SICAKLIK ÖLÇÜLMESİ VE KONTROLU 2

UDK: 621.3.082.6

Sıcaklık Ölçülmesi Ve Kontrolü 2

Hasan PEKŞEN

ÖZET

Sıcaklık duyuculannın özelliklerine göre uygu laması ve çeşitli elektronik kontrol devrelerinde kullanılması belirtilmiştir.

S U M M A RY

The application of temperature sensors accor ding to their particular characteristics and the use of them in several electronic control tir cuits are indicated.

1. GİRİŞ

Bu günün endüstrisinde sıcaklık ölçülmesi ve kontrolü ürün kalitesi yönünden önemli bir yer kaplamaktadır. Duyucudan ve kontrol dev resinden beklenen koşullara göre uygun bir seçim ve tasarım yapılmalıdır.

En çok kullanılan sıcaklık duyuculannın tanı mı ve seçimi bu yazının birinci bölümünde açıklanmıştı. Bu bölümde daha çok duyucula rın kullanılabileceği elektronik devrelerden ör nekler verilmiştir.

Sıcaklık kontrolü genel olarak ısıtıcılar (elek triksel veya buharlı) yoluyla etkili hale getiril mektedir. Dolayısıyla kontrol organının ona göre [elektriksel veya havalı (pnömatik) ] se çilmesi şarttır.

Elektriksel ısıtıcılarda ana kontrol organı bir

Hasan Peksen, Y. Müh , Türkiye Şeker Enstitüsü, Ankara Bu yazının birinci bolumu dergimizin 204. Sayısında (say fa 737 747) çıkmıştı.

kontak çifti, bir tiristor veya triyak olabilir. Bu tip kontrol organları da bir ateşleyici devre yardımıyla ısıtıcıya güç sağlar ve sıcaklık du yucunun sıcaklıkla olan ilgisi ateşleme zama nını ve süresini tayin eder. Bu yazıda belirti len sıcaklık duyucularla kullanılabilecek çeşit li tipte elektronik devreler, genel olarak, ufak tefek değişikliklerle her koşulda uygulanabilir.

Havalı kontrolü gerektiren ısıtıcılara gelince, ya elektriksel duyucudan elde edilecek işaret pnömatik işarete çevrilip bir düzengeç kulla nılır, ya da sıcaklılık değişimi özel duyucular la (gaz genleşmeli gibi) mekanik harekete do layısıyla pnömatik işarete çevrilir. Elektriksel sistemlerin mahzurlu olduğu yerlerde (petrol endüstrisi ve çok nemli süreçlerde) çoğu za man ikinci yol tercih edilir. Gaz genleşmeli sı caklık ölçücülerin karakteristikleri incelendi ği için havalı (pnömatik) kontrol sistemlerine girilmemiştir.

Ana nokta olarak, kontroldan beklenilen has sasiyete göre seçilen duyucunun karakteristik

leri iyi bilinmeli ve kontrol devresine uygun bir şekilde ilave edilmelidir.

Bu yazıda NTC ve PTC termistorler ile, di rençli sıcaklık duyuculardan bahsedilmiştir. Diğerleri (ısıl çiftler, pirometreler ve gaz gen leşmeli duyucular) prensipte pek bir farklı lık göstermeden uygulanabilir.

2. NTC TERMİSTÖRLERİN UYGULAMASI

NTC termistörün önemli özelliklerine dayana rak uygulamasını üç ana gruba ayırmak gere kir :

1. Direncinin sıcaklığa bağlılığından yararlan mak (R = f (T) ) : a) NTC termistörün sıcak lığının çevre sıcaklığıyla tayin edilmesi (veya ayrı bir ısıtıcıyla ısıtılması), b) NTC termis törün sıcaklığının termistörün kendisi tara fından tayin edilmesi.

2. Zamana bağlılığının uygulaması: Bu du rumda sıcaklık bir parametre olmakta ve R = f (t) (t = zaman) dır. Bu gurupta ter mistörün sıcaklık ataletine dayanan bütün ay gulamalar gösterilebilir.

3. Negatif sıcaklık katsayısının büyüklüğün den yararlanan uygulamalar. Gerilim akım eğ risinin negatif eğim gösterdiği bölgenin kulla nılması.

NTC termistörün kullanılmasında dikkat edi lecek noktalar :

Daha fazla yük çekmek için birkaç NTC ter mistörü paralel bağlamamalı; termistörlerden biri fazla akım çekip ısınırken, diğerlerinin so ğuk kalması mümkündür.

Kaplamasız termistörleri iletken sıvılarda, aşın dırıcı ve indirgeyici gazlarla kullanmamalı; karakteristiklerinde değişiklik meydana gelebi lir.

Sıcaklık ölçmelerinde yüksek gerilim termistö rün ısınmasına dolayısıyla yanlış okumasına yol açar.

Güç harcama katsayısı* verebileceği en bü yük ölçme gücünün belirtilmesidir. NTC ter mistör disklerini yönergesine uygun şekilde lehimlemek gerekir.

2.1. Uygulama örnekleri

Sıcaklık ölçülmesi :

En basit haliyle bir köprüde kullanarak sı caklık ölçümünde yararlanılır. (Şekil: 2.1)

* Bakınız «Sıcaklık ölçumu ve Kontrolü 1», Elektrik Mühendisliği, Aralık 1973

ytt rc

Şekil 2.1.

Daha çok tıbbi ve endüstriyel termometreler de uygulanır. Devrede NTC direncin doğrusal olmayan özelliklerini kaldırmak için uygun kompanzasyon yolları kullanılmalıdır *. Aynı köprü ile ölçme düzeni kontrol işinde de kul lanılabilir. (Şekil: 2.2)

Şekil 22.

2.1.1. NTC direnç ve triyakla sıcaklık kontrolü NTC direncin sıcaklık ölçücü olduğu bir devre ayarlanan sıcaklığa göre bir triyakın kapısına verdiği işaretle yüke sağlanan güç düzenlenir. Böyle pratik bir devre Şekil 2.3 de görülmek tedir. Devre şöyle çalışır : Şebeke gerilimi köprü diyotlarıyla doğrultulur ve zener diyotla (D5) Vz geriliminde kesilir. RT termistörü ve R2 potansiyometresi Tj transis torunun taban akımını ayarlar. R2 öyle ayar lanır ki Tj istenilen sıcaklıkta kesimdedir (OFF). Tj kesimde iken Cj kondansatörüne akım geçmediğinden UJT (Unijunction Tran sistor) triyakı ateşleyemez. Sıcaklık azaldıkça RT direnci artar Tl aktif hale gelir, Cl'e akım geçer. Cl'in gerilimi UJT ateşleme gerilimine ulaşınca darbe transformatoruyla (PT,) triya kı ateşler. Sıcaklık daha da düşerse Cl daha hızlı dolar ve triyak daha erken ateşlenmiş olur. Sıcaklık arttığında Tl transistoru kesime gider ve triyaka darbe ulaşmadığından triyak iletemez. Böylece o istenilen sıcaklığa göre ısı tıcıya (yük) akım triyakla sağlanmaktadır. Bu basit devrenin pratik yönden bazı mahzurları vardır: Bunlardan biri triyakın sıfırdan fark

Bakınız: «Sıcaklık Ölçümü ve Kontrolü 1», Elektrik Mühendisliği, Aralık 1973.

ISIT/C/ (YÜK)

Şekil 23. Sıcaklığın faz açısıyla kontrolü.

h gerilimde ateşlenmesi ve ani akım artma sıyla şebeke frekansının dışında frekansa sa hip gerilimlerin üretilmesidir. Çeşitli aygıtlar da girişime yol açabilecek bu gerilimler triya km sıfır gerilimde ateşlenmesiyle engellenir. Bu yüzden sıcaklık kontrol devresine bir sıfır nokta anahtarı ilave edilir. ,

2.12. Sıfır nokta anahtarı [5, 6]

Şekil 2.4 de dirençsel yükler için el kumandalı sıfır nokta anahtarı görülmektedir. Pozitif ya

rı periyodun ilk kısmında sıfırdan doğru ar tan gerilim hızla C2 kondansatörüne büyük miktarda akım verir. C2 den geçen akım 1^, D3 ve D4 den geçip T2 triyakım sıfıra yakın ge rilimde ateşler. T2 akım geçirir; C3, D5 den doğ ru şebekenin tepe gerilimine kadar dolar. Şe beke gerilimi tepe değerini aşınca, D5e ters gerilim gelir ve C3, D4 ve T2 nin kapısından doğru boşalır. Bu anda C3ün gerilimi şebeke gerilimini takip eder. Şebeke gerilimi sıfırdan

YOK

Şekil 2.4. Sıfır nokta anahtarı.

geçerken, C3 gerilimi tamamen sıfır olmamış tır, öyle ki şebeke gerilimi negatif olduğunda C3 halâ boşalmaktadır. Böylece T2 negatif yan periyodun sıfırına yakın değerde kesilir. Bu çalışma S( anahtarı kapatılana kadar her pe riyot için devam eder. S, anahtarı kapatılınca T, iletim halinde olur. Ve T2 nin iletim haline geçmesini engeller (pozitif periyotta). Negatif periyotta T2 iletemez, çünkü T2 pozitif periyot ta iletmedikçe C3 boşalamaz.

Eğer Sj pozitif yan periyotta kapatılmışsa T, iletir fakat işlem periyodun geri kalan kısmın da devam eder ve kesime gider. Eğer St negatif yan periyotta kapatılırsa, T, iletemez T, gele cek ilk pozitif yan periyotta iletir, T2 kesime gider.

Sj açık olduğunda sıfır nokta anahtarlaması T, in karakteristiğiyle sağlanır. Eğer St pozi tif yan periyotta açılırsa, Tt geri kalan yan periyotta iletime devam eder ve T2 pozitif ya n periyodun ortasında ateşliyemez. C3 pozitif yan periyotta dolmadığından T2 negatif yan periyotta kesimde kalır. T2 ilk pozitif yan pe riyotta iletime başlar. Eğer Sj negatif yan pe

riyotta açılırsa, C3 dolu olmadığından T2 po zitif yan periyodun başına kadar iletim yapa maz. T, için gerekli kapı sinyali D,, R,, C, ve D6 ile sağlanır.

2.13. Sıfır nokta anahtarlı sıcaklık kontrolü

Daha önce Şekil 2.3 de belirtilen devrede tri yakın iletim kesim işlemi sırasında (faz kon trolda) üretilen EMİ (Elektromagnetik Inter ference) kaldırılarak Şekil 2.5 deki devre ile gayet hassas oransal var yok sıcaklık kontro lü mümkündür.

Devreyi iki kısımda incelemek daha kolaydır. Sağ taraftaki devre daha önce anlatılan sıfır nokta anahtandır (Şekil 2.5). Soldaki ise anah tar için oransal kontrol devresidir. Devrenin çalışması şöyledir: D, diyodu, Rj direnci, C, kondansatörü devre için besleme kaynağını oluşturur. Sıcaklık duyucu RT, R4, R5, R6, R7 ve D2 den oluşan köprünün bir elemanıdır. Köprü duyucusu T2 transistorudur. Sıcaklık arttıkça RT azalır, T2 iletir ve T3 (SCR) için bir kapı işareti verir. T3 iletince T3ün kapı işareti kesilir ve ısıtıcıdan akım geçmez. Sı

T3

KONT KOL DEV/? E SI

Elektrik MühendisUği 207

Şekil 2.5

SIFIR. NOKTA ANAHTARI

caklık düştüğünde RT artar ve T2 kesime gi der. T3 ün kapı işareti kalkar ve yüke tam şe beke gücünü uygular.

Ntormal olarak devre ısıtıcıya rasgele tam yük vermeye devam edecektir. Fakat RT deki kü çük değişimlere karşılık yükgücüne orantılı modülasyon uygulanır [5]. Modülasyon, R3 den doğru köprü koluna testere dişli işaret bindir mekle olur. Testere dişli işaretin bir periyodun da 12 şebeke periyodu vardır. Birden onikiye kadar bütün periyotlar yüke uygulanabilir. Böylece yük gücü % 8'lik basamaklarla °/o 10 100 arasında modüle edilir. Testere dişi geri lim UJT (Unijunction Transistor) R2, R3, R4 ve C2 nin meydana getirdiği devre ile sağlanır. Testere dişi köprü gerilimini öyle modüle eder ki 12 periyotluk grubun bir kısmında köprü gerilimi sıfır (null) gerilimin üstünde, diğer kısmı için altında olacaktır. Bu hareket 12 pe riyodu AÇIK ve KAPALI olmak üzere iki kıs ma ayırır; oranlama ise RT nin nominal değe rinden ne kadar ayrıldığına bağlıdır. Bu devre durağan iş saykılına göre gerekli gücü karar laştırıp uygulayabildiğinden çok iyi bir kontrol sağlar. Bu yüzden sıcaklık çok dar bir sımrda kontrol edilebilir ve hiçbir EMİ üretilmez.

22. Başka uygulamalar [1, 3]

Sıvılarda debi ölçümü (Şekil: 2.6) : Sıvmm ısı tıcıda (sıcaklık artması) T1( To sıcaklıkları ara sındaki farkla ölçülür. Sıcaklık artışı sıvının debisiyle ters Orantılı olduğundan debi hak kında bir işaret «İde edilir.

Şekil 2.7

NTC

Şekli 2.8 Isıtıcı zincirinin korunması (Şekil: 2.8) : TV veya radyo devrelerinde akım yükselmelerine karşı koruma.

Şekil 2.6

Saptırma bobinlerinde kompanzasyon (TV veya Osiloskopta) (Şekil: 2.7) : Bakır sargıların po zitif sıcaklık katsayısı NTC direnç yoluyla kom panse edilerek sıcaklığın etkisi azaltılır.

Şekil 2.10 Elektrik Mühendisliği 207

ŞekU 2.11

Fazla ısınmaya karşı emniyet devrelerinde tran sistorlu devrelerde sıcaklık kompanzasyonu (Şekil: 2.9 ve Şekil: 2.10) veya kazanç kom panzasyonu (Şekil: 2.11) de uygulama alanla n içinde sayılabilir.

3. PTC TERMİSTÖRLERİN UYGULAMASI

PTC termistörün uygulaması şu ana gruplara ayrılabilir :

1. PTC nin sıcaklığının çevre sıcaklığıyla ta yin edildiği uygulamalar: Bu gruba sıcaklık, ölçme ve kontrol devreleri ile aşırı sıcaklığa karşı emniyet devreleri girer.

2. PTC nin sıcaklığının PTC den geçirilen akımla tayin edildiği uygulamalar: Akımın ka rarlaştırılması, röle gecikme akımının sınırlan ması, sıvı düzeyi duyurucu, aşın gerilim ve kı sa devrelere karşı koruma v.b. gibi.

PTC termistörün uygulamasında dikkat edile cek noktalar: [2, 3]

PTC termistörler yüksek sıcaklıklarda, çok yüksek sıcaklık katsayısına sahip olduğundan, özel dikkati gerektirir. Sıcaklıkta 0,1 °C kadar hata % 3 5 kadar direnç değişimine yol açar. Kalibrasyonda özel termometreler kullanılma lıdır, özellikle hazne düzeltilmesi yapılmış olan sivili termometrelerle kalibre edilmelidir. Sivili termometreler için hazne düzeltme for mülü şöyledir :

Tc = To + F.L ( T O T J Tc = Düzeltilen sıcaklık, To = Görülen sıcaklık, Tm = Haznenin ortalama sıcaklığı, L = Sıcaklığı ölçülecek maddenin yüzeyinin üstünde sıcaklığın uygulandığı kolonun °C olarak boyu, F = Düzeltme faktörü. Cıvalı termometreler için F = 0,00016 olarak alınabilir.

Sıcaklık ölçümünde PTC uygulanan gerilim 2V un altında olmalı ki kendiliğinden ısınma ve gerilimin etkisi kaldırılabilsin.

PTC ye en büyük geriliminin üstünde gerilim uygulamamalı. Daha yüksek gerilim veya har cama elde etmek için birkaç PTC yi seri bağ lamamalı; bu, PTC lerden birinin daha çabuk ısınarak bozulmasına yol açabilir.

3.1. Sıcaklık ölçümü ve kontrolunda uygulama

PTC direnç çeşitli elektrik ve elektronik devre lerle sıcaklığın ölçümünde kullanılabilir. Yal nız ölçülecek sıcaklıkla PTC karakteristikleri arasındaki ilgi çok iyi bilinmelidir. Böylece hassas sıcaklık ölçümü sağlanabilir.

3.1.1. Oransal zamanlı sıcaklık kontrol devre sinde PTC ve NTC dirençler

Kontrol edilen sıcaklığa göre belirli süreler tiristor gibi güç ayarlayıcı elemanları ateşleye rek sağlanabilir. Böyle bir devrede (Şekil: 3.1) bir kare dalga üreteci, bir senkronlayıcı ve VEDEĞÎL (NAND) devresi, multivibratör ve gerekli ateşleyici devre bulunmaktadır.

Isıtıcının çalışma periyodu, yani ısıtıcı gücü, sıcaklık duyarlı geribesleme elemanları Rj ve R3 ile sağlanır. Devrenin diğer elemanları: Ana köle (master slave) ateşleyici (yüke DA akım geçmemesi için) ve senkronize olmuş anahtarlayıcı tiristordan ibarettir.

Şekil: 3.1, a ve b yardımıyla devrenin çalış ması şöyle açıklanabilir: (2) önce CI boştur ve yükselteç çıkışı pozitiftir, (3) deki gerilim (2) dekinden fazla olduğundan pozitif çıkış mu hafaza edilir. CI, NTC termistörü R3, R7 ve D, ile pozitif olarak dolduğunda (2) ucundaki ge rilim artar. 3 ucundaki gerilim aşıldığında (Şe kil : 3.1 a daki P noktası), 2 ve 3 uçları arasın daki gerilim işaret değiştirir ve R4 yoluyla po zitif geribesleme yükselteci aniden negatife süren Bu sefer CI ters yönde R6, PTC termis tör R2 ve Dİ ile Şekil 3.1 a daki Q noktası ulaşılıncaya kadar dolar, yükseltecin çıkışı po zitif olur ve periyot böylece sürer.

Yükseltecin t, periyodu (pozitif çıkış süresi) CI, R3 ve R7 ile t2 periyodu (negatif çıkış sü resi) ise CI, R2 ve R^ ile tayin edilir.

t, = C, (R3 + R7) İn [1 + (2R,/R4)] t2 = C, (R2 + R6) İn [L+ (2R,/R4) ]

R3 = NTC termistörün direnci

R, = PTC termistörün direnci

Şekil 3.1

T2 ve T3 tiristorlan t, süresince ilettiğinden tiristor çalışma periyodu şöyle tanımlanabilir:

8 = tj/C^+tî) = (R3+R7)/(R3+R7+R2+R4)

Kontrol edilen sıcaklık arttıkça R3 azalır, t, aza lır; t, artar (R2 arttığından), böylece tiristorun iş saykılı daralmış olur. Senkronlayıcı T2 ye ters gerilim altında kapı darbesinin verilmesi ni sağlar ve böylece T2 anot gerilimi pozitif olur olmaz iletir, T3 ise T2 nin her iletim peri yodundan sonra iletir.

Senkronize edicinin giriş beslemesi yükselteç çıkışı (I) ve senkronizasyon gerilimidir (II) : İkincisi T2 anot gerilimi ile ters fazdadır. (I) girişi pozitif ve (II) girişi pozitife giderken senkronize edicinin flip flop'u set edilir ve 10 Kz lik multivibratör salınma başlar. Flip flopun «set» durumu (II) nolu girişin işaretiyle bo zulmaz.

Multivibratörün çıkışı bir VEDEĞÎL geçiti ve T, transistoruyla T2 yi ateşlemek üzere TR, transformatörüne ulaşır. (I) girişi negatife döndüğünde flip flop reset edilir ve multivib ratörün salınımı durur ve böylece tiristorlar yalnız yükseltecin akışı artı olduğu zaman ile tir.

T,'in anahtarlaması sırasında TR, transforma törü tarafından üretilen gerilim yükseltileri (surge) D3 Zener diyodu ile önlenir.

D3 aynı zamanda T, in kesilmesi sırasında pri mer akımın hızla azalmasını sağlayarak TR, transformatörünün doymasını önler. T, doy maya ulaştığında D4 diyodu, TR, in kısa devre olmasını engeller.

T3 ün ateşlenmesi şöyle sağlanır (Şekil: 3.2) : T2 ilettiğinde C4 şebeke gerilimi ile R,6 ve D6 yoluyla dolar ve T3'e kapı işareti sağlanır. Za man gecikmesinin olması yüzünden T2 kesil dikten sonra da T3 kapısına yeterli akım ak

J i»n kron laıjıcı * • 9 i r ı Tl ,n p clorbel eri (IO

iletiyor Şekil 3.2

maya devam eder. R14 ve R16, T3 tamamen ile timden kesilmesinden önce C4 ün tamamen boşalmasını sağlar. Böylece T3 ancak bir önce ki T, iletim periyodundan sonra iletir.

Ds diyodu ve C4, T3 ün kapısını ters gerilimle re karşı korur. Devrede elemanların uygun se çilmesiyle T3 ün kapı akımı 10° fazda açısın da en az 100 mA olacak şekilde ayarlanırsa ço ğu tiristorlar ateşlenebilir.

Kontrol edilecek sıcaklık R7 ile ayarlanır (yak laşık olarak 20°C lik sımrda) Rj direaci PTC di rençten geçen akımı kısıtlayarak termistörün kendiliğinden ısınmasıyla sıcaklıkta kaymayı engeller.

3.2. Başka uygulamalar [3]

Aşın gerilim ve kısa devreye karşı koruma (Şekil: 3.3) : Devreden geçen akım arttığında PTC direnç ısınıp akımı emniyetli bir değerde sınırlar.

Rölenin geciktirilmesi (Şekil: 3.5): Devreye gerilim uygulandıktan belirli bir süre sonra (PTC nin karakteristiğine bağlı olan) röle ça lışır.

Şekil 3.5

PTC

"YUK

Şekil 3.3

M

Şekil 3.4 Arkın önlenmesi ( Ş e k i l : 3.4) : PTC ye paralel anahtar açıldığında soğuk PTC nin düşük di renci arkı önler. Akım PTC den geçtiğinden direnci kısa zamanda artarak devreyi keser. Elektrik Mühendisliği 207

Şekil 3.6

Elektrik motorlarının aşırı sıcaklığa karşı ko runması.

PTC NTC Mültivibratör (Şekil: 3.6): PTC lerden biri ısınıp direnci artar, ona paralel olan NTC birincinin soğumasına meydan ve rir. Transistorlu devrelerde sıcaklık kompanzasyo nu (Şekil: 3.7)

Sıvı seviyesi ölçümünde (Şekil: 3.8) [ 7 ] : Elek triksel güçle ısıtılan termistör enerji kaybı ile birim zamanda uygulanan enerjinin dengeye geldiği bir sıcaklığa erişir. Çevrede güç harca ması arttıkça daha çok soğur ve direnci dü

Şekil 3.7

4. ölçme sistemi duyucuya uzak bir yerde ise, bağlantı kablolanndaki sıcaklıkla direnç deği şiminin kompanse edilmesi.

Yukarıda belirtilen noktaların dışındaki hassa siyet, fiziksel ölçme sistemine bağlıdır. Örneğin 0° 150°C sınırı içinde, kararlılık, kalibrasyon ve değiştirme hataları dahil olmak üzere, 0,05 °C toleranslı Pt direncin yapılması müm kündür. Fakat çoğu endüstriyel uygulamalar da sıcaklık aralığının °/o 0,1 5'i kadar hassasi yet yeterlidir. Sıcaklık aralığı içinde % 1 den hassas ölçmelerde tüm sistemin seçimine, ta sarımına, duyucunun değiştirilebilmesine ve ka rarlılığa öncelik tanımak gerekir. Sistemden en iyi şekilde yararlanmak için duyucunun ka librasyonu ve ölçme devresinin duyucuya göre ayarlanması gerekir. Böylelikle belirtilen has sasiyet % q: 0,1'e yükseltilebilir.

S &1

i 1 Z4

eA

t rA 6 c A • 0

U ILIUU

Şekil 3.8 şer. Yeni bir denge durumuna kadar akım ar tar. Duyucunun bu özelliği yalıtkan sıvılar da uygulanabilir, iletken sıvılarda bu etki ye tersizdir ve elektrolizin istenmeyen noktalan göz önüne alınmalıdır. Havadan sıvıya dalan PTC termistör, böylece düzeyi belirten bir işa ret verebilir.

4. METAL DİRENÇ TERMOMETRELERİN UYGULAMASI

Bir metalin direncinin sıcaklıkla değişimi, di renç ölçümüyle sıcaklığın tesbitini sağlar. Me tal termometrenin direnci, belirli bir gerilim altında geçirdiği akımdan en basit bir şekil de bulunabilir. Ancak uygulamada metal di rencinin cinsine, yapısına ve uygulama yerine göre bazı noktalara dikkat etmek gerekir:

L Direncin, gerilim ve baskılardan uzak ol ması,

2. Kimyasal değişikliğe uğramaması, örneğin: nikel dirençli termometrelerdeki oksitlenme gibi,

3. Dirençten geçirilecek yararlı akım mini mum düzeyde tutularak kendi kendine ısınma nın önlenmesi,

Şekil 4.1. Pt direnç için Standard bağlantı uç ları.

Metal dirençlerle ölçme devresinde, kablo di renç değişiminin kompanzasyonu için, millet lerarası standardlara göre Şekil: 4.1 de belir tilen bağlantılar kullanılır. Genellikle ölçme devresinde 0°C de 0 mV ge rilim elde etmek için köprü devreleri kullan mak gerekir. Bu köprülerle (Şekil: 4.2, a, b, c) kablo direncindeki değişim etkisi tamamen kompanse edilemez. Ancak «dört tel bağlantı lı çift Kelvin» köprüsüyle en iyi kompanzasyon elde edilir. Böylece sıcaklıkla doğrusal bir çı kış elde edilmesi mümkündür. Köprü çıkış ge rilimin değeri aynı zamanda sıcaklığı verecek tir (Şekil: 4.2d).

Tablo: 4.1 de adı geçen köprülerin bağlantı kabloları yönünden karşılaştırılması görülmek tedir.

Tablo: 4.1 [4]

Kablo direncinin değişimiyle sıcaklıkta befcSe

nen hata

Tüm kabloda Bir tabloda

Üç telli köprü

0,60°C

Kompanzasyonlu

1,1°C

Dört tel bağlantılı

çift Kelvin köprü

0,03°C

0,05° C

Şekil 4.2. Ölçme köprüleri

Tümleştirilmiş devrelerle yapılabilecek değişik bir ölçmede işlem yükseltecinin girişine sabit bir gerilim uygulanır ve termometre direnci geribesleme halkasına yerleştirilir. Dolayısıyla çıkış doğrudan termometre direncinin fonksi yonu olacaktır. Geribesleme halkasına doğru sallaştırma devresi kullanıldığı takdirde, çıkı şın sıcaklıkla tam doğrusal bir değişimi sağ lanabilir.

4.1. Pt dirençle oransal ve integralli kontrol

Pt direnç bir köprüde sıcaklık duyucu olarak kullanılabilir ve köprünün çıkışı oransal ve integral işlemi yapan yükseltece verilir. Şekil: 4.3. de bu tip bir dizge görülmektedir. R,, R2, R3, R4, Rs den meydana gelen ve karar lı bir akım kaynağında beslenen köprü kon trol devresine işaret verir. Platin dirençli ter mometre RT direnci üç tel bağlantılı olup, kab lo direncinin sıcaklıkta değişiminin etkisi

T«3

Şekil 4.3. Oransal+integral sıcaklık kontrolü.

böylece azaltılmıştır. Köprü çıkışı yaklaşık 2mV/°C dir. ölçme işareti yükseltecin (A) gi riş (in) ucuna, ayar noktası işareti ise öbür ucuna uygulanır.

Oransal ve integral kontrolü sağlamak için yükseltecin çıkışı zaman sabitesi ayarlanabilir bir faz kaydına devreden (C, ve R,) geçirile rek T,, T2 ve T3 transistörlerine verilirken, T3 kollektör işaretinin bir kısmı da yükseltecin (A) giriş ( in) ucuna geri beslenmektedir. TRlf TR2 ve TR3 yükselteci faz kaydına devreyi yüklememek için gereklidir. TR, transistoru nun taban ucunda giriş empedansı yüksek olduğundan yükseltecin giriş empedansı he men hemen Ru ve R12 dirençleriyle belirlenir. A ve B noktalarındaki köprü empedansının R, ve Ry ye göre küçük olması sağlanırsa, yük seltecin işlemesi şöyle gösterilebilir: [2]

3_(ı _L Yükselteç çıkışı

G = Hata işareti

=

+

a R , \ jv/Tj

a = Rıo ve Ru devresinin zayıflatması, Ru ile ayarlanır.

T, = C, ve R,'un çarpımı, tepki (reset) zama nı.

Bu ifade R, = R, ve R, = Rg olduğunda geçer lidir.

Ru potansiyometresi oransal kazancı ayarlar; R, ile 2 280 sn. arasında bir seçim sağlamak mümkündür. T5 transistoru D4, R,3 ve geri bes leme potansiyometresi R,6 ile işaretini yükselte cin çıkışından alır (C3 süzgeci gürültüleri yok eder). Yükseltecin çıkışı, girişine bağlı oldu ğundan taban sürülme devresi, dolayısıyla C4 zamanlayıcı kondansatörünün dolma hızı kon trol edilen sıcaklığın ayar noktasından ayrıl masına bağlıdır. Kondansatörün dolma hızı ti ristor ateşleme açışım tayin eder. Şöyle ki re jeneratif transistor çifti T6 ve T7, C4 ün geri limi Dıo zener gerilimini yeteri kadar aşınca doymaya girer. Böylece T, transformatörüyle, bu darbe T, ve T, tiristorlannın kapılanna uy gulanır, birini ateşler. Ateşleme devresinin sen kronizasyonu her yan periyot sonunda C4 ün boşalmasıyla sağlanır. Şekil: 4.3a da bu senkro nizasyon işlemi görülmektedir. 1 ve 2 nolu eğ rilerin arasındaki fark, yayıcı koruyucu diyot D5 olmadığında, T4 nın taban yayıcı gerilimini verir. Görüldüğü gibi, hemen hemen yan pe riyodun sonunda transistor iletmektedir, böy lece zamanlayıcı kondansatör boşaltılmış olur.

Sonuç olarak kondansatör yemden dolmaya ve tiristor yeniden iletmeye hazırdır. (Her peri yotta tiristorlarm biri iletir).

Kontrol devresinde, tiristorlar doğrusal olma yan öğeler gibi çalışır, çünkü iletim açısı yak laşık olarak T5 giriş işaretiyle doğrusal olarak değişir. Doğrusallaştırmak için, ısıtıcı gerilimi D6 ile doğrultulur ve sonuç doğru akım (R41 üze rindeki) T5 in taban devresine negatif geribesle me olarak verilir. Kontrol edilen sıcaklıkla ısı tıcı gücündeki değişimler, ısıtıcı direnci ısıtıcı sıcaklığıyla doğrusal olarak arttığında yaklaşık olarak doğrusaldır. Sıcaklık kontrolü şöyle dir : Sıcaklık artarken, RT termometresinin direnci artar. Yükseltecin + giriş ( + i n ) giri şi artar ve yükseltecin çıkışı pozitif yönde de ğişir, böylece T5 daha az taban işareti alır. Za manlayıcı kondansatör, C4, daha ağır dolar ve tiristorlar daha geç ateşlenir. Isıtıcıya daha az güç gittiğinden sıcaklık artışı karşılanmış olur. İyi bir işlem kontrolü için şu ayar tavsiye edil mektedir [2,8]. Kazanç (100/oransal band) kontrolün kararsız olduğu değerin yansına ayarlanır, integral hareketi; tepki (reset) za manı, Ti, salınım periyodunun 1/1,2 sine ayar lamakla tamamlanır.

KAYNAKLAR

1. Philips, Components and Materials, Part 2, Hollanda, S. G5 G66, G67 G94, Ekim 1966.

2. Philips, Al 336, Hollanda, S. 15 36, Eyl. 1970.

3. Philips, «PTC Resistors», Electronic Appli cations, Hollanda, S. 123 130, 1965.

4. Fallon, W., «Resistance Thermometry», Inst rument Practice, Londra, S. 400 403, 1971.

5. Motorola, «Circuit Application of Triacs», ABD, S. 10 15, 1971.

6. RCA, «Application of the RCA 3058 and RCA 3059 Zero Voltage Svvitches in thyristor cir cuits», ABD, S. 1 11, 1971.

7. Siemens, Electronic Components, Almanya, S. 6044, 83 85, 1972.

8. Fozboro, Process Instrumentation, s. 10, 1973.