Termometre

Sıcaklık, yaygın olarak ölçülen bir parametredir ve kalite güvencesi, çevre analizi ve araştırma ve geliştirmenin pek çok alanında son derece önemlidir. Sıcaklığın ölçülebilmesi için termometre gereklidir. Uygulamaya bağlı olarak kullanılan termometre türü ve tasarımı belirlenir.

En yaygın olanı termometre ile hava sıcaklığının ölçülmesidir. Termometrenin sensörü genelde cihazın üst ucunda bulunur. Sensörün yapısı ve konumu, termometreyi elinizde tuttuğunuzda vücut sıcaklığının ölçüm sonucunu etkilemesini önler. Hava sıcaklığı ölçümü gerçekleştirmek için kullanılan termometreler mobil ve sabit kullanım için olmak üzere ikiye ayrılır. Sabit termometreler genelde data logger ile donatılmıştır; böylece, sıcaklık belirli bir süre boyunca ölçülür ve kalite güvencesi için kaydedilir.

Hava sıcaklığını ölçen termometrelerin çoğu nemi de belirleyebilir. Böylece, çiğ noktası ve diğer parametreler hesaplanabilir. Bu gibi özellikler, termometreyi günlük hayatta önemli bir ölçüm cihazı haline getirir.

Ortam sıcaklığının belirlenmesi için kullanılan termometreler genellikle termometre / gösterge cihazı ve sensör elemanı olmak üzere en az iki bileşenden oluşur. Uygulamaya bağlı olarak termometreyi belirleyen bazı kriterler bulunur. Bunlardan biri de sensör yapısıdır. Problu, çubuklu ve tel sıcaklık sensörü bulunan çeşitli modeller vardır. Doğru sensör türünün seçilmesi en iyi ölçüm sonucunun elde edilmesi açısından son derece önemlidir. Platin sıcaklık sensörlü termometreler (Pt100, Pt500 ya da Pt100), hassas sıcaklık ölçümlerinde yaygın olarak kullanılır.

Termokupllı termometreler, sıcaklık ölçümünün nispeten hızlı bir şekilde yapılması gerektiğinde kullanılır. Termometre türlerinin bazı dezavantajları ve avantajları vardır. Örneğin, direnç sensörlü termometreler çok hassastır, ancak, aynı zamanda nispeten yavaştır. Termokupl kullanan termometreler çok hızlı çalışır, ancak, hata oranı yüksektir. 

Sıcaklığı optik ve temassız olarak ölçen termometre modelleri de mevcuttur. Bu tür termometreler her bir nesnenin sıcaklığı ile orantılı olarak yaydığı kızılötesi radyasyonu kullanır. Kızılötesi termometre, emisyon olarak adlandırılan bir faktörle çeşitli nesnelerin yüzey sıcaklığını belirler. Termometrede yanlış emisyonun ayarlanması ve bu nedenle sıcaklığın yanlış ölçülmesi bu ölçüm yönteminin bir zorluğu olarak ele alınabilir. Bunun haricinde, yansımaların ölçüm sonucunu etkilemesine dikkat edilmelidir. Bu tür termometreler, taşınabilir versiyonda hızlı ölçümler için kullanılır. Kızılötesi termometreler, endüstri ve inşaat endüstrisi gibi alanlarda kullanılır. Sabit uygulamalar için kızılötesi termometreler de mevcuttur. Bu tür uygulamalarda sensör, montaj malzemesi yardımıyla makineye monte edilir. Analog çıkış ya da arayüz üzerinden ölçülen değer daha sonra bir dijital ekrana, data loggera ya da PLC’ye aktarılır.

Hangi termometrenin ne zaman kullanılacağı uygulama durumuna ve ölçüm görevine göre özel gereksinimlere bağlıdır. Doğru termometreyi bulmada herhangi bir yardıma ihtiyacınız olması halinde teknisyen arkadaşlarımız size bu konuda yardımcı olabilir.

Termometrelerin çoğunda oda sıcaklığı ölçümünün haricinde nem, hava basıncı ve hava akışı ölçümü gibi çeşitli fonksiyonlar bulunur. Bu tür termometreler birçok yerde kullanılabilir ve birçok fonksiyonu nedeniyle çok yönlüdür ve her kullanıcı için son derece yararlıdır. Termometreler, şirketlerden okullara kadar günlük hayatın pek çok alanını kapsar.

Termometreler günlük hayatta pek çok yerde bulunur. Termometreler hava tahminlerinde kullanılır, gıdaların sıcaklığını ya da insan ve hayvanların vücut ısısını ölçer. Bunlar, herkesin bildiği uygulama alanlarındandır. Bunların haricinde, termometre, üretim mallarının kalitesini belirlemek için ticarette de kullanılabilir.

Termometre ne anlama gelir? Termometre kelimesi, Yunanca’da sıcak ve ölçü anlamına gelen thermó ve métron sözcüklerinden oluşur. Yani, termometre sıcaklığın bir ölçüsüdür. PCE Instruments termometrelerinin tümünde sıcaklık ölçümünde elektriksel ölçüm yöntemleri kullanılır. Hava sıcaklığı ölçümü için direnç ya da yarı iletken sensörlü termometreler kullanılır. Sıvıların ya da katıların çekirdek sıcaklık ölçümü için Seebeck etkisini kullanan termokupllı termometreler kullanılır. Bunun için yaygın olarak kullanılan sıcaklığa bağlı dirençler (Pt100, Pt500, Pt1000, NTC ya da PTC) termometrelerde sıcaklığı hassas bir şekilde belirlemek için kullanılır.  

Çok sayıda uygulama için mevcut sıcaklık değerlerini belirlemenin yanı sıra bu değerleri kaydetmek de önemlidir. Data logger termometre ile otomatik olarak kaydedilen sıcaklık verileri sayesinde sıcaklık eğrileri daha kolay bir şekilde grafiksel olarak gösterilebilir ve ayrıntılı olarak değerlendirilebilir. Örneğin, uygun bir data logger termometre, gıda maddelerinin, hassas malzemelerin ya da cihazların nakliye ve depolama sırasında maruz kaldığı sıcaklıkları belirlemek için kullanılabilir. Olağandışı sıcaklık zirvelerinin zamanlaması ve süresi, sıcaklık dalgalanmalarının olası nedenleri ile ilgili bazı sonuçlar çıkarılmasını sağlar. Bunun haricinde, data logger termometre, ısıtma ya da soğutma cihazlarını ve tesislerini kontrol etmek ya da makine ve tesislerdeki sıcaklığın çalışma sırasında ne kadar yükseldiğini kontrol etmek için de kullanılabilir. Data logger termometre ile kaydedilen veriler sayesinde soğutma tankında, inkübatörde, serada ya da kurutma tesisinde üretilen sıcaklıkların tüm gözlem süresi boyunca belirlenen sınırlar içinde olup olmadığı da belirlenebilir. 

Data logger termometre pek çok şeyin sıra şu işlemlerde de kullanılabilir:

- Sıcaklığa duyarlı malzemelerin ya da ürünlerin depolanması, taşınması ve işlenmesi sırasında sıcaklık kontrolü 

- Sıcaklığa bağlı proseslerin belgelenmesi

- Proses geliştirme ve proses optimizasyonu için sıcaklık kaydı

- Don, ısı ve diğer sıcaklık hasarlarını değerlendirmek için veri toplama

Kullanım amacına bağlı olarak termometre modeli seçerken çeşitli kriterler son derece önemli rol oynar. Her durumda data logger termometresinin ölçüm aralığı ve hassasiyeti ilgili ölçüm görevinin gereksinimlerine uygun olmalıdır. Uzun süreli nakliyelerde ya da dış mekanda ulaşılması zor yerlerde sıcaklıkların belgelenmesi için genelde yüksek minimum çalışma süresine sahip data logger termometreleri gereklidir. Minimum çalışma süresi, pil ömrü ve mevcut depolama kapasitesi ile sınırlıdır.

Diğer uygulamalar için mevcut ölçüm verilerinin doğrudan okunabilmesi ya da ayarlanan sınırların aşıldığının görsel ya da sesli olarak belirtilmesi avantaj sağlar. Bazı data logger termometreleri, ölçüm değerlerini uzak mesafedeki bir bilgisayara ya da ağa aktarabilir, böylece, veriler hızlı bir şekilde kullanılabilir. Pek çok cihaz modeli için sıcaklık ölçüm değerlerini görüntülemeyi, değerlendirmeyi ve belgelemeyi kolaylaştıran bilgisayar yazılımları ya da uygulamaları mevcuttur. Data logger termometre genelde yazılım aracılığıyla sonraki ölçümler için bilgisayarda yapılandırılabilir. 

Data logger termometre için önemli kriterlerin listesi

- Ölçüm aralığı ve hassasiyet 

- Pil ömrü ve depolama kapasitesi

- Veri aktarımı türü

- Görüntüleme seçeneği

- Alarm fonksiyonu

- Ayar seçenekleri

- Değerlendirme fonksiyonları

- Ek ölçüm parametreleri (nem gibi)

Kalibrasyon, ölçüm cihazlarının ve ekipmanlarının hassasiyetini kontrol etmek için kullanılan teknik bir terimdir. Termometrelerin hassasiyeti tasarım gereği farklıdır. Bu nedenle, her bir termometrenin hassasiyeti teknik özelliklerde belirtilmiştir. Hassasiyet, Celsius, Fahrenheit ya da Kelvin birimindeki mutlak değer olarak ölçüm değerinin yüzde olarak göreceli ya da her ikisinin kombinasyonu olarak ifade edilebilir (örneğin, ölçüm değerinin ±0.2 °C’si, ±%0.3’ü ya da ± (%0.4 + 1 °C)). Hassasiyet 0.15 °C ya da ölçüm değerinin %0.2’si olarak belirtildiği durumlarda her zaman daha yüksek olan değer geçerlidir.

Termometre üzerindeki çeşitli etkiler, belirtilen ölçüm hatasının aşılmasına neden olabileceğinden termometrenin hassasiyeti kontrol edilmelidir. Hassasiyet talebi ve test edilecek cihazın türüne göre termometreler için farklı kalibrasyon yöntemleri kullanılabilir. Kalibrasyon sonuçlarının anlaşılabilir, karşılaştırılabilir ve bağımsız olması için gerekli koşullar ve prosedürler tanımlanmalıdır.

Genel olarak termometre için uygulanan kalibrasyonlar şunlardır:

- Test edilmiş karşılaştırmalı termometre yardımı ile kalibrasyon

- Bilinen bir sıcaklığın ayarlandığı madde karışımları yardımı ile temaslı termometreler için gerçekleştirilen kalibrasyon

- Kızılötesi termometre için blok kalibratör yardımı ile kalibrasyon

Termometrelerin çoğu referans termometreye göre kalibre edilebilir. Referans ya da normal termometre, doğrudan ya da dolaylı olarak diğer referans termometreler aracılığıyla ITS-90 ölçeğinin sabit noktalarında kalibre edilir. Kalibrasyon işlemi, kalibrasyon sertifikaları ile kanıtlanır. Karşılaştırmalı ölçüm yaparken test edilecek termometrenin ve referans termometrenin amaçlanan sıcaklık aralığında aynı sıcaklığı aldığından emin olunmalıdır. Bunun için her iki termometre de sıcaklık kalibrasyon banyosuna ya da iklim (çevre) odasına yerleştirilebilir. 

Uluslararası sıcaklık ölçeği ITS-90, -260 °C ile 1085 °C arasındaki sıcaklıkların belirlenmesini kolaylaştıran çeşitli tekrarlanabilir sabit noktaları belirtir. Referans noktaları, suyun ve bazı kimyasal elementlerin erime ya da üçlü noktalarıdır. Bir maddenin üç fazlı noktasında üç fiziksel durumu katı, sıvı ve gaz halindedir. Bu nedenle, mevcut miktar oranını değiştirmezler. Örneğin, su molekülleri 0.01 °C ve 6.12 mbar’da üçlü bir noktaya sahiptir. Sıcaklık ya da basınç değiştiğinde üç fazın miktar oranları değişir.

Termometrelerin en yüksek hassasiyet ile kalibre edilmesi gereken uygulamalar için özel sıcaklık hücreleri, kalibrasyon banyoları ve kalibrasyon fırınları geliştirilmiştir. Bu özel cihazlar, doğru bir şekilde kullanıldığında sabit ve tekrarlanabilir sıcaklık referans noktalarının korunmasını sağlar. Ancak, bu cihazlar sıkça kullanılmadığı için birçok işletme ve araştırma kurumu kalibrasyon işlemi için harici bir kalibrasyon laboratuvarı ile çalışır.

Kızılötesi termometrelerin kalibrasyonu için yüksek emisyona sahip sıcaklık kalibratörü kullanılır. Test edilecek kızılötesi termometrenin ölçüm aralığı ve hassasiyeti, hangi kalibratörün kullanılabileceğini belirler. Kalibratör, yansımalardan kaynaklanan herhangi bir sapma olmayacak şekilde şekillendirilir. Yüksek ve çok yüksek sıcaklıklar için bağımsız olarak ısıtılabilir kalibratörler de vardır ve bu sayede çok yüksek sıcaklık hassasiyeti ve stabilitesi elde edilebilir.

Termometre kalibre edilmeden önce istenen sıcaklık aralığı ve referans noktalarının sayısı ve yeri belirlenmelidir. Sıcaklık aralığı, termometrenin kontrol edilmesi gereken sıcaklıklarla sınırlandırılmalıdır. Bu sayede, kalibrasyon işlemi daha kolay bir şekilde tamamlanabilir. Seçilen sıcaklık aralığı için en az üç ila beş referans noktası seçilmelidir. Test sıcaklıkları tüm aralığı kapsamalıdır, böylece, ölçüm hatalarının dağılımı ile ilgili sonuç çıkarılabilir. Termometre kalibrasyon için harici kalibrasyon laboratuvarına gönderildiğinde istenen referans noktaları önceden belirlenmelidir. Aksi halde, uygulama ile alakalı olmayan belirli referans sıcaklıkları laboratuvar tarafından belirlenecektir.

Kalibre edilmiş termometreler, resmi amaç ve ticari işlemlerin haricinde tıp alanındaki ölçümler için de kullanılır. Kalibre edilmiş termometreler, ticarette, laboratuvarlarda ve hastanelerde sıcaklık ölçümleri için kullanılırken sağlık kurumları, çevre kurumları ve iş güvenliği kurumları tarafından ve adli teknolojideki suçların açıklığa kavuşturulması için kullanılır. Kalibre edilmiş termometreler, hijyen kavramlarının uygulanmasında, sıcaklık ölçüm cihazlarının düzenli olarak kontrol edilmesinde ve diğer termometrelerin hassasiyetinin kontrol edilmesinde de kullanılabilir.

Sıvı cam termometreler, göstergeli termometreler, direnç termometreleri ve diğer elektronik termometreler ve sıcaklık sensörleri ile kızılötesi termometreler farklı sıcaklık aralıkları için kalibre edilmiş termometreler olarak da mevcuttur. Tıbbi amaçlar için kullanılan termometreler, kalibrasyon yönetmeliği haricinde tıbbi cihaz işletme yönetmeliğine de tabidir. Değiştirilebilir sıcaklık sensörleri bulunanlar da dahil tıbbi termometreler en az iki yılda bir; kızılötesi termometreler yıllık olarak kontrol edilmelidir. Termometre operatörü metrolojik kontroller yapmalı ve bunu belgelemelidir. Bu kontroller için genelde özel kalibrasyon banyoları ve DAkkS kalibrasyonlu yüksek hassasiyetli referans termometreler kullanılır.

Avrupa’da kalibre edilmiş termometreler için belirli kalibrasyon süreleri belirlenmemiştir ve devlet kurumları dışındaki organların kalibrasyonu yapıp yapmayacağının belirlenmesi ulusal mevzuata tabidir. Mevcut Alman ölçüm ve kalibrasyon yönetmeliğinde kalibre edilmiş ölçüm cihazları için yükümlülük belirlenmiştir. Yeni satın alınan kalibre edilmiş termometreler ya da kalibrasyon gerektiren alanda kullanılacak diğer ölçüm cihazları devreye alındıktan sonraki altı hafta içinde yerel yetkili kalibrasyon kurumuna bildirilmelidir. Bunun için cihaz türü, üretici, tür tanımı ve markalama yılı ile ilgili bilgi verilmelidir. Uygulama için uygunluk değerlendirmesi yapılmadan termometre kullanmak, gerekli belgeleri sunmamak ya da doğrulamaya tabi termometreleri göstermemek idari bir suçtur.

Termometre, çeşitli ortamların sıcaklığını belirlemek için kullanılan bir test ve ölçüm cihazıdır. Termometre, çeşitli uygulama alanları için farklı şekil ve türde mevcuttur. Termometre türlerinde farklı ölçüm yöntemleri kullanılır. Elektronik termometreler genelde direnç ölçüm yöntemine göre çalışır ve sıcaklığı hassas bir şekilde belirlemek için NTC (sıcak iletken), PTC (soğuk iletken), Pt100, Pt500 ya da Pt1000 gibi platin sensörleri kullanır. Termokupl ile sıcaklığın ölçülmesi daha yaygın bir ölçüm yöntemidir. Bu tür termometreler sıcaklığı ölçmek için iki farklı metal iletkenin Seebeck etkisini kullanır.

Sıcaklığı direnç ile elektronik olarak belirleyen bir termometre, özel malzemelerin sıcaklık duyarlılığını kullanır. Bu tür termometrelerde sıcaklık ölçümü için sıcak ya da soğuk iletken kullanılır. Peki, bu tam olarak ne anlama geliyor? Bir NTC yani sıcak iletkenli termometre kullanıldığında sıcaklık sensörünün direncinin sıcaklık arttıkça azaldığı söylenebilir. Sonuç olarak termometrenin sağladığı sabit bir voltajda daha yüksek bir akım akabilir. PTC’de yani soğuk iletkende direnç, sıcalık ile neredeyse orantılı olarak artar ve böylece daha düşük bir akım akar. Böylelikle de termometrenin ölçebileceği akım, sıcaklığın ölçüsü olur.

Direnç ölçüm yöntemine göre çalışan termometreler, ölçüm direnci çok büyük olabileceğinden dolayı (Pt1000: 0 °C’de 1000 Ohm) genelde çok hassastır ve karakteristik eğri nedeniyle daha iyi ölçülebilir akım akışları oluşur. Platin sensörler saf oldukları ve dolayısıyla çok hassas bir şekilde çalıştıkları için sıklıkla kullanılır. Platin termometreler, genelde endüstriyel proseslerde kullanılır ve paslanmaz çelik kaplamalara monte edilir. Bu tür termometreler gıdaların, sıvıların, yağların vb. proses sıcaklığını ölçmek için kullanılır.

Termokupllı termometreler iki farklı metalik iletkenin Seebeck etkisini kullanır. Bunlardan en yaygını K tipi termokupllardır. K tipi termokupl NiCr-Ni’den yapılır. Bu tür termometrelerde temas eden iki malzeme ısıtıldığında üretilen bir voltaj ölçülür. Termokuplda üretilen voltajlar çok düşüktür ve birkaç µV’tur. Termokupllı termometre, yüksek sıcaklıklarda bile genelde <0.1 V olan voltajları ölçer. Termokupl, termometreye seri olarak bağlandığında termometre bir kat daha fazla sıcaklık gösterecektir. Bu tür termometreler, ölçüm tekniği ucuz ve ölçüm yönteminin uygulanmasının nispeten kolay olması nedeniyle genelde kütle uygulamalarında kullanılır. Termokupllı termometre, hava sıcaklığı, yüzey ya da çekirdek sıcaklığı için sensör tasarımına göre çok çeşitli uygulamalarda kullanılır.

Yarı iletken sensörlü termometreler, direnç termometrelerine benzer şekilde çeşitli malzemelerin elektrik direncini kullanır. Daha yüksek bir akımın akması ile ölçülen sıcaklık da daha yüksek olur. Yarı iletken sensörlü termometreler genelde hava sıcaklığı ölçümü için ya da ölçüm değeri hassasiyetinin küçük bir rol oynadığı uygulamalarda kullanılır.

Çok sayıda sensör türü, yapısı ve tasarımı bulunan termometreler ölçüm değerini tek bir ekranda görüntüler. Termometre, ölçüm değerini genelde °C (santigrat derece) cinsinden verir. Amerika’da yaygın olarak kullanılan sıcaklık birimi ise °F‘dir (Fahrenheit). Bilimsel alanda sıcaklık farklarında ve çok düşük sıcaklıklarda genelde K (Kelvin) kullanılır. Peki bu farklı sıcaklık ölçekleri nereden geliyor? Termometre ölçeklerinin kökeni ilgili ölçeğin keşfinde yatar. Örneğin, Anders Celsius (1701 ... 1744), bir termometrenin buzlu suyu ölçtüğü sıcaklığın 0 °; kaynar suyun ise 100 °C olduğunu belirlemiştir. Daniel Gabriel Fahrenheit, çeşitli deneyler yapmış ve kendi ölçeğini belirlemek istemiştir. Bu nedenle, termometreler, Fahrenheit ölçeğinde buz-su karışımında 32 °F; kaynar suda ise 212 °F gösterir.