Termoelemanlarla İlgİlİ Genel Bİlgİ

SICAKLIK HİSSEDİCİLERİ

Günümüzde sıcaklık ölçümünün önemi giderek artmış ve çok yaygın kullanım alanı bulmuştur. Bu durum değişik alanlarda birbirinden farklı özelliklerde sıcaklık hissedicilerinin kullanımı sonucunu doğurmuştur. Kullanım ortamına, ölçme aralığına, istenilen hassasiyet ve ekonomiklik vb. özelliklere göre doğru sıcaklık hissedicisinin seçimi ön plana çıkmıştır.

Sıcaklık hissedicisi olarak çeşitli yarı iletken malzemeler (diyot, tranzistör, KTY10,.. vb.) kullanılabileceği gibi; NTC ve PTC termistörler vb. de kullanılabilir. Ancak, sıcaklık hissedicisi olarak yaygın şekilde Fe-Const, NiCr-Ni, Cu-Const, PtRh-Pt ... vb. gibi termoelemanlar ve Pt100, Pt1000, Ni100, Cu56... vb. gibi termorezistanslar kullanılmaktadır.

Termoeleman (termokupl) ile Sıcaklık Ölçülmesi

Termoeleman (termokupl) birbirinden farklı alaşımlara sahip iki metalin birer uçlarının kaynak edilmesi sonucu ortaya çıkan sıcaklık hissedicisidir. Kaynak edilen noktanın sıcaklığına bağlı olarak serbest uçlar arasında metal çiftinin özelliğine denk düşen milivoltlar düzeyinde gerilim oluşur. Bu özellikten yararlanılarak sıcaklık ölçme düzeni gerçekleştirilir. Kaynak noktası "sıcak bağlantı noktası (hot junction)", serbest olup daha sonra klemens kutusuna veya ölçü aletine bağlanacak olan uçlar ise "soğuk bağlantı noktası (cold junction)" olarak adlandırılmaktadır.

Termoelemanlar (termokupl) bir ölçü aletine bağlandığında; ölçü aleti giriş uçlarının en az birisinin (çoğu zaman ikisinin birden) termoeleman tellerinden farklı alaşımda olması nedeniyle, bağlantı noktasında yeni termoçiftler oluşur.

Sıcak bağlantı noktasının mV değeri, ölçü aletinin bulunduğu ortamın sıcaklığa karşılık düşen mV değeri kadar eksik olarak ölçü aletine girer. Bu nedenle sıcaklık göstergesi olarak kullanılan ölçü aletlerinde bu olumsuzluk ortadan kaldırılmalıdır. Bu amaçla, bu tür cihazlarda otomatik sıcaklık kompenzasyonu devreleri kullanılmaktadır.

Bağlantı noktasında ortaya çıkan bu olumsuzluk, termoeleman ile ölçü aleti arasında doğrudan bağlantının yapılamadığı durumlarda (terminal kutulu termoeleman kullanımı, mesafenin fazlalığı vb. gibi nedenlerle), 200 ºC’a kadar orjinal termoelemanın mV değerine eşdeğer özellik gösteren termoeleman kompenzasyon kabloları ile bağlantı yapılmasını zorunlu kılmaktadır.

Termorezistans ile Sıcaklık Ölçülmesi

Termorezistans olarak sıcaklıkla direnci değişen hissediciler adlandırılmaktadır. Yaygın olarak kullanılan tipleri Pt100, Ni100, Cu56 ve Pt1000’dir.

Termorezistanslarla yapılan ölçme düzenlerinde termorezistans ile ölçü aleti arasındaki mesafenin artması, iki telli bağlantı yapılması durumunda kablo direncinin de ölçmede etkili olması sonucunu doğurmaktadır. Bu olumsuzluk 3 telli veya 4 telli bağlantılarla ortadan kaldırılmaktadır.

Termoelemanlar ile termorezistansları kıyaslayacak olursak aşağıda belirtilen avantaj ve dezavantajlardan sözedilebilir.

Termoelemanlar –200 ºC’den başlayacak +1800 ºC’lere kadar (standart tiplerde) uzanabilen geniş bir ölçme aralığına sahiptir. Seri duyarlı (cevap hızı yüksek) elemanlardır. Oldukça küçük boyutlarda bile üretilebilirler. Üretim ve şekillendirilmeleri daha kolaydır. Eleman ile cihaz arasındaki mesafenin uzak olması durumunda bile ölçme doğruluğundan sapma önemsiz kabul edilecek düzeydedir. Bu avantajlarına karşılık sistem doğruluğu termorezistanslara göre daha düşüktür (ölçmenin ±%0,75’i gibi). Kararlılığı birkaç ºC düzeyindedir. Ortam sıcaklığı kompenzasyonu gereklidir. Karakteristliği lineer olmaktan daha uzaktır (bazı tiplerde lineerite bozukluğu çok önemli boyuttadır).

Termorezistansların sistem doğruluğu oldukça yüksektir (ölçmenin ±%0,5’i gibi). Kararlılığı ±0,5 ºC’ler düzeyindedir. Ortam sıcaklığı kompenzasyonu gereksizdir. Karakteristiği lineere oldukça yakın kabul edilebilir. Bunlara karşılık –200 ºC’den başlayarak +850 ºC’a kadar uzanabilen, termoelemanlara kıyasla daha dar bir ölçme aralığına sahiptirler. Ani sıcaklık değişimlerine cevap hızları daha düşüktür. Boyut olarak çok ince ve noktasal yapılarda üretilmezler. İzolasyon direnci çok önemlidir. Eleman ile cihaz arasındaki mesafenin uzak olması durumunda kablo kompenzasyonu yapılma zorunluluğu vardır.

Çeşitli uluslararası normlarda belirtilen termoçiftlerin sıcaklık / mV değerleri soğuk bağlantı noktası 0 ºC’lık ortamda tutulurken sıcak bağlantı noktasının bulunduğu ortamın sıcaklığına denk düşen mV değerini gösterir.

Yaygın olarak kullanılan termoeleman ve termorezistanslar ve çalışma bölgeleri aşağıdaki gibidir.

Termoeleman ve Termorezistanslar Çalışma Bölgesi

Fe - Const (J Tipi) -200 - 800 ºC
NiCr - Ni (K Tipi) -200 - 1200 ºC
Kromel - Alumel (K Tipi) -200 - 1200 ºC
Pt%10Rh -Pt (S Tipi) 0 - 1600 ºC
Pt%13Rh - Pt (R Tipi) 0 - 1700 ºC
Pt%30Rh - Pt%6Rh (B Tipi) 0 - 1800 ºC
Cu - Const (T Tipi) -200 - 300 ºC
Pt100   -200 - 850 ºC

TERMOELEMAN DIŞ KORUYUCU TÜPLERİ KULLANIM ALANLARI

Dış Koruyucu tüp Çalışma sıcaklığı Kullanım Alanları
Pik 800 ºC Tav ocakları, Potasyum Nitrat Tuz eriyikleri, Kurşun yatak metal eriyikleri, Kalay eriyikleri
C2 550 ºC Siyanür türevli tuz eriyikleri
1.4301 800 ºC Sebze, meyva, petrokimya, boya, buhar hatları
1.4401 800 ºC Tuz asidi, kükürt dioksit buharları, kimyasal buhar tesisleri, Sebze, meyva, petrokimya, boya, buhar hatları
1.4841 1200 ºC Bakır ve çinko eriyikleri, Fuel Oil ile ısıtma sistemleri, Oksitleyen, Kükürt ve karbon gazı ihtiva eden tav ve sertleştirme ocakları, Klor ihtiva eden tuz eriyikleri
1.4762 1200 ºC Bakır ve çinko eriyikleri, Fuel Oil ile ısıtma sistemleri, Oksitleyen, Kükürt ve karbon gazı ihtiva eden tav ve sertleştirme ocakları, Klor ihtiva eden tuz eriyikleri
1.4541 800 ºC Sebze, meyva, petrokimya, boya, buhar hatları
KER530 1600 ºC Seramik fırınları, cam sanayi
KER610 1500 ºC Her türlü gaz ortamında
KER710 1600 ºC Her türlü gaz ortamında, erimiş cam içerisinde, seramik sinterlemede
Silicone Carbide 1600 ºC Bakır, çinko, alüminyum, pirinç eriyiklerinde
Grafit 1600 ºC Bakır, çinko, alüminyum, pirinç eriyiklerinde
Kuvars 1600 ºC Her türlü gaz ortamında, asit ortamında, termal şoka dayanıklı
Teflon 250 ºC Asit tesisleri, azot sanayi (Isı iletkenliği kötü olduğundan zorunlu haller dışında önerilmemektedir)

DÖNÜŞTÜRME TABLOLARI

Tablo 1

Basınç

at

atm

bar

Pa

psi

Tor

1 at (metrik atmosfer)=1 kg.kuvvet / cm²( 1 kg / cm² )

1

0,967841

0,980665

98066

14,2233

735,559

1 atm (standart atmosfer) 0ºC'da 760 mm civanın ağırlığı.

1,03323

1

1,01325

101325

14,6959

760

1 bar = 105 N / m²

1,01972

0,986923

1

105

14,5038

750,069

1 Pa = 1 N / m²

1,01972 . 10-5

0,986923 . 10-5

10-5

1

14,5038 . 10-5

750,062 . 10-5

1 psi ( lb / inch² )

0,070307

0,068046

0,0689476

6894,76

1

51,7149

1 Tor = 1/760 atm 0ºC'da 1 mm civanın ağırlığı.

1,3595 . 10-3

1,31579 . 10-3

1,3332 . 10-3

133,32

0,0193368

1

Tablo 2

Kütle

ons

lb

gr

kg

ton

sh.cwt

cwt

sh.ton

ton

1 ons (ağırlık)

1

0.0625

28.35

-

-

-

-

-

-

1 libre

16

1

453.5924

-

-

0.01

0.0089

0.0005

-

1 gr

-

-

1

0.001

-

-

-

-

-

1 kg

35.274

2.2046

1000

1

0.001

-

-

-

-

1 ton (metrik)

35274

2204.62

-

1000

1

22.0462

19.685

1.1023

0.9842

1 short hundered weight 100lb

-

100

-

45.3592

-

1

0.8929

0.05

0.0446

1 hundered weight 112lb

-

112

-

50.823

-

1.12

1

0.056

0.05

1 short ton

-

2000

-

907.185

-

20

17.857

1

0.8929

1 long ton

-

2240

-

1016.05

1.0161

22.40

20

1.12

1

Tablo 3

Uzunluk

in

ft

yd

kara mili

deniz mili

cm

m

km
1 inch
1
0.0833
0.0278
-
-
2.54
0.0254
-

1 foot (ayak)

12

1

0.3333

0.0002

-

30.48

0.3048

-

1 yarda

36

3

1

0.0006

-

91.44

0.9144

-

1 kara mili

63360

5280

1760

1

0.869

-

1609.344

1.6093

1 deniz mili

72913

6076.12

2025.37

1.15078

1

-

1852

1.852

 

1 m

 

39.3701

 

3.2808

 

1.0936

 

-

 

-

 

100

 

1

 

0.001

 

1 km

 

39370.1

 

3280.84

 

1093.61

 

0.6214

 

0.54

 

-

 

1000

 

1