Sunuş

Sıcaklık doğrudan ölçülemeyen bir özellik olmakla birlikte ölçümü direnç, hacimsel genleşme ve buhar basıncı gibi sıcaklıkla ilişkili fiziksel olaylara dayalı olarak belirlenir. Birçok sıcaklık ölçüm tekniği mevcuttur. Bunlar ölçümün yapılacağı ortam ve cihaz arasındaki yakınlığa göre sınıflandırılabilir.

Akışkanlarda sıcaklık ölçümü, sıvılı cam termometre, termokuplör ya da dirençli termometre gibi sıvıya gömülebilen sensörlerle yapılabilir. Kızılötesi termometrelerle de sıvı sıcaklıkları ölçülebilir. Ancak bu yöntemlerin kullanımı yüzey emisyonu ve şeffaflık derecelerindeki dengesizlik yüzünden daha zordur.

Katı bir cismin sıcaklığı ölçülmek istendiğinde de, cisimde sensörün yerleştirileceği bir delik açılır. Sensör cisimle ısıl dengeye ulaşıncaya kadar bekletilir.

Sıcaklık hem termodinamik bir özellik, hem de bir ölçü birimidir. Ölçümü sağlık uygulamalarından ısı makinelerinin termodinamik olarak geliştirilmesine kadar pek çok uygulama için büyük önem taşır. Günümüz sensör pazarının yaklaşık %80`ini sıcaklık ölçüm teknik ve cihazları oluşturmaktadır. Sıcaklık ölçme yöntemleri ve cihazları çok çeşitlilik gösterir. Dirençli termometreler ve Termokuplör (Isıl Çift) gibi nüfuz veya temas tekniklerinin yanında, kızıl ötesi detektörleri gibi farklı teknikler de mevcuttur. Ayrıca optik yöntemler ve mikro boyutlu üretimdeki gelişmeler sayesinde eşevreli anti-Stokes Raman saçılması ve ince-film transdüserler gibi görece olarak daha yeni teknikler ve cihazlar da bulunmuştur. Bu kitabın amacı, sıcaklık ve sıcaklık ölçümüyle ilgili kavramları tanıtmak, sıcaklık ölçümü teknik ve cihazlarını anlatmak ve belirli bir uygulama için kullanılacak sıcaklık ölçüm tekniğinin doğru seçilmesini sağlamaktır.

Sıcaklık kavramı, tanımı ve pratik modelleme yöntemleri bu notların ilk bölümünde anlatılmıştır. Hem termodinamik sıcaklık ölçeği, hem de 1990 Uluslararası Sıcaklık Ölçeği dikkate alınmıştır. 2. Bölüm katı ve sıvıların ısıl düzensizlik etkileri de dahil olmak üzere, sıcaklık ölçümünde göz önünde bulundurulması gerekenleri kapsamaktadır. Zamana göre tepki ve faz gecikmesi söz konusuyken, sürekli halde ve geçiş halindeki sıcaklık ölçümlerine de yer verilmiştir. Kalibrasyon, ölçümün belirsizliğiyle ilgili sayısal doğruluğu sağladığından, sıcaklık ölçümü için çok önemlidir. Kalibrasyon bilgisi olmayan bir sıcaklık ölçümü, bazı durumlarda hiçbir değer taşımaz. Kalibrasyon yöntemleri notların 2. bölümünde ve diğer bölümlerde belirli teknik ve sensörlerden bahsedilirken anlatılmıştır. Kalibrasyon ve belirsizliğin ölçülmesiyle ilgili bir kavram olan izlenebilirlik, yani sıcaklık ölçümünün yapılışı sürecinin yönetimi de yine 2. bölümde açıklanmıştır.

Çeşitli pratik sıcaklık ölçüm teknikleri yine bu notların 3 ila 10. bölümlerinde anlatılmaktadır. Teknikler, ölçüm cihazıyla ölçüm yapılacak ortam arasındaki mesafeye göre sınıflandırılmıştır. 3. ila 7. bölümlerdeki yöntemler ve trandüserin ortamla doğrudan temas halinde olduğu, bir yüzeye gömülmüş termokuplör gibi ‘saldırgan` ölçüm yöntemleridir. 8. bölümdeki teknikler, sıcaklık ölçümü için yüzeyin işlem gördüğü, ancak ölçümün uzaktan izlendiği ‘yarı saldırgan` tekniklerdir. Sıcaklıkla renk değiştiren  termokromik likit kristaller bunlara örnek olarak gösterilebilir. Ortama müdahale edilmeyen -‘saldırgan olmayan`- uzaktan ölçme yöntemleri 9 ve 10. bölümlerde anlatılmıştır.

Sıcaklık ölçümüyle ilgili bir diğer kavram da ısı akısıdır. Isı akısı ölçümü; akışkanlar mekaniği ve ısı transferiyle ilgili konularda sistemler içindeki ısı transferi miktarını belirlemekte kullanılır. Isı pilleri, tabakalı rezistanslı sıcaklık cihazları veya termokuplörler ve Gardon sayaçları gibi sıcaklık farkı sensörleri; ince-film sıcaklık transdüserleri veya sıcaklığa duyarlı likit kristaller gibi bir ısı dengesi analizi içeren kalorimetrik yöntemler; ısı dengesi sağlamaya yönelik, ısıtıcı kullanılan, sisteme enerji ekleme veya sistemden enerji çıkarma yöntemleri; ısı ve kütle transferi arasındaki benzerlik kullanılarak ilişkilendirilebilen kütle ölçüm yöntemleri yaygınca kullanılan tekniklerdir. Isı akısı sensörlerinin farklı tepkilerine ve belirli uygulamalarda kullanılabilecek özel tasarımlara 12. bölümde yer verilmiştir.

Bu notların ana çerçevesi, sıcaklık ölçüm yöntemleri ve belirli sensörlerle ilgili fiziksel olayların tanımlanması ve açıklanmasıdır. Böyle bir yaklaşımla, geliştirilen bir ölçüm tekniğinin tüm zayıf ve güçlü yönleri derinlemesine kavranacaktır. Sensörleri anlatmak için diyagramlar, fotoğraflar ve devre şemalarından da yararlanılmıştır. Bu da pratikte faydalı olacaktır. Kullanılan kavramlar ve bunları karşılayan simgeler, metnin içinde ve ayrıca her bir bölümün sonunda tanımlanmıştır.

Bu kitap sıcaklık ölçüm yöntemlerinin anlaşılmasını gerektiren pratik projeler, enstrumantasyon ve süreç denetimi alanlarında çalışanlar teknik adamlar ve fizikle ilgilenenler için hazırlanmıştır. Kitap lisans öğrencileri için ölçme ve enstrumantasyon; sensörler; mekanik ölçme teknolojisi; test ve enstrumantasyon; süreç denetimi konuları için yardımcı olacak uygulamalar içermektedir. Lisansüstü eğitimine devam edenler ve bu alanlarda çalışanlar, daha çok bir deney ya da uygulama amaçlı ürün veya süreç için uygun bir ölçme yöntemi seçme problemiyle karşı karşıyadırlar. Bu notlar, onlar için de bir açıklayıcı ve seçimlerini doğru yapmalarını sağlayacak bir rehber niteliği taşıyacaktır.

Bu notlar, Peter.N.Childs`in Temparature Measurement kitabı ile T.Mackee, Principles and Methods of Temparature Measurements kitapları. ile Bejan- Heat Transfer kitabı, How to Guide Most Common Measurements by National Instruments kataloğu, Practical Thermocuple Measurements kataloğu ve MEGEP`in Endüstriyel Elektronik Uygulamalar, Metal Teknolojisi Sıcaklık Ölçme notları ile Endüstriyel Otomasyon Sıcaklık Ölçme notlarından yararlanılarak bir araya getirilmiştir.

Bu notlar hacminden dolayı iki ayrı e-kitap olarak yayınlanmaktadır, RTD-Direnç Termometreleri ile ilgili altıncı bölüm dahil ilk altı bölümü Sıcaklık Ölçme Notları-1 ve ondan sonra gelen Monometrik Termometrelerle başlayan kısımdan sonraki altı bölüm ise Sıcaklık Ölçme Notları-2 olarak yayınlanmaktadır.

İçindekiler

 1.Sıcaklık 1

1.1 Sıcaklığın tanımı 1

1.2 Sıcaklık ölçekleri 3

1.3 Sıcaklık ölçüm tekniklerine genel bakış 7

1.4 Sonuç 14

2.Sıcaklık Ölçümünde Dikkat Edilecekler 16

2.1 Ölçüm süreci 16

2.2 Isı transferi 18

2.3 Kalibrasyon ve izlenebilirlik 41

2.4 Verilerin değerlendirmesi 43

2.5 Belirsizlik 57

2.6 Sonuç 70

3.Çift metalli termometreler 72

3.1 Giriş 72

3.2 Çift metalli şerit modellemesi 73

3.3 Standart malzemeler 75

3.4 Çift metalli termometre yapımı 78

4.Sıvılı Cam Termometreler 80

4.1 Giriş 80

4.2 Hata kaynakları 86

4.2.2 Geçici depresyon 87

4.3 Kalibrasyon 93

4.4 Özel tipler 96

5.Termokuplörler 100

5.1 Giriş 100

5.2 Termokuplör analizi 103

5.3 Termokuplör tipleri 110

5.4 Termokuplör yapımı ve kurulumu 123

5.5 Emk ölçümü 131

5.6 Topraklama ve gürültü 133

5.7 Kalibrasyon 136

5.8 Termokuplörlerde problemlerin giderilmesi 139

5.9 Seçim 141

6. RTD`ler - Direnç Termometreleri 149

6.1 Giriş 149

6.2 Platin rezistanslı termometreler 151

6.3 Bakır ve Nikel Dirençli Termometreler 180

6.4 Rodyum-demir, Katkılı Germanyum ve Karbon Rezistörler 180

6.5 Termistör 181

6.6 Yarıiletkenler 192

6.7 Seçim 196