5-Sıcaklık Algılayıcılar.docx

SICAKLIK ALGILAYICILAR
AVANTAJLARI
Kendisi güç üretir
Oldukça kararlı çıkış
verir
Doğru çıkış verir
Yüksek çıkış
Doğrusal çıkış
Hızlı
Yüksek çıkış
Termokupldan (ısıl
çiftten) daha doğrusal
çıkışı vardır
İki hatlı direnç ölçümü
Ucuz
Pahalı değildir
Fiziksel şekil çeşitliliği
Geniş çalışma aralığı
DEZAVANTAJLARI
Doğrusal olmayan çıkış
Düşük voltaj
Referans ister
Pahalı
Yavaş
Akım kaynağı gerekir
Doğrusal değildir
Sınırlı çalışma aralığı
Kırılgan
T<250°C
Güç kaynağı gerekir
Yavaştır
Düşük kararlılık
Düşük duyarlılık
Az direnç değişimi
Dört telli ölçüm
Akım kaynağı ister
Kendisi ısınır
Kendisi ısınır
Sınırlı yapıda
Basit yapıda
Sağlam
TERMOKUPL ( ISIL ÇİFT)
Isıl çiftlerin çalışma prensibi; Bütün iletkenler ısıtıldıklarında içlerinde bulunan elektronlarda bir
hareketlenme meydana gelir. Ancak bu hareketlenme çeşitli iletkenler arasında farklılık gösterebilir.
Bu maddenin ayırt edici özelliklerinden biridir. Biz de iletkenlerin bu farklarından yararlanarak
sıcaklık ölçümü yapabiliriz. İki farklı iletkenin birer uçları birbirine kaynak edilip ya da sıkıca
birbirine bağlanıp boşta kalan uçlarına hassas bir voltmetre bağlandığında, eğer birleştirdiğimiz ucu
ısıtırsak, sıcaklıkla orantılı olarak voltmetrede mV’lar mertebesinde bir DA gerilimi elde ederiz. Elde
ettiğimiz gerilimin değeri kullandığımız metallerin sıcaklığa verdiği tepki ile orantılıdır.
Termokupllardaki temel sorun ölçme ve bağlantı amaçlı temas noktalarında da gerilim oluşumu
sebebiyle hatalı ölçüme sebep olabilmeleridir. Hatalı ölçüme sebebiyet verilmemesi açısından
kompanzasyon yapılması zorunludur.
Kompenzasyon yöntemlerinden biri BUZ banyosu işlemidir. Sulu buzun derecesi sıfırdır. Sıfır
derecede termokupllar sıfır volt çıkış verirler. Bu nedenle aşağıda belirtilen ve yukarıda sorun olarak
ifade edilen J2 noktasındaki V2 gerilimi sıfır olacağından ölçme elemanı sadece termokupl gerilimini
okur. Ayrıca J3 ve J4 temas noktalarındaki gerilimlerde aynı sıcaklık ortamında ve ters bağlı
olduklarından sistemde hataya neden olmazlar.
Şekil Buz banyolu harici referans
Bağlantı noktaları aynı sıcaklıkta değilse bu bağlantı biçimi de hataya neden olacaktır. Bu sebeple;
Bir diğer yöntem;
Entegre edilmiş ve programlanmış bir sistemle de kompanzasyon yapılabilir. Önemli olan sıcaklığa
bağlı hatalı olarak oluşan gerilimlerden gerçek termokupl değerini ayıklamaktır.
Aşağıda değişik malzemelerden yapılmış ve harf olarak kodlanmış termokuplların sıcaklık-milivolt
çıkış eğrilerini görmekteyiz.
Termokupllar -200 °C ile +2300 °C arasında çalışabildiklerinden endüstride en çok tercih edilen ısı
kontrol elemanlarıdır. Genellikle endüstri tesislerindeki yüksek sıcaklıkta çalışan sistemlerin
kontrolünde kullanılır.
RTD
Bir metalin direncinin sıcaklık ile değişimi prensibine dayanır. Metal iletkenlerden yapılmış olan
elemanların dirençleri sıcaklık ile doğru orantılıdır (PTC). Alaşım ve yarıiletkenlerde ise durum
farklıdır. Pek çok yarıiletkenin direnci sıcaklık ile ters orantılıdır. RTD lerin dirençleri ne kadar
yüksekse sistemdeki hata payı da o kadar düşük olacaktır. Demir, platin, nikel, 0.7 nikel-0.3 demir ve
bakır gibi maddeler RTD imalatında en çok kullanılan maddelerdir. Bu malzemeler içerisinde en
doğrusal sonuçları veren ve en ideal olanı platindir. Platin RTD'lerin direnç değerleri, tel sarımlı
laboratuar RTD'lerinde 10 ohm'dan, ince plakalı RTD'lerde birkaç bin ohm'a kadar değişmektedir. En
çok bilinen değer 0°C'ta 100 ohm'dur (PT100). RTD'ler 0 °C'taki direnç değerleri ve kullanılan
elemente göre adlandırılmıştır. (PT100, PT1000...).
RTD kendinden beslemeli bir aygıt değildir ve RTD üzerinden geçen akım da ısınmaya yol
açacağından sistemde hatalara neden olabilir. Bu hataları en aza indirgenmesi ve doğru ölçümün
yapılabilmesi için mümkün olan en küçük uyarma akımı kullanılmalıdır.
Termistör
Ortamdaki ısı değişimini algılayan cihazlara ısı veya sıcaklık sensörleri denir. Birçok maddenin
elektriksel direnci sıcaklıkla değişir. Sıcaklığa karşı hassas olan maddeler kullanılarak sıcaklık
kontrolü ve sıcaklık ölçümü yapılabilir. Sıcaklık ile direnci değişen elektronik malzemelere; term
(sıcaklık) ve rezistör (direnç), kelimelerinin birleşimi olan termistör denir. Termistörler genellikle yarı
iletken malzemelerden üretilirler. Termistör yapımında çoğunlukla oksitlenmiş manganez, nikel, bakır
veya kobaltın karışımı olan maddeler kullanılır.
RTD ler gibi termistörler de sıcaklığa duyarlı dirençlerdir. Ancak termistörler yarı iletken maddelerden
yapılıdırlar ve yarıiletken maddelerin dirençleri sıcaklık ile ters orantılıdır.(NTC).
Termistörler RTD lerden daha yüksek dirence sahiptirler ve bu da onları daha hassas yapan bir
özelliktir. Çünkü yüksek dirençlerinden dolayı bağlantı uçlarının dirençlerinden kaynaklanan ölçüm
hatası RTD'lerinkinden çok daha küçük olur. Sonuç olarak termistörler RTD ler ile ölçülemeyecek
küçük sıcaklık değişimlerini ölçmek için kullanılabilir. Termistörlerin sıcaklık değişimlerine cevap
verme hızı RTD lerden daha fazladır. Bu avantajlarının yanı sıra termistörlerin kullanım aralığının
birkaç yüz derece ile sınırlı olması ve üst sınır sıcaklıklarına yakın sıcaklıklara uzun süre maruz
kaldıklarında yeniden kalibrasyon gerektirmeleri gibi dezavantajları da vardır.
Termistörler ikiye ayrılır.
PTC (sıcaklıkla direnci artan termistörler)
PTC’nin çalışma prensibi; Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel
direnci de artan elektronik devre elemanlarıdır. PTC’lerin kullanım alanları; PTC’ler – 60 °C ile +150
°C arasındaki sıcaklıklarda kararlı bir şekilde çalışabilirler. 0.1 °C’ ye kadar duyarlılıkta olanları
vardır. Daha çok elektrik motorlarını fazla ısınmaya karşı korumak için tasarlanan devrelerde
kullanılırlar. Ayrıca ısı seviyesini belirli bir değer aralığında tutulması gereken tüm işlemlerde, tüm
devrelerde kullanılabilir. PTC’nin çalışma prensibi; PTC’yi uçlarından ohmmetreye ohmmetreye
bağladığımızda ilk olarak oda sıcaklığında PTC’nin üzerinde yazılı olan değeri okumamız gereklidir.
Daha sonra mum veya benzeri bir araç ile ısıttığınızda direnci yükselir ise PTC sağlamdır. Bunun
dışında bir durum gerçekleşiyor ise PTC arızalı demektir.
NTC (Sıcaklıkla direnci azalan termistör)
NTC’nin çalışma prensibi; Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel
direnci azalan devre elemanıdır. PTC’lerin tam tersidirler. NTC’lerin kullanım alanları; NTC’ler – 300
C° ile +50 C° arasındaki sıcaklıklarda kararlı bir şekilde çalışabilirler. 0.1 C°’ye kadar duyarlılıkta
olanları vardır. Daha çok elektronik termometrelerde, arabaların radyatörlerinde, amplifikatörlerin
çıkış güç katlarında, ısı denetimli havyalarda kullanılırlar. PTC’lere göre kullanım alanları daha
fazladır. NTC’nin sağlamlık testi; NTC’yi uçlarından ohmmetreye bağladığınızda ilk olarak oda
sıcaklığında NTC’nin üzerinde yazılı değeri okumamız gerekiyor. Daha sonra mum veya benzeri bir
araç ile ısıttığımızda direnci azalıyor ise NTC sağlam demektir. Bunun dışında bir durum
gerçekleşiyorsa NTC arızalıdır.
Entegre sıcaklık sensörü
Yarı iletken entegre devrelerin gelişmesi ile tümdevre sıcaklık sensörleri ortaya çıkmıştır. Germanyum
ve silisyum içerisine karıştırılan kristaller ile üretilen sıcaklık sensörleri kullanılmaktadır.
Germayum kristal malzemelerin dirençleri sıcaklık ile ters orantılıdır. Silisyum kristal malzemelerin
dirençleri ise sıcaklıkla doğru orantılıdır. Germanyum silisyum malzemelerin sıcaklık sensörü olarak
çalışma mantığı; normal germanyum silisyum PN birleşmeli diyotlarda oluşan nötr bölgenin sıcaklık
arttırılarak aşılması sonucu bu bölgeden akım geçmesinin sağlanmasıdır. Sıcaklık arttıkça bu bölgeden
geçen akım da artar.
Bu ilkeye göre çalışan yarı iletken sıcaklık sensörleri ( LMXXX ) ; sıcaklığa bağlı gerilim üreten ve
sıcaklığa bağlı akım üretenler olmak üzere iki tiptir. Sıcaklığa bağlı gerilim üreten sensörler LM135 LM235 - LM335 ( Kelvin ), LM35 - LM45 ( Celcius ), LM34 ( Fahrenheit ) gibi sensörlerdir. Bu
sensörler kırılma gerilimi sıcaklıkla orantılı olan bir zener diyot gibi çalışan monolitik sıcaklık
sensörleridir. Sıcaklığa bağlı akım üreten sensörler ise LM134 , LM234, LM334 sensörleridir. Bu
sensörlerin akım çıkışları sıcaklık ile orantılıdır. Bu sensörlerin hassaslıkları bir dış direnç kullanımı
ile ayarlanabilir. Hassasiyetleri 1 μA / °C ile 3 μA / °C arasında değişir.