleri ile ısılçiftin birleşme noktası antimonun donma noktası olarak belirlendi. Gümüşün donma noktası 960.5 C yerine 960.8 C olarak tanımlandı. Altının donma noktası altının ergime noktası (1063 C) olarak değiştirildi. Planck radyasyon kanunu kullanılmaya başlandı. İkinci radyasyon katsayısı, C2'nin, değeri 1.432x10" 2 metre kelvin yerine 1.438xlO" 2 metre kelvin oldu. Standart direnç termometre ve ısılçiftin interpolasyon formülündeki sabitler izinli aralıkta değiştirildi. j (iii) IPTS-48 1960 yılında ITS-48 üzerinde yapılan bir değişiklikle 1954 yılında termodinamik sıcaklık birimi Kelvin'in tek tanımı olarak kabul edilen suyun üçlü noktası, bu bölgede, kalibrasyon noktası olarak buz noktasının yerine kabul edildi. Çinkonun donma noktasıda sülfürün kaynama noktası yerine tercih edildi. Standart direnç termometre ve ısılçiftin interpolasyon formülündeki sabitler izinli aralıkta yeniden değiştirildi. j (iv) EPTS-68 1968 yılında, Uluslararası Pratik Sıcaklık Ölçeği, kabul edildi. Burada ölçülen değerlerin termodinamik değerlerine yaklaştıran pek çok rakamsal değişiklikler yapıldı. Ölçeğin alt limiti 13.81K'e uzatıldı ve altı tane sabit nokta ölçeğe katıldı. Hesaplamalarda kullanılan sabitlerde de değişiklikler yapıldı. Sülfürün kaynama noktası yok edildi. Direnç termometre aralığı için interpolasyon formülü daha kanşık oldu. İkinci radyasyon katsayısı, c 2 'nin, değeri 1.4388xlO' 2 metre kelvin oldu. Standart direnç termometre ve ısılçiftin interpolasyon formülündeki sabitler izinli aralıkta değiştirildi. j (v) Uluslararası Sıcaklık Ölçeği (II S-90rııın Tanımı ITS-90 sıcaklık ölçeği, daha önce kullanılmış olan birçok uluslararası sıcaklık ölçeğinin bugüne dek gelişmesiyle ortaya çıkmıştır. Bu ölçekler, sıcaklık ölçümlerinin doğru ve 410

tekrarlanabilir bir şekilde yapılmasına ve ölçülen sıcaklığa karşılık gelen termodinamik sıcaklığa en yakın şekilde hesaplanabilmesine olanak verecek şekilde formüle edilmiştir. Uluslararası Ölçü ve Ağırlıklar Komitesi tarafından 1989 yılında, 1968 Uluslararası Sıcaklık Ölçeğinin yerine kabul edilen 1990 Uluslararası Sıcaklık Ölçeğidir [1]. ITS-90 0.65K 'den Planck radyasyon (monokromatik radyasyonu kullanarak) kanununa göre pratik olarak ölçülebilen en yüksek sıcaklığa (1357.77K) kadar uzanır. ITS-90 herbirinde T90 sıcaklıklarının tanımlandığı aralıkları ve alt-aralıklan kapsar. Bu aralık ve alt-aralıklann bir kısmı üst üste gelmektedir ve bu durumun oluştuğu yerlerde TVın farklı tanımlamaları mevcuttur. Bu farklı tanımlamalar eşit statüye sahiptir. Aynı sıcaklıkta, farklı tanımlamalara göre yapılan yüksek doğruluklu ölçümler arasında sayısal farklılıklar meydana gelebilir. Tanımlanmış iki sabit nokta arasında bulunan bir sıcaklık için kabul edilen iki interpolasyon aleti sayısal farklılıkta T90 değeri verebilir. Gerçekte bütün bu durumlarda ortaya çıkan farklılıklar ihmal edilir düzeydedir. ITS-90 öyle bir şekilde düzenlenmiştir ki; aralıklar boyunca verilen herhangi bir sıcaklık için Tgo'ın sayısal değeri, ölçeğin kabul edildiği zamanda en iyi şekilde hesaplanan sayısal değerine bir yaklaşımdır. Termodinamik sıcaklıkların direkt ölçümleriyle karşılaştırmak suretiyle, T90 ölçümleri daha kolay yapılır; daha doğru ve tekrarlanabilir özelliğe sahiptir. ITS-90, alt bölgelerinde tanımlı sabit noktalar (tablo 1 de verilmiştir) ve bu bölgelere ait interpolasyon cihaz ve denklemlerinin kullanıldığı sıcaklık ölçeğidir. Tablo 1. ITS-90 ölçeğini oluşturan sabit noktalar Numara Sıcaklık Madde Durum WXT9o) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 T90/K 3-5 13.8033 «17 «20.3 24.5561 54.3584 83.8058 234.3156 273.16 302.9146 429.7485 505.078 692.677 933.473 1234.93 1337.33 1357.77 He e-h 2 e-h 2 (veya He) e-h 2 (veya He) Ne o 2 Ar Hg H 2 O Ga in Sn Zn Al Ag Au Cu vp tp vp (veya gp) vp (veya gp) tp tp tp tp tp mp fp fp fp fp *P fp fp 0.001 19007 (0.002 296 46) (0.004 235 36) 0.008 449 74 0.091 718 04 0.215 859 75 0.844 142 11 1.000 000 00 1.118 138 89 1.609 80185 1.892 797 68 2.568 917 30 3.376 008 60 4.286 420 53 411

ITS-90'da, 0.65K-5 K arasında 3 He ve 4 He gaz-basmç ilişkileri, 3K-24.5561K arasında gaz termometresi, 13.8033K-1234.93K arasında Platin direnç termometresi ve 1234.93K'in üzerinde Planck radyasyon kanunu interpolasyon cihaz ve eşitlikleri olarak kullanılır. i ' 2.0. ITS-90 SABİT NOKTALARININ GERÇEKLEŞTİRİLMESİ VE STANDART PLATİN DİRENÇ TERMOMETRELERİNİN (SPRT'S) ITS-90'A GÖRE KALİBRASYONLARI [3] Standart platin direnç termometreleri, sıcaklık ölçümlerinde interpolasyon aleti olarak kullanılmak üzere Uluslararası Sıcaklık Ölçeği 1990 (ITS-90) tarafından [1] tanımlanmıştır. Standart platin termometreleri 13.8K ile 961.78 C sıcaklık aralığını kapsar. 13.80 K ile 273.16 K (0.01 C) arasında genellikle 25Q (273.16 K deki değeri) kapsül tipi termometreler kullanılır. Long stemmed (uzun gövdeli) tipi termometreler (bunlarda 25Q) ise -189 C ile 660 C arasında kullanılmaktadırlar. / Yüksek sıcaklık termometreleri, genellikle 0.2O ve 2.5Q (273.16 K deki değerleri), 0 C ile 961.78 C aralığında kullanılırlar. Uluslararası Sıcaklık Ölçeği 1990'a göre standart termometrelerin kalibrasyonlannın yapılabilmesi için standart termometreler aşağıdaki şartlan sağlamalıdırlar; j ı = R(t9o)/R(0.01 0 C), bu eşitliğe göre, R(t9o ); standart termometrelerinin belli bir sıcaklıktaki direnç değeri, R(0.01 C); standart art direnç termometrenin suyun üçlü noktasındaki direnç değeridir. i Galyumun erime noktasında, 1.11807, Civanın üçlü noktasında, W(t9o) * 0.844235 olmalıdır. Bu değerlerden birini sağlayan standart platin direnç termometreleri istenilen kalibrasyon aralığında gerekli sabit noktalarda kalibrasyona tabi tutulur. Kalibrasyon sonucunda alınan ölçümlerin ITS-90'nin ön gördüğü denklemlerde yerine koyarak termometrelerin ITS-90'a göre sapma katsayıları hesaplanır, ve termometreye ait sertifika düzenlenir. Kalibrasyon sertifikası, standart platin termometrenin değişik sabit noktalardaki direnç değerlerini, ITS- 90'göre sapma katsayılarını, termometrenin suyun üçlü noktasındaki (SÜN) kararlılığını ve kalibrasyon belirsizliğim içermektedir. 412

2.1. Suyun Üçlü Noktasında Ölçümler Standart platin direnç termometrelerin suyun üçlü noktasındaki ölçümlerinin gerekliliği; + termometreler için gerekli direnç oranlarının hesaplanması, > termometrelerin her bir sabit noktadan sonra suyun üçlü noktasında ölçülmesi ile termometrelerin kalibrasyon başından sonuna kadar kararlılıklarının kontrol edilmesi. ^ kalibrasyonu yapılmış termometrelerin direnç değerlerinin zamanla değişip değişmediğinin kontrolünde kullanılır. 2.2. Suyun Üçlü Noktasının Ölçümü Ve Hazırlanış Yöntemleri Suyun üçlü noktası hücreleri ilk önce 2 saat yaklaşık 0 C de olan suyun üçlü noktası muhafaza banyosunda soğumaya bırakılır. Suyun üçlü noktası hücresi içindeki, termometrenin girdiği tüpün etrafinda homojen bir buz tabakası oluşması için, UME kullanılan yöntemlerden iki tanesi aşağıda açıklanmıştır [3]. i) Kuru karbon dioksit yöntemi (kuru buz) Hücrenin içindeki termometrenin daldınldığı tüp, kuru pamuk ile iyice temizlenir. Çok iyi bir şekilde ufalanmış katı CO2, suyun üçlü nokta hücresi içine boşaltılır ve katı CO2 hücrenin içinde homojen olarak dağılmasına dikkat edilir. Hücre el ile yavaşça vurularak katı CC^'in homojen olarak yukarıdan aşağıya doğru dağılması sağlanır. SÜN hücresi içindeki katı CO 2 seviyesi ile hücrenin içindeki su seviyesinin aynı olması gerekir. Eğer katı CO2 seviyesi su seviyesinden fazla ise, hücrenin içindeki su seviyesinin üst tarafinda buz köprüsü oluşabilir ve bu suyun üçlü noktası hücresinin kırılmasına sebep olabilir. Eğer buz köprüsü oluşursa, hücrenin üst tarafi başparmak ve orta parmak arasında hareket ettirilerek oluşan buz köprüsü eritilir ve hücrenin kırılması önlenir. Buz tabakasının kalınlığı 4mm-8mm arasında olduğunda kati CO2 eklenmesi durdurulur. Bunun kontrolü, hücrenin alt tarafinı içinde 0 C de buz su karışımı içeren beher içine daldırılıp, beherin yan cephesinden bakılınca oluşan buzun kalınlığının ne kadar olduğu rahatlıkla gözlenir. Oluşan buz tabakası ile hücrenin dış duvarı arasındaki mesafe 2mm den az olmamalıdır, aksi takdirde SÜN hücresi buz tabakasının genişlemesinden dolayı kınlabilir. Geriye kalan CO2 hücreyi çok yavaş eğilerek dışarı dökülür veya hücrenin içinde kendi kendine buharlaşması için bırakılır. Hücrenin içi en az iki kez saf su ile yıkanır ve tekrar yerine buzda soğutulmuş su konur. Bu işlem buz tabakası hücre içinde döndürülmeden önce yapılmalıdır. SÜN hücresi muhafaza banyosuna konulur ve kararlı hale gelmesi için en az 24 saat beklenir (veya tercihen iki gün). Ölçüme başlamadan önce oda sıcaklığında olan metal (veya cam) çubuk (7 mm çapında) SÜN hücresine yaklaşık bir dakika daldırılır ve bir miktar buzun erimesi sağlanır. Hücre çok yavaşça ve nazikçe döndürülür ve buz tabakasının termometrenin daldınldığı tüpün etrafinda serbestçe döndüğü gözlenir. Eğer buz tabakası dönmüyor ise metal çubuk tekrar daha az bir süre ile hücreye daldırılarak işlem tekrarlanır. ü) Soğuk daldırıcı çubuk yöntemi SÜN hücresinin içindeki termometrenin daldınldığı tüp kuru pamuk ile iyice temizlenir. Tüpün içine 2-5 mm olacak şekilde saf alkol konulur ve 10-15 dakika boyunca ufalanmış kati CO 2 atılarak alt kısımda bir miktar buz tabakası oluşturulur. 413

SÜN hücresi, içinde buzlu su bulunan cam bir kaba konur; böylece hem ortam ile ısı transferi önlenir, hemde hücre içinde oluşan buz tabakasının kalınlığı daha iyi gözlenir. Hücre içindeki termometrenin daldınldığı tüp içine soğutulmuş saf alkol konur. Eklenen alkol / seviyesi, kullanılan soğutma çubuğunun (başlangıç kısmı, içerisine alkol ve kuru buz konulan silindirik metal bir beher, çubuk kısmı beher içinden uzayan 40cm uzunluğunda ve 8mm çapında metal borudan oluşur) çapına ve uzunluğuna bağlıdır. Çubuk termometrenin daldınldığı yere konduğunda, alkol seviyesi hücrenin içindeki su seviyesinden fazla olmamalıdır. 50-60 dakika içinde buz tabakası istenen kalınlığa (4mm-8mm) gelir. Oluşan buz tabakası ile hücrenin dış duvarı arasındaki mesafe 2mm den az olmamalıdır aksi takdirde SÜN hücresi buz tabakasının genişlemesinden dolayı kırılabilir. Düzgün bir buz tabakası elde ettikten sonra hücrenin içindeki alkol, hücreyi yavaşça yatırılarak boşaltılır ve hücrenin içi en az iki kez saf su ile yıkanır ve tekrar hücrenin içine buzda soğultulmuş su konur. Bu işlem buz tabakası hücre içinde döndürülmeden önce yapılmalıdır. SÜN hücresi muhafaza banyosuna konulur ve kararlı hale gelmesi için en az 24 saat beklenir (veya tercihan iki gün). Ölçüme başlamadan önce oda sıcaklığında olan metal (veya cam) çubuk (7 mm çapında) SÜN hücresine yaklaşık bir dakika daldırılır ve bir miktar buzun erimesi sağlanır. Hücre çok yavaşça ve nazikçe döndürülür ve buz tabakasının termometrenin daldınldığı tüpün etrannda serbestçe döndüğü gözlenir. Eğer buz tabakası dönmüyor ise metal çubuk tekrar daha az bir süre ile hücreye daldırılarak işlem tekrar edilir. ı j 2.3. Ölçüm Yöntemleri Standart platin direnç termometrelerinin (SPRT'ler) kalibrasyon düzeneği Şekil l'de j verilmektedir. Standart platin direnç termometreleri (SPRT) ilk önce 15 dakika suyun üçlü noktası / muhafaza banyosuna (sıcaklık 0.008 C) daldırılarak ön soğutma işleminden geçirilir. Yukarıdaki yöntemlerden biri kullanılarak hazırlanan suyun üçlü noktası hücresi içindeki buz tabakasının homojen ve çatlak olup olmadığı kontrol edilir. Ayrıca buz tabakasının termometre tüpü etrafinda serbestçe dönüp dönmediği kontrol edilir. Eğer dönmüyor ise hücrenin içine oda sıcaklığında metal veya cam çubuk 30 saniyeliğine daldırılır. Ön soğutması yapılan SPRT suyun üçlü noktası hücresi içine daldırılır ve etrafi laboratuvar ışık radyosyonundan korunması için siyah bir bezle örtülür. SPRT ölçüm için Fİ8 köprüsü ile bağlanır ve ölçümden önce yaklaşık 10 dakika beklenir. Ölçümler lma akım ile gerçekleştirilir (25 ohmluk SPRT için). Termometreye uygulanan akım V2mA'e çıkartılarak, termometreye uygulanan güç dağılımı iki katına çıkartılır ve termometrenin kendinden ısınma etkisi tespit edilir. Pt-100 termometre için 0.5mA, 25Q termometre için lma, 2.5Q termometreler için 2mA ve 0.25O termometreler için loma akım kullanılır. i 2.4. Tavlama İşlemi Ve Kararlılık Testi UME'de kalibrasyona gelen termometrelerde uygulanan tavlama sıcaklıkları aşağıda verilmektedir. 420 C'e kadar kalibre edilecek termometreler 4 saat 450 C'de, 500 C'e kadar kalibre edilecek termometreler 3 saat 560 C'de, 660 C'e kadar kalibre edilecek termometreler 4 saat 670 C'de, / 962 C'e kadar kalibre edilecek termometreler 4 saat 970 C'de, tavlama işlemleri yapılır. ı i 414

Tavlama işlemleri için tek bölgeli finn kullanılmaktadır. Daldırma derinliği yaklaşık 40cm olup termometreler 50cm uzunluğunda kuartz cam tüpler içine konarak finn içine daldırılmaktadırlar. Tavlama işlemi termometrelerin kendinden gerilme ve çok kulanılmalanndan gelen ekstra direnç değer artış veya azalmalarının geri kazanılmasını sağlamaktadır. Tavlama sıcaklığı 450 C'e kadar olan sıcaklıklarda termometreler direk tavlama finnına konur ve tavlama bitiminde direk dışarı çıkartılarak oda sıcaklığına gelmesi için bekletilirler. 560 C'de gerçekleştirilen tavlamadan sonra termometre 450 C gelmesi için tavlama finnı 2 C/dakika düşüş oranı ile yaklaşık 1 saat içinde 450 C gelmesi sağlanır ve bu sıcaklıkda termometre 30 dakika bekletip dışarı çıkartılarak oda sıcaklığına gelmesi için bekletilirler. 670 C de gerçekleştirlen tavlama sonunda finnın sıcaklığı kontrollü olarak (2 C/dakika) 2 saat içinde 450 C e gelmesi sağlanır ve bu sıcaklıkda termometre 30 dakika bekletilip finndan dışarı çıkartılıp oda sıcaklığına gelmesi beklenir. Tavlama işlemi sonunda ölçülen suyun üçlü noktası değerlerindeki artış, termometrenin hala gergin ve kirlenmeye maruz kaldığına işarettir. Suyun üçlü noktası değerindeki düşüş genellikle termometredeki gerilme etkisinin azaldığını ve bununda termometre için iyi olduğuna işarettir. Tavlama işlemi termometrelerin suyun üçlü noktasındaki değerlerinin istenilen tekrarlanabilir değerlere ulaşınılmasına kadar devam edilir. Eğer termometre 12 saatlik tavlamadan sonra hala kararsız ise termometre kararsız olduğundan kalibrasyonu yapılmaz ve iade edilir. 2.5. Sabit Noktalar Hakkında Genel Açıklamalar UME'de kullanılan metal sabit noktalar %99.9999 saflıkta metallerden yapılmışlardır. Bir adet Kalay hücresi dışında bütün sabit nokta hücreleri 1 atm basınçda kapatılmış hücrelerdir. Metallerin konduğu pota ultra safsızlıkta grafitten yapılmış ve bu grafit pota özel koşullarda sabit noktası metali ile doldurulmadan önce yüksek sıcaklıkda tavlanmıştır (grafit içindeki safsızlıklann giderilmesi için). Grafit pota uzun kuartz tüpün içine yerleştirildikten sonra kuartz cam tüp 1 atm basınçda kapatılır. Oluşturulan donma noktası eğrisi yaklaşık 4 ile 6 saat arasında kullanılabilmektedir. Buna karşılık 3 veya 4 termometrenin kalibrasyonu mümkündür. Oluşturulan donma noktası platosu uzun süre devam etmesi için, kalibre edilecek SPRT'ler kalibrasyona başlamadan önce ön ıstma işlemine tabi tutulmaları gerekir. 2.6. Ölçüm basamakları Kalibrasyonu yapılacak SPRT'ler, kalibrasyon sıcaklığının üstünde (10-30 C) bir sıcaklıkta tavlama ve kararlılık testlerinden geçirilirler. Kalibrasyon basamağı, yüksek sıcaklıkdan düşük sıcaklığa doğrudur 2.7. Sabit Noktaların Ölçüm Teknikleri Aliminyum Donma Noktasının Gerçekleştirilmesi Ve Ölçümü Aliminyum donma nokta hücresi alkol ile temizlenir ve sabit nokta finnına (Carbolite 1-zone sodium heat pipe system iuraace) dikkatlice yerleştirilir. Hücrenin toprak bağlantısı finnın şasesine yapılır. Finn sıcaklığı 670 C ye 2 C / dakika artacak şekilde ayarlanır. Potansiyometre (transformer) %50 olmalıdır. Hücre kontrol termometresi ile birlikte bütün gece finnın içinde bırakılarak hücre içindeki Aliminyumun tamamen ergimesi sağlanır. 415

Ertesi gün kontrol termometresi ile hücrenin sıcaklığı ölçülür ve metalin tamamen eriyip erimediği belirlenir. Erime tamamıyla gerçekleşene kadar beklemek gerekir. Gerekirse finn sıcaklığı 2-3, C arttırılarak erime gerçekleştirilebilir. I Fırının sıcaklığı 667 C ye düşürülür. Yaklaşık 30-60 dakika sonra kontrol termometreden denge durumu görülür. Termometre hücreden çıkartılır. Hücreye içinde metal çubuk bulunan ve oda sıcaklığındaki kuvartz tüp yavaşça daldırılır ve 60 sn. bekletildikten sonra çıkarılarak kontrol termometresi tekrar hücreye konur. Yaklaşık 30-40 dakika sonra kontrol termometresinden platoya gelindiği gözlenir. Bundan sonra test termometrelerin ölçümüne başlanır. Sabit nokta hücresine konulacak test termometresi 660 C'de ön ısıtma işleminden geçirilir. Aksi taktirde oluşturulan donma noktası platosu kısa sürecektir. Sabit nokta hücresinden çıkarılan termometreler tekrar 660 C sıcaklıkdaki ön ısıtma firınına konur. Sabit noktada ölçüm alındıktan sonra, test termometrelerine daldırma derinliği testi yapılır. Test termometresi ilk önce 0 cm (tamamen daldırılmış hali) ve daha sonra 2 ve 4 cm hücreden yukarı yükseltilir ve sonunda yine ilk pozisyonuna (0 cm) getirilip ölçüm alınır. Sabit noktada ölçüm tamamlandıktan sonra ve başka bir test termometresi yok ve finn sıcaklığı kontrollü bir şekilde (2 C / dakika) 450 C'ye indirilir. Termometreler bu sıcaklıkta 30 dakika bekletilip dışarı çıkartılır ve soğutulduktan sonra suyun üçlü noktası direnci ölçülür. Eğer diğer test termometreleri de kalibre edilmek isteniyorsa, sabit nokta içindeki termometre çıkartılıp ön ısıtma firınına konur. Test termometresinin ölçülen sabit noktadaki değerinin suyun üçlü noktasındaki değerine bölünmesiyle W t değeri hesaplanır. Ayrıca sabit nokta için hidrostatik derinlik etkisi düzeltmesi yapılır. «j Çinko Donma Noktasının Gerçekleştirilmesi ve Ölçümü Çinko donma nokta hücresi alkol ile temizlenir ve sabit nokta firınına (Carbolite, 3-bölgeden ısıtmalı finn) dikkatlice yerleştirilir. Finn sıcaklığı 418 C'ye 2 C/dakika artacak şekilde ayarlanır. Hücre kontrol termometresi ile birlikte bütün gece finnın içinde bırakılarak hücre içindeki Çinko'nun tamamen ergimesi sağlanır. Ertesi gün kontrol termometresi ile hücrenin sıcaklığı ölçülür ve metalin tamamen eriyip erimediği belirlenir. Erime tamamıyla gerçekleşene kadar beklemek gerekir. Fırının sıcaklığı 413 C ye düşürülür ve dengeye gelene kadar beklenir. Kontrol termometresi dengeye geldiğinde (Finn 413 C'ye ayarlandıktan 30-60 dakika içerisinde) hücreden çıkarılarak oda j sıcaklığında bir dakika bekletilir ve tekrar hücreye konur. Yaklaşık 10-15 dakika sonra kontrol t. termometresinden, ölçümlerin donma noktası platosunda dengede olduğu gözlenir. Bundan sonra test termometrelerinin ölçümüne başlanır. Sabit nokta hücresine konulacak test termometreler 430 C'de ön ısıtma işleminden geçirilir. Sabit noktada ölçüm tamamlandıktan sonra, test termometresi hücreden çıkartılmadan önce, daldırma derinliği testi yapılır. Test termometresi ilk önce 0 cm (tamamen daldırılmış hali) ve daha, sonra 2 ve 4 cm hücreden yukan yükseltilir ve sonunda yine ilk pozisyonuna (0 cm) getirilip ölçüm alınır. 416

Standart platin direnç termometreleri ITS-90 SABİT NOKTALARI T A V L A M A G A L Y U M Suyun Üçlü Noktası Hücresi 0.008 C Suyun Üçlü Noktası Muhafaza Banyosu Standart Direnç, R s. Yağ Banyosu Sekil Birinci derece sıcaklık standartlarının kalibrasvon düzeneüi 417

Sabit noktada ölçüm tamamlandıktan sonra test termometresi hücreden dışan çıkarılarak oda sıcaklığında soğumaya bırakılır. Oda sıcaklığında olan, test termometreleri suyun üçlü noktası değeri ölçülür. Test termometresinin ölçülen sabit noktadaki değerinin suyun üçlü noktasındaki değerine bölünmesiyle, Wt, değeri hesaplanır. Aynca sabit nokta için hidrostatik basınç etkisi düzeltmesi yapılır. Test PRT'leri ertesi gün yukarıdaki aynı işlem basamakları tekrarlanarak Çinko'nun donma noktası ölçümü tekrarlanır. i Kalay Donma Noktası Gerçekleştirilmesi ve Ölçümü Kalay donma nokta hücresi alkol ile temizlenir ve sabit nokta firınına (Carbolite, 3-bölgeden ısıtmalı finn) dikkatlice yerleştirilir. Fırın sıcaklığı 232 C'ye 2 C/dakika artacak şekilde ayarlanır. Hücre kontrol termometresi ile birlikte bütün gece finnın içinde bırakılarak hücre içindeki kalayın j tamamen ergimesi sağlanır. Ertesi gün kontrol termometresi ile hücrenin sıcaklığı ölçülür ve metalin / tamamen eriyip erimediği belirlenir. Erime tamamıyla gerçekleşene kadar beklemek gerekir. Fırının sıcaklığı 228.5 C'ye düşürülür ve dengeye gelene kadar beklenir. Kontrol termometresi dengeye geldiğinde finn 228.5 C'ye ayarlandıktan 30-60 dakika içerisinde hücreden çıkarılarak, oda sıcaklığında bulunan ve içerisinde metal çubuk olan bir cam tüp hücreye daldırılır ve 2 dakika bekletilir. Cam tüp dışarı alınır ve kontrol termometresi tekrar hücreye konur (Cam tüp hücreye konmadan önce alkol ile iyice temizlenmelidir).yaklaşık 10-15 dakika sonra kontrol termometresinden, ölçümlerin donma noktası platosunda dengede olduğu gözlenir. Bundan sonra test termometrelerin ölçümüne başlanır. Sabit nokta hücresine konulacak test termometreleri 230 C'de ön ısıtma işleminden geçirilir. Sabit noktada ölçüm tamamlandıktan sonra, test termometresi hücreden çıkartılmadan önce, / daldırma derinliği testi yapılır. Test termometresi ilk önce 0 cm (termometrenin tamamen daldırılmış hali) ve daha sonra 2 ve 4 cm hücreden yukarı yükseltilir ve sonunda yine ilk pozisyonuna (0 cm) getirilip ölçüm alınır. Bu işlem sonucunda, test termometresi hücreden dışan çıkarılarak oda sıcaklığında soğumaya bırakılır. Oda sıcaklığında olan test termometreleri suyun üçlü noktasında ölçülür. Termometrenin kalay sabit noktasındaki direnç değeri suyun üçlü noktasındaki direnç değerine bölünmesiyle, Wt, değeri elde edilir. Aynca sabit nokta için hidrostatik basınç etkisi düzeltmesi yapılır. Test SPRT'leri ertesi gün yukandaki aynı işlem basamaklan tekrarlanarak Kalayın donma noktası ölçümü tekrarlanır İndiyum Donma Noktası Gerçekleştirilmesi ve Ölçümü İndiyum donma nokta hücresi alkol ile temizlenir ve sabit nokta firınına (Carbolite, 3-bölgeden ısıtmalı finn) dikkatlice yerleştirilir. Fırın sıcaklığı 156 C'ye 2 C/dakika artacak şekilde ayarlanır. Hücre kontrol termometresi ile birlikte bütün gece finnın içinde bırakılarak hücre içindeki İndiyum'nun tamamen ergimesi sağlanır. Ertesi sabah kontrol termometresi ile hücrenin sıcaklığı ölçülür ve metalin tamamen eriyip erimediği belirlenir. Erime tamamıyla gerçekleşene kadar beklemek gerekir. Fırının sıcaklığı 153 C ye düşürülür ve dengeye gelene kadar beklenir. Kontrol termometresi dengeye geldiğinde (Finn 153 C'ye ayarlandıktan 50-60 dakika içerisinde) hücreden çıkarılarak, oda sıcaklığında bulunan ve içerisinde t metal çubuk olan bir cam tüp hücreye daldırılır ve 2 dakika bekletilir. Cam tüp dışan alınır ve kontrol / termometresi tekrar hücreye konur (Cam tüp hücreye konmadan önce alkol ile iyice temizlenmelidir). / 418

Yaklaşık 10-15 dakika sonra kontrol termometresinden, ölçümlerin platoda dengede olduğu gözlenir. Bundan sonra test termometrelerin ölçümüne başlanır. Sabit nokta hücresine konulacak test termometreler 160 C'de ön ısıtma işleminden geçirilir. Sabit noktada ölçüm tamamlandıktan sonra, test termometresi hücreden çıkartılmadan önce, daldırma derinliği testi yapılır. Test termometresi ilk önce 0 cm (termometrenin tamamen daldırılmış hali) ve daha sonra 2 ve 4 cm hücreden yukarı yükseltilir ve sonunda yine ilk pozisyonuna (0 cm) getirilip ölçüm alınır. Sabit noktada ölçüm tamamlandıktan sonra test termometresi hücreden dışarı çıkarılarak oda sıcaklığında soğumaya bırakılır. Oda sıcaklığındaki test termometresinin suyun üçlü noktasındaki değeri ölçülür. Termometrenin İndiyum sabit noktasındaki direnç değeri suyun üçlü noktasındaki direnç direnç bölünmesiyle, W t, değeri elde edilir. Ayrıca sabit nokta için hidrostik derinlik etkisi düzeltmesi yapılır. Test SPRT'leri ertesi gün yukarıdaki aynı işlem basamakları tekrarlanarak İndiyum'un donma noktası ölçümü tekrarlanır Galyum Ergime Noktası Gerçekleştirilmesi ve Ölçümü Termometre hücre içine yerleştirilir. Hücre içinde iletkenliği arttıracak sıvının bulunması gerekir (saf su ). Düğme "MELT" moduna getirilir. "MELT" ve "WARM UP" göstergelerinin ışıklan yanar. "WARM UP" göstergesinin ışığı hücrenin iç sıcaklığına bağlı olarak 25-60 dk. yanar. Düğme "MELT" moduna gelip "WARM UP" ışığı söndükten sonra galyum erime platodadır ve hücre içindeki termometre kalibre edilebilir. "WARM UP" Işığı söndükten 2 saat sonra ölçüm yapılması gerekir. Sabit noktada ölçüm tamamlandıktan sonra, termometreye daldırma derinliği testi yapılır. Termometre ilk önce 0 cm ve daha sonra 2 ve 4cm hücreden yukarı yükseltilir ve sonunda yine ilk pozisyonuna (0 cm) getirilip ölçüm alınır. Buradan termometre daldırma derinliği bulunarak daha sonraki hesaplamalarda hidrostatik basınç etkisi düzeltmesi yapılır. Sabit noktada ölçüm tamamlandıktan sonra termometre hücreden dışarı çıkarılır. Termometre ön soğutmadan sonra suyun üçlü noktası değeri ölçülür. Termometrelerin kalibrasyonu bittikten sonra düğme "FREEZE" moduna getirilir. "FREEZE" ve "FREEZING" göstergelerinin ışıklan yanacaktır. "FREEZEVG" göstergesinin ışığı çevre sıcaklığına bağlı olarak yaklaşık 3 saat boyunca hücre içindeki tüm galyum katı olana kadar yanar. Test SPRT'leri ertesi gün yukandaki aynı işlem basamakları tekrarlanarak Galyum'un erime noktasında birkez daha tekrarlanır. Civa Üçlü Noktası Gerçekleştirilmesi ve Ölçümü Civa üçlü nokta hücresi içine kontak sıvısı olarak saf alkol konulur ve hücre alkol banyosuna yerleştirilir. Civa muhafaza banyo sıcaklığı -42 C'ye ayarlanır. Hücre kontrol termometresi ile birlikte bütün gece finnın içinde bırakılarak hücre içindeki civanın tamamen donması sağlanır. Ertesi gün banyonun kontrol paneli -42 C değerini gösterecektir. Kontrol termometresi ile hücrenin sıcaklığı ölçülür ve metalin tamamen donup donmadığı belirlenir. Donma tamamıyla gerçekleşene kadar beklemek gerekir. Banyonun sıcaklığı -38.3 C ye yükseltilir ve yaklaşık 45 dakikada dengeye gelir. Kontrol termometresi dengeye geldiğinde (Banyo -38.3 C'ye ayarlandıktan 30-60 dakika içerisinde) hücreden çıkarılarak, oda sıcaklığında bulunan metal çubuk hücreye daldırılır ve 1.5 dakika bekletilir. Metal çubuk dışan alınır ve kontrol termometresi tekrar hücreye konur (Metal çubuk hücreye daldırılmadan önce alkol ile iyice temizlenmelidir). 419

Yaklaşık 10-15 dakika sonra kontrol termometresinden platoya gelindiği gözlenir. Bundan sonra test termometrelerin ölçümüne başlanır. Sabit nokta hücresine konulacak test termometreler ön soğutma işleminden geçirilir.. il Sabit noktada ölçüm tamamlandıktan sonra, test termometresi hücreden çıkartılmadan önce, / daldırma derinliği testi yapılır. Test termometresi ilk önce 0 cm (termometrenin tamamen daldırılmış hali) ve daha sonra 2 ve 4cm hücreden yukarı yükseltilir ve sonunda yine ilk pozisyonuna (0 cm) getirilip ölçüm alınır. Sabit noktada ölçüm tamamlandıktan sonra test termometresi hücreden dışarı çıkarılarak sıcaklığının 0 C civarına gelmesi için kısa bir süre beklenir. Test termometresinin suyun üçlü noktası değeri ölçülür. Termometrenin civa sabit noktasındaki direnç değerinin suyun üçlü noktasındaki direnç değerine bölünmesiyle, W t, değeri elde edilir. Ayrıca sabit nokta için hidrostatik derinlik etkisi düzeltmesi yapılır. Test SPRT'leri ertesi gün yukarıdaki aynı işlem basamakları tekrarlanarak Civanın üçlü noktasında ölçümleri birkez daha tekrarlanır. Not: Sabit noktaların hazırlanışında verilen değerler sadece UME'deki sistem için geçerlidir. f 2.8. TTS-90 Sabit Noktaları İçin Tahmini Belirsizlıiğin Hesaplanması Bu bölümde, birincil seviyede sabit noktaların tanımlanması ve ölçümündeki tahmini belirsizliklerin hesaplanmasında 1993 yılında yayınlanan ISO 'Guide to the Expression of uncertainty in Measurement' dan yararlanılmıştır [4]. Ayrıca, Tahmini belirsizliğin hesaplanması bu bölümde okuyucuya bir yol göstermek için, örnekler ile verilmektedir. Hiç bir zaman tam olarak belirsizliğin belli bir kalibrasyon işin hesaplanması / hedeflenmemiştir. Belirsizlik ve Belirsizliğin Tahmini Bütün ölçümler belli bir belirsizliğie mutlaka bağımlıdır. Bu belirsizliklerin kaynaklarını aşağıda özetleyebiliriz. - tam olarak bir ölçümüm tanımlanamaması veya ölçülenin ne olduğunun bilinememesi, - çok iyi ölçüm yönteminin olmaması veya çok iyi ölçülememesi, - aletlerin ölçüm limiti, j - aletlerin kendiliğinden oluşturduğu zemin gürültüsünün olması, / - standartların kendi belirsizlikleri, - örnekleme belirsizliği, - ölçüm alanının veya çevre koşullarının nasıl olduğuna dair eksik bilgilerin varlığı, - aynı şartlardaki ölçümlerin değişken olması. Ölçüm sonuçlan muhakkak bir tahmini belirsizlik içermesi gerekmektedir, aksi takdirde kantitatif olarak sonuçların bir manası yoktur. Mevcut sunuçlar ile karşılaştırılması imkansızdır. Bu nedenle tahmini belirsizliği oluşturan her bir faktörün belirlenmesi ve bu belirlenen faktörlerin birleştirilerek tek bir tahmini belirsizliğin hesaplanması gerekir. Bunun için son yıllarda tahmini belirsizliğin hesaplanabilmesi için bir kaç rehber yayınlar yayınlanmıştır. Bunlardan Western European Calibration Cooperation WECC Document 19 'Guidelines for the Expression of the Uncertainty of Measurement j 420

in Calibration'. Son yayınlananlar ise ISO/IEC/OIML/BIPM 'Guidelines to the Expression of Uncertainty in Measurement' [4]. Herhangi bir ölçümde tahmini belirsizliğin hesaplanması, aşağıdaki iki ana grupta sınıflıyabiliriz. A tipi belirsizlik, B tipi belirsizlik, A tipi; istatistiksel standart sapmayı bulmaya yarayan bir dizi tekrar eden gözlemden hesaplanır. Sonuç olarak ortalama değerden sapma ± s olarak verilir. Ve bu değer A tipi tahmini belirsizliği temsil eder. X = ZJ m = 1 X X alınan ölçümlerin ortalaması, n ise ölçüm sayısıdır, Ölçümlerin standart sapması ise; -i n s 2 = V (X m - X) 2 olarak verilir. Buna göre en iyi tahmini belirsizlik ise; =s 2 /Vndir. Bu metod genellikle statistiksel ve tekrarlanabilirlik analizi için kullandır. Genellikle iyi bir analiz için on ölçüm alınması gerekir. B tipi; mevcut bilgilerin kullanılmasıyla elde edilir, örneğin; kullanılan cihazların, standartları belirsizlikleri, sıcaklık ve basınç değişimleri Vb. B tipi olarak üretici firma tarafindan verilen belirsizlikler genellikle aşağıdaki Şekil 2'de gösterildiği gibi dikdörtgen dağılımı sonucunda çıkan belirsizliklerdir. Bunun Gaussian dağılımına çevrilmesi için ±a/v3 işlemi yapılması gerekir. olasılık -a +a Şekil 2 Genellikle üretici firma tarafindan verilen dikdörtgen dağılımı 421

B tipi sınıfina giren belirsizlikler biliniyor olsabile (üretici firmalar tarafından verilen değerler), laboratuvar koşullarında tekrar kontrol edilmesi gerekir. Örneğin; Direnç oranlan okuyan köprünün üretici firma tarafından verilen duyarlılk değerleri, gerçek direnç değeri bilinen dirençler ile kontrol edilebilir Gerekirse gerekli düzeltme faktörleri uygulanabilir. Kontak termometre kalibrasyonlanndaki sık raslanan hatalardan biri de termometrenin daldırma derinliğinin tam olarak bilinmemesidir. Bunun için kalibrasyonu yapılan termometre lcm veya 2cm hücreden dışan çıkartılarak bu etkinin büyüklüğü tespit edilir. Diğer bir hata kaynağı termometreye uygulanan akımın yarattığı kendinden ısınma etkisidir. Bu etkinin kalibrasyon boyunca değişimi kontrol edilir. Eğer kendinden ısınma etkisinde bir değişim var ise bunun büyüklüğü belirsizlik veya düzeltme faktörü olarak göz önüne alınmalıdır. Kullanılan metallerin safsızhklan lppm (milyonda bir)'den daha az seviyededir ve belirsizliğe ±a/v3 oranında etkilidir. Toplam belirsizlik A ve B tipi belirsizliklerin karelerinin toplamının kareköküdür. i i Toplam belirsizlik s 2 = k n n m=l k=l (%66 güvenilirlik seviyesi) k=2 (%95 güvenilirlik seviyesi) k=3 (%99.7 güvenilirlik seviyesi) 2.8.1 Belirsizlik Bütçesinin Belirlenmesi [3] Belirsizliğe etki eden faktörler aşağıda özetlenmiştir; i (i) Kendinden ısınma etkisi Kullanılan standart platin termometreler her ne kadar kullanıldıklan alanla ısısal kontakta olmalarına rağmen kendinden ısınma etkisine maruz kalmaktadırlar. Ve bu etki kimi zaman bir kaç mili derecedir. Bu etkinin ölçüm anında bütün sistem kararlı halde iken kontrol edilerek tespit edilir. Genellikle bu etkinin büyüklüğünü tam olarakda olmasa büyük bir miktarının ortadan kaldırmak için iki, değişik akımda ölçüm alınarak ölçümler 0 ma ekstrapole edilir. f (ii) Sabit noktaların safsızlıkları Sabit noktalar için kullanılan metallerin safsızhğı %99.9999 dan daha düşüktür. Bu safsızlığa göre sabit noktaların örneğin Kalay veya Çinkonun sıcaklık değişimi ±0. l-0.5m C dir. Bu değişim aynı zamanda sabit noktaların erime platosunun nasıl oluşturulduğunada bağlıdır. Bu belirsizliklerin deneysel olarak tespitinin yanısıra yapılıcak sabit nokta karşılaştırmalan belirsizlik büyüklüklerinde güvenilirliği ortaya çıkarır. (iii) Direnç ölçümü Gerçek direnç değeri ölçümünde kullanılan standart dirençlerin sıcaklık değişiminden gelen değişimleride göz önüne alınmalıdır. I j f 422

(iv) Hidrostatik basınç etkisi Daldırma derinliği, termometrenin sensörünün (sensörün orta noktasından)sabit noktanın sıvı yüksekliği boyuncaki mesafedir. Bu mesafenin tam olarak ölçülemesindeki belirsizlik göz önüne alınması gerekir. Bu etkinin büyüklüğü ITS-90 yayınında [1] bütün sabit noktalar için verilmektedir. (v) Elektiriksel etki Elektriksel gürültüler, köprüde ölçüm için kullanılan değişik frekansların ölçüm sonuçlarına olan etkileri göz önüne alınmalıdır. Aynca termometreler yüksek sıcaklıkda kullanıldığın (>500 C üstünde), akım kaçaklarının oluşturacağı etkileride ekleyebiliriz. (vi) Suyun üçlü noktasındaki direnç değerinin ölçümü ITS-90'e göre yapılan kalibrasyonlarda her bir sabit noktası ölçümünden sonra suyun üçlü noktası ölçümü gerçekleştirilmektedir, W(t9«) = R(t9o)/R(0.01 0 C), suyun üçlü noktasında yapılacak hata bütün kalibrasyon sıcaklık aralığını etkileyecektir. Yukandaki tanımlanan standart termometrelerin kalibrasyonlannda dikkat edilmesi gerekli belirsizlik alanlan ışığında, Tablo 2'de Çinko ve Kalay sabit noktalan ile yapılan kalibrasyonlar için belirsizlik hesaplamaları verilmektedir. Tablo 2 Çinko ve Kalay noktalarında gerçekleştirilen kalibrasyonlar için tahmini belirsizlik Belirsizlik Tipi A tipi (1 standart sapma) BTipi -Kendinden ısınma -Safsızlık -Fınn sıcaklığı -Direnç, Rs -Elektriksel -R(0.01 C) -Hidrostatik Toplam B Tipi (toplamlarının karekökü) A ve B tipi berarber İs, %65 2s, %95 SUN mk 0.03 0.03 0.02 0.03 0.02 0.03-0.003 0.060 0.066 0.132 Sn Noktası mk 0.2 0.04 0.3 0.08 0.02 0.03 0.2 0.01 0.373 0.42 0.84 Zn Noktası mk 0.3 0.04 0.4 0.1 0.02 0.03 0.3 0.01 0.51 0.59 1.18 423

3.0. SONUÇ ITS-90 sıcaklık ölçeği UME'de Civa'nın üçlü noktası sıcaklığı (302.9146 K) ile Gümüş'ün donma noktası sıcaklığı (1357.77 K) arasında gerçekleştirilmektedir. Bu sıcaklık aralığında bulunan ITS-90 sabit noktalann sıcaklık ölçümlerinin gerçekleştirilmesi için gerekli metotları geliştirilerek SPRT kalibrasyonlannın UME'de birincil seviyede yapılması sağlanmıştır. Kalibrasyonlann yanısıra ITS-90 sıcaklık ölçeğinin UME'de muhafazasının sürekli sağlanması için kullanılan sabit noktalann sürekli karekterize edilmeleri ve bu sabit noktalara ait metotların sürekli güncelleştirilmeside devam etmektedir. KAYNAKLAR [1] Preston-Thomas, H., "The International Temperature Scale of 1990", Metrologia, pp 3-10, 1990. [2] Quinn, T. J. and Preston-Thomas, H,. "Supplementary Information For The International [3] İnce AT., Kuyrukluyıldız A.C. ve Kartal A. " Standart Platin Direnç Termometrelerin ITS-90 sıcaklık Ölçeğine Göre Kalibrasyonlan", 18-22 Kasım 1996. [4] "Guidelines to the Expression of Uncertainty in Measurements", fırst edition 1993 ISO, Swisszerland. I 424

ULUSAL TİTREŞİM ÖLÇEĞİNİN OLUŞTURULMASI Enver SADIKHOV, Eyiip BİLGİÇ TÜBİTAK, Ulusal Metroloji Enstitüsü ÖZET Endüstride mekanik titreşimlerin ölçümleri için kullanılan çeşitli dönüştürücülerin kalibrasyonlarını uluslararası standardlara izlenebilir şekilde gerçekleştirmek için ülke içerisinde titreşim ölçeğinin oluşturulması gerekir. Titreşim ölçeği her ülkede ulusal metroloji merkezlerde farklı titreşim kaynakları ve değişik titreşim bölgelerinde kullanılabilen titreşim dönüştürücülerinden oluşturulur. Son yıllarda dünyadaki metroloji merkezlerindeki eğilim, titreşim ölçeğinin kalibrasyonlan çok hassas şekilde yapılmış olan farklı titreşim ölçerler, genellikle ivme ölçerler, bazında kurulmasıdır. Değişik titreşim seviyelerinde ve frekans bölgelerinde ISO 5347 standardının şartlarına göre birincil düzeyde kalibre edilmiş ivme ölçerler referans standardı oluşturmaktadır ve bunlar diğer ivme ölçerlerin ikincil seviyeli kalibrasyonlarında kullanılmaktadır. Böylece titreşim ölçeğinin tabanını birincil kalibrasyon düzeneklerinin oluşturduğu bir gerçek. Birincil kalibrasyonların büyük çoğunluğu lazer enterferometre tekniği kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Bu bildiride UME Akustik ve Titreşim laboratuvannda kurulmuş olan ulusal titreşim ölçeği ile ilgili çalışmalar sunulmaktadır. 1. GİRİŞ Mekanik titreşimlerin ivme, hız ve yerdeğiştirme değelerinin ölçülmesi birçok endüstriyel uygulama ve araştırma açısından açısından son derece önemlidir [1]. Titreşim ölçümleri çeşitli yöntemlerle farklı dönüştürücü (transducer) ve ölçüm cihazları kullanılarak yapılmaktadır. Yapılan ölçümler arasında uyumun sağlanması ve ölçüm sonuçlarını güvence altına alınması için ölçümlerde kullanılan teçhizatın düzenli aralıklarla ulusal standartlara izlenebilir kalibrasyonlannın yapılması gerekir. Böylece ulusal titreşim ölçeğinin oluşturulmasının ne kadar önmeli olduğu ortaya çıkar. Ulusal titreşim ölçeği her ülkede metroloji merkezler tarafından oluşturulur. Genellikle titreşim ölçekleri değişik titreşim seviyelerinde ve farklı frekans bölgelerinde kullanılabilen dönüştürücüler kullanılarak oluşturulur. Bu amaçla titreşim dönüştürücülerin, genellikle ivme ölçerler, hassas kalibrasyonu yoluyla birincil, ikincil ve çalışma standardlardan oluşan kaşlibrasyon zinciri kurulur. Titreşim metrolojisinde kalibrasyon zincirinin kurulması iso'nun ilgili standartları doğrultusunda gerçekleştirilir [2]. Bu bildiride uluslararası standartlara uygun olarak UME Akustik ve Titreşim laboratuvannda titreşim ölçeğinin ve kalibrasyon zincirinin oluşturulmasıyla ilgili çalışmalar sunulmaktadır. 425

2. TİTREŞİM ALANINDA KALİBRASYON VE ÖLÇÜM İZLENEBİLİRLİĞİ UME Akustik ve Titreşim laboratuvan, titreşim alanında mekanik titreşimlerin temel büyüklüklerinden olan doğrusal ivme birimi standardını birincil seviyede oluşturarak bunu ikincil ve çalışma standardlanna aktarır. Oluşturulan standardın kalitesinin kontrolü ve birincil seviyede çalışmaların teyidi transfer standartlar aracılığıyla uluslararası karşılaştırmalarla gerçekleştirilir. UME Akustik ve Titreşim laboratuvan 1997 yılı içerisinde titreşim alanında uluslararası karşılaştırma yapacaktır. Lazer enterferometre tekniği ile kalibre edilen Brüel & Kjaer Tip 8305 standart referans ivme ölçer ve Tip 2626 Şartlandıncı Yükselteçten oluşan kalibrasyon seti doğrusal ivme biriminin oluşturulması ve muhafazası için kullanılır. Aynı yöntemle kalibre edilen diğer bir kalibrasyon seti, laboratuvarda karşılaştırma yönetmıyle yapılan ikincil seviyeli kalibrasyonlarda referans olarak kullanılıp, yapılan endüstriyel hizmetler aracılığıyla ivme biriminin ülkeye dağıtılmasında kullanılmaktadır. Diğer Metroloji Lazer Enterferometre Kalibrasyonu Hz Transfer Standardı Tip 3506 Laboratuvar Standardı Tip 3506 Birincil Standart 2x Tip 8305 1 Endüstriyel Hizmet Karşılaştırma Kalibrasyonu Çalışma Standardı Endüstriyel Hizmet Endüstriyel Hizmet Şekil 1 Titreşim Alanında Kalibrasyon ve Ölçüm İzlenebilirliği 3. BİRİNCİL STANDARDIN OLUŞTURULMASI Titreşim alanında birincil standart bir titreşim dönüştürücüsü üzerinden oluşturulur. ISO, birincil standart titreşim dönüştürücüsü olarak Brüel & Kjaer (B&K) firmasının ürettiği Tip 8305 olarak adlandırılan piezoelektrik ivme ölçeri tavsiye etmiştir. Titreşim standardı, adı geçen ivme ölçerin, seviyesi bilinen bir titreşime maruz kaldığında elektriksel çıkışının ölçülmesi ile oluşturulur. İvme ölçerin elektriksel çıkışının, titreşim seviyesine oranı ise ivme ölçerin hassasiyeti olarak tanımlanır. Diğer bir deyişle, doğrusal ivme birimi standardı, referans ivme ölçerin hassasiyetinin belirlenmesiyle oluşturulur. Dünyadaki metroloji merkezlerinde ivme ölçerin hassasiyetinin belirlenmesinde kullanılan teknik, laser-enterferometre tekniğidir. Bu teknikte 20-426

800 Hz frekans aralığındaki titreşimlerin yerdeğiştirmesi, entereferometre çıkışında optik girişim saçaklarının sayılması yöntemi ile lazerin dalga boyu cinsinden ölçülür. Titreşim sonucu piezoelektrik etkiden dolayı ivme ölçerin çıkışında oluşan polarizasyon yük, gerilime çevrilerek hassas voltmetrede okunur. Bu yöntemde kullanılan büyüklükler frekans, yerdeğiştirme ve gerilim ya da yük, sırasıyla temel veya türetilmiş SI birimleri olan Hz (l/s), m, V ve Q cinsinden ölçülür. Bu nedenle enterferometrik yöntem, mutlak yöntemdir. UME Akustik ve Titreşim laboratuvarında He-Ne lazer (1=632.8 nm) ve Michelson enterferometresi ile referans standart ivme ölçer kalibre edilerek titreşim alanında Türkiye'nin birincil standardı oluşturulmuştur [3]. UME Akustik ve Titreşim Laboratuvannda standart referans ivme ölçerlerin birincil seviyeli kalibrasyonlan için girişim saçaklarını sayma yöntemini kullanan düzenek Şekil 2'de gösterilmiştir. Lazer 1 ' chelson Enter fero metre '( Ş artlandırıcı Yüks elteç r "i J -D-ı Referans İvme ö İçer Titreştirici \C Voltmetre Güç Yükselteci 1 EEE 488 BUS PC S inyal Üreteci Fo to Dedektör O silo s kop ' O ran S av icı ' Şekil 2. Standart referans ivme ölçerlerin kalibrasyon düzeneği Bu düzeneğin temelini Michelson enterferometresi oluşturmaktadır. Genellikle bu tür düzeneklerde 632.8 nm dalga boyuna sahip He-Ne lazeri kullanılmaktadır. Lazer ışını, demet bölücü yardımıyla iki kola ayrılarak sabit ayna ve titreşim kaynağının üzerine monte edilmiş ivme ölçerin yüzeyinden yansımaktadır. İki farklı yüzeyden yansıyan ışınlar, bir foto dedektör üzerinde birleştirildiğinde, enterferometredeki kollar arasındaki yol farkından dolayı enterferometrik desen (girişim saçağı) oluşur. Mekanik titreşimin peryodu T (T=l/J) süresince enterferometrenin hareketli kolundaki yerdeğiştirmeden dolayı fotodiyodun önünden geçen girişim saçağı sayısı Rf Oran Sayıcı, ivme ölçerin çıkışındaki elektriksel sinyal U AC Voltmetre ile ölçülerek, standart referans ivme ölçerin hassasiyeti aşağıdaki ifade aracılığı ile belirlenir. Bu ifadede k, kalibrasyon sırasında şartlandıncı yükselteç üzerinde bulunan bir dönüştürme katsayısıdır. 427

s q a = - 2.208-10 -~6 U P C ms -2 O) UME Akustik ve Titreşim Laboratuvannda, Brüel & Kjaer Tip 8305 standart referans ivme ölçerlerin kalibrasyonlan 40-800 Hz frekansları arasındaki 1/3 oktav bant merkez frekanslarında yapılarak %0.5 ' lik belirsizlikle ( %95 lik güvenirlik düzeyi ile) doğrusal ivme biriminin standardı oluşturulmuştur. 4. İKİNCİL SEVİYELİ KALİBRASYONLAR Titreşim alanında ikincil standardın oluşturulmasında karşılaştırma tekniği ve B&K 9559 Kalibrasyon Sistemi kullanılır. % 95 güvenirlik seviyesinde karşılaştırma yönteminin mutlak belirsizliği % 0.9 dur. Referans ivme ölçer ile hassasiyeti belirlenecek olan ivme ölçer, sırt-sırtta bağlanarak aynı ivme seviyesine maruz kalırlar (Şekil 3). Her iki ivme ölçerin ivme değeri aynı olduğundan ivme ölçerlerin çıkışları oranı, hassasiyetleri oranına eşittir. Ölçüm Yükselteci 1 Hassas Zayıflatıcı M O»<P g o O - ooo Sinyal Üretici Şartlandırıcı Yükselteç Ölçüm Yükseltecı 2 O ' Güç Yükseltecı Kalibre Edilen İvme ölçer Şartlandırıcı Yükselteç 'O o l< *J Titreştirıcı Std. Referans İvmeölçer Komparator Şekil 3. İvme ölçerlerin ikincil kalibrasyon düzeneği 428

V _l _ v Eşitlik (2)'de Vref, Vx; Referans ve kalibre edilecek ivme ölçerin voltaj çıkışları Sref, Sx; Referans ve kalibre edilecek olan ivme ölçerin hassasiyet değeri İvme ölçerlerin frekans tepkilerini belirlemek için Şekil 3'teki düzeneğe benzer bir düzenek kullanılır. Elde edilen frekans tepkisine göre ivme ölçerin çalışma bölgesi ve monte edilmiş rezonans frekansı tayin edilir. İkincil seviyede kalibre edilmiş ivme ölçerler çalışma standartdlanm oluştururlar ve titreşim uyarıcıların, titreşim ölçme setlerinin ve titreşim ölçüm dönüştürücülerin kalibrasyonunda kullanılırlar. 5. SONUÇ Gelişmiş ülkelerin metroloji merkezlerinin daha önce yaptıkları çalışmalar detaylı bir şekilde incelenerek UME Akustik ve Titreşim Laboratuvannda doğrusal ivme biriminin standardı, 40-800 Hz frekans aralığında birincil düzeyde oluşturulmuştur. Birincil standardın ikincil seviye ve çalışma standartlanna aktanlması ile UME Akustik ve Titreşim Laboratuvannda yapılan kalibrasyonlardan endüstride yapılan titreşim ölçümlerine kadar uzanan izlenebilirlik zinciri kurulmuştur. KAYNAKLAR 1. Harris C., Shock and Vibration Handbook, p.18-1, McGraw-Hill, New York, 1993 2. Methods of Calibration of Vibration and Shock Pickups, ISO/DIS 5347, Geneva, 1985 3. Eyüp Bilgiç, Enver Sadıkhov, Baki Karaböce, Titreşim Standardının Oluşturulması: Lazer Enterferometre Tekniği, 2. Ulusal Akustik ve Gürültü Kongresi Bildiriler Kitabı, s. 9-15, Antalya, 1996 429

UME GÜÇ VE ENERJİ ÖLÇÜMLERİ LABORATUVARI Uruk Sovuksu, Şahin Özgül TÜBİTAK - Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME) ÖZET Hassas, güvenilir ve doğruluğu yüksek güç ve enerji ölçümlerine giderek artan oranlarda < ihtiyaç duyulması, UME (Ulusal Metroloji Enstitüsü) 'de doğrudan ulusal standartlara t. izlenebilir, birncil seviyeli standartların yer aldığı bir Güç ve Enerji Ölçümleri Laboratuvarı kurulmasını gündeme getirmiş, yapılan çalışmalar sonucunda endüstriden gelebilecek her türlü test, ölçüm ve kalibrasyon talebini karşılayabilecek ölçülerde, en son teknolojiyle donatılmış yeni bir laboratuvar kurulmuştur. Bu çalışma öncelikle bugün dünyada birincil seviye güç ölçümlerinin ne şekilde yapılığı, güç ve enerji ölçümlerinde izlenebilirliğin nasıl sağlandığı anlatılmıştır, daha sonra yeni kurulan UME Güç ve Enerji Ölçümleri Laboratuvarı tanıtmıştır. Laboratuvardaki ölçüm sistemleri ve standartlarından bahsedilmiş, laboratuvarın ölçüm imkanları, ne tür test, ölçüm ve kalibrasyonların yapılabildiği anlatılmış ve yapılan ölçümlerde izlenebilirliğin ne şekilde sağlandığı açıklanmıştır. j Anahtar Kelimeler: AC güç, enerji, standart, kalibrasyon, izlenebilirlik / 1. BİRİNCİL SEVİYE AC GÜÇ ÖLÇÜMLERİNDE İZLENEBİLİRLİK Şekil 1 deki blok diyagramda görüldüğü gibi ac güç büyüklüğü temel standartlar olan de gerilim, de direnç'ten elde edilen de akım ve ac-dc transfer standartlardan türetilerek elde edilir. AC güç standart sistemi olarak ulusal metroloji laboratuvarlarinda değişik kalibrasyon sistemleri kurulmuştur. 2. BİRİNCİL SEVİYE GÜÇ ÖLÇÜM SİSTEMİ j Birincil seviye güç ölçüm sistemi, içerisinde bulunan ve termal ac-dc transfer yöntemine göre çalışan iki MJTC ( Çoklu eklem termal çevirici) üzerinde "toplam ve fark" yöntemi ile aktif güç (P), ölçen tek fazlı bir sistemdir. Üç-fazlı ölçümlerdeki izlenebilirlik yine bu sistem üzerinden sağlanmaktadır. Sistemde yer alan ve sistemin ana kısmını oluşturan MJTC'lerin her biri ayrı ayrı ve aynı anda, uygulanan ac akım ve ac gerilim işaretlerinin gerçek değerini bulmakta kullanılmakta, şekil 2'de gösterilen, ve bulunan bu değerler "toplam ve fark" yöntemi ile ölçülerek aktif güç (P) işaretinin gerçek değeri hesaplanmaktadır. Bu şekilde saptanan ve birincil seviye güç değeri olarak kabul edilen bu güç değeri kullanılarak referans wattmetrelerin kalibrasyonlan yapılmaktadır. 430

DC Akım ve DC Gerilim AC Lrcl 111111 ' AC - DC Transfer Standardı ' * AC Akım Referans Wattmetre Kalibre edilecek Wattmetre Şekil 1. Birincil seviyede AC güç ölçümlerindeki izlenebilirlik şeması 431

ACGüç Kaynağı Akım Transformatörü ve Yük Direnci Gerilim Transformatörü Test altındaki Cihaz u~ _L Toplam Yükseltici -UI Fark Yükseltici +U U +U U - UI DC Akım Kaynağı İde E AC-DC Transfer MJTC. R AC-DC Transfer MJTC IdcA )C Akım Kaynağı U, 'ths U'de I Nanovoltmetre u, dca U, tha Nanovoltmetre U ref Bilgisayar Kontrolü DC Gerilim Referansı Sayısal Voltmetre GPIB Şekil 2. Birincil seviyede güç ölçüm sistemi blok şeması. Birincil seviye güç sisteminde yer alan ac güç kaynağından alınan ve aralarında istenen değerlerde faz farkı yaratılabilecek ac akım ve ac gerilim işaretleri MJTC'lara uygulanmaya elverişli değerlere bölünmek üzere öncelikle akım trafosu ve gerilim trafosu üzerinden geçirilir. Akım trafosunun sekonder akımı, değeri bilinen bir yük direnç üzerinden akıtılmak suretiyle + Ui gerilimine dönüştürülür. Yine akım trafosu üzerinde +U r işareti ile arasında 180 'lik faz farkı olan aynı genlikli -Ui işareti elde edilir. Gerilim trafosu üzerinden de uygun şenlikli U u işareti elde edilir. Elde edilen bu ac gerilim işaretleri ( +Ui, -Ui ve U u ), uygun kombinasyonlarda toplam ve fark yükselticilerine aktanlmak suretiyle yükseltici çıkışlannda (U.+Uİ) ve (U u -Ui) işaretleri elde edilir. Bu toplam ve fark işaretler ac akım işaretlerdir ve MJTC'lara uygulanıp standartlann 432

çıkışlarında oluşan gerilimler sistemde yer alan nanovoltmetrelerle ölçülür. Daha sonra kalibreli bir de kaynak ile MJTC'lara de akımlar uygulanıp aynı çıkış gerilimleri elde edilinceye kadar kaynak üzerinde ayarlama yapılır. Aynı işlemler de akım polaritesi değiştirilip tekrarlanır. MJTC çıkışlarında ac toplam ve fark akımlarının yarattığı gerilime eşit veya ona çok yakın bir gerilim yaratan Z ve A de kaynak akımlarının gerçek değerleri bir standart direnç veya kalibreli akım şöntü kullanılarak saptanır. Bu şekilde değerleri saptanan toplam, Z, (U u +Ui), ve fark, A, (U u -Ui), değerleri kullanılarak, aşağıdaki eşitlikle aktif güç (P) değeri hesaplanır. Güç faktörü Coscp olarak bilinen terimden yararlanarak ve paralel kenar kullanarak matematiksel olarak bu eşitliği aşağıdaki gibi üretebiliriz. dı 2 = U u2 + Ui 2 + 2 U u Ui Coscp d 22 =U u2 +Ui 2-2U u U,Cos(p dı 2 -d2 2 =4U u U!Coscp U u UiCos<p = P=-(d! 2 -d 22 ) 4 di = U u +Ui d 2 = U u - Ui 3. UME GÜÇ VE ENERJİ ÖLÇÜMLERİ LABORATUVARININ BİRİNCİL SEVİYE AC GÜÇ ÖLÇÜM SİSTEMİ UME Güç ve Enerji Laboratuvannın birincil seviye güç ölçüm sisteminin ana kısmını, PTB'de ( Alman Metroloji Enstitüsü) kalibre edilmiş olan tek-fazlı K2004 referans vvattmetresi [ 1 ] teşkil etmektedir. Kalibreli tek-fazlı K2004 referans cihaz kullanılarak daha düşük seviyeli diğer referans vvattmetrelerin kalibrasyonu yapılmaktadır. Üç-fazlı güç ve enerji ölçümlerindeki izlenebilirlik ise, üç-fazlı referans kaynak ve üç-fazlı referans komparatör ikilisnden oluşan ölçüm sisteminin her bir fazının ayrı ayrı ve aynı anda 3 tek-fazlı K2004 referans wattmetresi ile kalibre edilmesi suretiyle yine tek-fazlı birincil ölçüm sistemi üzerinden sağlanmaktadır. Üç-fazlı ölçüm 433

sistemi ile çoğunlukla elektrik sayacı test masalarında bulunan üç-fazlı referans cihazların kalibrasyonlan ile diğer üç-fazlı kaynak ve ölçüm cihazı kalibrasyonlan yapılmaktadır. UME Güç ve Enerji Ölçümleri Laboratuvannda yer alan elektrik sayaç test sistemi (Zera Universal electricity meter test system), tek veya üç-fazlı güç ve enerji ölçümleri için izlenebilirlik sağlamak ve şekil 3'de görüldüğü gibi ülke içinde yer alan tek veya üç-fazlı referans cihazların periyodik kalibrasyonlannı yapmak amacıyla kurulmuştur. UME Güç ve Enerji Ölçümleri Laboratuvan Elektrik Sayacı Ayar Masası (Etalon Referansı) Enerji Dağıtım ve Alımı Merkezi (Etalon Referans) Muayene, Tamir ve Ayar Merkezi (Etalon Elektrik Sayacı) Etalon Elektrik Sayacı Genel Amaçlı Elektrik Sayacı Şekil 3. AC güç ve enerji ölçümlerinde izlenebilirlik blok diyagramı. Faz Tek - Fazlı Üç - Fazlı Ölçüm Aralığı V: 6-480 V I: 50 ma - 120 A Coscp : 1-0.25 (İnd. - Kap.) f: 45-63 Hz V: 6-480 V I: 2 ma-160 A Coscp : 1-0.25 ( İnd. - Kap. ) f: 15-70Hz Belirsizlik 50x10" 6 100xl0" 6 434

Zera elektrik sayacı test sisteminin referans standardı olan COM 303.01, üç-fazlı, 100x10" 6 dan daha iyi doğruluğa sahip, 2 ma - 160 A ile 30 V - 500 V aralıklarıyla 40 Hz - 70 Hz frekans bandında ölçüm yapabilen standarttır [2]. COM 303.01'in üç fazı aynı anda (gerilimler paralel, akımlar seri bağlı iken) veya ayrı ayrı K2004 ile karşılaştırılmak suretiyle kalibrasyonu yapılmaktadır. AC güç ve enerji ölçümlerinde şekil 3'de görülen izlenebilirlik zinciri vasıtasıyla, türetilmiş olan ac güç ve enerji büyüklüğünde izlenebilirlik en alt seviyeye kadar aktarılmış olmaktadır. UME Güç ve Enerji Ölçümleri aşağıdaki tabloda özetlenmiştir. laboratuvannın ölçüm aralıkları ve belirsizlik değeri KAYNAKLAR [ 11 "Information on Comparator K2004", Hamburg 76. [21 R.Friedl, G. Volkmann, "PTB-Prüfregeln Elektrizitatszahler" PTB, Braunschweig, 1982. 435

UME'DE İNDÜKTANS BİRİMİNİN ELDE EDİLMESİ VE ÖLÇÜM ARALIĞININ GENİŞLETİLMESİ G. Gülmez, Y. Gülmez, M. Saygılı ÖZET UME'de daha önce indüktans izlenebilirliği Almanya'nın metroloji kuruluşu olan PTB'den sağlanmaktaydı. Ölçüm belirsizliğini düşürmek ve indüktans birimini UME'de elde etmek amacıyla Maxwell-Wien köprüsü gerçekleştirilmiştir. Bu köprü ile indüktans birimi kapasitans ve dirence bağlı olarak elde edilmektedir. İlk aşamada köprü 1 khz frekansında 10 mh indüktans standardını ölçmek amacıyla gerçekleştirilmiştir. UME 'de Kapasitans ölçme belirsizliği 3 ppm ve de direnç ölçme belirsizliği de 1 ppm 'ler seviyesinde olduğundan Maxwell-Wien köprüsü ile 10 mh standardı 1 khz'de 10 ppm seviyesinde belirsizlikle ölçülebilmektedir. İndüktans ölçme aralığını 100 juh - 10 H'e genişletmek amacıyla 1/10 İndüktans Karşılaştırma Köprüsü kullanılmaktadır. Bu köprüde Maxwell-Wien köprüsünde değeri belirlenen 10 mh standardı referans alınmaktadır. Bu köprünün belirsizliğini düşürme çalışmaları devam etmektedir. 1 khz dışında 400 Hz, 200 Hz ve 100 Hz 'de de Maxwell-Wien köprüsü 10 mh standardı J için gerçekleştirilecek ve bu frekanslarda 100 /JH - 10 H aralığında 1/10 indüktans / karşılaştırma köprüsü ile de ölçüm aralığı genişletilecektir. Anahtar Kelimeler: İndüktans, Maxwell-Wien köprüsü, belirsizlik, karşılaştırma. j MAXWELL-WİEN KÖPRÜSÜ İLE İNDÜKTANS KALİBRASYONU İndüktanslar ve karşılıklı indüktanslar, geometrisine ve ölçülerine göre hesaplanabilir. Eğer geometrileri basit ve boyutları ölçülebilecek mertebede ise indüktans değeri kolaylıkla belirlenebilir. Fakat bu tip indüktanslar standart olarak kullanılamazlar. Doğru indüktans değeri, uygun köprülerle kapasitansın reaktansı, indüktansın empedansı ile karşılaştırılarak elde edilebilir. j Hassas ölçümlerde indüktansın değerini bulmak için kullanılan köprüde ufak değişimler elde / edilebilmelidir. Bu köprülerde karşılaştırma metodlan kullanıldığı için ölçüm devresine etki eden artık empedans etkileri azaltılabilir veya yokedilebilir. Maxwell-Wien köprüsü J. C. Maxwell tarafından geliştirilmiş ve M. Wien tarafından da ac ölçümlere adapte edilmiştir. Uzun yıllardır da laboratuvarlar tarafından indüktans birimini elde etmek için kullanılmaktadır. Şekil l'de son derece iyi bir şekilde ekranlanmış Maxwell-Wien köprüsü ve kaçak empedanslar yüzünden toprağa giden akımların yönleri çevrilerek hataları yok etmek amacıyla kullanılan wagner kollan görülmektedir. Köprünün kollanndaki elemanlann saf olduğu farzedilirse, indüktans ve indüktansın direnci şu şekilde ifade edilebilir: j 436

(1) (2) Pratikte ise tek bir direncin sadece dirençten oluşması veya kapasitörün tek bir kapasitörden oluşması mümkün değildir. Artık empedans etkileri elemanlar üzerinde sistematik hatalar oluşturur. Bu yüzden hata düzeltmelerini doğru yapabilmek için veya dikkate almmayacaksa derecesinin bilinmesi için devrenin çok iyi bir şekilde analiz edilmesi gerekir. Şekil 2'de artık parametreleri ile beraber, fakat Wagner kollan olmaksızın Maxwell-Wien köprüsü gösterilmektedir. Örneğin; indüktansa seri bağlanmış direncin indüktansı ta'dir. Xt indüktansı kapasitif veya indüktif etkisine göre negatif veya pozitif olabilmektedir. Bununla beraber?ı L frekanstan bağımsız değildir. Diğer parametreler de seri indüktansa sahip olarak gösterilmiştir. Değişken kapasitans standardı kontak dirençlerinden dolayı seri direnç artık parametresine sahiptir. Standart indüktans ise RL direncine sahiptir. Köprünün dört kolundaki empedans değerleri artık parametrelerle beraber şöyle ifade edilir: Şekil 1 Ekran ve Wagner kolu ile birlikte Maxwell-Wien Köprüsü 437

Şekil 2. Artık parametreleri ile birlikte Maxwell-Wien Köprüsü ZRC - z p = z. = ı = {(Rp+j /, Rp+jco^p P).(RS+JO/ -s)} / (III + r L +jo)(l+xl)} (4) (6) (3) ZL = R L + r L ZRCZL -ZpZ (7) ), (5) Empedans dengelendikten sonra imajiner kısım şöyle yazılabilir: 1+coVC 2 ) o 2 ( + + -( (8) 8. eşitlikteki artık parametreler, zaman sabitine ve kayıp faktörüne göre ifade edilirse; (9) (10) X p /R a =x p (11) (12) ihmal edilebilir hatalarla indüktans değeri şöyle elde edilebilir: L = CRpRs {1-G> 2 (x p x s + TR x p + T R T.) - D c 2 + a>(t p +x s +x R )D c - co 3 x p x s x R D c }- (RL + r L ) x R + RpRs/R(x p + x s ) - X L, (13) Elde edilen L ifadesini incelemeden önce indüktansın iki ucu arasındaki artık kapasitansın etkisini incelemek daha yararlı olacaktır. Kapasitansın değeri ne olursa olsun indüktansın bir parçasıdır. Başka bir ifadeyle ölçülecek olan indüktansa iç paralel kapasitans etki etmektedir. Bu 438

yüzden indüktans değeri frekansa bağlı olarak değişmektedir. Şekil 3a'da ölçülecek indüktans L T, ona seri olan indüktans iç direnci RT ve artık kapasitör C s 'dir. Şekil 3b'de gösterildiği gibi gerçekte ölçülen indüktans değeri L'dir ve L T 'nin paralel artık kapasitöründen dolayı şöyle ifade edilebilirdi] Köprü Terminalleri Şekil 3. al Cs Artık Kapasitansın İndüktansa Etkisi hl L T = L 2T» 2/-. 2 RT C S / L T + ötr T C (14) Bu formüldeki son üç parametre kapasitörün etkisinden dolayı indüktansı etkilemektedir. Birinci ve sonuncu etki frekansın karesi ile orantılıdır. Son ifade ilkinden çok daha küçüktür. İkinci ifade ise frekansa bağlı olmamakla beraber yüksek doğrulukla ölçüm yapılmak istendiğinde gözardı edilmemelidir. Örneğin 10 H ölçümünde iç direnç 10 kq'dur. İndüktans standardı eğer koaksiyel kablo ile köprüye bağlanırsa kablo kapasitörü 100 pf olur. Bu durumda ikinci ifade 0.1 % oranında ölçüm büyüklüğünü etkiler. Genellikle ilk parametre önemlidir ve seri indüktans şu şekilde ifade adilebilir: L T = L (1-2 L T C S ) (15) İndüktansa bağlı paralel Cs kapasitörü örneğinde olduğu gibi, artık parametrelerin değerini ölçmek veya değerini bilmek oldukça zor bir iştir. Bu yüzden artık parametrelerin ölçüm üzerindeki etkisini yok etmek için yerine koyma metodlan kullanılır. Bu yöntemler eşit ve sıfir yerine koyma metodlandır. Eşit yerine koyma metodunda nominal değeri aynı olan bir indüktör standart indüktör ile yer değiştirilir. İndüktansın farkı C, TL veya R'nin çok az değişimiyle elde edilir. Bu durumda direncin artık parametreleri ihmal edilmiş olur ve indüktansın uçlarındaki artık kapasitörün etkisi de azaltılmış olur. Bu yöntemde standart indüktör değeri çok iyi bilinmelidir. Diğer yöntem olan sıfır yerine koyma metodunda ise, artık parametrelerin ölçebilmesi için değeri ihmal edilebilir düzeyde kısa devre veya değeri bilinen küçük bir test indüktörü kullanılır. Yerine koyma metodlan ile Maxwell-Wien köprüsünde iki denge oluşur. LT test indüktörü ve LN standart indüktörü ile beraber küçük düzeltme terimlerini K ile tanımlarsak her iki denge durumunda da eşitlik sabit kalır. Sadece Cs çok az değişerek CSN olur. Bu durumda şu eşitlik elde edilir: L T = L N + (C - C N )RpRs{ 1-2 (L T (16) L N )C S + K} - Ö 2 2 2 L T L N (C S -C SN ) (R T - R N )C S - 439

Bu eşitlik devredeki elemanların belirsizlik etkisini göstermesi açısından yararlıdır. Eğer köprüde kaliteli elemanlar kullanıldıysa ve köprü iyi tasarlanmışsa K formülündeki zaman sabitleri çok küçük mertebede olacaktır. Sıfir yerine koyma metodu uygulandığında C'nin çok iyi ölçülmesi önemli değildir. Fakat RpRs çarpımının çok iyi bir doğrulukla bilinmesi gerekir. Bununla beraber küçük indüktans geometrisi ve ölçülerine bağlı olarak hesaplanabilir veya ölçülebilir. İndüktansın iki ucunu kısa devre ederek de köprünün artık indüktans değeri ölçülebilir. Bu durumda küçük indüktans L N sıfir referans indüktansı olarak kullanılır. ( XL - XLN ) terimi çok küçük mertebelere indirilebilir. Burada A,L ( direncin indüktansı )'değerinin direnci değiştiği halde değişmediği farzedilmektedir. r L 'deki bu belirsizlik küçük değerli indüktörlerin ölçüm doğruluğunu belirler, çünkü r L değiştikçe artık indüktans değişmektedir. C s eğer çok küçük değilse C s 'nin meydana getirdiği belirsizlik ölçüm doğruluğunu etkiler. Bu nedenle C s 'den dolayı oluşan artık empedans etkisi sıfir yerine koyma metodunda ölçüm doğruluğunu belirlemiş olur. o 2 L'nin büyük olduğu durumlarda daha iyi bir ölçüm doğruluğu için sıfir yerine koyma metodu yerine eşit yerine koyma metodu kullanılmalıdır veya indüktansın uçlarındaki ekranı köprüden ayırarak Wagner kollarını kullanmak gerekir. Bu durumda köprü topraklanmamış olmalıdır. Eşit yerine koyma metodu eğer değeri çok iyi bilinen L N standart indüktör varsa onun / yerine L T test indüktörü köprüye bağlanabilir. Bu durumda C kapasitansı ile RpRs çarpım değerinin çok doğru kalibre edilmesine gerek yoktur. İki denge durumunda sadece C ve r L az miktarda değişir. D c ve XL artık parametreleri ve diğer artık parametreler iki durumda da değişmeden kalırlar. Eşit yerine koyma metodu eşitlik şöyle yazılabilir. i L T = L N + (C-CN) RpRs (1-2o 2 L T C s + K) - 2 L T 2 (C S -C S N) + (R T2 -R N2 )C S -(^L-^LN) (17) Bu formülde C s ve CSN birbirine eşit kabul edilmemiştir fakat pratikte değerler birbirine, çok yakındır. X,L - ^LN ifadesi, TL ayarlanabilir seçildiğinde minimuma indirilebilir. Standart / indüktördeki r L ile test indüktöründeki r L farkı büyükse A,L -ALN ifadesi doğruluğu sınırlar. 2 (R T -RN 2 ) C S ifadesine özellikle dikkat edilmelidir. Çünkü bu ifade indüktansın seri direncinin etkisini göstermektedir. Deri etkisi ihmal edildiğinde bu ifadenin frekanstan bağımsız olduğu söylenebilir. Bilindiği gibi deri etkisiyle yüksek frekanslarda akım direncin yüzeyinden akar. Düşük frekanslarda diğer düzeltme ifadeleri ihmal edilse bile ( RT 2 - RN 2 ) C s ifadesi ihmal edilmemelidir. t P, t s, ÎR zaman sabitleri lus'den küçük olduğunda ve Dc=0.001 veya daha düşük olduğunda o = 10000 rad/s iken K=0.0003'den daha küçük olur. 1% 'lik indüktanslann nominal farkı için K hatası ihmal edildiğinde 3 ppm'ler seviyesinde bir hata yapılmış olur. Cs artık kapasitörü mümkün olduğu kadar küçültülür veya değeri sabitleştirilirse eşit yerine koyma metodundaki düzeltmelerin sebebi sadece indüktörlerin iç dirençleri olacaktır. Köprünün hassasiyeti matematiksel bulunarak sistemin uygun şekilde tasarlanması gereklidir. Bunun için dengede iken indüktansın değeri AL kadar değiştiğinde dedektör geriliminin değiştiğinin incelenmesi gerekir [2]: j S L AL = SL'5L (18) 440

Bu formülde SL ve SL' köprünün L değiştiği zamanki hassasiyetidir. S L = AL / L ise L'nin bağıl değişimidir. Burada U köprü gerilimi, açısal frekansdır. SL ve S L ' hassasiyetleri şu koşullarda maksimuma ulaşır. Aynı şekilde r L 'nin hassasiyeti de hesaplanabilir: SL/U = (orjürs + r L )2 + co 2 L 2 } (19) S L '/U = colr/kr,, + r L )2 +co 2 L 2 } (20) R g ={(r L ) 2 + ö> 2 L 2 } ı/2 =L(l+l/Q 2 ) 1/2 (21) SRı/U = ^{(R, + r L ) 2 + 2 L 2 } (22) Sr L 7U =R s r L /{(R s +r L ) 2 + 2 L 2 (23) S L / Sr L =co (24) S L 7Sr L '=col/rı = Q (24) Köprünün hassasiyeti özellikle düşük frekanslarda, düşük indüktans ölçümlerinde kontrol edilmelidir. Maxwell - Wien köprüsünde oluşabilecek gürültünün de incelenmesi gerekir Maxwell- Wien köprüsünde denge durumundayken dedektörün çıkış empedansı C31: Yout = (1 / R.) {(R. + r L )(Rp + R)+o> 2 L 2 + jcol(rp -R)}/{(Rp + r L ) 2 + ca 2 L 2 } (25) Rs = Rp 0 Yout^l/Rs (26) u n = (4kTBR s )" 2 (27)) Burada k = 1.38 * 10" 23 JK" 1 ( Boltzmann's sabiti ), T: mutlak sıcaklık, B; bant genişliğidir. Köprünün hassasiyetini yükseltmek ve gürültü seviyesini düşük tutmak için köprüdeki direnç değerleri uygun seçilmelidir. Ya da hassasiyeti yüksek bir dedektör kullanılmalıdır. UME'DE MAXWELL-WİEN KÖPRÜSÜYLE İNDÜKTÖR KALİBRASYONU Maxwell-Wien köprüsünün başarılı sonuç verebilmesi için öncelikle dirençlerin koyulacağı kutu çok iyi bir şekilde tasarlanmıştır. Bu kutu olabildiğince küçük yapılmış ve dirençler ayrı bölmelere koyularak aralarında karşılıklı indüktanslann oluşması engellenmiştir. Konnektör seçiminde; artık empedans ve direnç etkilerinin ihmal edilebilir düzeyde olması özelliği dikkate alınmıştır. UME'de tasarlanan Maxwell-Wien köprüsü için yapılan kutu Şekil 4'de görülmektedir. Maxwell-Wien köprüsünde 0.01 ppm duyarlılığa sahip standart değişken C kapasitörü ve 0.6 ppm/ C sıcaklık katsayısına sahip Rl, R2 dirençleri kullanılmıştır. Dirençlerin en büyük avantajı ise zaman sabitinin çok küçük olması yani artık parametrelerinin ihmal edilebilir düzeyde olmasıdır. Bu dirençlerin indüktif değeri katalog bilgilerine göre 80 nh'den daha düşüktür. Kutu içindeki bağlantılar olabildiğince kısa kablolarla yapılmıştır. İndüktans standardına bağlanacak kablodan gelecek artık empedans ve direnç etkisini azaltmak için "twinax" kablo ile dört uçlu bağlantı yapılmıştır. Köprünün topraklaması için bakır bir plaka kullanılmış; bütün toprak noktalan burada birleştirildikten sonra bu bakır plaka da genel toprağa götürülmüştür. Sinyal kaynağı ve dedektörden gelecek toprak kapasitans etkileri izolasyon trafoları kullanılarak giderilmiştir. Yapılan ölçümlerin doğruluğundan emin olabilmek için köprünün artık parametrelerinin etkisinin ölçümden çıkarılması gerekmektedir. Bu amaçla sıfır yerine koyma metodu kullanılmıştır. Bu metodda istenen indüktans standardı ölçüldükten sonra, değeri bilinen ve standart indüktörün de direncine eşit olan küçük bir indüktörle 2. ölçüm alınır. Dengeleme işleminde sadece kapasitör değiştirilmelidir. Bu iki ölçüm sonucu birbirinden çıkarılarak köprünün artık parametreleri olan LK yok edilmiş olur. 441

L = Rl *R2* C + L K I. Ölçüm (28) L-L s =R1*R2*(C-C) (30) = Rl *R2* C + L K 2. Ölçüm (29) Maxwell-Wien köprüsüyle 10 mh nominal değerinde alınan ölçüm sonuçlanmn standart sapmalan 13 ppm - 16 ppm arasında değişmektedir. Bu sallanma standartlann sıcaklıkla olan değişiminden ve Maxwell-Wien köprüsünün kararlılık seviyesinden kaynaklanmaktadır. C H Şekil 4.a- UME'de gerçekleştirilen Maxwell-Wien köprüsünün devresi b - Maxwell-Wien köprüsü için yapılan bakır kutu UME'de 1 mh ve 100 mh nominal değerleri için Maxwell-Wien köprüleri yapılmış ve 10 mh nominal değeri ile 100, 200,400 ve 1000 Hz frekanslannda ölçümler alınmaktadır. Bahsedilen dört ayn frekans ve üç ayn nominal değer için 10-15 ppm mertebelerinde belirsizlikler hedeflenmektedir. 442

1/10 İNDÜKTANS ORAN KÖPRÜSÜ İLE İNDÜKTANS KALİBRASYONU 1/10 indüktans oran sistemi kullanılarak 100 uh - 10 H arasındaki standart indüktanslann 100, 200, 400 ve 1000 Hz frekanslannda ölçülmesi hedeflenmiştir. Bu köprünün şeması Şekil 5'de gösterilmiştir. Şekilde toroid biçiminde Ti trafosu sinyal kaynağı ile köprü arasına izolasyon amacıyla yerleştirilmiştir. İzolasyon trafosu çift çekirdekli sanm tekniğine göre sanlmıştır. Çift katlı sanm tekniği kullanılarak sinyal kaynağının iç direncinin T2 indüktif gerilim bölücünün giriş direncine oranının sonuca etkisi 10" 6 mertebesinde oluşması sağlanmıştır. Böylelikle sinyal kaynağının iç direncinin sanm oranına etkisi azaltılmış olmaktadır. İki çekirdekli yapıda çekirdekler üst üste konulması ile sanm kapasitansımn etkisi de küçültülmüş olmaktadır. Primer ve sekonder arasına elektro-statik ekranlama yapılmıştır. Köprüde sinyal kaynağı ile Ti arasında indüktif kapling oluşmaması için şok bobini kullanılmıştır. Sekonder ise, elektro-manyetik açıdan ekranlanmıştır. T2 ise 7 dekadlık bir indüktif gerilim bölücüdür ( İGB ). İndüktanslan karşılaştırmak için bu bölücü kullanılmaktadır. T 3, 7 dekadlık bir İGB'dir ve Wagner toprak dengelemesi için kullanılmaktadır. İGB'lerde de çift çekirdekli sanm tekniği prensibine göre yapıldığı için indüklenmiş akımın değeri küçük olmaktadır. Akımın değerinin küçük olması ile dekadın herbir sargısındaki sanm dirençleri ve artık indüktanslann simetriği bozucu etkisi azaltılmış olur. Şekil 5: 1/10 Oran Köprüsü. 443

Bu köprü ile bilinen bir indüktans standardı vasıtasıyla bilinmeyen bir standart özindüktörün veya karşılıklı indüktörün değeri dekad indüktif bölücüler yardımıyla ölçülebilir. Köprü dengeye gelmesi için hem indüktif hem de resistif komponentlerin eşitlenmesi gerekmektedir. Ölçülecek indüktans standartları farklı dirençlere sahiptir. Köprüde 1 ppm'lik hassasiyet elde edebilmek için gerekli direnç duyarlılığı 100 (ih için 6.5 iohm, 1 mh için 65 iohm,10 mh için 650 uohm, 100 mh için 6.5 mohm, 1 H için 65 mohm ve 10 H için 650 mohm'dur. Köprünün denge denklemi 31. eşitlikte verilmiştir. 1 mh'den büyük indüktanslann değerini bulmak için 32. eşitlik kullanılabilir. i -n) = Z N /Z x (31) UfL x ={n/(\-n)}.(l+kfl x )-X^/L x (32) 1 mh'den düşük indüktanslann ölçümünde köprüde oluşan Xx artık indüktans hatası daha yüksek olduğundan farklı bir ölçme yöntemi kullanılır. Bu hatayı kompanze etmek amacıyla önce L N ile aynı nominal değerde diğer bir L H indüktansı Lx'e seri bağlanır. 33 nolu denklem elde edilir. Daha sonra Lx çıkartılarak yalnızca LH ile LN karşılaştırılıp 34. denklem elde edilir. Bu iki denklik kullanılarak L x ; LN ve X,N 7 ye bağlı olarak 35 nolu eşitlik kullanılarak hesaplanabilir. L N /(L X + L H ) = (n x /(l-n x )}.{l+7jçu x +L H ) - W(L X + L H ) (33) L N /LH = {no/(l-no)}.(1+a*/lh) - WL H (34) L x = (L N + A, N ). {(1 - n x )/ n x -(1 - n,,)/ n,,} (35) Köprü için gerekli direnç standartları yapıldıktan sistemin 100 mh'e kadar 2 ppm duyarlılığa, 100 mh ve daha büyük indüktanslar için ise 0.2 ppm duyarlılığa sahip olduğu görülmüştür. 1 mh, 10 mh ve 100 mh indüktans standartlarının sıcaklık katsayısı çıkartılarak ölçüm belirsizliği küçültülmüştür. İLERİYE DÖNÜK HEDEFLER Kısa dönem, aylık ve yıllık belirsizliklerin bulunması için bahsedilen frekanslarda Maxwell- Wien Köprüsü ve 1/10 İndüktans Oran Köprüsü ile yapılan ölçümler devam ettiril mektedir.bu çalışmaların sonucunda indüktans biriminin oluşturulması ve türetilmesinde belirsizliğin 10-30 ppm kalacağı tahmin edilmekte ve çalışmalar bu hedefi gerçekleştirmek için devam etmektedir. REFERANSLAR [1] R. Hanke, K. Dröge, "Calculated Frequency Characteristic of GRİ482 Inductance Standards j Between 100 Hz and 100 khz,", IEEE Trans. Inst. Mes., vol. 40, no 6, Dec 1991 / [2] J. Bohacek, "Application of Maxwell-Wien Bridge Circuit to the measurement of Four Terminal-Pair Inductances,", PTB-Mitteilungen, vol. 103, no 3, 1993 [31 R.D. Cutkosky, "Techniques for Comparing Four-Terminal-Pair Admittance Standards,", Journal Res. NBS, vol. 74, no C, 1970 444

UME'DE TASARLANAN DC GERİLİM STANDARDI Saliha Selçik, Ufuk Sovuksu TÜBİTAK, Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME) ÖZET Bu bildiri, yapımı UME Gerilim Laboratuvarında gerçekleştirilen yüksek kararlılığa sahip, taşınabilir DC gerilim standardım ve yapım çalışmalarını anlatmaktadır. UME DC Gerilim Standardının temelini LTZ1000 ultra-zener isimli zener diyot oluşturmaktadır. 8 adet LTZ1000 zener 6 ay süreyle yaşlanmaya bırakılmış ve bu süre içinde kararlılıkları izlenmiştir. En iyi karakteristiğe sahip zener, UME gerilim standardı yapımında kullanılmıştır. Alman ölçüm sonuçları, UME Gerilim Standardının kararlılığının 6 ay için 3-4 ppm (parts per million) dolayında olduğunu göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Zener, UME DC Gerilim Standardı 1. GİRİŞ DC gerilim izlenebilirliği, primer seviye laboratuvarlar ile ikinci seviye kalibrasyon laboratuvarlan arasında "transfer standart" olarak adlandırılan, yüksek doğruluğa sahip standartlar ile sağlanmaktadır. Bu standartlar kullanılarak alınan ulusal veya uluslararası standartlara olan izlenebilirlik, laboratuvarlann çalışma standartlarına aktarılmaktadır. Zener diyot yapılı elektronik gerilim standartları çoğunlukla bu amaç için kullanılan taşınabilir standartlardır. Bugün çeşitli ticari firmaların elektronik gerilim standartları diğer isimleriyle zener gerilim standartları piyasadan temin edilebilmektedir. Ancak bu standartlar, sahip oldukları doğruluk ve kararlılık ile üretici firmanın ticari beklentileri nedeniyle yüksek fiyatlarda satışa sunulmaktadırlar. UME Gerilim Laboratuvannda bu alanda Türkiye'deki talebi karşılayabilmek amacıyla ucuz, ancak aynı zamanda bir yılda değerindeki değişimi milyonda 4-5 olan zener gerilim standardı için proje başlatılmış ve ilk prototip üretilmiştir. Bu bildiri, UME Gerilim Standardı yapım çalışmasını anlatmaktadır. 2. REFERANS ZENER SEÇİMİ UME Gerilim Standardında kullanılacak referans zener diyot olarak LTZ1000 ultra-zener isimli zener seçilmiştir. LTZ1000 karakteristik değerleri aşağıda verilmiştir: nominal değer : 7.2 V gürültü : 1.2 uv sıcaklıkla değişim': ±0.05 ppm/ C kararlılık : ±2 uv/ay İlk olarak, 8 adet zener diyod için kararlılıklarının en iyi olduğu 5 ma akım değerinde İHz - 10 Hz frekans bandında gürültü ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Ölçümlerde SR530 Lock-in Amplifier kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar, en düşük gürültü seviyesinin yaklaşık 50 nv 445

mertebesinde olduğunu göstermiştir. Şekil 1, en düşük gürültü seviyesine sahip zenerin karakteristiğini göstermektedir. Şekil 1. LTZ1000 gürültü spektrumu Daha sonraki aşamada, LTZ1000 zenerleri, sıcaklık kontrolü bulunmayan ortamlarda "yaşlandırmaya" tabii tutulmuşlardır. Bu süre boyunca, her bir zener diyodun çıkış gerilimi, 8V2 dijit bir referans multimetre ile ölçülmüş ve kararlılıkları saptanmıştır; Sıcaklık kontrolü olmayan bir ortamda 6 ay boyunca kararlılık 3-6 ppm dolaylarındadır. Yapılan bu ölçümler sonucunda gürültü ve kararlılıkta en iyi performans gösteren LTZ1000, UME DC Gerilim Standardı yapımında kullanılmak üzere seçilmiştir. 3. UME DC GERİLİM STANDARDI ÇALIŞMA PRENSİBİ UME DC Gerilim Standardı, zener referans devresi, sıcaklık kontrol devresi, akü şarj devresi ve güç kaynağı devrelerinden oluşmaktadır (şekil 2). Doğrultulan-filtrelenen ac gerilim ve akü gerilimi "switching mode" güç kaynağı ile -15 V negatif gerilime çevrilmekte ve regüle güç kaynağı devresinde kullanılmaktadır. Zener referans devresi, ±12 V kararlı güç kaynaklarıyla beslenmekte ve kararlılığı (30 ± 0.1) C olan sıcaklık kontrol devresi ile sabit sıcaklık altında tutulması sağlanmaktadır. Bu şekilde, standardın çıkış gerilimleri sıcaklık farklanndan meydana gelebilecek etkilerden korunmaktadır. Standart, ac güç yanında akü ile de çalışabilme özelliğine sahiptir. Akü modunda standardın çalışabilme süresi 8 saattir. Bu süre içinde, sıcaklık kontrol devresi ve referans zener sürekli "on" konumunda tutulabilmekte ve bu şekilde, laboratuvarlar arasında transfer sırasında çıkış geriliminde değer değişimi olması önlenmektedir. 446

Doğrultucu ve Filtre î Akü Şarj Devresi -15 V Güç Kaynağı ±12 V, ±2V Güç Kaynağı Sıcaklık Kontrol Devresi m 7.2 V Zener Gerilimi 10V Yükseltici IV Bölücü 1.018V Bölücü Şekil 2. UME DC Gerilim Standardının basitleştirilmiş blok şeması 4. ZENER REFERANS KARTI Seçilen LTZ1000, UME DC Gerilim Standardının referans gerilimini sağlayan referans devrede kullanılmıştır (şekil 3). 8 pinli zenerin sağında yer alan devre ve Rl direnci, zener üzerinden geçmesi gereken 5 ma akımını belirlemektedir. R2 ve R3 dirençleri ve zenerin solunda yer alan devre ise, zenerin iç sıcaklığını kontrol etmektedir. R2/R3 direnç oranı 12:1 seçilerek, zener sıcaklığı 45 C 'de tutulmuştur. DC gerilim standartları genel olarak üç farklı gerilim çıkışına sahiptirler; IV, 1.018 V ve 10 V. Bu nedenle, UME DC Gerilim Standardı IV, 1.018 V ve 10V çıkış gerilim değerleri için tasarlanmıştır. 10 V gerilim değeri, 7.2 V zener gerilim değerinin, gürültü seviyesi düşük LT1001 op-amp ile yükseltilmesi suretiyle elde edilmektedir. IV, 1.018 V çıkış gerilimleri ise, 7.2 V referans zener geriliminin, toleransı ±0.1% ve sıcaklık katsayısı ±15 ppm/ C olan metal film dirençler kullanılarak bölünmesi suretiyle elde edilmektedir. 447

O + 12 V o 7.2 V Çıkış Gerilimi =î= 100 nf 100 nf =? R 120 n Şekil 3. UME DC Gerilim Standardının referans devresi 5. ÖLÇÜM SONUÇLARI UME DC Gerilim Standardının kararlılığı, her çıkış geriliminin Datron 1281 multimetre ile periyodik aralıklarla ölçülmesi suretiyle test edilmiştir. Ölçümler, haftada 1 olmak üzere otomatik olarak gerçekleştirilmiştir. Kararlılık, her ölçüm değerinin genel ortalama değerinden sapması hesaplanarak belirlenmiştir. Beklenildiği gibi, sıcaklık kontrolü altında referans standart daha iyi kararlılık göstermektedir. Şekil 4, UME Gerilim Standardının IV, 1.018V ve 10V çıkış gerilimlerinin kararlılık grafiğini vermektedir. co a <Q (O cco o (0 (0 Kararlılık (6 ay) 10V 1 1.018V Şekil 4. UME DC Gerilim Standardının izlenme sonuçlan 448

6. SONUÇLAR UME DC Gerilim Standardı, IV, 1.018V, 1 OV çıkış gerilimleri, 3-4 x 10" 6 kararlılığı, ortam sıcaklığı değişimlerine karşı duyarsızlığı, taşınabilirliği ve ac güç olmaksızın 8 saat akü modunda kesintisiz çalışabilme özellikleriyle, de izlenebilirliğini laboratuvarlar arasında taşıyabilecek bir transfer standardı olma özelliğine sahiptir. KAYNAKLAR [ 1 ] "P.J. Spreadbury, "The ultra zener-a portable replacement for the Weston Celi?", IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol.40, No. 2, sf 343-346, Nisan 1991. 449

UME'DE YAPAY KABLO VE KABLO TEST CİHAZLARININ KALİBRASYONU Y. Gülmez, G. Gülmez, M. Saygılı ÖZET Türkiye 'de haberleşme kablosu alanında üretim yapan 20 'ye yakın firma bulunmaktadır. Kabloların yüksek kalitede üretilmeleri için yalıtkan ve iletken kısımlarının ölçülmesi gerekmektedir. Bu amaçla kablo test cihazları kullanılmaktadır. Bu kablo test cihazlarının kalibrasyonu şimdiye kadar yurt dışından sağlanmaktaydı. Kablo firmalarının bu ihtiyacını UME 'de karşılamak amacıyla gerekli olan cihazlar ısmarlanmıştır. Haberleşme kablosu üreten firmaların kalibrasyon gereksinimleri iki grup altında toplanabilir. \ Birincisi; kablo test cihazlarının günlük kalibrasyonunu yapmakta kullanılan yapay kablo standardının kalibrasyonudur. Yapay kablo standardı, 1 km uzunluğunda simetrik iki adet dörtlü haberleşme kablosunun özelliklerini taşıyacak şekilde içinde ayrık olarak 64 adet kapasitör ve 8 adet direnç bulunan bir standarttır. Bu standardın dengesizlik kapasitanslarmın kalibrasyonu dijital dengesizlik kapasitanslan ölçüm köprüsü ile gerçekleştirilebileceği gibi her bir kapasitörü kapasitans ölçen bir cihazla ölçülüp dengesizlik kapasitanslan hesaplanabilir. Direnç kalibrasyonu ise dört terminalli direnç ölçen bir multimetre ile gerçekleştirilir. İkincisi ise kablo test cihazlarının kalibrasyonudur. Bu cihazların kalibrasyonunda yapay kablo standardı, zayıflama standardı, çeşitli kapasitans ve direnç standartları kullanılmakladır. Kalibrasyonda kullanılan bu standartların kalibrasyonu da UME 'de gerçekleştirilebilme/etedir. Anahtar Kelimeler: Yapay kablo standardı, kapasitans, direnç, zayıflama. t I J r KABLO TEORİSİ Telefon hatlarında kullanılan kabloların kalitesi gönderilen sesin kalitesini de belirler. Bu yüzden her ülkenin PTT'si telefon hatlarında kullanılacak olan kabloların kalitesi hakkında normlar hazırlamış ve bu normlara üretici firmaların uymasını istemiştir. Düzenli olarak kablo üretici firmalara müfettişler göndererek, telefon kablolarının aynı kalitede üretilmesini sağlamaya, çalışmaktadırlar. Türk PTT'si de uluslararası VDE472 ve VDE816 normlarını uygulamaktadır. / Kablo kalitesini ölçmek için kabloyu test eden cihazlar üretilmiştir. Bu cihazları kullanılan frekans bölgelerine göre ikiye ayırabiliriz: a) Düşük frekansta kullanılan kablonun özelliklerini ölçen cihazlar. b) Yüksek frekansta kullanılan kablonun özelliklerini ölçen cihazlar. 450

Bu cihazların amacı, telefon kablolarının zayıflatma değerini ve "cross-talk"unu ölçmektir.konunun daha iyi anlaşılması için teorik bilgiden önce gerekli tanımlamaların verilmesi faydalı olacaktır. Yapay kablo (artificial cable): 1000 m. uzunluğundaki kablonun 1 khz'deki direnç ve kapasitans değerleri dikkate alınarak oluşturulmuş Standard. Tel direnci (single core resistance): Her iletkenin sahip olduğu direnç; R A, RB, RC, RD- Hat direnci (loop resistance): Kullanılan bir hattın direnci; R A + RB Direnç farkı: Bir hattaki tel dirençleri arasındaki farktır; RA-RB Önemli bir parametredir. İdealde R A 'nın Rs'y e eşit olması gerekir. İkili (pair): Birbiri üzerine bükülmüş iki kablodan oluşan hat. (Şekil 1) Dörtlü (quad): Dört kablonun birbiri üzerine bükülmesi ile elde edilen kablo seti. Phantom devresi: Dörtlü hattın başlangıç ve bitiş uçlarına transformatörler bağlanarak üçüncü bir hat üretilir. Şekil 2'de sadece başlangıç phantom devresi gösterilmiştir. [1] 1G Yan Devre cız : cu eza 2G Phantom,3G Yan Devre 2 Şekil 1: İkili ve eşdeğer kapasitans devresi Şekil 2: Dörtlü phantom devresi Günümüzde kablo üreticileri, kabloları ikili veya dörtlü gruplar şeklinde üretmektedir. Yalıtkan malzeme olarak kağıt, PVC veya PE kullanılmaktadır. Kablonun yalıtkan kısmının dielektrik sabitinin ve kayıp faktörünün düşük olması istenir. Böylelikle kablolar arası kapasitansın mümkün olduğu kadar küçük olması sağlanmış olur. İkili kabloda C12 kablolar arası kapasitör, Cıo ve C20 kablo ve toprak arasındaki kapasitörlerdir. (Cıo - C20) toprak kapasitörleri arasındaki dengesizlik kapasitansı (unbalance to ground, earth coupling) ve CB ise kablodan bakılınca görülen kapasitanstır, (mutual capacitance). CB değeri şu şekilde hesaplanabilir: CB - C12+ Cıo.C2o/(Cıo + C20) (1) Dörtlü kablo ikiliye göre daha küçük karşılıklı kapasitans değerine sahiptir. 4 çeşit dörtlü vardır. Bunlar: 451

1- Phantom hattı kullanmadan oluşturulan dörtlü hatlar. 2- Phantom devresi kullanmadan oluşturulan dörtlü hatlar. 3- Phantom devresi ve özel devreler kullanılarak oluşturulan hatlar. 4- Demiryolu haberleşmesinde kullanılan phantom devreleri ile oluşturulmuş hatlar. Türkiye'de phantom hattı kullanılmadan oluşturulan dörtlü hatlar üretilmektedir. Şekil 3'te bir adet dörtlünün kapasitans devresi gösterilmiştir. Birinci dörtlüyü ele alınırsa 1 ve 2 yan devreleri phantom devresi aracılığı ile paralel bağlanmıştır, IA ile IB arası ve 2 A ile 2 B arası transformatör ile kısa devredir. Dörtlüye göre phantomlu dörtlünün hat direnci, yan devreler paralel bağlandığı için yan yarıya düşmüştür. Hattın direnci; özdirenç, sıcaklık, frekans değerleri arttıkça artar. Yüksek frekanslara çıkıldıkça deri etkisi artacağından, akımın geçtiği tel kesiti düşdüğünden direnç artar dolayısıyla hattın zayıflaması artar. Hat direnci sıcaklıkla da büyük ölçüde değişir. Bu yüzden hesaplamalarda sıcaklık etkisi dikkate alınmalıdır. Örneğin telin sıcaklığı ± 10 C değiştiğinde hat direncinin değeri 4 % değişmiş olur. Yüksek dereceli simetrik hatlarda hat direnci yanında, direnç farkı da dikkate alınmalıdır. Dörtlüde ve phantomlu dörtlüde direnç farkı şöyle hesaplanabilir: w1 w2 w3 Şekil 3: Dörtlünün kapasitans eşdeğeri Şekil 4:Phantomlu dörtlünün kapasitif eşdeğeri Yan devre direnç farkı = RA - RB (2) Dörtlü phantomda direnç farkı = (R A RB) /(RA + RB)YANI - (RA RB) /(RA + RB)YAN2 Dörtlüde direnç farkı = 1/4.[(R A + R B )YANI - (RA + RB)YAN 2 ] (4) (3) Direnç farkı küçük olursa "crosstalk'"un etkisi de o oranda azaltılmış olur. Direnç farkı büyük olursa kabloların üzerindeki iletkenlerin gerilim seviyeleri farklı olacağından "crosstalk" etkisi de artacaktır. Dörtlüdeki karşılıklı kapasitans CB; iletkenin cinsine ve dielektrik malzemeye bağlıdır. CB; iletkenler arası mesafe azaldıkça, iletkenlerin yüzeyi arttıkça, dielektrik sabiti arttıkça, nem arttıkça, kağıt yalıtkan için sıcaklık arttıkça, PE yalıtkanı için ise sıcaklık azaldığı oranda artar. Ce'nin düşük olması istenir. CB değeri şöyle hesaplanabilir. 452

C B YANDEVREI = Y! + (X 1.X 3 )/(X, + X 3 ) + (X 2.X4)/(X 2 + X*) + (W 1.W 2 )/(W 1 + W 2 ) (5) C B YAN DEVRE 2 = Y 2 + (Xı.X3)/(Xı + X 3 ) + (X 2.X4)/(X 2 + X,) + (W 3.W 4 )/(W 3 + W 4 ) (6) CB phantom = (1 + X 2 + X 3 + X,) + (WI + W 2 ).(W 3 +W 4 )/(Wı + W 2 + W 3 + W 4 ) (7) Kablo yapımında kullanılan izolasyonun kalınlığının bütün kablolarda aynı ve simetrik olduğu durumda: "Xı = X 2 =X 3 = X, = X; Yj = Y 2 = Y; W! = W 2 = W 3 = W 4 =W" kabul edilir. Bu değerler yukarıdaki üç denklemde yerine konularak basitleştirilebilir: C B YAN DEVRE 1,2 = X + Y + W/2 (8) C B PHANTOM = 4X + W (9) "X, Y, W = 5, 1, 10" oranında olduğu varsayımı ile kablo tipleri karşılaştınlabilir: CB PHANTOM/ CB YAN DEVRELER 1,2 = 2,7 (10) CB PHANTOM/ CB YAN DEVRE I = 1,6 (11) Buradan görüldüğü gibi phantomlu dörtlünün, dörtlüye göre hat direnci yan yanya düşük olmasına rağmen,karşılıklı kapasitans etkisi 2.7 kat büyüktür. Phantomlu dörtlünün ikiliye göre karşılıklı kapasitans değeri ise 1.6 kat daha büyüktür. Bu yüzden günümüzde kablo üreten fabrikalar ikili ve dörtlü gruplar şeklinde kablo demetleri üretmektedir. Phantomlu dörtlü üretmemektedirler. Bu durumda yapay kabloda geleneksel olarak ölçülen phantomla ilgili dengesizlik kapasitans değerlerinin fabrikalar için bir önemi kalmamıştır. HATLARIN YÜKSEK FREKANS EŞDEĞERİ Her hat R direncine, L indüktansına, G kondüktansına ve C kapasitansına sahiptir. Belli bir kablo çeşidi için 1 km'lik hattın R, L, C, G değerleri bilinir. Sekil 5'te bir hattın yüksek frekans eşdeğer devresi gösterilmiştir. R T. Gl Şekil 5: Hattın yüksek frekans eşdeğer devresi Seri empedansı S = (R+jwL) (12) Paralel empedansıp = l/(g+jwc) (13) Hat boyunca seri ve paralel empedanslar birbirini takip ederler (Şekil 6). Maksimum güç aktanlabilmesi için hattın giriş direncinin hattın karakteristik empedansına eşit olması gerekir. 453

P) (14) Zo 2 - S.Z O - S.P = O (15) Z o = ((Ro + jwl) /( G + jwc) ) m = ( S.P) 1/2 (16) Zin Şekil 6: Sonsuz uzunluktaki hattın seri ve paralel empedanslar ile modellenmesi Propogasyon sabiti de hesaplanabilir. U 2 = Uıe^1 + Uıe ~ m = Uıe^n (17) Uı/ U 2 = ( 1 + S/ ((P + Z O ).P.Z O )) = 1 + S/Z o + S/P = 1 + S/^[stp + S/P (18) Uı/U 2 = 1 + VS/P + (yfs/pf (19) U1/U2 = e " 7-1 " 7-1 ifadesi yukandaki formülde yerine konur ve formül seriye açılır. ((R + jwl).(g + jwc)) m (20) Burada "a" zayıflama katsayısı, "P" faz sabiti, "1" hattın uzunluğu ve 'Y' propogasyon sabitidir. Periyodik dalga fonksiyonu için; hattın dalga boyunun xı ve x 2 noktalan arasındaki mesafeye eşit olduğu durumdaki zayıflama ve faz kayması şu şekilde ifade edilebilir: U(x,t) = Uİ.e- a l e j ( w t - p l ) (21) U( Xı )/U(x 2 ) = (I UI. e - axı e " pxı )/ (I UI. e e " px2 ) = e - xl).e P(X2 " X1) (22) P(x2 - xl) = pa = 2.71 - p = 2.7i/^ (23) Zayıflama, a = a(x 2 - xj). (24) Transmisyon teorisinden bilindiği gibi hattın yük direnci karakteristik empedansla eşit olursa veya hat sonsuz sayılabilecek uzunlukta olursa, ancak bu durumlarda yansıma olmaz. Doğru zayıflama katsayısını ölçebilmek için hatta hiçbir yansımanın olmaması gerekmektedir. Hatların yüksek frekansta karakteristik empedanslan, zayıflamaları ve çeşitli "crosstalk" değerleri ölçülür. Şekil 7'den yararlanarak hattın karakteristik empedansı bulunabilir. 454

-Mı Uı Z, y(propogasyon sabiti) U 2 Uı Z, y(propogasyon sabiti) U 2 Şekil 7: Z karakteristik empedanslı hat. Şekil 8: Z karakteristik empedansına eşit empedansla sonlandınlmış hat. Uı= U 2 Coshy + I 2.Z.Sinhy (25) Ij = (U 2 /Z).Sinhy + I 2.Coshy (26) I 2 = 0 ouı/iı= Z.Cothy = Ro (27) U 2 = 0 Uı/ Iı = Z.tanhy = Rt (28) Z 0 2 = RoRk ^> Zo = (Ro.Rk) 1 ' 2 (29) Ro/Rk= (tanhy) 2 (30) Buradan propogasyon sabiti 'y bulunabilir. Her hattın başlangıç ve bitiş noktalan arasındaki zayıflama diğer yüksek frekans parametreleri gibi çeşitli frekanslarda ölçülür. Zayıflama parametresi baz alınarak kablonun çalışabileceği en yüksek frekans bulunmaya çalışılır. Bunun için hat, şekil 8'deki gibi karakteristik empedansa eşit bir empedansla sonlandınlmalıdır. Uı = U 2.Cosh y + I 2.Z.Sinh y (31) Yük direnci: R, = Z o = U 2 /I 2 (32) Uı = U 2.Coshy + U 2.Sinhy (33) Uı/U 2 = Cosh y + Sinh y = & = e" a e" jp (34) Uı/U 2 = IUıl/l Ual.e** 1 ""^ (35) I Uı I /1 U 2 I = e a. Aynı ifadeler I Iı I /1 I 2 1 e a olarak akımlar için de çıkanlabilir. a = ln Uıl/ U 2 I Neper(Np) (36) a = log İPı l/l P 2 I db (37) 1 db = 0.1151 Np şeklinde bulunabilir.zayıflama çeşitli normlarda "Np" ya da "db" olarak verilmektedir. Crosstalk, bir hattın yanındaki hattı elektriksel olarak etkilemesidir. Şekil 9'da karakteristik empedanslan farklı iki hat arasındaki crosstalk incelenmiştir. Birinci hattın girişinin ikinci hattın girişini etkilemesine Next (Near-end -crosstalk), birinci hattın girişinin ikinci hattın çıkışını etkilemesine Fext(Far-end-crosstalk) ve birinci hattın çıkışının ikinci hattın çıkışını etkilemesine Elfext denir. Bunlar yüksek frekans kablolarında oluşan crosstalk çeşitleridir. İki haberleşme hattı arasında kapasitif, resistif veya manyetik kapling oluşması crosstalk'a neden olur.kapasitif kapling elektrik alan simetrisinin bozulmasına neden olur. Manyetik kaplingin etkisi kapasitif kaplinge göre çok daha küçüktür. Resistif kapling kablolardaki direnç farkından dolayı ortaya çıkar. Direnç farkı, phantom kullanılmış ise yan devrenin phantoma göre crosstalk ölçümünde önemli bir parametredir. Normlara göre crosstalk değerleri 70 db'den büyük olmalıdır. Crosstalk ölçümünde güç ölçümleri baz alınır. Next P A ı/p A2 =10 an -> a n =101ogP A ı/p A2 db (38) Fext P A ı/p E2 = 10 rf -> a f =101ogP A ı/p E2 db (39) ElfextPEi/P E2 = 10" f "* -> a f -a=101ogp E ı/p E2 db (40) (PEI/P E2 =(PAI/P E2 ).(PEI/PA2)) 455

Next ve Fext değerleri ölçülerek, Elfext değeri hesaplanarak bulunur. Bu yüzden yüksek frekans cihazlan kontrolünde Fext ve Next değerleri ölçümü önemlidir. l ESİ \ "~"*"»s. 21 EEl İ Z2 I EâZ K. / 22 Şekil 9: Karakteristik empedanslan farklı iki hat arasındaki crosstalk Ekransız dörtlü hatlar 550 khz'e kadar çalışabilir. Daha yüksek frekanslarda hat kayıpları \ artar. Koaksiyel kablolar ise düşük frekanslarda 60 khz'e dek crosstalk etkisi büyük olduğu için 0-60 khz frekans aralığında kullanılmazlar. Data kabloları 600 MHz'e kadar kullanılmaktadır. Karakteristik empedansın etkisi 100 khz'den başlamaktadır. 100 khz, 300 khz, 550 khz, 1024 khz, 5 MHz, 10 MHz, 50 MHz, 100 MHz, 300 MHz, 600 MHz'lerde hattın yüksek frekansdaki ölçümleri yapılabilmektedir. MEA firmasi 600 MHz'e kadar çalışan sistemler yapmışlardır. Fakat Türkiye'deki fabrikalardan 10 MHz'in üstünde çalışan sistemler için bir talep gelmemiştir. UME'DE YAPAY KABLO STANDARDI KALİBRASYONU Yapay kablo standardı, 1 km uzunluğunda simetrik iki adet dörtlü haberleşme kablosunun i özelliklerini taşıyacak şekilde içinde aynk olarak 64 adet kapasitör ve 8 adet direnç bulunan bir standarttır. Yapımında mika kapasitörler ve manganin dirençler kullanılmış olduğu için standardın uzun zaman kararlılığı oldukça iyidir. Bu standardın dengesizlik kapasitanslannın kalibrasyonu dijital dengesizlik kapasitanslan ölçüm köprüsü ile gerçekleştirilebileceği gibi her bir kapasitörü kapasitans ölçen bir cihazla ölçülüp dengesizlik kapasitanslan hesaplanabilir. UME daha hassas ölçüm sonucu veren fakat daha uzun zaman süren ikinci metod kullanılmaktadır.şekil 3'te bir dörtlü üzerindeki X, W ve Y aynk kapasitanslan ve yanındaki dörtlü üzerindeki X, W ve Y yank kapasitanslan kullanılarak; yapay kablo standardının dengesizlik kapasitanlan (ki, k2,... kn), toprak dengesizlik kapasitanslan (eı, tz ve e3), ekran dengesizlik kapasitanslan (eaı, ea2 ve eas), karşılıklı kapasitanslan (Cı, Cj ve C3) hesaplanmaktadır.[2] Bu ölçümler 1 khz frekansında j gerçekleştirilmektedir. Direnç kalibrasyonu ise yapay kablo standardının dirençleri 50 ohm'dan düşük olduğu için dört terminalli olarak gerçekleştirilmektedir. 456 I

KABLO TEST CİHAZLARI VE KALİBRASYONU Kablo test cihazlanmn kalibrasyonunda yapay kablo standardı, zayıflama standardı, dekad kapasitans standardı ve dekad direnç standardı kullanılmaktadır. Kalibrasyonda kullanılan bu standartların kalibrasyonu da UME'de gerçekleştirilebilmektedir. Kablo test cihazlanmn ölçümleri düşük frekanslarda 20, 70, 128, 800 veya 1000 Hz frekanslarında yapılmaktadır. VDE 472 normuna göre çeşitli frekanlarda ölçüm belirsizlikleri tanımlanmıştır. Kalibrasyonu yapılan kablo test cihazının bu belirsizlik sınırları içinde kalması gerekir. Kablo test cihazlanmn kısa devre testi, süreklilik testi, frekans testi, kapasitans ve dengesizlik kapasitans testleri ve hat direnci testleri yapılır. Kablo test cihazı yüksek frekansda da test yapabiliyorsa bu testler 100 khz ve 10 MHz frekansları arasında ve kablonun karakteristik empedans, zayıflama, çeşitli crosstalk testlerini kapsamaktadır. İLERİYE DÖNÜK AMAÇLAR Yapay kablo standardı kalibrasyonu UME'de gerçekleşmekte ve kablo test cihazlan kalibrasyonun UME'de gerçekleştirilmesi hedeflenmektedir. REFERANSLAR [1] A. Wirk, G Thlio "Niederfrequenz und Mittelfrequenz Messtechnik,", Stuttgart, page 200, 1956 [21 E. Haak, "Einführung in die Leitungstechnik,", Goslar, page 90, 1953 457

UME ZAMAN VE FREKANS STANDARDI SİSTEMİ Ramiz GAMİDOV, Aslı YAKAR, Mustafa ÇETİNTAŞ, İsa ARAZ TÜBİTAK, Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME) i ÖZET / UME Zaman ve Frekans Laboratuarında iki adet GPS Alıcısı, üç adet Cs Zaman ve Frekans Standardı ve bir adet Evrensel Sayıcıdan oluşan mikrodalga zaman ve frekans sistemi kurulmuştur. UME, BIPM TAI Klubü üyesidir ve bu üyelik sonucunda Uluslararası Atomik Zamanın oluşturulmasına katkıda bulunmaktadır. Ölçüm sonuçlarına göre TAI'nin oluşturulmasına katkıda bulunan UME saatlerinden referans saatin doğruluğu 2.4 x 10 ~ 14, ikinci saatin doğruluğu ise 1.6 x 10 ~ 13 civarındadır. UME referans saati UTC 'ye göre günde 2.1 ns geri kalmaktadır. Ayrıca, UME'deki doğru zaman bilgisinin yurtiçinde dağıtımını gerçekleştirecek Zaman Dağıtım Sistemi de kurulmuştur. 1. GİRİŞ Günlük hayatta zaman, kısmen "atomik zaman" kısmen de yerkürenin kendi ekseni etrafındaki dönüşünden türetilen bir zaman ölçeği vasıtasıyla düzenlenir [1-3]. Uluslararası Atomik Zaman (TAI - International Atomic Time) dünya üzerindeki farklı kuruluşlarda işleyen atomik saatlerden elde edilen verilere dayanılarak Uluslararası Ölçü ve Ayarlar Bürosu (BIPM - Bureau International des Poids et Mesures) tarafından oluşturulur. TAI'nin oluşturulmasına katkıda bulunan ülkeler BIPM bünyesinde oluşturulan TAI Kulübü üyesidir. Evrensel Zaman (UT - Universal Time) doğrudan astronomik gözlemlerle elde edilir. Evrensel Zaman ile ilgili veriler Uluslararası Yerküre Dönüş Servisi (IERS - International Earth Rotation Service) tarafından oluşturulur. Koordine Evrensel Zaman (UTC - Universal Time Coordinated) ise Atomik Zaman ile Evrensel Zamanın birleştirilmesiyle elde edilir. Zaman sinyali olarak sadece UTC yayınlanmaktadır. UTC sinyallerinin yerküreye gönderilmesi " NAVSTAR Global Positioning System" yani GPS ile gerçekleştirilmektedir. GPS'in uzay kısmı altı yörüngesel düzlemde yer alan yirmibir aktif uydu ve yörünge içindeki üç adet yedek uydudan oluşur (Şekil l(a)). GPS uydulanndaki saatler 10.23 MHz'lik sinyal üretir. Her bir uydu Ll ve L2 olmak üzere iki sinyal yayınlar: Ll sinyalinin frekansı 1575.42 MHz (10.23 MHz x 154) ve L2 sinyalinin frekansı 1227.6 MHz (10.23 MHz x 120) dir. GPS vasıtasıyla bir anten ve alıcı kullanılarak kesintisiz olarak bütün hava, koşullarında konum, hız, zaman gibi ihtiyaç duyulan bilgiler elde edilebilir. f Zaman elde etmek amacıyla GPS'i kullanan farklı yöntemler içinde kullanıma en uygun olanı ortak görüş (common view) yöntemidir. Bu yöntemde; iki veya daha fazla merkez aynı uydunun sinyallerini aynı zamanda alırlar ve elde ettikleri verileri birbirlerine ileterek saatlerini karşılaştırırlar. Bu yöntemin ana avantajı uydudaki saatin hatasından hiçbir hata katkısı t t- i 458

gelmemesidir. Şekil l(b) gözönünde bulundurulursa, A ve B merkezlerinde sırasıyla, Saat A GPS ve SaatB - GPS zaman farkları ölçülür. Ölçülen bu iki değer birbirinden çıkarıldığında [ Saat A - GPS ]-[ Saat B - GPS ] = Saat A -Saat B farkı elde edilir. Dolayısıyla, uydudaki saatten hiçbir hata katkısı gelmez. (a) (b) Şekil 1. (a) Yerküre etrafındaki GPS uyduları (b) Ortak görüş yöntemi 1 Ocak 1988 tarihinden itibaren TAI ve UTC 'nin oluşturulması BIPM'in sorumluluğundadır. Farklı ülkelerde yeralan 60 laboratuardaki 230 atomik saatten elde edilen veriler BEPM'de ortak görüş yöntemine göre karşılaştırılarak TAI ve UTC elde edilir. 2. UME MİKRODALGA ZAMAN VE FREKANS SİSTEMİ UME'de kurulmuş olan mikrodalga zaman ve frekans sisteminin blok şeması Şekil 2'de görülmektedir. UME, BIPM TAI Klubünün üyesidir ve halen iki adet Cs saati ve bir adet uydu alıcısıyla TAT nin oluşturulmasına katkıda bulunmaktadır. Bir Cs saati ve bir uydu alıcısı ise yeni devreye girmiştir ve denenme aşamasındadır. GPS uydularından gelen sinyaller Ailen Osborne TTR - 6A Uydu Alıcısı vasıtasıyla elde edilir. TTR - 6A sistemi hem zaman hem de frekans kaynağıdır ve uydu sinyallerinden başka hiçbir girdi gerektirmez. Bütün sistem 10 MHz'lik girdiye bağlıdır ve bu frekans normalde alıcı içindeki Rb frekans standardından sağlanır. Ancak, UME'de mevcut bulunan Cs saatleri Rb'a göre daha yüksek doğruluğa sahip olduğundan, Rb devre dışı bırakılır ve gerekli 10 MHz'lik frekans girdisi Cs saatinden sağlanır. Sistem içindeki bölücü vasıtasıyla 10 MHz'lik girdiden saniyede bir puls (1 pps) elde edilir. Hiçbir uydu izlenmediği zaman 1 pps çıktısının doğruluğu 10 MHz'lik girdinin doğruluğuna bağlıdır. Cs saatlerinden biri (Saati) UME referansı olarak kabul edilmektedir. BIPM tarafından gönderilen uydu izleme programı takip edildiğinde UME referans saati - GPS zaman farkı (UTC(UME) - GPS) elde edilmektedir. 459

ANTEN GPS ALICISI TELEFON HATTI ZAMAN KODLAYICI Cs SAAT 1 MODEM PC Cs SAAT 2 EVRENSEL SAYICI UME LAB. YÜKSELTİCİ PC Şekil 2. UME Mikrodalga Zaman ve Frekans Sisteminin Blok Şeması Uydu izleme programlan genel olarak yılda iki kere değiştirilir. Her haftanın başında bir önceki haftada ölçülen zaman farklan elektronik posta ile BLPM'e gönderilir. BLPM, ilgili laboratuarlara referans saatlerinin UTC'den olan farklanm belirten sonuçlan her ay gönderir. BLPM tarafından gönderilen sonuçlar esas alınarak 2 Ocak 1996-26 Nisan 1997 tarihleri arasında UTC - Saati farkını gösteren Şekil 3'deki grafik elde edilmiştir. MJD - Modified Julian Date - 17 Kasım 1858 tarihinden başlayarak geçen gün sayısını gösterir. Şekil 3'deki grafikte görülen basamaklar, UTC - UTC(UME) farkının minimuma indirilmesi amacıyla GPS alıcısında yapılan ayarlamalar sonucunda oluşmuştur. Şekil 4'deki grafik son basamaktan sonraki durumu göstermektedir. Grafik incelendiğinde UME referansının UTC'den olan farkının değişiminin 2 ns/gün olduğu görülmektedir. UME referansı UTC'ye göre geri kalmaktadır. Diğer taraftan, iki UME Cs saati arasındaki zaman farkı da MJD ölçeğinde sonu 4'lü ve 9'lu günlerde sürekli olarak ölçülür. Bu şekilde ortalama olarak, ayda altı Saati - Saat2 verisi elde edilir. 460

1000 c I -1000-50000 50100 50200 50300 50400 50500 50600 MJD 50084-50564 Şekil 3. 2 Ocak 1996-26 Nisan 1997 tarihleri arasındaki UTC - UTC(UME) zaman farkı C er j? O 1-2000- -3000-500- 400-300- 200-100 50400 50450 50500 MJD 50404-50564 50550 50600 Şekil 4. 17 Kasım 1996-26 Nisan 1997 tarihleri arasındaki UTC - UTC(UME) zaman farkı 461

Şekil 5, 5 Haziran 1996-31 Mayıs 1997 tarihleri arasındaki ölçüm sonuçlarını göstermektedir. Şekil 5 incelendiğinde iki saat arasındaki zaman farkının değişiminin 14 ns/gün olduğu görülür. Şekil 4 ve Şekil 5'ten elde edilen sonuçlara göre, Saati'in doğruluğu 2.4 x 10 ' 14, Saat2'nin doğruluğu ise 1.6 x 10" 13 civarındadır. 1 f ' 1 ' 1 ' 1 X (su) < OT SAAT( 117000-116000- 115000-114000- 113000-112000- 1 ' 1 ' 1 ' 1 50200 50300 50400 50500 MJD 50239-50599 50600 Şekil 5. İki UME saati arasında ölçülen zaman farklarından elde edilen grafik 50 farklı merkez ellerinde bulundurdukları saatlerin karşılaştırma sonuçlarını düzenli olarak BIPM'e bildirir. BIPM, gerekli hesaplamaları yaparak her bir saatin hangi ağırlıklı ortalamayla TAI'nin oluşumuna katkıda bulunduğunu belirler. BEPM tarafından gönderilen 27.12.1996-26.4.1997 tarihleri arasındaki değerlendirme sonuçlarına göre, her iki UME saati de 2500 üzerinden 2500 alarak yaklaşık % 1.46 ağırlıklı ortalamayla TAI'nin oluşumuna katkıda bulunmaktadır. 3. ZAMANIN DAĞITILMASI Zaman ve Frekans Laboratuanndaki doğru zaman bilgisi Zaman Dağıtım Sistemi, bilgisayar ve modem vasıtasıyla telefon hattına verilerek isteyen kurum ve kuruluşların hizmetine sunulmaktadır (Şekil 2). Bu zaman bilgisine ulaşabilmek için ilgili kuruluşun bir telefon hattı, modem, bilgisayar bağlantı sistemi ve UME tarafından verilen bilgisayar programına sahip olması gerekmektedir. Söz konusu program çalıştırıldığında bir dakikayı aşmayan bir zaman süresince kullanıcı bilgisayarı ile UME Zaman Dağıtım Sistemi arasında zaman alışverişi gerçekleşir ve kullanıcı bilgisayarı UME Cs saatine < 1 ms doğrulukla senkronize olur. Bunun sonucunda kullanıcı bilgisayarının monitöründe doğru zaman bilgisi saat, dakika, saniye ve milisaniye olarak görülür. 462

4. SONUÇ UME Zaman ve Frekans Laboratuarında mikrodalga zaman ve frekans sistemi kurulmuştur. Kurulan bu sistem vasıtasıyla, UME, Uluslararası Atomik Zamanın oluşturulmasına katkıda bulunmaktadır. Aynca, Zaman Dağıtım Sistemini kullanarak, Laboratuardaki doğru zaman bilgisinin yurt çapında dağıtımım gerçekleştirmeye yönelik çalışmalar devam etmektedir. KAYNAKLAR [1]. J. Vanier, C. Audoin; The quantum physics of atomic frequency standards, Adam Hilger, Bristol and Philadelphia, 1986 [2]. C. Thomas, P. Wolf, P. Tavella; Time scales, BIPM, Monographic, 1994 [3]. R. Gamidov, İ. Taşkın, M. Çetintaş; Time and frequency Standard system and time dissemination at (UME) National Metrology Institute of Turkey, 7th BEMC Digest, pp. 20.1-4, 1995, Malvern, UK. 463

i YÜKSEK GERİLİM ÖLÇÜMLERİNDE İZLENEBİLİRLİK ; Şahin Özgül, Beylan Akyel TÜBİTAK - Ulusal Metroloji Enstitüsü(UME) ÖZET Bilimsel temeli fiziğe dayalı olmakla birlikte endüstriyel uygulama ile de yakından ilişkili olan yüksek gerilim konusunda, diğer metrolojik uygulamalarda olduğu gibi, ölçme ve kalibrasyonlarda, ulusal standartlara izlenebilirliği olan transfer standartlar kullanılması gerekmektedir. Bu nedenle, Türkiye 'de yapılan yüksek gerilim ölçümleri ve kullanılan yüksek gerilim cihaz ve standartlarının gerek ulusal, gerekse uluslararası standartlara izlenebilirliğini sağlamak amacıyla UME 'de Yüksek Gerilim Laboratuvan kurma çalışmalarına başlanmıştır. İlk etapta UME'de mevcut laboratuvarlarda 100x10' 6 belirsizlikle 100 kv ac ve de yüksek gerilim standartlarının oluşturulması ve kalibrasyon hizmetleri verilmesi hedeflenmektedir. Bu bildiride Türkiye 'nin yüksek gerilim alanındaki alt yapısı ve yüksek gerilimde kullanılan standartların teknik özellikleri açıklanacaktır. Yüksek Gerilim Laboratuvan kurulmasında dikkat edilecek hususlardan bahsedilecektir. Anahtar Kelimeler: Yüksek Gerilim, standart, kalibrasyon, izlenebilirlik 1. YÜKSEK GERİLİMİN KAPSAMI Yüksek gerilim geniş bir alanı kapsamaktadır. Yüksek gerilimin en önemli uygulama alanlarından biri elektrik santralinden tüketiciye kadar olan uzak mesafelerde yüksek ac veya de gerilimde elektrik enerjisinin taşınmasıdır. Yüksek gerilimdeki bu enerji taşınması ( 400 kv'u üstünde) düşük gerilimde, buna bağlı olarak yüksek akımda enerji taşınmasından daha çok verimli ve ekonomiktir. Değişik seviyelerdeki gerilim taşınması ve yüksek gerilimde enerji taşınması için, güç transformatörleri, kablolar, kapasitörler, şalterler, izolatörler v.s. gibi özel yüksek gerilim cihazlarına ihtiyaç duyulur. Ülkenin ekonomik gelişmesi açısından güvenilir enerji taşınması ve dağıtılması çok önemli bir yer almaktadır. Yüksek gerilim dağıtım sistemi kurulmadan önce, her zaman ve her şartta güvenilir enerji dağıtımı için, yüksek gerilim cihazları kabul edilebilir testlerden geçmiş olmalıdır. Bu testler, yüksek de, ac ve darbe gerilimlerinde, ulusal veya uluslararası test standartlarında tanımlandığı gibi uygulanır. Böylece uygun ölçüm sistemleri kullanılarak ulusal standartlara izlenebilirlik sağlanmış olur. Yüksek gerilimin kullanım alanlarını aşağıdaki gibi özetliyebiliriz: Yüksek de gerilim yük parçacıklarını hızlandırmak için kullanılır. Hızlandırma gerilimi parçacıkların enerjisini gösterir. Fizik deneylerinde düşük belirsizlikle 10 kv'tan MV mertebesine kadar hızlandırma geriliminin bilinmesi çok önemlidir. Buna ek olarak, birkaç kilovolt gerilim vakum tüplü osiloskopta ve televizyon cihazlannda elektron ışınını saptırmak ve hızlandırmak için kullanılır. 464

Yüksek gerilimin diğer uygulama alanları ise lazer teknikleri ve elektronik cihazların testleridir. Direnç, kapasite, kayıp faktörü, endüktans v.s. gibi diğer büyüklükler de yüksek gerilim altında, yüksek de, ac, darbe gerilimi kullanılarak ölçülür. Özel büyüklük olan darbe boşalma ölçümleri esnasında kısmi deşarj testlerinde yüksek gerilim cihazları kullanılır. Tüm bu büyüklüklerin izlenebilirliği için standartlara ihtiyaç duyulur. 2. YÜKSEK GERİLİMDE İZLENEBİLİRLİK VE KALİBRASYON Yüksek gerilimde ulusal standartlara izlenebilirlik zinciri şekil 1 de gösterildiği gibi olmalıdır. UME Yüksek Gerilim Laboratuvan'nın görevi yüksek gerilimde birincil seviye ölçüm standartlan kurmak ve ölçüm sistemleri geliştirmek ve izlenebilirliği en alt ölçüm seviyesine aktarmaktır. UME Yüksek Gerilim Ulusal Standart Laboratuvarı Akredite Edilmiş \ Referans Ölçüm Sistemi Kalibrasyon Laboratuvarları Test Laboratuvarları \ U^ 1 1 Ö1? Yüksek Gerilimde Kullanılan Cihazlar ( ürün) üm Sistemi Şekil 1. Yüksek gerilimde izlenebilirlik zinciri. Bu görevi yerine getirirken ülke ihtiyacına göre, ölçüm belirsizliği mümkün olduğunca düşük gerçekleştirilir. Yüksek gerilim alanında, ölçümler IEC 60, EEC 270, IEC 1083 [İl standartlanna göre gerçekleştirilmelidir. Yüksek gerilimde de ve ac gerilim veya akımın ortalama değeri, rms (etkin ) değeri veya tepe değerini, test standartlanna göre ölçerek tesbit etmek gerekmektedir. Tepe değeri ve darbe gerilimin zaman parametreleri, kapasite ve kapasitif ölçümlerin tan 8, ve kısmi deşarjin darde yükünün uygun standartlar ile ölçmektir. 465

3. YÜKSEK GERİLİM LABORATUVARI TASARIMI Bir yüksek gerilim laboratuvannın boyutları ve teknik donanımı, öncelikle üretilecek, gerilimin genliğine bağlıdır. İkinci önemli özellik, laboratuvann hangi amaç ile kullanılacağı, / ( kalibrasyon, test veya eğitim gibi) belli olmalıdır. Örneğin 100 kv de yüksek gerilim için 6 m 2, 100 kv ac yüksek gerilim için 12 m 2, 200 kv darbe gerilimi için ise 25 m 2 'lik bir alana ihtiyaç vardır. Bir yüksek gerilim ölçüm alanı, metal çerçeveli gözlü iletken tellerden yapılı koruma kafesi, kafes üzerinde kilitlenebilir kapı, kapıya yakın çalışma masası ve kontrol panosundan oluşur. Çelik çerçeveler topraklama bağlantılarının yapılmasında kullanılır. Yüksek gerilim laboratuvarlannda emniyet kurallarının uygulanmasına aşırı bir titizlik gösterilmelidir. Yüksek gerilim laboratuvarlannda gözle gözlem ve optik ölçmeler yüksek gerilim testleri için başvurulan yardımcı imkanlar olduğundan, test alanındaki aydınlatma düzeninin hassasça ayarlanabilir ve mümkünse tamamen karartılabilir şekilde dizayn edilmesi gerekir. Yüksek gerilim laboratuvarlan için topraklama, Faraday [21 kafesi örneğinde olduğu gibi, metal bir ekranla çepeçevre kuşatılırsa, toprak akımının belirlenmiş bir devreden akması sağlanmış ve ekran dışındaki toprak bağlantılanndan kaçak akım akması önlenmiş olur. Toprak bağlantıları yalnızca sürekli rejim için yeterli topraklama sağlayacak biçimde tasarlanmalıdır. Yüksek gerilimde ekranlama ile, dış kaynaklı bozucu parazitik etkiler ve çevresel etkiler, kesintisiz metal yapılı Faraday kafesi kullanılarak hemen hemen tamamen giderilebilirler. Tel örgü yapılı kesintisiz bir ekranın yüksek gerilim laboratuvannın duvannın üstüne kaplanması veya duvann içine yerleştirilmesi ekseriya yeterli olabilir. 4. ULUSAL METROLOJİ ENSTİTÜSÜ (UME) YÜKSEK GERİLİM LABORATUVARI KURULMASI UME Yüksek Gerilim Laboratuvannın ölçme kapasitesi tayin edilmeden önce, üniversitelerin ve yüksek gerilimle ilgili sanayi kuruluşlannın işbirliği ile bir toplantı düzenlenmiştir. Şekil 3'de görüldüğü gibi, bu tesbitlere ve yapılan araştırmalara göre, de yüksek gerilim 100 kv, ac yüksek gerilim 100 kv ve darbe gerilimi 200 kv'a kadar ölçüm kapasitesi olan Yüksek Gerilim Laboratuvan kurulmasına karar verilmiştir. Bu kapasite çerçevesinde gerekli olan standartlar ve cihazlann temini için gereken çalışmalar yürütülmektedir. Bu yılın sonuna kadar bu, laboratuvar belirtilen ölçüm bölgelerinde faaliyete geçecektir. f j ı /. KAYNAKLAR [1] K.Schon, "Traceable calibrations of high-voltage measuring systems", PTB - Mitt.,Vol.96, 1996. [21 Nils Hylten-Cavallius, " High Voltage Laboratory Planning", High Voltage Test ASEA HAEFELY Systems, Basel-Switzerland, 1986. i 466

DC Gerilim Firmalar AC Gerilim Firmalar Darbe Gerilimi Firmalar Şekil 2. Ülkenin Yüksek Gerilim Kapasite Grafikleri 467