Ölçüm Sensörleri

SICAKLIK SENSÖRLERİ

Ortamdaki ısı değişimini algılayan cihazlara  ısı veya sıcaklık sensörleri denir. Termistörler

Bir çok maddenin elektriksel direnci sıcaklıkla değişir. Sıcaklığa karşı hassas olan maddele r kullanılarak sıcaklık kontrolü ve sıcaklık ölçümü yapılabilir. Sıcaklık ile direnci değişen  elektronik malzemelere; term (sıcaklık) ve rezistör (direnç), kelimelerinin birleşimi olan  termistör denir. Termistörler genellikle yarı iletken malzemelerden üretilirler.  Termistör yapımında çoğunlukla oksitlenmiş manganez, nikel, bakır veya kobaltın  karışımı olan maddeler kullanılır. Termistörler ikiye ayrılır:

PTC (sıcaklıkla direnci artan termistörler -Positive Temperature Coefficient)

PTC’nin çalışma prensibi; Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel  direnci de artan elektronik devre elemanıdır. PTC’lerin kullanım alanları;  PTC’ler – 60 °C ile +150 °C arasındaki sıcaklıklarda kararlı bir şekilde çalışabilirler. 0.1 °C’ ye kadar duyarlılıkta olanları vardır. Daha çok elektrik motorlarını fazla ısınmaya karşı korumak için tasarlanan devrelerde kullanılırlar. Ayrıca ısı seviyesini belirli bir değer aralığında tutulması gereken tüm işlemlerde, tüm devrelerde  kullanılabilir. PTC’nin sağlamlık testi; PTC’yi uçlarından ohmmetreye bağladığımızda (termistör bir direnç olduğu için  yönüne bakmaya gerek yoktur) ilk olarak oda sıcaklığında PTC’nin üzerinde yazılı olan değeri okumamız  gereklidir. Daha sonra mum veya benzeri bir araç ile ısıttığınızda (bu ısıstma işlemini yaparken ateş direk  elemanın üzerine tutulmamalıdır, aksi takdirde eleman zarar görebilir.) direnci yükselir ise PTC sağlamdır.  Bunun dışında bir durum gerçekleşiyor ise PTC arızalı demektir.

NTC (Sıcaklıkla direnci azalan termistör - Negative Temperature Coefficient)

NTC’nin çalışma prensibi; Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça  elektriksel direnci azalan devre elemanıdır. PTC’lerin tam tersidirler. NTC’lerin kullanım alanları;  NTC’ler – 300 C° ile +50 C° arasındaki sıcaklıklarda kararlı bir şekilde çalışabilirler. 0.1 C°’ye kadar duyarlılıkta olanları vardır. Daha çok elektronik termometrelerde, arabaların radyatörlerinde, amplifikatörlerin çıkış güç katlarında,  ısı denetimli havyalarda kullanılırlar. PTC’lere göre kullanım alanları daha fazladır. NTC’nin sağlamlık testi; NTC’yi uçlarından ohmmetreye bağladığınızda ilk olarak oda sıcaklığında NTC’nin  üzerinde yazılı değeri okumamız gerekiyor. Daha sonra mum veya benzeri bir araç ile ısıttığımızda direnci  azalıyor ise NTC sağlam demektir. Bunun dışında bir durum gerçekleşiyorsa NTC arızalıdır.

Termokupl (Isıl-çift)

Termokuplların çalışma prensibi; Bütün iletkenler ısıtıldıklarında içlerinde bulunan elektronlarda bir  hareketlenme meydana gelir. Ancak bu hareketlenme çeşitli iletkenler arasında farklılık gösterebilir.  Bu maddenin ayırt edici özelliklerinden biridir. Biz de iletkenlerin bu farklarından yararlanarak  sıcaklık ölçümü yapabiliriz. İki farklı iletkenin birer uçları birbirine kaynak edilip ya da sıkıca birbirine bağlanıp boşta kalan uçlarına  hassas bir voltmetre bağlandığında, eğer birleştirdiğimiz ucu ısıtırsak, sıcaklıkla orantılı olarak  voltmetrede mV’lar mertebesinde bir DA gerilim elde ederiz. Elde ettiğimiz gerilimin değeri kullandığımız  metallerin sıcaklığa verdiği tepki ile orantılıdır. Termokupllar evresel etkenlerden zarar görmemesi için genelde birleşim noktası bir kılıf içinde bulundurulur. Ayrıca termokupullar gerilim ürettikleri için aktif transdüserlerdir. PTC ve NTC ise pasif transdüserlerdir.  Çıkış gerilimleri çok düşük olduğundan, daha çok çıkışına bir gerilim yükseltici bağlanarak kullanılır.  Termokuplun yapımında genellikle bakır, demir, konstantan, platin, mangan, nikel gibi metaller kullanılır. Termokuplların kullanım alanları; Termokupllar -200 °C ile +2300 °C arasında çalışabildiklerinden  endüstride en çok tercih edilen ısı kontrol elemanlarıdır. Genellikle endüstri tesislerindeki yüksek  sıcaklıkta çalışan kazanların ısı kontrolünde kullanılır. Termokuplların sağlamlık testi; Avometre milivolt (örneğin;200mV.) kademesine alınır. Termokuplun  uçlarına avometrenin prop uçları sabitlenir. Termokuplun ucu havya yada çakmakla ısıtılır. Avometrenin ekranında gerilim değişimi olup olmadığı gözlenir. Gerilim değişimi varsa termokupl sağlamdır. Bir thermocouple iki farklı metalin birleştirilmesiyle oluşturulur. Doğru alaşım seçimi ile ölçülebilir ve  kestirilebilir bir sıcaklık-gerilim ilişkisi elde edilir. Thermocouplelarla ilgili en sık yanlış anlaşılan konulardan  biri de gerlimin tam olarak nerede oluştuğudur. Çoğu kimse bu gerilimin iki metalin birleşim noktasında  var olduğunu düşünür; ancak gerçekte çıkış gerilimi bimetal üzerinde uzunlamasına (sıcaklık değişimi yönünde)  oluşur. Thermocouple ların ürettiği gerilim seçilen metallerin cihaz bağlantı noktasında var olan termoelektrik  enerjilerinin farkıdır. Bu kestirilebilir gerilim gerçek işlem  (Proses) sıcaklığıyla ilişkilendirilebilir. Bu algılayıcıların geniş bir çalışma aralığı vardır ve yüksek sıcaklık uygulamaları için idealdirler. Soy metal  alaşımlarından yapılmış olan thermocoplelar 1700 C a kadar olan sıcaklıkları izleme ve kontrol için  kullanılabilirler. T/C lar özellikle minyatür algılayıcı tasarımları için de idealdir. Basit yapıları olumsuz  ortam koşullarına (aşırı şok, vibrasyon gibi) dayanıklı olmalarını sağlar. Thermocouplelar sıcaklık  değişimlerine ani değişiklik göstermek üzere küçük boyutlarda düzenlenebilirler. T/Clar pekçok şekil ve boyutta olabilirler. Yalıtimlı en çok kullanılan tiptir Bu tip bir T/C de tel haline getirilmiş metal alaşımlar yalıtım malzemesiyle kaplanır; bu malzeme t hermocouple alaşımları arasında hem fiziksel hem de elektriksel yalıtım sağlar. Yalıtım malzemeleri  1260 Ca kadar olan sıcaklıklarda işlevlerini sürdürebilirler. Termocouplelar kısa dönemli ölçümler için  ekonomiktir

Entegre Devre Sıcaklık Sensörleri

Yarı iletken entegre devrelerin gelişmesi ile tümdevre sıcaklık sensörleri ortaya çıkmıştır. Germanyum ve  silisyum içerisine karıştırılan kristaller ile üretilen sıcaklık sensörleri kullanılmaktadır. Germayum kristal  malzemelerin dirençleri sıcaklık ile ters orantılıdır. Silisyum kristal malzemelerin dirençleri ise sıcaklıkla  doğru orantılıdır. Germanyum silisyum malzemelerin sıcaklık sensörü olarak çalış ma mantığı; normal germanyum silisyum PN birleşmeli diyotlarda oluşan nötr bölgenin sıcaklık arttırılarak  aşılması sonucu bu bölgeden akım geçmesinin sağlanmasıdır. Sıcaklık arttıkça bu bölgeden geçen akım da  artar. Bu ilkeye göre çalışan yarı iletken sıcaklık sensörleri ( LMXXX ) ; sıcaklığa  bağlı gerilim üreten ve sıcaklığa bağlı akım üretenler olmak üzere iki  tiptir. Sıcaklığa bağlı gerilim üreten sensörler LM135 - LM235 - LM335   ( Kelvin ), LM35 – LM45 ( Celcius ), LM34 ( Fahrenheit ) gibi sensörlerdir.  Bu sensörler kırılma gerilimi sıcaklıkla orantılı olan bir zener diyot gibi  çalışan monolitik sıcaklık sensörleridir. Sıcaklığa bağlı akım üreten  sensörler ise LM134 , LM234, LM334 sensörleridir. Bu sensörlerin  akım çıkışları sıcaklık ile orantılıdır. Bu sensörlerin hassaslıkları bir  dış direnç kullanımı ile ayarlanabilir. Hassasiyetleri 1 µA / °C ile 3 µA /  °C arasında değişir.