Termodiyot: Basit ve Esnek Bir Sıcaklık Sensörü

Nedir Termokupl

Termokupl, sıcaklık farklarını termoelektrik etkine dayanarak elektrik voltajına dönüştüren bir cihazdır. Belirli bir noktada veya konumda sıcaklığı ölçebilen bir sensördür. Termokupller, basitliği, dayanıklılığı, düşük maliyeti ve geniş sıcaklık aralığı nedeniyle endüstriyel, ev, ticari ve bilimsel uygulamalarda yaygın olarak kullanılır.

Termoelektrik Etki Nedir?

Termoelektrik etki, iki farklı metal veya metal alaşımı arasındaki sıcaklık farkı sonucunda oluşan elektrik voltajını ifade eden bir fenomendir. Bu etki, Alman fizikçi Thomas Seebeck tarafından 1821 yılında keşfedilmiştir. Seebeck, iki farklı metalden oluşan kapalı bir döngünün bir ucu ısıtıldığında ve diğer ucu soğutulduğunda, bu döngünün etrafında manyetik bir alan oluştuğunu gözlemledi.

Termoelektrik etki, metallerdeki serbest elektronların hareketiyle açıklanabilir. Bir uç ısıtıldığında, elektronlar kinetik enerji kazanır ve daha soğuk uca doğru daha hızlı hareket eder. Bu, iki uç arasında bir potansiyel fark oluşturur ve bu fark voltmeter veya ampermetre ile ölçülebilir. Voltajın büyüklüğü kullanılan metallerin türüne ve uçlardaki sıcaklık farkına bağlıdır.

Termokupl Nasıl Çalışır?

Bir termokupl, iki farklı metal veya metal alaşımından yapılmış iki telin her iki ucunda birleştirilerek iki uç oluşturduğu bir cihazdır. Bir uç, sıcak veya ölçüm ucu olarak adlandırılır ve sıcaklığın ölçülmesi gereken yere yerleştirilir. Diğer uç, soğuk veya referans ucu olarak adlandırılır ve genellikle oda sıcaklığında veya buzlu bir banyoda sabit ve bilinen bir sıcaklıkta tutulur.

İki uç arasında sıcaklık farkı olduğunda, termoelektrik etkiye bağlı olarak termokupl devresinde bir elektrik voltajı oluşur. Bu voltaj, devreye bağlı olan bir voltmeter veya ampermetre ile ölçülebilir. Belirli bir tip termokupl için voltaj ile sıcaklık arasındaki ilişkiyi veren bir kalibrasyon tablosu veya formül kullanılarak, sıcak ucun sıcaklığı hesaplanabilir.

Aşağıdaki diyagram bir termokuplenin temel çalışma prensibini göstermektedir:

Aşağıdaki video bir termokuplenin nasıl çalıştığını daha detaylı olarak açıklamaktadır:

Termokuple Türleri Nelerdir?

Birçok tür termokupler mevcuttur, her biri farklı özelliklere ve uygulamalara sahiptir. Termokuplenin türü, tel için kullanılan metaller veya metal alaşımının kombinasyonuna göre belirlenir. En yaygın termokupler türleri, uluslararası standartlara göre harflerle (K, J, T, E vb.) belirtilir.

Aşağıdaki tablo bazı ana termokuple türlerini ve özelliklerini özetlemektedir:

| E | Nikel-krom (90% Ni, 10% Cr) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Mor (+), Kırmızı (-), Genel olarak mor | -200°C ile +870°C (-328°F ile +1598°F) arası | 68 µV/°C | ±1.7°C (0.5%) | Yüksek doğruluk, orta düzeyde aralık, düşük maliyet | | N | Nicrosil (84.1% Ni, 14.4% Cr, 1.4% Si, 0.1% Mg) | Nisil (95.5% Ni, 4.4% Si, 0.1% Mg) | Turuncu (+), Kırmızı (-), Genel olarak turuncu | -200°C ile +1300°C (-328°F ile +2372°F) arası | 39 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | Genel amaçlı, geniş aralık, istikrarlı | | S | Platin-rhodyum (90% Pt, 10% Rh) | Platin (100% Pt) | Siyah (+), Kırmızı (-), Genel olarak yeşil | 0°C ile +1600°C (+32°F ile +2912°F) arası | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Yüksek sıcaklık, yüksek doğruluk, pahalı | | R | Platin-rhodyum (87% Pt, 13% Rh) | Platin (100% Pt) | Siyah (+), Kırmızı (-), Genel olarak yeşil | 0°C ile +1600°C (+32°F ile +2912°F) arası | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | Yüksek sıcaklık, yüksek doğruluk, pahalı | | B | Platin-rhodyum (70% Pt, 30% Rh) | Platin-rhodyum (94% Pt, 6% Rh) | Gri (+), Kırmızı (-), Genel olarak gri | +600°C ile +1700°C (+1112°F ile +3092°F) arası | 9 µV/°C | +600°C'nin üzerinde (%0.5 okuma hatası) | Çok yüksek sıcaklık, düşük hassasiyet |

Termokupllerin Avantajları ve Dezavantajları Nelerdir?

Termokupller, RTD'ler (Direnç Sıcaklık Algılayıcılar), termistörler veya kızılötesi sensörler gibi diğer sıcaklık algılayıcılarına göre birçok avantaj ve dezavantaja sahiptir.

Termokupllerin bazı avantajları şunlardır:

• Kriyojenikten çok yüksek sıcaklıklara kadar geniş bir sıcaklık aralığını ölçebilirler.

• Basit, dayanıklı ve güvenilir cihazlardır, sert çevre koşullarına ve titreşimlere dayanabilirler.

• Ucuza mal olurlar ve kolay kurulup değiştirilebilirler.

• Hızlı tepki süresine sahip olup dinamik sıcaklık değişimlerini ölçebilirler.

• İşlemi için dış güç kaynağına veya amplifikasyona ihtiyaç duymazlar.

Termokupllerin bazı dezavantajları şunlardır:

• Diğer sensörlere kıyasla düşük doğruluk ve istikrar sunarlar.

• Tellerin korozyonu, oksidasyonu, kirlenmesi veya yaşlanması nedeniyle hatalara karşı hassasdırlar.

• Doğru ölçüm için bilinen bir sıcaklıkta referans birleşimine ihtiyaç duyarlar.

• Karmaşık kalibrasyon veya kompensasyon gerektiren doğrusal olmayan bir çıkış üretirler.

• Devrede parazitik birleşimler nedeniyle istenmeyen termoelektrik gerilimler üretebilirler.

Uygulamanız İçin Doğru Termokupleyi Nasıl Seçersiniz?

Uygulamanız için doğru termokuple seçerken düşünmeniz gereken birçok faktör vardır, örneğin:

• Ölçümünüz için gerekli olan sıcaklık aralığı ve doğruluk.

• Termokuple tellerin maruz kalacak ortamla kimyasal uyumluluğu ve dayanıklılığı.

• Kurulumunuza uyan termokuple probunun veya telin fiziksel boyutu ve şekli.

• Termodinamik çift devresinin ve ölçüm cihazının elektriksel özellikleri ve gürültüye karşı dayanıklılığı.

• Termodinamik çift türü ve aksesuarlarının kullanılabilirliği ve maliyeti.

Uygulamanız için doğru termodinamik çifti seçmek için aşağıdaki adımları takip edebilirsiniz:

1. Ölçümünüz için gereken sıcaklık aralığını ve doğruluğu belirleyin. Sıcaklık aralığınızı kapsayan ve uygulamanız için kabul edilebilir bir doğruluk düzeyine sahip bir termodinamik çift türü seçin. Farklı termodinamik çift türlerini karşılaştırmak için yukarıdaki tabloya başvurun.

2. Termodinamik çift telinin ortamla olan kimyasal uyumlu olup olmadığını ve dayanıklılığını kontrol edin. Çevrenizdeki korozyon, oksidasyon, kirlilik veya yaşlanmaya karşı iyi bir direnç sağlayan bir termodinamik çift türü seçin. Örneğin, tip K termodinamik çiftleri oksitleyen atmosferlere, tip T termodinamik çiftleri ise düşük sıcaklıklara ve oksitleyen atmosferlere uygundur.

3. Kurulumunuza uyacak termodinamik çift sondasının veya telinin fiziksel boyutunu ve şeklini seçin. Uygulamanız için uygun şekilli, uzunlukta, çapında ve ucunda bir termodinamik çift sondası seçin. Örneğin, iğne sondaları, yüzey sondaları, hava sondaları, penetrasyon sondaları veya daldırma sondalarından seçim yapabilirsiniz. Ayrıca yanıt süresine ve yalıtım gereksinimine bağlı olarak maruz, yerleştirilmiş veya yerleştirilmemiş bağlantı noktaları arasında seçim yapabilirsiniz.

4. Termodinamik çift devresinin ve ölçüm cihazının elektriksel özelliklerini ve gürültüye karşı dayanıklılığını seçin. Ölçüm cihazınız için uygun çıkış voltajına ve hassasiyete sahip bir termodinamik çift türü seçin. Ayrıca termodinamik çift teli ve konektörlerin direncini, kapasitesini ve endüktansını da düşünmeniz gerekebilir. Termodinamik çift devresindeki gürültüyü ve karışımı azaltmak için kalkanlanmış teler, bükülmüş çiftler veya diferansiyel girişler kullanabilirsiniz. Ayrıca sinyal kalitesini artırmak için filtreler, amplifikatörler veya sinyal kondisyonerler kullanabilirsiniz.

5. Termodinamik çift türü ve aksesuarlarının kullanılabilirliğini ve maliyetini karşılaştırın. Uygulamanız için kolayca bulunabilecek ve ekonomik olan bir termodinamik çift türü seçin. Ayrıca konektörler, uzatma teleri, terminaller, adaptörler veya montaj donanımları gibi aksesuarların maliyetini de düşünmeniz gerekebilir.

Bir Termodinamik Çift Nasıl Kurulur ve Bakımı Nasıl Yapılır?

Bir termodinamik çifti düzgün kurmak ve bakımı sağlamak için aşağıdaki adımları takip etmelisiniz:

1. Sıcaklığı ölçülecek nesnenin veya ortamın ile iyi temas sağlayacak bir konum seçin. Aşırı ısı, nem, korozyon, titreşim veya mekanik stres altındaki konumlardan kaçının.

2. Termodinamik çift teli, ölçüm cihazına termodinamik çift türünün kutupları ve renk koduna göre bağlayın. Termodinamik çift türü ve boyutuna uygun konektörler, terminaller veya adaptörler kullanın. Termodinamik çift devresinde hata veya gürültüye neden olabilecek gevşek veya kopmuş bağlantıları önleyin.

3. Ölçümün doğruluğunu ve tutarlılığını sağlamak için termodinamik çifti ve ölçüm cihazını kullanmadan önce kalibre edin. Referans termometre veya kalibrasyon kaynağı kullanarak termodinamik çift çıktısını bilinen bir sıcaklık değeriyle karşılaştırabilirsiniz. Ayrıca termodinamik çift çıktısındaki herhangi bir sapma veya hatayı düzeltebilmek için kalibrasyon tablosu veya formülü kullanabilirsiniz.

4. Termodinamik çiftin performansını veya güvenilirliğini etkileyebilecek herhangi bir hasar, korozyon, kirlilik veya yaşlanma işaretini düzenli olarak kontrol edin. Termodinamik çift, bozulma veya başarısızlık belirtisi gösteriyorsa değiştirin.

Termodinamik Çiftlerin Bazı Yaygın Uygulamaları Nelerdir?

Termodinamik çiftler, çeşitli endüstri ve alanlarda geniş bir yelpazede kullanılmaktadır. Termodinamik çiftlerin bazı yaygın uygulamaları şunlardır:

• Çelik ve demir endüstrileri: Termodinamik çiftler, çelik üretim sürecinin çeşitli aşamalarında erimiş metalin sıcaklığının ve kimyasının izlenmesinde kullanılır. Tip B, S, R ve K termodinamik çiftleri, elektrik ark fırınlarında, kazanlarda, tundishlerde, kalıplarda ve rulosunda yaygın olarak kullanılır.

• Gazlı cihazlar: Termokupller, gaz ısıtıcıları, kazanlar, fırınlar, sobalar ve şöminelerde pilot ateşi varlığını tespit etmek için kullanılır. Pilot ateşi söndüğünde, termokupl gaz arzını kapatarak gaz sızıntısını veya patlamayı önler.

• Termopil ışın sensörleri: Termopiller, bir dizi termokuplün seri olarak bağlantılı olduğu dizilerdir ve düşen ışının yoğunluğunu (özellikle görünür ve kızılötesi ışık) ölçerler. Bu, pirimetreler, radyometreler, spektrometreler, termal kameralar ve güneş panelleri gibi cihazlarda kullanılır.

• Üretim: Termokupller, gıda işleme, kimyasal işleme, ilaç, havacılık, otomotiv ve biyomedikal endüstrileri gibi üretim endüstrilerinde çeşitli süreçlerin ve ürünlerin sıcaklıklarını ölçmek ve kontrol etmek için kullanılır. Tip K, J, T, E ve N termokupller, bu endüstrilerde çeşitli süreçlerin ve ürünlerin sıcaklıklarını ölçmek ve kontrol etmek için yaygın olarak kullanılır.

• Enerji üretimi: Termokupller, elektrik santrallerinde kazanlar, türbinler, jeneratörler, dönüşüm kutuları, reaktörler ve yakıt hücreleri gibi çeşitli bileşenlerin ve sistemlerin sıcaklıklarını ölçmek ve izlemek için kullanılır. Tip R, S, B, K ve N termokupller, enerji üretimi uygulamalarında yaygın olarak kullanılır.

• İşletme tesisleri: Termokupller, petrol rafinerileri, petrokimya tesisleri, gaz boru hatları ve su arıtma tesisleri gibi işletme tesislerinde çeşitli sıvıların ve gazların sıcaklıklarını ölçmek ve kontrol etmek için kullanılır. Tip K, J, T, E ve N termokupller, işletme tesisleri uygulamalarında yaygın olarak kullanılır.

• Termokupller vakum göstergesi olarak: Termokupller, bir termokupl devresinde ısıtılmış bir tel ile ısıtılmamış bir tel arasındaki sıcaklık farkını ölçerek vakum basıncını ölçmek için kullanılabilir. Vakum basıncı, sıcaklık farkına ters orantılıdır. Bu tür vakum göstergesi, termokupl göstergesi veya Pirani göstergesi olarak bilinir.

Çıkarsama

Termokupller, iki farklı tip metalin bir uçta birleştirildiği yaygın olarak kullanılan sıcaklık sensörleridir. İki metalin birleştiği nokta ısıtıldığında veya soğutulduğunda, sıcaklıkla ilişkilendirilebilen bir gerilim oluşur.

Termokupller, diğer sıcaklık sensörlerine kıyasla birçok avantaj ve dezavantaja sahiptir. Çok düşük soğuk hava sıcaklıklarından çok yüksek sıcaklıklara kadar geniş bir sıcaklık aralığı ölçebilirler. Basit, sağlam ve güvenilir cihazlardır, sert ortamlara ve titreşimlere dayanabilirler. Ucuzdur, kolay kurulur ve değiştirilir. Hızlı tepki süresi vardır ve dinamik sıcaklık değişimlerini ölçebilir. Ancak, diğer sensörlere kıyasla düşük doğruluk ve istikrarlılık gösterirler. Tellerin paslanması, oksidasyonu, kontaminasyonu veya yaşlanması nedeniyle hatalara yatkındırlar. Doğru ölçüm için bilinen bir sıcaklıkta referans birleşim gerektirir. Karmaşık kalibrasyon veya kompanzasyon gerektiren doğrusal olmayan bir çıkışları vardır.

Uygulamanız için doğru termokupli seçmek için, ölçümünüz için gereken sıcaklık aralığı ve doğruluk, termokupl tellerinin maruz kalacak ortamla kimyasal uyumluluğu ve dayanıklılığı, montajınıza uygun olan termokupl probunun veya telin fiziksel boyutu ve şekli, termokupl devresinin ve ölçüm cihazının elektriksel özellikleri ve gürültüye karşı direnç, ve termokupl tipinin ve aksesuarlarının mevcudiyeti ve maliyeti gibi birçok faktörü göz önünde bulundurmanız gerekir.

Termokupller, çeşitli endüstri ve alanlarda geniş bir uygulama alanına sahiptir. Termokupllerin bazı yaygın uygulamaları çelik ve demir endüstrisi, gazlı cihazlar, termopil ışın sensörleri, üretim, enerji üretimi, işletme tesisleri ve termokupl vakum göstergeleridir.

Açıklama: Orijinali saygıya almak, iyi makaleleri paylaşmak değerlidir, eğer hak çarpımı varsa lütfen silme için iletişime geçiniz.