Sıcaklık Sensörleri, NTC, PTC, Termokupl, Termistör, Entegre Sıcaklık Sensörleri
   
Robot Projeleri
Robot Kitleri
Robot Devreleri
Robot Malzemeleri
Robotturk, Robotik Ürünler Sitesi
SICAKLIK SENSÖRLERİ

Sıcaklık en sık ölçülen çevresel değerdir. Çünkü fiziksel, elektronik, kimyasal, mekanik ve biyolojik tüm sistemler sıcaklıktan etkilenir. Bu nedenle kontrol sistemlerinde sıcaklığın ölçülmesi ve belli değerlerde tutulması önemlidir. En çok kullanılan sıcaklık sensörleri: dirençsel sıcaklık sensörleri (RTD- Resistance Temperature Detector), ısıl çiftler (termokupl  - thermocouple), termistörler (NTC) ve entegre devre sıcaklık sensörleridir (IC - LM35, LM134, LM56, LM75... vb.).

Dirençsel sıcaklık sensörleri (RTD)

Bir metalin direncinin sıcaklık ile artması dirençsel sıcaklık sensörü RTD lerin temelidir. Metal iletkenlerden yapılmış olan elemanların dirençleri sıcaklık ile doğru orantılıdır. (PTC). Alaşım ve yarıiletkenlerde ise durum farklıdır. Pek çok yarıiletkenin direnci sıcaklık ile ters orantılıdır. RTD lerin dirençleri ne kadar yüksekse sistemdeki hata payı da o kadar düşük olacaktır. Demir, platin, nikel, 0.7 nikel-0.3 demir ve bakır gibi maddeler RTD imalatında en çok kullanılan maddelerdir. Bu malzemeler içerisinde en doğrusal sonuçları veren ve en ideal olanı platindir.

Platin RTD'lerin direnç değerleri, tel sarımlı laboratuar RTD'lerinde 10 ohm'dan, ince plakalı RTD'lerde birkaç bin ohm'a kadar değişmektedir. En çok bilinen değer 0°C'ta 100 ohm'dur (PT100). RTD'ler 0 °C'taki direnç değerleri ve kullanılan elemente göre adlandırılmıştır. (PT100, PT1000...).

RTD kendinden beslemeli bir aygıt değildir ve RTD üzerinden geçen akım da ısınmaya yol açacağından sistemde hatalara neden olabilir. Bu hataları en aza indirgenmesi ve doğru ölçümün yapılabilmesi için mümkün olan en küçük uyarma akımı kullanılmalıdır.

Termistörler

termistörRTD ler gibi termistörler de sıcaklığa duyarlı dirençlerdir. Ancak termistörler yarı iletken maddelerden yapılıdırlar ve yarıiletken maddelerin dirençleri sıcaklık ile ters orantılıdır.(NTC).

Termistörler RTD lerden daha yüksek dirence sahiptirler ve bu da onları daha hassas yapan bir özelliktir. Çünkü yüksek dirençlerinden dolayı bağlantı uçlarının dirençlerinden kaynaklanan ölçüm hatası RTD'lerinkinden çok daha küçük olur. Sonuç olarak termistörler RTD ler ile ölçülemeyecek küçük sıcaklık değişimlerini ölçmek için kullanılabilir.

Termistörlerin sıcaklık değişimlerine cevap verme hızı RTD lerden daha fazladır. Bu avantajlarının yanı sıra termistörlerin kullanım aralığının birkaç yüz derece ile sınırlı olması ve üst sınır sıcaklıklarına yakın sıcaklıklara uzun süre maruz kaldıklarında yeniden kalibrasyon gerektirmeleri gibi dezavantajları da vardır.

Isıl Çiftler (thermocouple, termokupl)

ısıl çift

Thomas Seebeck tarafından 1821 yılında icat edilen ısıl çiftler; iki farklı metalin ya da metal alaşımının her iki ucunun kaynakla birleştirilmesi sonucu oluşur. Resimde de görülen J1 noktasına sıcak nokta ya da ölçüm eklemi, diğer noktaya ise soğuk nokta ya da referans noktası denir.

Sıcaklık farkı, Seebeck etkisi adı verilen sıcaklık farkıyla orantılı  bir elektromotor kuvveti oluşturur ve soğuk nokta uçlarında milivolt seviyesinde bir gerilime yol açar. Bu olay ısıl çiftlerin çalışma mantığıdır. En çok kullanılan ısıl çift tipleri ise şöyledir:

Tip
Malzemeler
Normal Değer Aralığı
J
Demir-Konstantan
-200 °C ile 1190 °C arası
T
Bakır-Konstantan
-260 °C ile 390 °C arası
K
Kromel-Alumel
-260 °C ile 1370 °C arası
E
Kromel-Konstantan
-260 °C ile 990 °C arası
S
%90 Platin + %10 rodyum-platin
-40 °C ile 1760 °C arası
R
%87 Platin + %13 rodyum-platin
-40 C ile 1760 °C arası
B
%70 Platin + %30 Rh-platin
0 °C ile 1810 °C arası
N
Nikrosil-Nisil
-260 °C ile 1290 °C arası

Isıl çiftlerde en çok kullanılan alaşımlar; constantan (bakır-nikel), chromel (nikel-krom), alumel
(nikel-alüminyum), nikrosil (nikel-krom-silisyum) ve nisil (nikel-silisyum).

LM35Entegre 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 çalışma 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.

* Bu makale Robotiksistem tarafından hazırlanmıştır. Robotiksistem.com kaynak gösterilmek kaydıyla kullanılabilir.
© 2009 - 2014