Hangi Sıcaklık Sensörü Nerede Kullanılır Termokupl Nedir, Hangisini Seçmelisiniz

Bir fırının iç sıcaklığını, plastik makinesinin kalıbını, bir boru hattındaki akışkanı veya soğuk hava deposundaki ortam sıcaklığını ölçmek istediğinizde karşınıza birçok farklı sensör çıkar. Termokupl, PT100, K tipi, J tipi, yüzey sensörü ve pirometre gibi ifadeler ilk bakışta aynı ürün grubunu anlatıyormuş gibi görünse de çalışma yöntemleri ve kullanım alanları birbirinden farklıdır.

Bu nedenle doğru sıcaklık sensörünü seçerken yalnızca "kaç derece ölçüyor?" sorusuna bakmak yeterli değildir. Ölçülecek ortam, sıcaklık aralığı, yüzey veya akışkan yapısı, mekanik bağlantı, tepki süresi, kablo mesafesi ve sensörün bağlanacağı cihaz birlikte değerlendirilmelidir.

Sıcaklık sensörü nedir?

Sıcaklık sensörü, bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığını ölçülebilir bir elektriksel değere dönüştüren sensörlerin genel adıdır. Endüstride kullanılan sıcaklık sensörlerinin tamamı aynı yöntemle çalışmaz.

Örneğintermokupl sıcaklık sensörleri iki farklı metal veya metal alaşımı arasındaki termoelektrik gerilimden yararlanırken, PT100 sensörler sıcaklığa bağlı direnç değişimini kullanır. Pirometreler ise ölçüm yüzeyine fiziksel olarak temas etmeden kızılötesi ışınım üzerinden sıcaklık ölçümü yapar.

Bu nedenle önce sensörün adını değil, ölçüm yapılacak uygulamayı tanımlamak gerekir.

Termokupl nedir ve nasıl çalışır?

Termokupl, farklı özelliklere sahip iki metal iletkenin bir ölçüm noktasında birleştirilmesiyle oluşturulan sıcaklık sensörüdür. Ölçüm noktası ile bağlantı noktaları arasında sıcaklık farkı oluştuğunda çok düşük seviyede bir elektrik gerilimi meydana gelir. Ölçüm cihazı bu gerilimi ilgili termokupl tipinin karakteristiğine göre sıcaklık değerine dönüştürür.

Termokuplların endüstride yaygın kullanılmasının temel nedenleri geniş sıcaklık aralıklarına uyarlanabilmeleri, farklı mekanik yapılarda üretilebilmeleri ve zorlu proses koşullarına uygun çözümler sunabilmeleridir.

Ancak termokupl tek başına yalnızca "K tipi" veya "J tipi" olarak değerlendirilmemelidir. Sensörün çapı, boyu, koruyucu borusu, bağlantısı, kablosu ve ölçüm cihazıyla uyumu da ölçüm sisteminin bir parçasıdır.

Termokupl mu PT100 mü?

Endüstriyel sıcaklık ölçümünde en sık karşılaştırılan iki teknoloji termokupl ve PT100'dür. RTD / PT100 sıcaklık sensörleri, platin elemanın sıcaklığa bağlı direnç değişimini kullanır. PT100 adındaki "100" ifadesi sensörün 0 °C'deki nominal 100 ohm direnç değerinden gelir.

PT100 sensörler uygun çalışma aralıklarında yüksek ölçüm doğruluğu ve kararlılığın önemli olduğu uygulamalarda tercih edilebilir. Termokupllar ise geniş sıcaklık aralığı, farklı prob geometrileri ve yüksek sıcaklıklara uyarlanabilen yapıları sayesinde çok geniş bir endüstriyel kullanım alanına sahiptir.

Burada kesin bir "biri diğerinden daha iyidir" sonucu yoktur. Uygulamaya göre doğru teknoloji değişir. Daha ayrıntılı karşılaştırma için PT100 mü termokupl mu? rehberi incelenebilir.

Termokupl çeşitleri nelerdir?

Termokupl tipleri kullanılan metal alaşımlarına göre sınıflandırılır. K, J, T, E ve N tipi termokupllar endüstride yaygın olarak karşılaşılan tiplerdir. R, S ve B tipi termokupllar ise daha yüksek sıcaklık gerektiren uygulamalarda kullanılan değerli metal esaslı seçenekler arasında yer alır.

K tipi termokupl

K tipi termokupl, geniş kullanım alanı nedeniyle en çok karşılaşılan termokupl türlerinden biridir. Genel endüstriyel sıcaklık ölçümleri, makine uygulamaları, fırınlar, sıcak hava ve gaz ölçümleri gibi birçok alanda kullanılabilir.

K tipi bir sensör seçerken yalnızca teorik sıcaklık aralığına bakılmamalıdır. Tel çapı, prob çapı, koruyucu kılıf malzemesi, kablo izolasyonu ve ölçülen ortam sensörün gerçek çalışma koşullarını belirler.

J tipi termokupl

J tipi termokupl demir ve konstantan esaslı bir termokupl tipidir. Plastik işleme makineleri, kalıp uygulamaları ve çeşitli endüstriyel proseslerde yaygın olarak kullanılır.

Demir içeren yapısı nedeniyle nemli ve oksitleyici koşullarda çevresel şartların dikkate alınması gerekir. Sensörün uygun bir metal kılıf veya proses bağlantısıyla kullanılması uygulamanın koşullarına göre belirlenmelidir.

T tipi termokupl

T tipi termokupl bakır-konstantan yapısına sahiptir. Düşük sıcaklık ölçümleri, soğutma uygulamaları, laboratuvar ortamları ve belirli gıda proseslerinde değerlendirilebilir.

Düşük sıcaklıkta kullanılacak sensörlerde yalnızca termokupl tipi değil, kablo izolasyonu ve sensörün mekanik yapısı da çalışma koşullarına uygun olmalıdır.

E tipi termokupl

E tipi termokupl, diğer bazı temel metal termokupl tiplerine kıyasla yüksek termoelektrik çıkışıyla bilinir. Küçük sıcaklık değişimlerinin elektriksel olarak izlenmesinin önemli olduğu uygulamalarda değerlendirilebilir.

Bununla birlikte daha yüksek sinyal seviyesi, sensörün elektriksel parazitlerden tamamen etkilenmeyeceği anlamına gelmez. Kablo güzergâhı, ekranlama ve bağlantı şekli yine önem taşır.

N tipi termokupl

N tipi termokupl yüksek sıcaklıkta kararlılık gerektiren uygulamalarda K tipine alternatif olarak değerlendirilebilir. Uzun süreli yüksek sıcaklık ölçümlerinde sensörün çalışma atmosferi ve koruyucu malzemesi özellikle önemlidir.

R, S ve B tipi termokupllar

R, S ve B tipi termokupllar platin ve platin-rodyum alaşımlarını kullanan yüksek sıcaklık sensörleridir. Isıl işlem fırınları, seramik, cam ve benzeri yüksek sıcaklıklı proseslerde kullanılabilirler.

Bu tip sensörlerde yüksek sıcaklığın yanında koruyucu seramik yapının uygunluğu ve sensör elemanının proses atmosferinden korunması da önem taşır.

Termokupl tiplerinin malzeme özellikleri ve proses koşullarına göre daha ayrıntılı karşılaştırması için termokupl tipleri rehberi incelenebilir.

Termokupl kaç dereceye kadar ölçer?

Termokuplların sıcaklık aralıkları kullanılan tipe göre değişir. Yaygın referans değerlerinde J tipi yaklaşık 0 ile 750 °C, K tipi -200 ile 1250 °C, E tipi -200 ile 900 °C ve T tipi -250 ile 350 °C aralığında değerlendirilebilir.

Ancak bu değerler her hazır termokupl probunun aynı sıcaklığa kadar kullanılabileceği anlamına gelmez. İnce çaplı bir sensör, kalın çaplı bir sensör veya farklı kılıf malzemesine sahip iki K tipi termokupl aynı maksimum çalışma sıcaklığına sahip olmayabilir.

Bu nedenle ürün seçerken termokupl tipiyle birlikte prob çapı, koruyucu malzeme, izolasyon ve sürekli çalışma sıcaklığı da kontrol edilmelidir.

Plastik enjeksiyon ve ekstrüder makinelerinde hangi sensör kullanılır?

Plastik enjeksiyon, ekstrüder ve benzeri makinelerde sıcaklık ölçüm noktasının fiziksel yapısı seçim üzerinde doğrudan etkilidir. J ve K tipi termokupllar bu uygulamalarda yaygın seçenekler arasındadır.

Özellikle ölçüm ucunun yuvaya baskılı şekilde temas etmesinin gerektiği noktalarda bayonet termokupllar kullanılabilir. Yaylı bayonet bağlantı, sensör ucunun ölçüm yüzeyiyle temasını korumaya yardımcı olur.

Yeni sensör seçilirken mevcut sensörün termokupl tipi, prob çapı, uç uzunluğu, bayonet ölçüsü ve kablo boyu birlikte kontrol edilmelidir. Dış görünüşü aynı olan iki sensörün elektriksel tipi farklı olabilir.

Fırınlarda hangi sıcaklık sensörü kullanılır?

Fırın uygulamalarında sensör seçimi doğrudan çalışma sıcaklığına ve fırın atmosferine bağlıdır. Uygun koşullarda K ve N tipi termokupllar değerlendirilebilir. Daha yüksek sıcaklıklarda ise R, S veya B tipi termokupllar kullanılabilir.

Fırın atmosferi sensörün metal elemanlarını doğrudan etkileyebileceği için yüksek sıcaklık uygulamalarında seramik koruyuculu yüksek sıcaklık termokuplları tercih edilebilir.

Seramik koruyucu seçilirken yalnızca sıcaklık değeri değil, ani sıcaklık değişimleri, proses atmosferi ve mekanik darbe riski de dikkate alınmalıdır.

Dar alanlarda ve hızlı ölçümlerde hangi termokupl kullanılır?

Küçük prob çapının, farklı montaj geometrilerinin veya hızlı sıcaklık değişimlerinin önemli olduğu uygulamalarda mantel ve mineral izoleli termokupllar değerlendirilebilir.

Mineral izoleli yapılarda termokupl iletkenleri metal kılıf içerisinde elektriksel yalıtım sağlayan mineral malzemeyle çevrilir. Bu yapı küçük çaplarda dayanıklı ve farklı geometrilere uyarlanabilen probların oluşturulmasını sağlar.

Prob çapı küçüldükçe tepki süresi genellikle hızlanabilir; ancak mekanik dayanım ve maksimum kullanılabilir sıcaklık da değişebilir. Bu nedenle en ince prob her uygulama için en doğru seçenek değildir.

Yüzey sıcaklığı nasıl ölçülür?

Boru, plaka, kalıp veya makine gövdesi gibi bir yüzeyin sıcaklığını ölçmek için sensörün yüzeyle mümkün olduğunca iyi ısıl temas kurması gerekir.

Bu tür uygulamalardayüzey tipi termokupllar kullanılabilir. Mıknatıslı, kelepçeli veya yüzeye sabitlenen sensör yapıları uygulamanın mekanik şartlarına göre seçilir.

Yüzey ölçümünde önemli bir nokta, sensörün ölçülen yüzeyin sıcaklık dağılımını da etkileyebilmesidir. Sensörün yüzeye temas şekli, ortam havası ve bağlantı parçaları üzerinden gerçekleşen ısı kayıpları ölçülen değerde fark oluşturabilir.

Bir borunun dış yüzeyinden ölçülen sıcaklık da borunun içinden geçen akışkanın sıcaklığıyla otomatik olarak aynı kabul edilmemelidir.

Boru ve tanklarda thermowell neden kullanılır?

Basınçlı, akışkanlı veya kimyasal olarak zorlayıcı proseslerde sıcaklık sensörünün doğrudan prosesle temas etmesi istenmeyebilir. Bu tür durumlardathermowell ve sensör koruma cepleri kullanılır.

Thermowell, sensörün proses ortamından ayrılmasına yardımcı olan koruyucu bir yapıdır. Sensör thermowell içerisine yerleştirilir. Böylece uygun tasarımda sensörün değiştirilmesi için proses hattının tamamen açılması gerekmeyebilir.

Thermowell seçerken basınç, akış hızı, proses akışkanı, bağlantı tipi, malzeme ve dalma boyu dikkate alınmalıdır. Gereğinden büyük veya ağır bir koruyucu yapı sensörün sıcaklık değişimlerine verdiği tepkiyi yavaşlatabilir.

Termokupl kablosu neden normal kablodan farklıdır?

Termokupl ölçümünde sensör ile cihaz arasındaki bağlantı, sıradan bir elektrik kablosuyla yapılan bağlantı gibi düşünülmemelidir.

Kullanılantermokupl kabloları, sensör tipine ve uygulamanın çalışma koşullarına uygun olmalıdır. K tipi, J tipi, T tipi veya diğer termokupl tipleri için kullanılan kablo malzemeleri birbirinden farklıdır.

Uzatma kablosu ve kompanzasyon kablosu da aynı kavram değildir. Uzatma kablosu termokupl tipine uygun termoelektrik özellikte iletkenler kullanırken, kompanzasyon kablosu belirli sıcaklık aralıklarında ilgili termokupla uyum sağlayacak farklı alaşımlardan üretilebilir.

Uzun kablo mesafelerinde sıcaklık, elektromanyetik parazit, mekanik koruma, kimyasal ortam ve kablonun izolasyon malzemesi ayrıca değerlendirilmelidir.

Termokupl konnektörü neden sensör tipiyle uyumlu olmalı?

Termokupl hattındaki bağlantı noktaları da ölçüm sisteminin bir parçasıdır.Termokupl konnektörleri seçilirken termokupl tipi, polarite, konnektör boyutu ve çalışma sıcaklığı kontrol edilmelidir.

K tipi sensörün J tipi konnektörle veya farklı alaşıma sahip uygun olmayan bir bağlantı elemanıyla birleştirilmesi ölçüm zincirinde istenmeyen termoelektrik gerilimler oluşturabilir.

Ayrıca renk kodları farklı standartlarda değişebildiğinden yalnızca renge bakarak sensör tipi belirlemek yerine üzerindeki tip işaretinin de kontrol edilmesi gerekir.

Sıcaklık transmitteri ne işe yarar?

Sensörün ölçtüğü sıcaklık bilgisi otomasyon sistemine uzun mesafeden gönderilecekse sıcaklık transmitterleri ve sinyal çeviriciler kullanılabilir.

Transmitter, termokupl veya RTD sensörden gelen düşük seviyeli sinyali endüstride yaygın kullanılan 4-20 mA gibi standart bir sinyale dönüştürebilir. Bu sayede sıcaklık bilgisi PLC, kontrol sistemi veya uzak bir göstergeye aktarılabilir.

Transmitter kullanılırken sensör giriş tipi, ölçüm aralığı, çıkış sinyali ve besleme özellikleri birbirine uygun olmalıdır.

Sıcaklık kontrol cihazı sensörden farklı mıdır?

Evet. Sensör sıcaklığı algılar; kontrol cihazı ise sensörden aldığı bilgiyi değerlendirir.

Sıcaklık kontrol ve ölçüm cihazları, modele göre sıcaklığı gösterebilir, alarm üretebilir veya rezistans, fan, vana ve benzeri kontrol elemanlarını yönetebilir.

Bir kontrol cihazının K tipi termokupl desteklemesi, aynı cihazın otomatik olarak tüm termokupl ve PT100 tiplerini desteklediği anlamına gelmez. Cihazın giriş seçenekleri kontrol edilmelidir.

Temassız sıcaklık ölçümü ne zaman tercih edilir?

Ölçülecek yüzeye sensör değdirilemiyorsa, yüzey hareket ediyorsa veya sıcaklık çok uzak bir noktadan izlenecekse temaslı sensörler yerine pirometreler ve temassız sıcaklık ölçüm cihazları değerlendirilebilir.

Pirometreler yüzeyden yayılan kızılötesi ışınımı algılayarak sıcaklık ölçümü yapar. Hareketli parçalar, sıcak metal yüzeyler, döner sistemler veya fiziksel olarak erişilmesi zor noktalar bu yöntemin kullanılabileceği örneklerdir.

Ancak temassız ölçümde yüzeyin emisivitesi önemlidir. Parlak metal yüzeyler, mat veya boyalı yüzeylerden farklı davranabilir. Ölçüm mesafesi ve cihazın görüş alanı da doğru sonuç için dikkate alınmalıdır.

Pirometreyle ölçülen yüzey sıcaklığı, bir kabın veya borunun içerisindeki akışkan sıcaklığıyla aynı değer olarak kabul edilmemelidir.

Hangi sıcaklık sensörü nerede kullanılır?

Bu tablo ilk seçim için yol göstericidir. Aynı uygulama içerisinde proses sıcaklığı, ortam koşulları ve mekanik montaj farklı olduğu için kesin sensör seçimi teknik detaylara göre yapılmalıdır.

Sıcaklık sensörü seçerken hangi bilgiler bilinmeli?

Doğru sensörü belirlemek için sipariş öncesinde mümkün olduğunca aşağıdaki bilgiler hazırlanmalıdır:

• Ölçülecek ortam veya yüzey
• Normal çalışma sıcaklığı
• Minimum ve maksimum sıcaklık
• İstenen ölçüm hassasiyeti
• Prob çapı
• Prob veya dalma boyu
• Montaj ve bağlantı şekli
• Kablo uzunluğu
• Kablo izolasyonunun çalışma koşulları
• Mevcut cihazın sensör giriş tipi
• Basınç, titreşim veya kimyasal etki bulunup bulunmadığı
• Temaslı veya temassız ölçüm gereksinimi

Mevcut bir sensör değiştirilecekse eski sensörün ürün kodu, üzerindeki tip bilgisi, prob ölçüleri ve bağlantı ölçüsü yeni ürün seçiminde önemli bilgiler sağlar.

Sık sorulan sorular

Her sıcaklık sensörü termokupl mudur?

Hayır. Termokupl bir sıcaklık sensörü teknolojisidir. PT100, termistör ve diğer RTD sensörleri farklı çalışma prensiplerine sahiptir. Pirometreler ise temassız sıcaklık ölçümü yapar.

K tipi termokupl yerine J tipi termokupl kullanılabilir mi?

Doğrudan birbirinin yerine kullanılmamalıdır. K ve J tipi termokuplların termoelektrik karakteristikleri farklıdır. Ölçüm cihazının sensör tipi, kablo ve bağlantı elemanlarıyla birlikte uyumlu olması gerekir.

PT100 termokupldan daha mı hassastır?

PT100 sensörler uygun sıcaklık aralıklarında yüksek doğruluk ve kararlılık sağlayabilir. Ancak toplam ölçüm doğruluğu sensör sınıfı, cihaz, kablolama, montaj ve kalibrasyon gibi birçok etkene bağlıdır.

Termokupl kablosu normal kabloyla uzatılır mı?

Termokupl hattında rastgele bir bakır kablo kullanılması doğru değildir. Sensör tipine ve uygulamaya uygun termokupl uzatma veya kompanzasyon kablosu kullanılmalıdır.

Termokuplun maksimum sıcaklığı neden üründen ürüne değişir?

Çünkü termokupl tipi tek başına maksimum çalışma sıcaklığını belirlemez. Tel ve prob çapı, koruyucu malzeme, izolasyon, proses atmosferi ve sensör konstrüksiyonu kullanılabilir sıcaklık aralığını etkiler.

Pirometre mi termokupl mu kullanılmalı?

Ölçüm yapılacak yüzeye temas edilebiliyorsa termokupl veya başka bir temaslı sensör kullanılabilir. Hareketli, çok sıcak veya erişilmesi güç yüzeylerde pirometre avantaj sağlayabilir. Ölçülmek istenen değerin yüzey sıcaklığı mı yoksa iç sıcaklık mı olduğu öncelikle belirlenmelidir.

Doğru sıcaklık ölçümü doğru sensör seçiminden başlar

Sıcaklık ölçümünde tek bir sensör tipi bütün uygulamalar için ideal değildir. Plastik makinesinde kullanılan bayonet termokupl ile yüksek sıcaklıklı bir fırında kullanılan seramik korumalı sensör veya hassas proses ölçümünde kullanılan PT100 farklı ihtiyaçlara göre geliştirilmiştir.

Bu nedenle sıcaklık sensörü seçerken yalnızca ürün adına veya maksimum sıcaklık değerine bakmak yerine ölçüm ortamı, sensör tipi, mekanik yapı, kablolama ve ölçüm cihazı birlikte değerlendirilmelidir.

Uygulamaya uygun sensör belirlendiğinde ölçüm sisteminin daha kararlı çalışması, yanlış sıcaklık okumalarının azaltılması ve sensörün çalışma koşullarına daha uygun şekilde kullanılması mümkün hale gelir.

Kaynaklar

[1] Aydın Bodur (yayına hazırlayan),Sıcaklık Ölçme Notları?I, TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası, Ankara, Mayıs 2012. Özellikle Bölüm 2: Sıcaklık Ölçümünde Dikkat Edilecekler; Bölüm 5: Termokuplörler; Bölüm 6: RTD'ler ? Direnç Termometreleri.

[2] DwyerOmega, What are the Different Types of Thermocouples? Termokupl tipleri, genel sıcaklık aralıkları, renk kodları ve seçim ölçütleri.

[3] NI, Specifications Explained: C Series Modules, "Thermocouple Subsystem Specifications / Cold-junction compensation" bölümü.

[4] Omega Type C Thermocouple Reference Tables. Tungsten-renyum bileşimi ve atmosfer sınırlamaları.

[5] DwyerOmega, Infrared Temperature Instruments ? Measurement Principles. Kızılötesi ölçüm, emisivite ve uygulama koşulları.

[6] WIKA, Temperature Transmitters. RTD ve termokupl sinyallerinin standart çıkış sinyallerine dönüştürülmesi.

[7] WIKA, TR21-A: Miniature Resistance Thermometer for Sanitary Applications. Gıda ve ilaç uygulamalarında hijyenik sensör tasarımı.

[8] WIKA, CS4R: Temperature Controller for Rail Mounting. Sensör girişleri, sıcaklık gösterimi ve kontrol işlevleri.