Termokupl ve Isı Kontrol Devreleri
09 Mayis 2014 23:12 11017 kez okundu 5 kez indirildi

Termokupl ve Isı Kontrol Devreleri

Termokupllu Isı Kontrol Düzenekleri
Termokupllar (Thermocouple, Isıl Çift)

Yüksek sıcaklığa sahip bir ortamın (fırın, ocak, kazan vb.) sıcaklık değerini klâsik termometrelerle belirleyemeyiz. Bu gibi durumlarda kullanabileceğimiz iki eleman, termokupl temelli ölçme devresi ve direnç temelli (termorezistans) ölçme devresidir. Termokupl temelli ölçme sisteminde ısıyı gerilime çeviren bir yapı vardır. Direnç temelli ölçme sisteminde ise ısıya göre direnci değişen elemanlar mevcuttur. Direnç temelli ölçme sistemi daha çok düşük sıcaklıkların (-200 ile +850 ºC) ölçülmesinde kullanılmaktadır.

termmokupl

Termokuplun yapısı

Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi bir uçları birbirine bağlanmış iki farklı metalin (demir ve konstantan gibi) birleşim yüzeyleri ısıtılarak elektrik akımı elde etmede kullanılan cihazlara termokupl denir. Termokupllar -200ºC ile +2000ºC arasındaki sıcaklık ölçümlerinde kullanılan güvenilir ve ekonomik endüstriyel algılayıcılardır. Termokuplda oluşan elektrik akımı, birleşim noktasının sıcaklığına bağlı olup, metallerin farklı elektriksel ve termik özelliklerinden ileri gelir. Başka bir deyişle, yüksek sıcaklık olan bölümdeki elektronlar yüksek termik enerji içermekte ve bu elektronlar soğuk bölgeye doğru hareket etmektedir. Bu işlem sonucunda ise çıkış uçlarında mikrovolt ile milivolt düzeyinde bir gerilim doğmaktadır.

termokupl

Termokuplların ölçüm yapan kısmı açık (çıplak) olarak fırın içine konmaz. Çünkü, oksidasyon (küflenme) ve diğer dış etkenler elemanı çabuk bozar. Bu nedenle ısıyı algılayan kısım, şekil 1'de görüldüğü gibi içine oksidasyonu önleyici gaz doldurulmuş koruyucu boru (kılıf) içine yerleştirilir. Termokuplun ısıya maruz kalan kısmını koruyan silindirik yapılı tüp 1200 ºC a kadar metalden, 1200 ºC un üzerindeki sıcaklığın söz konusu olduğu yerlerde ise seramik malzemeden üretilir. Koruyucu tüplerin bağlandığı alüminyum dökümden üretilmiş kafa kısmında termokupl telleriyle kompanzasyon (dengeleme) kablosunun bağlantılarının yapıldığı terminaller bulunur.

Termokuplda üretilen gerilimin, ölçümü yapan cihaza kadar ulaştırılmasında şekil 2'de görüldüğü gibi özel yapılı kablolar kullanılır. Kullanılan kabloların yalıtkan tabakası ısıya dayanıklı silikon-kauçuk, cam elyafı-asbest vb. gibi malzemelerden üretilir.Termokupl seçimi rastgele değil, ölçülecek olan sıcaklığın değeri gözönüne alınarak yapılır. şöyle ki; plastik üretim endüstrisinde sıcaklık 0 ilâ 400 ºC arasında, demir çelik sanayiindeki sıcaklık ise 0 ilâ 1800 ºC arasındadır. Bu sıcaklık farklılığı nedeniyle seçilecek termokupl da ayrı tipte olacaktır.

termokupl

Örneğin düşük sıcaklıkların ölçümünde kromel-konstantan, demirkonstantan, bakır-konstantan ikilisiyle yapılmış termokupllar kullanılır. şekil 3'te termokuplun ölçme sistemine bağlanışı gösterilmiştir

Uygulamada Kullanılan Bazı Termokupl Tipleri

  • Bakır-konstantan birleşimi termokupl
  • Demir-konstantan birleşimi termokupl
  • Nikel krom-nikel birleşimi termokupl
  • Platin radyum-platin birleşimi termokupl
  • Kromel-konstantan birleşimi termokupl
  • Kromel-alumel birleşimi termokupl

Termokuplların Kullanım Alanları

Termokupllar uygulamada çok yüksek sıcaklıkların ölçülmesinde kullanılır. Yani, demir-çelik,çimento, seramik, cam, kimya, petrol, gıda, kâğıt vb. sektörlerde termokupllu sıcaklık ölçme düzeneklerine rastlarız.

pirometre

Pirometreler

Termokupl ve skala taksîmatı ºC olarak bölümlendirilmiş bir mikrovoltmetrenin birleşiminden oluşmuş cihazlardır. şekil 4'te yapısı görülen bu elemanlar seyyar olarak yüksek sıcaklıkların ölçülmesinde kullanılır. Günümüzde üretilen dijital temelli ölçme cihazlarıyla birlikte analog esaslı pirometreler uygulamadan kalkmıştır.
Not: Piro, ateşten gelen anlamını taşır.

Rezistans (direnç) tipi sıcaklık sensörler

Rezistans (direnç) tipi sıcaklık sensörleri

Bütün metaller elektrik akımını az ya da çok iletir.ıletkenlerin her birinin akıma karşı gösterdiği direnç değeri farklı olmaktadır. Bir metalin akıma karşın gösterdiği direnç değeri,R=r⋅l/S Denklemde ;

  • r (ro): Maddeye göre değişen öz direnç değeri,
  • l: Uzunluk,
  • S: Kesit [mm²] dir.

Direnç değişimine göre sıcaklık ölçümünde kullanılan metaller genellikle, platin ve nikeldir. Bu metallerin avantajı direnç değişim karakteristiklerinin iyi olmasıdır. Başka bir deyişle platin, yüksek özdirence sahip olması nedeniyle değil, çalışmasındaki dengesi sebebiyle direnç termometrelerinde kullanılan standart bir metaldir. Platin ve nikelden yapılmış rezistans termometrelerin özellikleri şöyledir:

PT100
Ölçme sahası »-200 ilâ +550 Cº»Direncin değişimi (W /ºC) 0,42...0,39...0,32

NI 100
Ölçme sahası »-60 ilâ +180 Cº»Direncin değişimi (W /ºC) 0,47...0,55...0,81

Yarı ıletken Maddelerden Yapılan Isıya Duyarlı Devre Elemanları
Yarı iletken temelli sıcaklık algılama sensör ve transdüserleri germanyum, silisyum gibi maddelerden üretilirler. Yapı olarak mercimek kondansatör ya da plastik gövdeli transistörlere benzerler. PTC, NTC, termokupl gibi elemanlarla çok düşük sıcaklık değişimlerini doğru olarak algılamak mümkün değildir. ışte bu noktadan hareketle hassas sıcaklık algılama işlemlerinde yarı iletkenlerden yapılmış kaliteli elemanlar kullanılır.

Yarı ıletkenden Yapılmış Isıya Duyarlı Eleman Örnekleri

I. LM 35 (Kılıf 1): Isıya bağlı olarak gerilim üretir. -55ºC ilâ +150ºC luk sıcaklıkların algılanmasında kullanılır. Her 1ºC luk ısı artışında yaklaşık 10 milivolt üretir (şekil 5). II. LM235 (Kılıf 2): Isıya bağlı olarak gerilim üretir. -40ºC ilâ +125ºC luk sıcaklıkların algılanmasında kullanılır. Her 1ºC luk ısı artışında yaklaşık 10 milivolt üretir (şekil 5).

LM35 LM235

Termistörlü Sıcaklık Kontrol Devreleri
Endüstriyel uygulamalarda sıcaklık derecesinin ölçülmesi için bir çok düzenek mevcuttur. Sıcaklık ölçümünde kullanılan bazı elemanlar: PTC, NTC, yarı iletken ısı sensörü, dıştan ısıtmalı bimetal, direnç teliyle ısıtmalı bimetal, kuyruklu (gazlı) termostat ve termokupldur.

Dijital Yapılı Sıcaklık Ölçme Devresi
Aşağıdaki devrede verilen devrede sıcaklık, KTY10 adlı PTC termistörü tarafından algılanıp ICL7106 entegresine elektrik sinyali olarak uygulanır. ICL7106 entegresinin içinde analog/dijital çevirici (ADC) ve display sürücü devreleri mevcuttur. Bu sayede ortam sıcaklığı göstergede (display) okunabilir. Devrede kullanılan R1 trimpotu devre için referans gerilim ayarını yapar ve mV/°C oranını belirler. R2 trimpotu giriş düzeyini ayarlamaya yarar. Devrenin doğru çalışabilmesi için R1 ve R2 trimpotları çok hassas ayarlanmalıdır.

Sıcaklık ölçme devresi -40 ilâ +125 ºC arasındaki değerleri ölçebilir. Devrenin harcadığı enerjinin minimum seviyede olabilmesi için LCD gösterge kullanılmıştır. Devrede ledli display (anodu şase tip yedi parçalı gösterge) kullanılmak istenirse ICL7107 entegresi kullanılmalıdır. Bu iki entegrenin ayak bağlantıları tamamen aynıdır.

Dijital Yapılı Sıcaklık Ölçme Devresi

Sıcaklığı Gerilime Çeviren Devre
Aşağıdaki şekilde verilen devrede ortam ısındıkça NTC'nin direnci azalır ve üzerinde oluşan gerilim düşer. Bunun sonucunda op-ampın 2 numaralı girişinin gerilimi azalır. 741'in 3 numaralı girişinin gerilim değeri sabit olduğundan, iki giriş ucu arasındaki gerilim farkı büyür. Giriş gerilimleri arasındaki farkın büyümesi çıkış geriliminin seviyesini yükseltir. Çıkışın yükselmesi ise tetiklenen sistemde (ampermetre, voltmetre, analog-dijital çevirici vb.) değişikliğe neden olur.

Sıcaklığı Gerilime Çeviren Devre

Dijital Yapılı Sıcaklık Ölçme Aygıtı
Santigrad (ºC) cinsinden sıcaklık ölçümü için üretilmiş cihazdır. Prob içindeki sensör NiCr-Ni tipidir. Ölçme sınırları: 0-1200 ºC arasında değişmektedir.Not: Aşağıdaki resimde görülen aygıt, Meter firmasınca üretilen D145MF model portatif sıcaklık ölçme cihazı için geçerlidir.

Dijital Yapılı Sıcaklık Ölçme Aygıtı

Motor ve Transformatör Gibi Aygıtların Aşırı Sıcaktan Korunması
Üç fazlı asenkron motorların büyük güçlü ve pahalı modellerinin arızalanmasını (sargılarının yanmasını) önlemek için aşağıdaki resimde görülen termistörlerden de yararlanılır. Korunacak motorun statorunun oyuklarına yerleştirilmiş olan sargıların arasına konulan termistörler yüksek sıcaklık oluşması durumunda elektronik devreyi çalıştırarak motorun durmasını sağlar.

KONU MESAJLARI

Bu Konu Başlığına Henüz Yorum Yazılmamıştır

GÖRÜŞ BİLDİRİN

Konu Başlığına Mesaj Yazmak İçin
Üye Olunuz Yada Giriş Yapınız