OTOMATİK KONTROL.

... konulu sunumlar: "OTOMATİK KONTROL."— Sunum transkripti:

1 OTOMATİK KONTROL

2 SICAKLIK ÖLÇÜMÜ

3 Sıcaklık, Moleküler aktivitenin (moleküler kinetik enerjinin) göstergesidir. Fiziksel bir büyüklüktür. Bir maddenin ısıl durumunu belirten sıcaklık, ısının bir araç veya cihazla ölçülerek bilinen ölçü sistemlerine dönüştürülmüş halidir.

4 Tüm ölçüm sistemlerinde bir referans noktası vardır
Tüm ölçüm sistemlerinde bir referans noktası vardır. Sıcaklık ölçümleri içinde referans noktası olarak suyun donma sıcaklığı temel alınmış ve bu sıcaklık “0” santigrat derece (00C) olarak kabul edilmiştir.

5 Bilinen en düşük sıcaklık ise bir maddenin moleküler hareketinin durduğu, herhangi bir ısı enerjisinin olmadığı “Mutlak 0” olarak ifade edilen derece Kelvin (0K) kabul edilmiştir. 0 [K] Kelvin ,-273,15 (IPTS68) [0C] santigrat dereceye karşılık gelmektedir.

6 Günümüzde Kullanılan Başlıca Sıcaklık ölçekleri

7 Celcius(°C): 1 atmosfer basınçta buzun ergime ve suyun kaynama noktaları başlangıç noktaları olarak seçilmiş sıcaklık ölçeğine celcius sıcaklık ölçeği denir. Bu noktalara 0 ve 100 değerleri verilmiştir ve bu iki değer arası 100 eşit parçaya bölünmüştür.

8 Kelvin(K): Termodinamik sıcaklık ölçeği olarak tanımlanan mutlak sıcaklık ölçeğine Kelvin sıcaklık ölçeği adı da verilir. Bu ölçeğe göre 1 atmosfer basınçta buzun ergime sıcaklığı K, suyun kaynama sıcaklığı K değerlerindedir.

9 Fahrenheit(°F): Genelde kuzey Avrupa ülkelerinde yaygın olarak kullanılan Fahrenheit sıcaklık ölçeğinde iki sabit nokta yani 1 atm basınçta buzun ergime ve suyun kaynama noktaları 32°F ve 212°F seçilmiş olup aradaki fark 180 eşit parçaya bölünmüştür.

10 Rankine(°R): Mutlak Fahrenheit derecesi, Rankine derecesi olarak adlandırılır. Bu sıcaklık ölçeğinde 1 atm basınçta buzun ergime ve suyun kaynama noktaları sırasıyla °R ve °R olarak seçilmistir.

11 Sıcaklık Birimlerinin Birbirine Çevrilmesi:

12 Sıcaklık Birimlerinin Birbirine Çevrilmesi:

13 Sıcaklık Birimlerinin Birbirine Çevrilmesi:
R= Reumur R= Rankine = R – 491 180

14 ÖRNEK: 250 Kelvin derece kaç santigrad derecedir?
ÇÖZÜM: Yukarıdaki bağıntıdan, Celcius ile Kelvin birimleri arasında C=K-273 bağıntısı olduğu görülüyor. Buradan değerleri yerine yazarsak; C=K-273 C= C= -230C

15 60/100=F-32/180 F= (180*60/100)+32 F= 1400F ÖRNEK: 60°C kaç °F ?
ÇÖZÜM: 60/100=F-32/180 F= (180*60/100)+32 F= 1400F

16 ÖRNEK: 100°F kaç °K ? ÇÖZÜM: F – 32 / 180 = K – 273 / 100 K -273 = ( / 180)*100 K= 37, K= 310,7°K

17 Sıcaklık Ölçümünün Prensipleri
Genelde, aşağıda belirtilen ve sıcaklığa bağımlı olan fiziksel özelliklere dayanan dört tip sıcaklık sensörleri bulunmaktadır. 1. Uzunlukta, hacimde ve basınçta değişmeye sebep olan, maddenin sıcaklıkla genleşmesi. En basit şekliyle, bir cam tüp içinde cıvalı veya alkollü tipteki termometredir. 2. Sıcaklık ile elektriksel dirençte değişiklik meydana gelmesi ki bu prensip, dirençli termometrelerde ve termistörde kullanılır.

18 3. Sıcaklık ile benzeşmeyen metallerin temas noktasındaki gerilimde değişiklik meydana gelmesi. Termokupllar (Termocouple) veya Termoeleman Çiftleri olarak adlandırılırlar. 4. Yayılan enerjide sıcaklık ile değişme meydana gelmesi. Bu da optik ve radyasyon (ısınım) pirometrelerinde (Çok yüksek sıcaklıklar için kullanılan termometreler) kullanılır.

19

20

21 Küçük sıcaklık değişimlerinden etkilenen termometrelerin duyarlılığı daha fazladır. Bunun için termometrenin haznesinde daha fazla sıvı ve sıcaklıkla daha çok genleşen sıvı olmalıdır. Termometrelerde genelde civanın tercih edilmesinin nedeni budur.

22 Sıvılı termometrelerde civa, alkol, ispirto gibi sıvılar kullanılır ve termometrenin haznesi bu sıvılarla doldurulur. (Kullanılan sıvı cıva ise cıvalı, alkol ise alkollü termometre adını alır).

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32 DİRENÇ TERMOMETRESİ (RTD) İLE SICAKLIK ÖLÇMEK
Direnç termometreler -200°C’den +850°C’ye kadar çok çeşitli süreçlerde yaygın olarak kullanılır. Özellikle düşük sıcaklıklarda termokupllara nazaran çok daha doğru değerler verdikleri için tercih edilir. 500°C’ye kadar standart, 500°C-850°C arasında özel tipler kullanılır.

33 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.

34 Direnç termometreleri, iletken bir telin direnç değerinin sıcaklıkla değişmesinden istifade edilerek oluşturulan bir sıcaklık algılayıcısıdır. Sarımlı direnç, sıcaklığı ölçülmek istenilen ortama daldırılır, üzerinden sabit akım geçirilir. Sıcaklığın değişimi ile sarımlı direncin direnç değeri değişir ve üzerinden geçen sabit akımla değişen bir gerilim elde edilir.

35 Rezistans termometreler’de sıcaklık değişim faktörü olarak α tanımlanır. α aşağıdaki formülle açıklandığı gibi standart olarak seçilen 100°C’deki direnç değeri ile 0°C’deki direnç değeri farkı 100Ro’ya bölünmesi ile elde edilir.

36 Standartlarda en çok kullanılan Pt-100 ve Ni-100 gibi direnç termometrelerin 0°C’deki direnç değeri standart 100 ohm’dur. Platin RTD (PT100)

37 Platin RTD’ler -250°C’den 850°C’ye kadar kullanılabilmektedir
Platin RTD’ler -250°C’den 850°C’ye kadar kullanılabilmektedir. Ancak daha sabit sıcaklık verdiğinden, değer değişimi doğrusala daha yakın ve kullanımları daha yaygın olduğundan, kolay bulunabildiğinden dolayı, Ni-100 kullanımı uygun olan aralıklarda bile Pt-100’ler seçilir.

38 Nikel RTD (Ni100) Nikel telden yapılmış olan RTD’ler -60°C ile +150°C arasındaki sıcaklıklarda kullanılır. Kullanım alanları genellikle iklimlendirme cihazlarıdır. PT100’lerden farkı direnç değişim değerleri ve çalışma aralıklarıdır. Fiziki yapıları Pt-100’ler ile aynıdır.

39 Direnç Termometrelerin Bağlantı Yöntemleri
Direnç termometreler rekorla veya flanşla bağlanabilecek şekilde düşünülmüştür. Yüzey tipleri kuvvetli bir şekilde yüzeye bastırılır. Rezistans termometre kafası ile cihaz arasında bakır iletkenli kablolar kullanılır. 10mt’ye kadar iki telli, 150mt’ye kadar üç telli kablo çekimi yapılır.

40 Yapısı ve bağlantı şekli
Direnç termometre elemanı, platin veya nikel telden sarılan direncin cam, mika veya seramik içine gömülmesi ile oluşur. Yapısı ve bağlantı şekli

41 Weston Köprüsü Şekilde gösterilen Weston köprüsü devresi, bilinmeyen dirençlerin ölçülmesinde kullanılır. R1, R2 ve R3 dirençleri daha önceden bilinen ve ayarlanmış olan dirençlerdir. Rx bilinmeyen dirençtir. K1 \

42 Köprü kullanılırken K1 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).

43 Direnç Termometresinin Sağlamlık Kontrolü
AVO metre kullanarak bu işlem gerçekleştirilir. Bunun için AVO metrenin direnç ölçme kısmına alınması gerekir. Unutulmamalıdır ki, en az iki uç arası 100 ohm’luk bir değer okunmalıdır. Bu değer okunmuyor ise veya herhangi iki uç arasında 1000 ohm’dan büyük değer okunuyorsa o RTD bozuktur.

44 Kısa devre gösteren uçlar ortak uçlar kabul edilir
Kısa devre gösteren uçlar ortak uçlar kabul edilir. Ölçüm sonucu okunan değer 100 ohm ise PT-100, 50ohm ise PT-50, 500ohm ise PT-500 ve 1000 ohm ise PT 1000 olarak tespit edilir.

45 YARI İLETKEN VE ENTEGRE SICAKLIK SENSÖRLERİ
Silisyum Diyot Günümüzde yarı iletken sıcaklık sensörlerinin kullanımı oldukça artmıştır. Silisyum diyodu ileri yönde iletime geçirmek için 200C’de 700mV’luk bir eşik gerilimine ihtiyaç vardır. Silisyum diyotlar için genel olarak 0C başına -2mV’luk bir değişim söz konusudur. Silisyum diyotlar -500C ile +1500C arasında sıcaklık ölçümünde kullanılabilir.

46 Endüstriyel amaçlı pek kullanılmaz
Endüstriyel amaçlı pek kullanılmaz. Çünkü̈ bozulmaya karşı emniyetli değildir. Belirtilen sıcaklık aralığının dışında sıcaklığa maruz kalırsa bozulur.

47 PTC Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci artan devre elemanıdır.

48 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.

49 NTC Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci azalan devre elemanıdır.

50 NTC’li dijital termometre ve NTC’li sıcaklık kontrol devresi
NTC’ler -300 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. NTC’li dijital termometre ve NTC’li sıcaklık kontrol devresi

51 TERMOKUPL ELAMANLARLA SICAKLIK ÖLÇMEK Termoelektrik Etkiler
Termokupllar kullanılarak -200°C’den 2320°C’ye kadar ölçüm yapılabilir. Termoelektrik Etkiler

52 Seebeck Etkisi 1821’de Seebeck, kapalı bir devre iki aynı metalden oluştuğunda ve metallerin farklı sıcaklıklarda iken devreden elektrik akımının aktığını keşfetmiştir. Şekildeki 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.

53 Peltier Etkisi 1834’de Peltier, iki metalin ekleminden bir akım geçirildiğinde, akım bir yöne aktığında ısının eklemde yutulduğunu, akımın yönü ters çevrildiğinde ısının açığa çıktığını bulmuştur. Akım demir-bakır eklemi boyunca, bakırdan demire akarken ısı yutulur, demirden bakıra doğru akarken ısı açığa çıkarılır. 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.

54

55 Thomson etkisi Elektrik akımı geçen bir çubuk, ısı kazanacaktır. Çubuktan geçen akımın yönü veya çubuğun soğuk ve sıcak uçları değiştirildiğinde çubuk sıcaklık kaybedecektir. Bu, ısı alıp verme işlemine Thomson ısısı denir.

56

57

58 Çeşitli mekanik kılıflı termokupllar

59 Düz tip termokupllar

60 Termokupl Transmiterleri

61 Termokupl transmiterleri, termokuplun bağlandığı ve çıkışında 4-20mA ve diğer elektriksel sinyaller üreten cihazlardır. Günümüzde yapılan transmiterler çok yönlü olmaktadır. Birden çok çeşit termokupl bağlanabilmekte içerisinde soğuk kavşak dengeleme elamanı bulunmaktadır.

62 Ayrıca çıkışında hem analog dönüşümlere yer vermekte (4-20mA ve 1-5V gibi) hem de standart haberleşme protokollerini içeren sayısal işaretler üretmektedir. Termokupllar ile cihazlar arasındaki bağlantılar özel kablolar ile yapılır. Bu kablolar termokupl dengeleme kabloları olarak anılır.

63 Dengeleme kabloları aynı cins termokuplların mV-sıcaklık özelliklerini 200°C’ye kadar aynen sağlar.
Termokupl dengeleme kablosunun bir ucu kaynaklandığında diğer uçtan 200°C’ye kadar o cins termokuplun mV değeri standartlardaki değerine uygun elde edilir. Ancak üreteceği mV değeri 200°C sınırlı kalır. Dengeleme kablolarının dolaşacağı ortam sıcaklığı bu nedenle 200°C’nin üzerine çıkmamalıdır..

64 Dengeleme kablolarının iletkenleri yine termokupl eleman telinin özelliklerine yakın özel alaşımlardır. Dolayısı ile Cu-Const termokupl için Cu-Const özel kablo, Fe-Const termokupl için Fe-Const özel kablo gerekmektedir.

65 Dengeleme kabloları termokupl eleman telinin elektriksel özelliklerini belli bir sıcaklığa kadar sağladığı için artık soğuk nokta, termokupl eleman telinin klemens kutusundaki uçları değil, klemense bağlanan dengeleme kablosunun diğer uçlarıdır. Bu şekilde termokupl uç noktası sıcak nokta, dengeleme kablolarının son uçları soğuk nokta tanımlanır.

66

67 Kap içine algılayıcının yerleştirilmesi

68 Boru içi kanal sondaları

69 Cehennemliğe termokupl yerleştirme

70 IŞINIM METODU İLE SICAKLIK ÖLÇME
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.

71 Bu ışınım sezgi yoluyla sıcaklığın ölçümünde kullanılabilir
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.

72 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.

73 Pirometrenin Çalışma Prensipleri
Genel pirometre yapısı Pirometre şekilde görüldüğü gibi çok basit bir alet olup burada sıcaklığı ölçülmek istenen cismin yaydığı ışınım (radyasyon) mercekler tarafından termoelemanın 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.

74 Piroelektrik Teknikler
Günümüzde pirometrelerde termoeleman olarak termopiller yoğun olarak kullanılmakla beraber gelişen CCD ‘Yüklenme İliştirilimiş Araç’ (İngilizce; Charge Coupled Device) teknolojisi ile bu yöne eğilim başlamıştır. Özellikle kızıl ötesi ışığa duyarlı CCD’ler kameralarda kullanılmaya başlanmış ve termal kameralar oluşturulmuştur.

75 Optik Pirometre Bu tip pirometrelerde termoeleman 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.

76 Fotoelektrik Termometreler
Bu tip pirometrelerde optik pirometrelerden farklı olarak sıcak cismin yaydığı ışınımı algılamak için fotodiyot veya fototransistör gibi elemanlar kullanılır. Şekil 5.7’de bu düzenek görülmektedir. Dalga boyu kısa olan uygulamalarda uygun sonuçlar alınır.

77