Isı Ölçüm Cihazı

Sıcaklık, insan sağlığı ve biyolojik, fiziksel ve kimyasal süreç boyunca önemli bir rol oynar. Birçok elektronik cihazın hassasiyeti sadece belirli sıcaklık aralıklarında garanti edilir. İstenilen sıcaklığa uygunluk, ısı ölçüm cihazı ile kolaylıkla izlenebilir. Bu cihazlardan bazıları ile ölçüm değerleri doğrudan kaydedilebilir ya da aktarılabilir. Kullanım amacına bağlı olarak tasarım, kullanım, çalışma prensibi ve hassasiyet açısından en uygun ısı ölçüm cihazı seçilebilir.

Mevcut ısı ölçüm cihazı modellerinden doğru olanı bulmak için aşağıdaki soruları göz önünde bulundurabilirsiniz.

- Isı ölçüm cihazının hangi maksimum ve minimum sıcaklıkları kaydedebilmesi gerekir?

- Isı ölçüm cihazının istenilen ölçüm aralığında hassasiyeti ne olmalıdır?

- Sıcaklık yüzeylerde, gazlarda (hava sıcaklığı gibi), sıvılarda, katılarda ya da katı yığınlarda mı ölçülecek?

- Temassız ölçüm mümkün müdür? 

- Isı ölçüm cihazı devamlı ölçüm ve veri kaydetme işlemi yapmalı mı?

Analog ekranlı ısı ölçüm cihazı, basit bir çalışma türüne sahiptir. Muhtemelen herkes dış mekan sıcaklığını, oda sıcaklığını ve ateşi ölçmek ve banyo suyu sıcaklığını kontrol etmek için kullanılan sıvı termometreleri bilir. Bu tür bir termometre pilsiz çalışır ve sıcaklığı doğrusal bir ölçekte gösterir. Sıcaklık yükseldikçe sıvı genleşerek yükselir ve ilgili sıcaklığa karşılık gelen işarete ulaşır. Sıcaklık düşerse sıvı aşağı iner.

Başka bir analog ısı ölçüm cihazı da iki farklı metalin farklı sıcaklık genleşmesini kullanır. Sıcaklık değiştiğinde meydana gelen uzunluk değişimi, bimetalik şeridin bükülmesine ve analog ekrandaki işaretçinin yerinin değişmesine neden olur.

Bu cihazda sıcaklık ölçümü ve gösterimi ayrı gerçekleşir. Ölçüm verileri, cihazda kaydedilebilir ve işlenebilir. Çeşitli sıcaklık sensörlerinin ekran ünitesine bağlanabildiği dijital termometreler mevcuttur. Lazer sensörler değiştirilebilir değildir, ancak, lazer sensörlü bir ısı ölçüm cihazının hava sıcaklığı için ek bir dahili sensörü ve diğer sıcaklık sensörleri için bir ya da daha fazla bağlantısı olabilir. Bu sensörler, sıcaklık ölçüm aralığına, boyut ve şekle ve ölçüm prensibine göre farklılık gösterebilir. Değiştirilebilir sensörlerin en yaygın ölçüm prensibi termokupl ve platin direnç sensörleri özellikle de PT-100 ve PT-1000’dir. Sensör değiştirilerek aynı cihaz ile farklı ölçüm noktalarını test etmek mümkündür.

Sıcaklık veri kaydedici de dijital ısı ölçüm cihazıdır. Kayıt aralığı, cihazın menüsünde ya da ilgili yazılım aracılığıyla ayarlanır ve ölçüm işlemi bittiğinde veriler cihazdan okunabilir. Bazı uzun süreli veri kaydedicilerde analog girişler bulunabilir ve bu cihazda gerçekleştirilen veri kaydı sadece belirtilen değere ulaşıldığında başlayacak ya da bitecek şekilde ayarlanabilir. Cihazın yazılımı ile ölçüm verileri grafik ve tablo olarak gösterilebilir.

Çok kanallı ısı ölçüm cihazı, çeşitli sensörlerdeki verileri eş zamanlı olarak görüntüleyebilir ve kaydedebilir. Cihazdaki bağlantılar, aynı türdeki sıcaklık sensörleri ya da farklı türdeki sensörler için tasarlanabilir. Çok kanallı ısı ölçüm cihazı ile bir işlem sırasında çeşitli noktalardaki sıcaklıklar eş zamanlı olarak ölçülebilir ve değerlendirilebilir. 

Kızılötesi sıcaklık sensörü bulunan ısı ölçüm cihazı, ölçüm noktası ile temas etmeden yüzey sıcaklıklarını belirleyebilir. Kızılötesi sensör, incelenen nesne tarafından yayılan kızılötesi dalgaları alır ve böylelikle sıcaklığı belirler. Sensörler, farklı kullanım alanlarına uygun hale getirilebilir. Bu işlem, ölçülebilir sıcaklık aralığı ve hedefe uzaklık oranına (ölçüm noktasına uzaklık oranı) göre farklılık gösterebilir. Hedefe uzaklık oranı, algılanan nesne yüzeyinin çapını sensöre olan uzaklığına göre tanımlar. 15:1’lik bir hedefe uzaklık oranı, 45 santimetrelik bir mesafede üç santimetrelik bir nokta çapına karşılık gelirken 60:1’lik bir hedefe uzaklık oranı sadece bir santimetre çapında bir yüzeyin sıcaklığının 60 santimetrelik bir mesafeden izlenebileceği anlamına gelir. 

Sıcaklık değiştiğinde pek çok elektriksel iletken maddenin elektriksel direnci değişir. Bu direnç, dijital ısı ölçüm cihazı ile tespit edilip sıcaklığa göre değerlendirilebilir. RTD (Direnç Sıcaklık Dedektörü) olarak da bilinen direnç sıcaklık sensörlerinde genelde platin ya da nikel elementler kullanılır. Sıcaklık arttıkça direnci artar ve iletkenliği azalır. Platin, çok geniş bir sıcaklık aralığında dirençte eşit bir değişim gösterir. Bu tür platin sensörler, -200 ila 1000 santigrat derece arasındaki sıcaklıklar için geçerlidir. Öte yandan, nikelden yapılmış sıcaklık sensörleri -60 ila 300 santigrat derece arasındaki sıcaklıklar için sıcaklık ile doğrusal olarak artan dirençlere sahiptir. Nikel sensörler daha yüksek hassassiyette tepki verdiğinden sıcaklık farkında platine kıyasla daha büyük bir değişim gösterir. Sensörün tanımında malzemenin yanı sıra sıfır santigrat derecedeki nominal direnç değeri de belirtilir. NI500, 500 Ohm nominal dirençli bir nikel direnci iken PT1000, 1000 Ohm nominal dirençli bir platin dirençtir. Uzun bağlantı kablolarının ölçüm hatalarına neden olmasını önlemek için direnç sensörleri 3 ve 4 telli teknolojiye sahiptir.

Termistör, sadece belirli koşullar altında elektriksel olarak iletken olan yarı iletkenlere dayanan sıcaklık sensörleridir. Termistörler, negatif sıcaklık katsayılı NTC termistör ve pozitif sıcaklık katsayılı PTC termistör olarak ayrılır. NTC termistörlerde sıcaklık arttıkça direnç azalır ve bu nedenle yüksek sıcaklıklarda daha iyi iletirler. NTC termistörler, sıcak iletkenler olarak da adlandırılır. PTC termistörleri ise daha düşük sıcaklıklarda daha iyi iletir. PTC termistörler, dirençleri sıcaklık ile arttığından soğuk iletkenler olarak da ifade edilir. Dijital bir ısı ölçüm cihazında her iki tür yarı iletken sensör yaklaşık 250 santigrat dereceye kadar olan sıcaklıklar için kullanılabilir. Termistörler, elektrikli makinelerde otomatik akım sınırlaması için de kullanılabilir. NTC termistörleri makineyi açarken yavaş bir şekilde çalıştırmak için; PTC termistörleri de aşırı ısınma durumunda akım akışını azaltan ve bloke eden aşırı yük koruması olarak kullanılır.

Termokupl, bir uca bağlı iki farklı metal telden oluşur. Bağlanmamış uçlar bağlı olanlardan farklı bir sıcaklığa sahipse iki tel arasındaki voltaj farkı ölçülebilir. Bu voltaj farkından tellerin bağlantı noktasındaki sıcaklığı belirlemek için serbest uçlardaki sıcaklık bilinmelidir. Termokupl ile sıcaklık ölçümü gerçekleştirmek için 300’den fazla malzeme çifti bilinmektedir. Bu malzeme kombinasyonlarının termo gerilimleri 5 mV/°C ile 100 mV/°C arasında önemli ölçüde farklılık gösterir. Termokupl kullanımını kolaylaştırmak amacıyla özelliklerine göre farklı türler tanımlanmıştır. T, E, J, K ve N türlerinin yanı sıra özellikle 1000 santigrat derecenin üzerindeki sıcaklıklar için S/R, B, C ve A türü termokupl modelleri bulunur. Termokupl üzerinde ölçülen voltaj, ısı ölçüm cihazında kullanılan termokupl ile doğrusallaştırılmalıdır. Isı ölçüm cihazında belirli termokupl türünün standart fişleri için konektör mevcut ise termokupl doğrudan fişe bağlanarak kullanılabilir. Ölçüm noktasına kadar kompanzasyon kablosu gerektiğinde bu kablonun termokupl türüne uygun olmasına dikkat edilmelidir.

Yaşama ve çalışma alanları için kullanıcıların sıcaklık gereksinimlerinin yanı sıra nemden kaynaklanan hasarları önlemek için gereken minimum sıcaklıklar vardır. Nem hasarı, sıcak hava soğuk yüzeylere çarptığında, soğuduğunda ve bir miktar su buharı yoğunlaştığında meydana gelebilir. Sıcaklık algısında sadece hava sıcaklığı değil odanın sınır yüzeylerinin yüzey sıcaklığı ve hava nemi de rol oynar. Isı ölçüm cihazının hava nemi için ek bir sensörü varsa buna termo-higrometre de denir. Bu hava nemi için geçerli olan çiğ noktası sıcaklığı, bağıl nem ve sıcaklıktan belirlenebilir. Bu, havanın hala mevcut su miktarını buhar olarak emebileceği sıcaklıktır. Sıcaklık daha da düştüğünde su buharının bir kısmı sıvı hale gelir. Birçok termo-higrometrede çiğ noktası sıcaklığı doğrudan ekranda görüntülenebilir. Yüzey ölçümlerinde kullanmak için ek bir sıcaklık sensörü bulunan bir ısı ölçüm cihazı seçildiğinde dış bileşenlerdeki sıcaklık ölçülebilir ve görüntülenen çiğ noktası sıcaklığı ile karşılaştıralabilir. Bu tür ölçümlerde yüzey sıcaklık ölçümü için kızılötesi radyasyon ile çalışan ek sensörlü bir ısı ölçüm cihazını kullanmak çok kolaydır; böylece, uzun mesafelerde bile hızlı ve temassız ölçüm yapılabilir. Oda sıcaklığını kontrol etmek için tasarlanmış bir ısı ölçüm cihazı, masa ya da duvar cihazı olarak kullanılabilir ve okumalar doğrudan yapılabilir. Ölçüm değerlerinin istenilen ölçüm aralığının dışında olması durumunda oda havalandırılmalı, ısıtılmalı ya soğutulmalıdır. Sıcaklık ve nemin daha uzun süreler boyunca izlenmesi ve değerlendirilmesi gerekli olduğunda verileri sabit aralıklarda kaydeden cihazlar kullanılabilir.

Pek çok gıda ürününün ve diğer malzemelerin raf ömrü için belirli sıcaklıkları sürdürmek son derece önem taşır. Gıda depoları ve özellikle yüksek değerli bozulabilir mallar için soğuk hava depoları, sıcaklığın izin verilemeyecek bir seviyeye ulaşması durumuna karşı önlemlerin zamanında alınabilmesi ya da malların bozulmadan önce kullanılabilmesi için izlenmelidir. Ayarlanan sıcaklık değerine ulaşıldığında izlenen noktada görsel ve sesli alarm verebilen ya da verileri bir kontrol sistemine gönderebilen ısı ölçüm cihazı izleme açısından uygundur.

Veri kaydediciler, malların nakliyesi sırasında gerekli sıcaklıkların sürdürüldüğünü doğrulamak için uygundur. Veri kaydedici, sabit aralıklarda sıcaklığı ölçen ve kaydeden ısı ölçüm cihazlarıdır ve malların arasına hatta dış ambalaja da yerleştirilebilir. Nakliye aşamasında mallar izlenmese bile en azından teslimat sırasında sıcaklık kontrol edilebilir. Bu amaçla, çeşitli numunelerin çekirdek sıcaklığı, uygun termometreler kullanılarak da ölçülebilir.

Birçok ürün için belirli bir süre boyunca üretim sürecinde belirli sıcaklıkların korunması ısı ölçüm cihazı ile sağlanır. Bu, yoğurt üretiminde, emülsiyonlaştırma sırasında, yemek pişirirken, hassas malzemeleri kuruturken ve ısı kullanarak sterilizasyon ya da haşere kontrolü sırasında önemlidir. Isı ölçüm cihazı, ayarlanan sınır değerlerini sinyal olarak iletebiliyorsa proses ısısı da bu şekilde kontrol edilebilir. Isı ölçüm cihazı, sinyali minimum ya da maksimum sıcaklıkta verdiğinde ısı girişi otomatik olarak arttırılabilir ya da azaltılabilir.