SENSÖRLER VE TRANSDÜSERLER - ppt indir
YayınlayanEkin Saltik Değiştirilmiş 2 yıl önce
... konulu sunumlar: "SENSÖRLER VE TRANSDÜSERLER"— Sunum transkripti:
2 SENSÖR VE TRANSDÜSER KAVRAMLARI
Tüm bu fiziksel ortam değişikliklerini (ısı, ışık, basınç, ses, vb.) bizim yerimize algılayan cihazlara “sensör”, algıladığı bilgiyi elektrik enerjisine çeviren cihazlara transdüser denir. Sensörlerden alınan veriler elektrik sinyaline dönüştürüldükten sonra elektronik devreler tarafından yorumlanarak mekanik aletlere kumanda edilebilir. Çoğu zaman sensörler; elektronik devrelerden yapıldığı için sensör- transdüser kavramları eş anlamda kullanılır.
4 ALGILAYICILARIN SINIFLANDIRILMASI Endüstride en sık kullanılan Sensörler (algılayıcılar) için ölçülen büyüklükler ve çıkış büyüklükleri ve Besleme kaynaklarına göre üçe ayrılır. 1-Giriş (Ölçülen) büyüklüğe göre, 2-Çıkış büyüklüğüne göre, 3-Besleme ihtiyacına göre vb… 1-Ölçülen (Giriş) Büyüklükler: ivme Açı Hava Hızı Fark Attitute(Yükseklik) Kızıl ötesi Hareket (Öteleme) Yoğunluk SıcokliK Uzunluk Kuvvet Kütle Isı Parlaklık Nem Elektromanyetik Ani sarantı(Titreşim) Fotovoltik Işık Piezoelektrik Sıvı seiyesi Basınç Mutlak değer Ses Termoelektri Gerilme Tork(Moment) Akış Nükleer Radyasyon
5 Mekanik sinyal Pnömatik sinyal Elektronik sinyal dc Gerilim ac Gerilim
Endüstride en sık kullanılan Sensörler (algılayıcılar) için ölçülen büyüklükler ve çıkış büyüklükleri ve Besleme kaynaklarına göre üçe ayrılır. 2-Çıkış Büyüklükleri: Mekanik sinyal Pnömatik sinyal Elektronik sinyal dc Gerilim ac Gerilim 4/20 mA Akım 1/0 Dijital Frekans
6 Endüstride en sık kullanılan Sensörler (algılayıcılar) için ölçülen büyüklükler ve çıkış büyüklükleri ve Besleme kaynaklarına göre üçe ayrılır. 2-Çıkış Büyüklükleri: Gerilim çıkışı : 0-5V ( 1/5V veya 0.1/0.5V ) aralığında oldukça yaygın kullanılmaktadır. Akım çıkışı : 4/20 mA endüstride standart haline gelmiştir. Bazı durumlarda 0-20mA akım çevrimi kullanılmaktadır Ancak endüstride çoğu zaman hatlarda meydana gelen bozulma kopma gibi durumlarda sistemin bu durumu kolay algılaması ve veri iletişiminin sağlıklı yapılabilmesi için 4/20 mA daha yaygın kullanılır.
7 c. Frekans ve Dijital Çıkışları :
Endüstride en sık kullanılan Sensörler (algılayıcılar) için ölçülen büyüklükler ve çıkış büyüklükleri ve Besleme kaynaklarına göre üçe ayrılır. 2-Çıkış Büyüklükleri: c. Frekans ve Dijital Çıkışları : RS232C: Bu protokol başlangıçta telefon veri iletişimi için tasarlanmıştır. Daha sonra birçok bilgisayar sistemlerinde sıkça kullanmaya başlamış ve sonuçta RS232 standart bir iletişim protokolü haline gelmiştir. RS232C'nin (1/0);Sisteminde ( 1 =-15,-3V) arasında ve lojik (0 = +3.,+15V) arasındadır. Algılayıcılar verileri bitler halinde ve seri iletişim protokoluna uygun olarak bilgisayara gönderir. RS232C bir single ended arayüze olduğundan alıcı ve gönderici arasındaki uzaklık dış çevreden gelen olumsuz faktörlerin azaltılması açısından kısa tutulmalıdır.
8 Endüstride en sık kullanılan Sensörler (algılayıcılar) için ölçülen büyüklükler ve çıkış büyüklükleri ve Besleme kaynaklarına göre üçe ayrılır. 2-Çıkış Büyüklükleri: RS422A : Bu protokol Differantial ended bir ara yüze sahiptir. Alıcı verici arasındaki uzaklık yeterince en uzak seviyededir. Hatlarda bu mesafe sebebiyle olabilecek zayıflama 200mV seviyesine kadar azalsa da sistem iletişime devam eder. Diferansiyel ara birim sayesinde sinyaldeki zayıflama ihmal edilebilir düzeye çekilir ve oldukça yüksek bir veri; hızıyla haberleşme sağlanabilir. Algılayıcı ve bilgisayar arasındaki iletişimde Twisted Pair (Bükülmüş kablo) kullanıldığından dış etkilerden etkileşim azdır.
9 Endüstride en sık kullanılan Sensörler (algılayıcılar) için ölçülen büyüklükler ve çıkış büyüklükleri ve Besleme kaynaklarına göre üçe ayrılır. 2-Çıkış Büyüklükleri: RS485 : Standart 422A protokolü genişletilerek oluşturulmuş bir protokoldür. Bu protokol ile birlikte çalışabilen 32 adet alıcı vericinin tek bir kabloyla veri iletişimi sağlanabilir. RS485 protokolü kablodaki iletişim problemlerini ortadan kaldırmaktadır. Çıkış Ara Birim Tipi Maksimum Kablo Uzunluğu Maksimum Veri hızı; iletişim Tipi RS232C Single Ended Voltage 15 mt 20Kbps Noktadan noktaya (Point to point). RS422A Differantial Voltage 1,2 Km 10Mbps (Point to point) RS485A Differantial Voltage 1,2 Km 10Mbps Multi Drop (32 Node)
10 Algılayıcılar besleme ihtiyacına göre 2 sınıfa ayrılabilir. Bunlar;
Endüstride en sık kullanılan Sensörler (algılayıcılar) için ölçülen büyüklükler ve çıkış büyüklükleri ve Besleme kaynaklarına göre üçe ayrılır. 3-Besleme ihtiyacına göre : Algılayıcılar besleme ihtiyacına göre 2 sınıfa ayrılabilir. Bunlar; a- Aktif Algılayıcılar Hiçbir şekilde dışarıdan harici enerji almadan (besleme gerilimine ihtiyaç duymadan) fiziksel ya da kimyasal değerleri bir başka büyüklüğe çevirirler. Bu algılayıcı tipine örnek olarak Termocouple (T/C) ya da anahtar gösterilebilir. Anahtar bilindiği gibi mekanik bir hareketi elektriksel bir kontağa dönüştürmektedir. Aktif algılayıcılarda dikkat edilmesi gereken nokta giriş ve çıkışlardır. Bu tip algılayıcılar dijital ya da analog formatta elektriksel çıkış sinyali üretirler. Analog çıkışlılarda, çıkış büyüklüğü gerilim ya da akımdır.
11 b-Pasif Algılayıcılar
Endüstride en sık kullanılan Sensörler (algılayıcılar) için ölçülen büyüklükler ve çıkış büyüklükleri ve Besleme kaynaklarına göre üçe ayrılır. 3-Besleme ihtiyacına göre : b-Pasif Algılayıcılar Çalışmaları için harici bir enerji beslenmesine ihtiyaç duyarlar. Bu algılayıcılar tipik olarak zayıf sinyalleri ölçmek için kullanılırlar.
12 Algılayıcıya giden kablolar iki ile sınırlanmalıdır.
Endüstride en sık kullanılan Sensörler (algılayıcılar) için ölçülen büyüklükler ve çıkış büyüklükleri ve Besleme kaynaklarına göre üçe ayrılır. 3-Besleme ihtiyacına göre : Algılayıcıların yerleştirildiği noktalarda elektrik besleme geriliminin olmaması gereklidir. Algılayıcıya giden kablolar iki ile sınırlanmalıdır. Akım çevrim sinyali göreceli olarak gürültü geriliminin ani sıçramalarına karşı; Korunmalıdır. Ancak bunu uzun mesafe veri aktarımında yapamaz. Algılayıcılar, ölçüm sisteminden elektriksel olarak izole edilmelidir. Bunun için özel koaksiyonel kablolar veya fiber optik kablolar ile bu elektronik sinyaller taşınmalıdır.
13 Sensörlerin Avantajları: 1. Güvenlik: Metalik olmayan yapısı 2
Sensörlerin Avantajları: 1. Güvenlik: Metalik olmayan yapısı 2. Küçük Kablo Boyutu Ve Ağırlığı: 3. Elektromanyetik Girişimden Etkilenmez: Elektrik enerji kabloları ile diğer yüksek elektrik alanları ( trafo yanı gibi) içinde beraber döşenebilir. 4. Pasif Radyo Frekansı: RF yayılımları olmaz, RF kapsamı içinde kalır. 5. Düşük Termal Ve Atalet Kütlesi: Bir uzunluk boyunca toplam ölçüm, sıcaklık sezişme ve hızlı tepkime için (1μsn den daha az ) kullanışlıdır. Örneğin, ivme metreye uygulanabilir, fakat termal etkilerden etkilenebilir.
14 Sensörlerin Dezavantajları: 1
Sensörlerin Dezavantajları: 1. Kolay Kırılma:Sağlamlıktan emin olmak için sıcaklıkla paketlemede çok dikkatli olunması gerekir. 2. Optik Elemanların Küçük Skalası: Optik fiberlerin küçük boyutları,montaj ve saha onarımları boyunca özel teknikler, kullanımlar isteyen hizalama,cihaz işletme problemlerine sebep olabilir. 3.Çoklu Çevre Parametrelerine Hassasiyet: Isıl ve akustik /titreşimli girişimler yüksek hassasiyetli cihazlarda bir problem olabilir. Özel paketleme ve sinyal işleme gerekli olabilir. 4. Sınırlı Optik Band Genişliği: Spektroskobik uygulamalar,kızıl ötesi transmisyon fiberlerinin mevcudiyeti ile sınıflandırılır. (dalga boyu =3μm) Kızıl ötesi fiberler için özel kaplama kullanılmaktadır. 5. Maliyet: Özel fiyatlıdırlar. Çoğu mevcut fiber elemanı ve tekniği haberleşme gereklerinden türer. Bu yüzden bütün sensörler için en uygun değildir.
15 TERMAL SENSÖRLER
16 SICAKLIK VE ISI SENSÖRLERİ VE TRANSDÜSERLERİ
Ortamdaki ısı değişimini algılamamıza yarayan cihazlara ısı veya sıcaklık sensörleri diyoruz. Birçok maddenin elektriksel direnci sıcaklıkla değişmektedir. Sıcaklığa karşı hassas olan maddeler kullanılarak sıcaklık kontrolü ve sıcaklık ölçümü yapılır. Sıcaklık en sık ölçülen çevresel bir büyüklüktür. Çünkü fiziksel, elektronik, kimyasal, mekanik ve biyolojik tüm sistemler sıcaklıktan etkilenir. Bu nedenle kontrol sistemlerinde sıcaklığın ölçülmesi ve belli değerlerde tutulması önemlidir.
17 SICAKLIK VE ISI SENSÖRLERİ VE TRANSDÜSERLERİ
Sıcaklık: Isı enerjisi ile orantılı bir büyüklüktür,Termometre ile ölçülür birimleri ;Santigrat,Fahrenhayt ve Kelvin dir. Bilinen en düşük sıcaklık ,maddenin molekül(Elektron,proton,Atom ) hareketinin durduğu herhangi bir ısı enerjisinin akışı olmadığı ‘Mutlak Sıcaklık’ Noktası olarak ifade edilen sıfır Kelvin (0 K) derecesidir. 0 K= -273,15 C dir. ISI : Termik enerji olarakta ifade edilen bir enerji çeşididir Birimi kalori veya Joul’dür. Sıcaklık ısı enerjisinin etkisiyle ortaya çıkar , fakat, iki ortam arasında bir sıcalık farkı varsa, bir ısı enerjisinin akışı söz konusu olabilir. Aksi taktirde, Faklı iki ortam arasında sıcaklık aynı ise ısı akışı sıfırdır. Sıcaklık elektrikteki Potansiyel fark(Gerilim) , Isı ; Elektrikteki Akım gibi düşünülebilir.
18 Sıcaklık Birimleri arasındaki Geçiş Denklemleri:
C/100=(F-32)/180 =(K-273)/100 Suyun Donma Noktası : 0 C=+32 F =+273 K Suyun Kaynaması: 100 C = 212 F = 373 K
19 1-Mekanik 2-Pnömatik 3-Elektrik
SICAKLIK VE ISI SENSÖRLERİ VE TRANSDÜSERLERİ 1-Mekanik 2-Pnömatik 3-Elektrik Enerjisi ile çalışan sıcaklık sensörleri vardır.
20 SICAKLIK İLE İLGİLİ SENSÖRLER. 1
SICAKLIK İLE İLGİLİ SENSÖRLER 1.Bimetal Termometreler Kullanarak Sıcaklık Ölçmek İlk çift metalli sıcaktan etkilenmiş olan termostat, 1726'da saatin çeşitli sıcaklık şartlarında çalışması sırasında hassasiyetini korumak için kullanılmıştır. Termostat kelimesiyse 1830'da, bimetal şeridin sıcaklıkta farklı uzamadan dolayı bükülüp ısıtma ve soğutma sistemlerini kontrol etmesinde ortaya atılmıştır. Değişik termostat türleri ortaya çıkmasına rağmen, geliştirilmiş bimetal şeritli termostatlar günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır.
21 Şekil 1.2’de görüldüğü gibi, iki farklı genleşme kat sayısına sahip bimetal malzeme sıcaklık etkisi altında genleşmek isteyecektir. Bu metal malzemeler birbirleri ile birleştirildiğinden (perçin, kaynak vs.) ve farklı genleşme kat sayılarına sahip olduklarından,yüksek genleşme özelliğine sahip olan diğerinin üzerine doğru eğim yaparak genleşecektir. Şekil 1.2: Bimetal malzeme
22 1.2.1 Çift Metalli Termometreler
Genleşmedeki yer değişim, açısal bir yer değişimdir. bimetal malzemelerin farklı yapılarda tasarlanması ile bu yer değişim doğrusal da olabilir. Bu yer değiştirmeler bir sistem kontrolünü sağlayabileceği gibi ölçüm amaçlı da kullanılabilir. Elektrikli ısıtıcı türlerinin bir çoğunda güvenli bir şekilde kullanılır. Bunlardan bazıları buzdolabı, elektrikli semaver, elektrikli su ısıtıcısı …vb. yerlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Şekil 1.3’te görüldüğü gibi iki bimetal malzeme, demir-nikel alaşımı ve pirinç birbirlerine yapıştırılmış ve bir ısıtıcı devresini kontrol etmektedir.
23 Sıcaklık etkisinde prinç malzeme daha fazla genleşerek demir-nikel alaşımı üzerine doğru açısal bir hareket sağlayacaktır. Bir ucu sabitlendiği için bu sabit uç, açısal hareketin merkezi olacaktır. Bu genleşmenin etkisi ile kontaklar birbirinden ayrılacak ve sitemin elektriği kesilecektir. Şekil 1.3: Termostat kontrol ve tipik ev ütüsü
24 1.2.2 Helisel çift metalli termometreler
Şekil 1.4’te görüldüğü gibi bimetal malzeme helezon şeklinde hazırlanmış sıcaklığın etkisi ile büzülmekte, helezonun uç kısmında bağlı olan bir ibrede bu büzülmenin meydana getirdiği açısal hareketle göstergede bir ölçü değeri okunmaktadır. Göstergedeki bu ibre değişimi ve ibrenin göstermiş olduğu sıcaklık gösterge çizelgesi değeri, bimetal helezonun açısal hareketi ve bu açısal hareketi sağlayan sıcaklık değeri ile doğrudan ilişkilidir. Skala bu sıcaklık değişimine göre kalibre edilmiştir. Şekil 0.4: Helisel bimetal malzeme ile sıcaklık ölçümü
25 1.2.3 Çubuk Termostatlar Diğer bir tür genleşme kat sayısı, düşük bir çubukla genleşme kat sayısı yüksek bir tüpün birer uçlarının birleştirilmesinden meydana gelir. Tüpteki kısalma çubuğun serbest ucunun hareket edip bir vanayı veya bir elektrik düğmesini kapatmasını sağlar. Değişik bir türse, kolay buharlaşan bir sıvının sıcaklığa bağlı olarak değişik basınç meydana getirmesiyle çalışır. Buzdolaplarındaki termostat bu tiptendir. Şekil 1.5: Çeşitli çubuk termometre (termostat) resimleri
26 (PTC ve NTC- Entegre devreler
2. SICAKLIKLA DİRENÇİ DEĞİŞEN YARI İLETKEN MALZEMELER (PTC ve NTC- Entegre devreler (Dirençleri Sıcaklıkla Değişir) Sıcaklık ile direnci değişen elektronik malzemelere; term (sıcaklık), rezistör (direnç), kelimelerinin birleşimi olan termistör denir. Termistörler genellikle yarı iletken malzemelerden imal edilmektedir. Termistör yapımında çoğunlukla oksitlenmiş manganez, nikel, bakır veya kobaltın karışımı kullanılır. Termistörler ikiye ayrılır sıcaklıkla direnci artan termistöre PTC, sıcaklıkla direnci azalan elemana da NTC denir.
27 2.1. PTC(Positive Temperature Coefficient)
a. Çalışma Prensibi: Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci artan devre elemanıdır. b. Kullanım Alanları: PTC’ler - 60 ºC ile +150 ºC arasındaki sıcaklıklar da kararlı bir şekilde çalışır. 0.1 ºC’ ye kadar duyarlılıkta olanları vardır. Daha çok elektrik motorlarını fazla ısınmaya karşı korumak için tasarlanan devrelerde kullanılır. Ayrıca ısı seviyesini belirli bir değer aralığında tutulması gereken tüm işlemlerde kullanılabilir.
28 2.2. NTC a. Çalışma Prensibi: Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci azalan devre elemanıdır. b. Kullanım Alanları: NTC’ler - 30 Cº ile +50 Cº arasındaki sıcaklıklar da kararlı bir şekilde çalışırlar. 0.1 Cº’ye kadar duyarlılıkta olanları vardır. Daha çok elektronik termometrelerde, arabaların radyatörlerin de, amplifikatörlerin çıkış güç katlarında, ısı denetimli havyalarda kullanılırlar. PTC’lere göre kullanım alanları daha fazladır.
31 2. 3. YARI İLETKEN VE ENTEGRE SICAKLIK SENSÖRLERİ Silisyum Diyot
2.3. YARI İLETKEN VE ENTEGRE SICAKLIK SENSÖRLERİ Silisyum Diyot Günümüzde yarı iletken sıcaklık sensörlerinin kullanımı oldukça artmıştır. Bu sensörler genellikle entegre yapılar şeklindedir. Bunu anlamak için temel yapı silisyum diyottur. Isı, enerji olarak valans elektronların iletim bandına geçmesine yardımcı olur.Böylece eşik gerilimi azalır iletim akımı artar. Silisyum diyotlar için genel olarak 0 C başına-2mV’luk bir değişim söz konusudur. Silisyum diyotlar -40C ile +100C arasında sıcaklık ölçümünde kullanılabilir. Endüstriyel amaçlı pek kullanılmaz. Çünkü bozulmaya karşı emniyetli değildir. Belirtilen sıcaklık aralığının dışında sıcaklığa maruz kalırsa bozulur.
32 2. 4. Sıcaklık Duyarlı Entegreler
2.4. Sıcaklık Duyarlı Entegreler Eğer çok geniş bir aralıktaki sıcaklığı ölçmek istiyorsanız ve termometreniz ile geniş ölçekli veya hızlı tepki almanız gerekiyorsa yarı iletken üreticileri imdadınıza yetişir. Basit bir kural olan zener diyodunun kırılma voltajının mutlak sıcaklığa oldukça geniş bir aralıkta orantılı olması gereğine dayanarak pek çok sayıda entegre devre üretilmiştir. Şekil 2.1: LM 35 ve LM335 serisi sıcaklık algılayıcıları
33 Şekil 2.2: Direnç termometresi
34 3.1 Direnç Termometreleri (RTD)
3. DİRENÇ TERMOMETRESİ (RTD-Direnci Sıcaklıkla Değişen) İLE SICAKLIK ÖLÇMEK Direnç termometreler -200°C’den +850°C’ye kadar çok çeşitli süreçlerde yaygın olarak kullanılır. Özellikle düşük sıcaklıklarda termokupullara nazaran çok daha doğru değerler verdikleri için tercih edilir. 500°C’ye kadar standart, 500°C-850°C arasında özel tipler kullanılır. Direnç termometrelerin kullanıldığı yerler; Tanklar, borular ve makine gövdeleri, gaz ve sıvı ortamlar (Örneğin hava, buhar, gaz, su, yağ gibi),alçak ve yüksek basınç uygulamaları, yüzey ölçümleridir. 3.1 Direnç Termometreleri (RTD) Direnç termometreler endüstride, laboratuvarlarda çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Direnç termometreleri, iletken bir telin direnç değerinin sıcaklıkla değişmesinden istifade edilerek oluşturulan bir sıcaklık algılayıcısıdır.
35 ELEKTRİK DİRENÇ TERMOMETRELERİ (RDT)
. Direnç termometre elemanı, platin veya nikel telden sarılan direncin cam, mika veya seramik içine gömülmesi ile oluşur. Platin RTD’ler -250°C’den 900°C’ye kadar kullanılabilmektedir.Sıcaklık artınca Dirençleride artmaktadır. Direnç termometreleri yavaş değişen sıcaklık ölçümlerinde kullanıldıklarında en iyi sonuçlar verirler. Bu termometrelerde en çok kullanılan malzeme ve sıcaklık aralıkları Tablo 2. de verilmiştir.
36 3.1.2 Nikel RTD Nikel telden yapılmış olan RTD’ler -60°C ile +150°C arasındaki sıcaklıklarda kullanılır. Kullanım alanları genellikle iklimlendirme cihazlarıdır. Şekil 3.1.2: Nikel RTD
37 RX=(R2/R1)*R3 Vab= Vac olduğundan I1. R1 = I2. R3 Weston Köprüsü
Vbd = Vcd olduğundan I1. R2 = I2. Rx olacaktır. Bu iki bağıntı oranlanırsa bulunur. RTD’lerin dirençlerindeki değişim değeri ile sıcaklık tayin edildiği için RTD’ler yukarıda görülen köprü devreleri yardımıyla kullanılır. Weston Köprüsü Şekil 3.2’de gösterilen Weston köprüsü devresi, bilinmeyen dirençlerin ölçülmesinde kullanılır. Rl, R2 ve R3 dirençleri daha önceden bilinen ve ayarlanmış olan dirençlerdir. Rx bilinmeyen dirençtir. Köprü kullanılırken Kl ve K2 anahtarları kapatılır ve R3 direnci, (G)galvanometresi hiç sapma göstermeyinceye kadar ayarlanır. Bu anda Vab=Vac ve Vbd=Vcd olacaktır. Galvanometreden hiç akım geçmediğine göre (geçen akım sıfır), R1 'den geçen akım şiddeti, R2'den geçen akım şiddetiyle aynıdır (I1)ve R3'den geçen akım şiddeti de Rx'den geçen akım şiddetiyle aynıdır (I2). Şekil 3.2: Weston Köprüsü RX=(R2/R1)*R3
38 3. 3 Köprü Bağlantıları ve Yükselteçleri. Şekil 3
3.3 Köprü Bağlantıları ve Yükselteçleri Şekil 3.3’de görüldüğü gibi RTD’ler köprü bağlantıları ile direnç değişimleri gerilim değişimlerine dönüştürülerek kullanılır. Bu türden bağlantıdaki temel amaç doğrusallıktan sapmayı düzeltmektir. Günümüzde RTD transmiterleri genellikle mikrodenetleyici ile yapılmaktadır. Köprü devresinden elde edilen gerilim mikrodenetleyici ile işlenir ve 1/5 Volt veya 4/20 Ma standart sinyallere dönüştürülür. Şekil 3.3: Köprü bağlantıları
39 ELEKTRİKSEL DİRENÇ , SICAKLIK SENSÖRLERİ ,TRANSDÜSER VE TRANSMİTERLERİ (RDT)
40 4. TERMOKUPL ELAMANLARLA SICAKLIK ÖLÇMEK
Elektriksel sıcaklık ölçme yöntemlerinden en çok kullanılanıdır. Isıl ciftin çalışma prensibi SEEBECK etkisi olarak bilinen termoelektriksel olaya dayanır. Seebeck’e göre farklı malzemelerden yapılmış iki iletken veya yarı iletkenin uçları birleştirilir, kaynak yapılıp ; elde edilen uçlara bir ısı enerjisi verilirse, uçlar arasında bir termik gerilim (elektromotor kuvvet,emk) meydana gelir. Bunun nedeni sıcak kaynaktan soğuk kaynağa doğru hareket eden elektronların doğurduğu elektromotor kuvvettir. Elektron akışına zıt yönde oluşan bu EMK kuvvetine “seebeck elektromotor kuvveti”, olaya “Seebeck Termoelektriksel Olayı” ve bu şekilde oluşturulmuş devreye de “Isıl Çift (Termoeleman,Termocouple) Devresi” denir. Voltaj sıcaklığın ve metal tiplerine bağlıdır. Düşük Sıcaklık farklarında, değişim lineer, büyük sıcaklık farklarında değişim lineer değildir.
41 TERMOLEMANLAR (THERMOCOUPLE, ISIL ÇİFTLER)
42 Seebeck Etkis 1821’de Seebeck, kapalı bir devre iki aynı metalden oluştuğunda ve metallerin farklı sıcaklıklarda iken devreden elektrik akımının aktığını keşfetmiştir. Tel uçlarının şekil 4.2’deki gibi bükülerek veya kaynak yapılarak meydana getirildiğini kabul edelim; bu tellerin birisi bakır, diğeri demir olsun. Bir ucu, oda sıcaklığında tutulurken diğeri daha yüksek bir sıcaklıkta ısıtılırsa sıcak uçta bakırdan demire, soğuk uçta ise demirden bakıra bir akım üretilir. Şekil 4.2: Basit termokupl Şekil 4.3: Seebeck Etkisi
43 Peltier Etkisi 1834’de Peltier, kaynak edilen iki metal boyunca, bir akım geçirildiğinde bir ısı açığa çıktığını , eğer akımın yönü değişirse ısının tersindiğini keşfetmiştir. Demir-bakır akımı boyunca, bakırdan demire akarken ısı yutulur; yani ortam soğutulur. Demirden bakıra doğru akım akarken, ısı açığa çıkar; yani ortam ısıtılır. Bu ısıtma tesiri I2*R ile orantılı olan joule ısıtma etkisi ile karıştırılmamalıdır. Joule ısıtma etkisi akımının boyutuna ve iletkenin direncine bağlıdır ve akımın yönü değiştiğinde soğutma tesiri değişmez. Açığa çıkan veya yutulan ısının miktarı geçen elektrik miktarı ile orantılıdır ve birim zamanda birim akım geçerken yutulan veya açığa çıkan miktara Peltier kat sayısı denir. Şekil 4.4: Peltier soğutucusu Şekil 4.5: Peltier Etkisi
44 Şekil 4.4: Peltier soğutucusu
Şekil 4.5: Peltier Etkisi Hassas kontrol altında soğutulan küçük bir bileşen istendiğinde, ölçümde Peltier soğutması kullanılır. Şekil 4.4’te böyle bir soğutucunun yapısı şematik olarak gösterilmektedir. Peltier soğutucularındaki iletkenler, metal veya yarı iletken olabilir; yarı iletken olanlara frigistorler denir. Günümüzde birçok uygulamada sıkça kullanılırlar. Bunların başında buzdolapları ve soğutuculardır.
45 TERMOLEMANLAR (THERMOCOUPLE, ISIL ÇİFTLER)
Termokupl çalışma prensibi; farklı iki iletkenin (Örnek:Bakır(Cu) ile Konstantan(C) ) birer uçlar birbirine kaynak edilip ısıtıldıklarında, içlerinde bulunan elektronlarda bir hareketlenme meydana gelir. Ancak bu hareketlenme farklı iletkenler arasında farklılık gösterir. Hızlı hareket eden elektron diğer İletkene geçerken,iletkenlerin uçlarında bir potansiyel fark oluşur, bu potansiyel fark gerilimden faydalanarak ,sıcaklık ölçülür. Hassas bir voltmetre ile sıcaklıkla orantılı olarak , mV’lar mertebesinde bir DC gerilimi elde edilir. Ölçülen gerilim için kalibrasyon yapılarak sıcaklığa dönüştürülür. Kompenzasyon: Voltmetrenin J2 noktasındaki klemensin bakır uçuna bağlanan konstantan iletkeni , ısınmasından ters yönden bir gerilim oluşacaktır, bunun etkisini yok etmek için J2 noktasına buz banyosu uyguluyarak 0 C sıcaklık noktası oluşturulur dolayısıyla sıfır sıcaklıkta J2 noktasındaki V2 gerilimi sıfır yapılarak kalibre edilir. J3 noktasında iletken cinsileri aynı olduğundan gerilim oluşmaz .
46 TERMOLEMANLAR (THERMOCOUPLE, ISIL ÇİFTLER)
49 5. IŞINIM METODU İLE SICAKLIK ÖLÇME(PİROMETRE) Işınım (Radyasyon) Bir cisim ısıtıldığında elektromanyetik enerji yayar. Düşük sıcaklıklarda bu enerji yayımı (radyasyonu) hissedilebilir. Sıcaklık yükseldikçe cisim gözle görülebilir (ışık şeklinde), kızıl ısıdan sarıya ve ondan da beyaz ısıya geçen bir ışınım yayar. Bu ışınım sezgi yoluyla sıcaklığın ölçümünde kullanılabilir. Kalitatif olarak sarı renkte ışıldayan bir cismin mat kırmızı renkte ışıldayan cisimden daha sıcak olduğu söylenebilir. İşte pirometre,sıcaklığı ölçmek için bu ışınımdan yararlanır. Pirometre, hareket halinde bulunan bir cismin sıcaklığının ölçülmesi veya klasik bir sensörü tahrip edebilecek bir ortamın mevcudiyeti halinde, gerekli bir yöntem olan sıcaklığın temas etmeksizin ölçülmesine olanak vermektedir.
50 Her sıcaklıktaki ,elektromanyetik Frekans farklıdır ,bu frekansı ölçmekle sıcaklık belirlenir.
51 Pirometrenin Çalışma Prensipleri
ISIL IŞINIM İLE SICAKLIK ÖLÇÜMÜ (PİROMETRE) Termo-eleman(PTC,NTC.Termokupl ,RTD) yardımıyla sıcaklık ölçmek Pirometrenin Çalışma Prensipleri Şekil 5.1: Genel Termo-eleman pirometre yapısı Pirometre şekil 5.1’de görüldüğü gibi çok basit bir alet olup burada sıcaklığı ölçülmek istenen cismin yaydığı ışınım (radyasyon) mercekler tarafından termo elemanın üzerine düşürülür. Odaklanan sıcaklık yükselmiş olur. Cismin sıcaklığı algılayıcıdan elde edilerek klasik yöntemlerle elektriksel sinyallere dönüştürülür. Bu aletlerde kullanılan termoelemanlar seri bağlanmış onlarca termokupl ve RTD olabilir.
52 5.3 Optik Pirometre Bu tip pirometrelerde termo eleman algılayıcı kullanılmaz. Kullanıcının göz kararı ile 6000C’den 30000C’ye sıcaklık aralığında basitçe kullanılır. Şekilden de anlaşılacağı gibi kullanıcı gözü ile dürbünden bakar ve flaman akımını ayarlar Flaman rengi, sıcaklığı ölçülecek cisimle aynı olduğunda görünmez olur, bu anda da ölçekten okunan değer, cismin sıcaklığını verir. Şekil 5.5: Optik pirometrenin şematik gösterimi
55 5. 4 Fotoelektrik Termometreler
5.4 Fotoelektrik Termometreler Bu tip pirometrelerde optik pirometrelerden farklı olarak sıcak cismin yaydığı ışınımı algılamak için fotodiyot veya fototransistör gibi elemanlar kullanılır. Şekil 5.6’da bu düzenek görülmektedir. Dalga boyu kısa olan uygulamalarda uygun sonuçlar alınır. Şekil 5.6: Fotoelektrik ışınım termometresinin gösterimi Şekil 5.7: Çeşitli pirometre uygulamalarının resimleri
56 ISIL IŞINIM İLE SICAKLIK ÖLÇÜMÜ (PİROMETRE)
57 KIZIL ÖTESİ IŞIN KAMERALARI (Infrared Termografi)
Görüntüleme yöntemi olarak gözle görülmeyen infrared ışın enerjisini (ısıyı) esas alan ve görüntünün genel yapısını infrared ışın enerjisine göre oluşmuş renkler ve şekillerin belirlendiği görüntüleme sistemidir. Genelde güvenlik amaçlı da kullanılabilir ama çok çeşitli sektörlerin de kullanımına açıktır. Özellikle ısıya güdümlü füze, gece görüş sistemleri ve benzeri askeri tekniklerin gelişmesi ile önemi artmıştır. Elektrik sektöründe ise, elektriksel problemlerin tespitinde kullanılır. Enerji sektöründe tesisat ve binalarda sıcaklık analizi için kullanılır. Mimari alanda ise çelik yapılarda metal yorgunluğunun tespiti için, sıva altında oluşan küf nem veya çatlakların tespiti içinde kullanılır. IR(kızıl ötesi) algılayıcılarıyla cisimlerin ısılarını algılarlar. Siyah beyaz veya renkli (kırmızı sıcak, siyah soğuk) gibi renklerden siyah - kırmızı arasında oluşan bir görüntü verir. Kızıl ötesi sıcaklık ölçen cihazlar, birisi ısıl ışınımı tarayan bir kamera, diğeri ısıl görüntüyü gösteren ekran kısmından oluşur.
58 KIZIL ÖTESİ IŞIN KAMERALARI (Infrared Termografi)
59 KIZIL ÖTESİ IŞIN KAMERALARI (Infrared Termografi)
60 KIZIL ÖTESİ IŞIN KAMERALARI (Infrared Termografi)
Termal Kamera ile Binalarda Sıcaklık Analizi Yaptırılarak Isı Kayıp Bölgeleri Tespit Edilir.
61 KIZIL ÖTESİ IŞIN KAMERALARI (Infrared Termografi)
Bir insan tarafından tutulan yılanın termografik resmi
63 SIVI KRİSTAL SICAKLIK ÖLÇERLER
Endüstride kullanılan birçok ticari yağlar ve hayvan vücudundaki protein ve yağlar sıvı kristal durumundadır. Sıvı kristallerin renkleri, kırmızıdan mora kadar değişmektedir. Sıcaklıkla Renk değişimi tersinir bir işlemdir. Sıvı kristaller kullanılarak, sıcaklık ölçülmesi ve görüntü elde edilmesinde kullanılmaktadır. Sıvı kristal sıcaklığı ölçülecek cisim üzerine sürülerek gözlenmesi ve fotoğrafı alınabilir. Teknikte sıvı kiristal cisim üzerine sürülür ve cisim üzerindeki sıcaklık dağılımı görünür hale gelir. Dış etkilerden korumak için sıvı kristalin üzeri polivinil alkol ile kaplanır. Sıvı kristalli ikinci tip sıcaklık ölçerlerde cisimlerden yayılan kızıl ötesi ışınlar, sıvı kristal ile temasta olan ve kızıl ötesi ışınları absorbe eden bir levha üzerine düşürülür. Sıvı kristal kısmının gözlenmesi ile sıcaklık bölgeleri rahatça izlenebilir.
64 SIVI KRİSTAL SICAKLIK ÖLÇERLER
"SENSÖRLER VE TRANSDÜSERLER" indir ppt