Termokupl

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Atla: kullan, ara

Termokupl' veya ısıl çift, bir tür sıcaklık sensörüdür. Farklı iki iletken malzemeden oluşur. Bu malzemelerin iki ucu birleştirilir (sıcak nokta) ve ısıtılırsa, diğer uçlarda (soğuk nokta) gerilim elde edilir. Bu gerilimin değeri kullanılan malzemenin cinsine ve birleşim noktasının ısınma miktarına bağlıdır. Sıcak nokta ile soğuk nokta sıcaklık dağılımı nasıl olursa olsun üretilen gerilim sıcak ile soğuk nokta arasındaki sıcaklık farkıyla orantılıdır. Sıcak nokta ile soğuk nokta arasındaki sıcaklık farkı termokupl üzerinde gerilim (EMF) yaratır. Sıcak nokta sıcaklığı aynı kalmak koşulu ile soğuk nokta sıcaklığı değiştiğinde farklı sıcaklıklar okunur. Bu nedenle mV tablolarındaki değerlerde standart sağlamak için ölçülen sıcaklık karşılığı mV değerleri soğuk noktanın 0 °C'de tutulması ile elde edilir. Termokupllar -200°'den 2320 °C'ye kadar çeşitli sıcaklıklarda, ölçüm ve kontrol için yaygın olarak kullanılır. Ayrıca sıcaklık gradyanını elektriğe dönüştürürler.

Termokupllar bilim ve endüstride de sıkça kullanılır. Özellikle tuğla veya kiremit yapımında kullanılan fırınlarda, gaz türbin egzoslarında (çıkışlarında), dizel motorlarda, vb. gibi yerlerde kullanılır.

Çalışma prensibi[değiştir | kaynağı değiştir]

Herhangi bir iletken sıcaklık gradyanına maruz bırakılırsa, bir gerilim elde edilir. Bu olaya termoelektrik etki denir. Bu gerilimi ölçmek için, iletkenin "sıcak" ucuna başka bir iletken bağlanmalıdır. Sonradan bağlanan iletken de sıcaklık gradyanına maruz kalır. Etkinin büyüklüğü kullanılan metale bağlıdır. Devreyi tamamlamak için benzer olmayan metallerin kullanılması, problardaki (elektrotlardaki)gerilimlerde küçük farklılıklara neden olur. Bu fark sıcaklıkla artar ve fark standart metal alaşımlarında, 1 Celcius derecede 1 ile 70 mikrovolttur (µV/°C).

Termokupldaki iki metalin bağlantı noktalarında gerilim oluşturulmaz. Fakat benzer olmayan uzun metaller sıcaklık gradyanına neden olur. Çünkü benzer olmayan her iki uzun metal, aynı sıcaklık gradyanına sahiptir. Sonuçta termokupl bağlantı noktası ile referans noktası arasındaki sıcaklığın farklı ölçülmesine neden olur.

Pratik kullanımı[değiştir | kaynağı değiştir]

Gerilim-sıcaklık ilişkisi[değiştir | kaynağı değiştir]

Polinom Katsayıları 0-500 °C
n a_n (K türü için)
1 25,08355
2 7,860106x10−2
3 −2,503131x10−1
4 8,315270x10−2
5 −1,228034x10−2
6 9,804036x10−4
7 −4,413030x10−5
8 1,057734x10−6
9 −1,052755x10−8

Termokupllarda kullanılan tipik metaller için çıkış gerilimi (ΔT) sıcaklık farkı ile doğrusal olarak artar. Tam ölçümler veya doğrusal sıcaklık değeri dışındaki ölçümler için, doğrusalsızlık düzeltilmelidir. Bir termokuplun (ΔT) sıcaklık farkı ile çıkış gerilimi (bir kaç mV) arasındaki ilişkisi bir polinom tarafından şöyle yakınsaklaştırılabilir.

\Delta T = \sum_{n = 0}^N a_n v^n

an katsayıları, malzemeye bağlı olarak 0'dan 5 ile 13 arasındaki n için verilir. Bazı durumlarda daha iyi doğruluk, ek doğrusal olmayan terimlerle sağlanır.

Türleri[değiştir | kaynağı değiştir]

Termokupllar kullanım yerlerine göre çeşitli alaşımlardan yapılır. Bu alaşımlar genellikle sıcaklık değerleri ve algılamaya göre seçilir. Düşük algılamalı termokuplların (B, R ve S türleri) kararlılıkları da düşüktür. Aşağıdaki tabloda standart termokupl türlerinde ilk elektrot pozitif, diğeri de negatiftir.

K[değiştir | kaynağı değiştir]

K türü (kromal {%90 nikel ve %10 krom}—alümel {%95 nikel, %2 mangan, %2 alüminyum ve %1 silikon}), en genel amaçlı termokupldur. Algılaması yaklaşık olarak 41 µV/°C'dir. Maliyetleri düşüktür ve problar −200 °C ile +1250 °C arasında kullanılır.

E[değiştir | kaynağı değiştir]

E türü (kromal-konstantan {%55bakır ve %45 nikel}), algılaması 68 µV/°C'dir. Bu yüzden kriyojenikte kullanılır. Ayrıca manyetik değildir. −50 ile 740 °C arasında kullanılır. Kablo renk standartı, mor (+) ve kırmızı (-).

J[değiştir | kaynağı değiştir]

J türü (demir-konstantan), sıcaklık değer aralığı çok kısıtlıdır. Fakat algılaması yaklaşık 55 µV/°C'dir. Demirin üst sıcaklık sınırını belirleyen Curie sıcaklığı (770 °C), demirin karakteristiğinde ani değişime neden olur.

N[değiştir | kaynağı değiştir]

N türü (nikrosil {%14,4 krom, %1,4 silikon ve %0,1 magnezyum}-nisil {nikel ve %4,4 silikon}) termokupllar, −270 °C ile 1300 °C arasında kullanılır. Algılamaları 900 °C'de yaklaşık 39 µV/°C'dir.

B, R ve S platin türleri[değiştir | kaynağı değiştir]

B, R ve S türü termokupllarında her bir iletkende platin veya bir platin-rodyum alaşımı kullanılır. Diğer türlerden daha düşük algılamaya sahiptir ve yaklaşık 10 µV/°C'dir.

T[değiştir | kaynağı değiştir]

T türü (bakır –konstantan) termokupllar, −200 ile 350 °C arasında kullanılır. Algılaması yaklaşık 43 µV/°C'dir.

C[değiştir | kaynağı değiştir]

C türü (%5 volfram– tungsten %26 renyum) termokupllar, 0 °C ile 2320 °C arasında kullanılır. Bunlar, çok yüksek sıcaklıklardaki etüvler için uygundur. 260 °C sıcaklık üzerindeki oksijenli ortamlarda asla kullanılmamalıdır.

M[değiştir | kaynağı değiştir]

M türü termokupllarda her bir kabloda nikel alaşım kullanılır. Pozitif uçta (kabloda), %18 molibden bulunurken; negatif uçta %0,8 kobalt bulunur. Aynen C türünde olduğu gibi bunlar da etüvlerde kullanılır. Üst sıcaklık sınırı 1400 °C'dir. Diğer türlere nazaran daha az kullanılır.

Kromel-altın/demir[değiştir | kaynağı değiştir]

Kromel-altın/demir termokupllarda pozitif kablo kromel ve negatif kablo çok küçük bölümü (atom yüzdesi 0,03-0,15) demir olan altından yapılır. Kriyojenik uygulamalarında kullanılır. Her iki kablonun algılaması ve sıcaklığı kullanılan demirin yoğunluğuna bağlıdır. Normalde düşük sıcaklıkta algılaması yaklaşık 15 µV/K'dir ve en düşük kullanım sıcaklıkları

Termokuplların karşılaştırılması[değiştir | kaynağı değiştir]

Aşağıdaki tabloda birkaç farklı tür termokuplun özellikleri açıklanmıştır. Hata payı sütunundaki T, sıcak bağlantının ısısını Celsius olarak ifade eder. Örneğin, ±0,0025×T hata payına sahip bir termokupl 1000 °C'de ±2,5 °C'dir

Tür Sıcaklık değeri °C (sürekli) Sıcaklık değeri °C (ani) Hata payı sınıfı bir (°C) Hata payı sınıfı iki (°C) IEC Renk kodu BS Renk kodu ANSI Renk kodu
K 0 ile +1100 −180 ile +1300 −40 °C ile 375 °C arasında ±1,5
375 °C ile 1000 °C arasında ±0,004×T
−40 °C ile 333 °C arasında ±2,5
333 °C ile 1200 °C arasında ±0,0075×T
IEC Type K Thermocouple.svg
BS Type K Thermocouple.svg
MC 96.1 K Thermocouple Grade Color Code.svg
J 0 ile +750 −180 ile +800 −40 °C ile 375 °C arasında ±1,5
375 °C ile 750 °C arasında ±0,004×T
−40 °C ile 333 °C arasında ±2,5
333 °C ile 750 °C arasında ±0,0075×T
IEC Type J Thermocouple.svg
BS Type J Thermocouple.svg
MC 96.1 J Thermocouple Grade Color Code.svg
N 0 ile +1100 −270 ile +1300 −40 °C ile 375 °C arasında ±1,5
375 °C ile 1000 °C arasında ±0,004×T
−40 °C ile 333 °C arasında ±2,5
333 °C ile 1200 °C arasında ±0,0075×T
IEC Type N Thermocouple.svg
BS Type N Thermocouple.svg
MC 96.1 N Thermocouple Grade Color Code.svg
R 0 ile +1600 −50 ile +1700 0 °C ile 1100 °C arasında ±1,0
1100 °C ile 1600 °C arasında ±[1 + 0,003×(T − 1100)]
0 °C ile 600 °C arasında ±1,5
600 °C ile 1600 °C arasında ±0,0025×T
BS Type N Thermocouple.svg
BS Type R Thermocouple.svg
Tanımlı değil.
S 0 ile 1600 −50 ile +1750 0 °C ile 1100 °C arasında ±1,0
1100 °C ile 1600 °C arasında ±[1 + 0,003×(T − 1100)]
0 °C ile 600 °C arasında ±1,5
600 °C ile 1600 °C arasında ±0,0025×T
BS Type R Thermocouple.svg
Tanımlı değil.
B +200 ile +1700 0 ile +1820 Kullanılamaz 600 °C ile 1700 °C arasında ±0,0025×T Bakır kablonun standart kullanımı yok Bakır kablonun standart kullanımı yok Tanımlı değil.
T −185 ile +300 −250 ile +400 −40 °C ile 125 °C arasında ±0,5
125 °C ile 350 °C arasında ±0,004×T
−40 °C ile 133 °C arasında ±1,0
133 °C ile 350 °C arasında ±0,0075×T
IEC Type T Thermocouple.svg
BS Type T Thermocouple.svg
MC 96.1 T Thermocouple Grade Color Code.svg
E 0 ile +800 −40 ile +900 −40 °C ile 375 °C arasında ±1,5
375 °C ile 800 °C arasında ±0,004×T
−40 °C ile 333 °C arasında ±2,5
333 °C ile 900 °C arasında ±0,0075×T
IEC Type E Thermocouple.svg
BS Type E Thermocouple.svg
MC 96.1 E Thermocouple Grade Color Code.svg
Kromel-Au/Fe −272 ile +300 Uygulanabilir değil Gerilimin %0,2 arttırılabilmesi için her sensörde özel ayar gerekir.

Termokuplların eskimesi[değiştir | kaynağı değiştir]

Termokupllar, yüksek sıcaklıklarda ve fırınlarda sıkça kullanılır. Bu nedenle ömürleri kısıtlıdır. Ölçüm için kullanılan bir termokupldaki kabloların termoelektrik katsayıları çok yüksek sıcaklıklarda zamanla değişir ve bu yüzden ölçüm gerilimi düşer. Noktanın sıcaklı farkı ile ölçüm gerilimi arasındaki ilişki, yalnızca kablolar homojen ise doğrudur. Kimyasal ve metalurjik değişimlerden dolayı termokupl homojenliğini kaybeder.