Termokupl Nedir? Yapısı, Çalışması ve Çeşitleri

Termokupl veya Isıl çift, iki farklı alaşımın ucunun kaynaklanması ile oluşturulan basit bir sıcaklık ölçü elemanıdır. Termokupl, iki farklı iletken malzemeden oluşur. Bu malzemelerin iki ucu birleştirilir (sıcak nokta) ve ısıtılırsa, diğer uçlarda (soğuk nokta) gerilim elde edilir. Termokupl olayı sıcak nokta ile soğuk nokta arasındaki sıcaklık farkından doğar. Bu sıcaklık farkına ortantılı, soğuk nokta uçlarında mV mertebesinde gerilim elde edilir. Termokupllar, -200°C ‘den 2320°C ‘ ye kadar çeşitli sıcaklıklarda ölçüm yapabilir. Ayrıca Termokupllar, sıcaklık gradyanını (birim uzunluk başına düşen sıcaklık derecesi) elektriğe dönüştürürler.

Termokupllar (ısıl çift) endüstride sıcaklık ölçümlerinde çok geniş uygulamalarda kullanılmaktadırlar. Termokupl aslında iki farklı metal veya alaşım tel olmasına rağmen genelde prosese (girişe) çıplak olarak daldırılmazlar. Çeşitli mekanik darbeler, fiziksel ve kimyasal aşındırıcı özellikler göz önüne alınarak belli özel koruyucu kılıflar içinde kullanılırlar. İki farklı eleman teli farklı kutuplarda oldukları için birbirlerinden izolatör yardımıyla izole edilirler. İzolatörlerin seçiminde yine ortam şartlarının, sıcaklık limitlerinin önemi büyüktür. Gerek eleman tellerinin gerekse koruyucu tüplerin cinsleri termokuplların ömürlerine direkt etki etmektedir.

Termokupl Yapısı

Termokupl yapısal olarak incelendiğinde;

1- Bağlantı kafası
2- Bağlantı klemensi
3- Koruyucu tüp
4- Eleman teli
5- izolatör
6- Primer (İç koruyucu)
7- Flanş veya rekor

gibi malzemelerden oluşur.

Rezistans termometre koruyucu kılıflarının tutturulduğu Alüminyum döküm kafa içine inset iki vida ile yay sıkıştırmalı olarak tutturulur. Yay sıkıştırmalı olarak monte edilmesiyle titreşimden kaynaklanan problemler minimuma indirilmiş olur. Ayrıca genleşmeden dolayı olabilecek sıkıntılar giderilmiş olur ve daha iyi bir ısı iletimi sağlanmış olur.

Termokupl Çalışma Prensibi

Bütün iletkenler ısıtıldıklarında içlerinde bulunan elektronlarda bir hareketlenme olur. Ancak bu hareketlenme çeşitli iletkenler arasında farklılık gösterebilir. Bu maddenin ayırt edici özelliklerinden birisidir. İki farklı iletkenin boşta kalan uçlarına hassas bir voltmetre bağlarsak, kaynaklanan ucu ısıtırsak sıcaklıkla orantılı olarak voltmetrede mV mertebesinde bir doğru akım gerilimi elde ederiz. Elde edilen gerilim değeri, kullanılan metalin sıcaklığa verdiği tepki ile orantılıdır.

Sıcak nokta sıcaklığı aynı kalmak koşulu ile soğuk nokta sıcaklığı değiştiğinde farklı sıcaklıklar okunur. Bu nedenle mV tablolarındaki değerlerde standart sağlamak için ölçülen sıcaklık karşılığı mV değerleri soğuk noktanın 0°C’de tutulması ile elde edilmiştir. Örneğin 100°C’ye karşılık gelen mV değeri, termokupl’ın sıcak noktası 100°C’de, soğuk nokta 0°C’de iken uç noktada ölçülen mV değeridir.

Termokupllar demir konstantan ve bakır konstantan gibi iki farklı metalin birleşme noktası ısıtıldığında bu iki metal uçları arasında potansiyel bir fark meydana gelmesi prensibine göre çalışır.  Oluşan potansiyel farkın değeri , iki ayrı metalin ısınma sonucundaki sıcaklık ve soğukluk farkına bağlıdır. İşte oluşan bu potansiyel fark bir milivoltmetre ile ölçülerek  istenilen sıcaklık değerleri ölçülür. Milivoltmetrenin gösterdiği gerilim değerine bağlı olarak sıcaklık değeri ölçülmüş olur.

Termokupl Çeşitleri ve Kullanım Alanları

Bir termokupl, çoğu durumda 0,010 inç veya 0,25 milimetrelik çapları olan çok ince tellerden oluşan tellerden yapılmıştır. Termokupl sensörü, sıcaklık ölçümlerinin önemli bir konuma sahip olması itibariyle sıkça tercih edilen bir elektronik elemandır. Tıpkı her elektronik elemanda olduğu gibi termokuplda da kullanım alanlarına göre çeşitleri bulunmaktadır. Termokupl çeşitleri şu şekildedir:

1-Bayonet Termokupllar:

Bayonet termokupllar genellikle prosesi (girişi) basit olan yerlerde tercih edilen çeşittir. Bu çeşitteki termokupllar sabit kollu olarak üretilirler. Prosese monte edilme sırasında işe yay sıkıştırmalı olacak şekilde monteleniyor. Bayonet termokupllar rutubetli veya sıvı içeren ortamlarda kullanılamaz çünkü sızdırmazlık özellikleri bulunmaz.

2-Portatif Termokupllar:

Portatif termokupllar yüzel ölçüme sahip proseslerde ve ortam sıcaklığının ölçülmesi gereken proseslerde tercih edilen çeşittir. Portatif termokupllar tıpkı bir önceki termokupl çeşidi gibi sabit kollu olarak üretilmektedirler. Sipariş esnasında diğer termokupllardan farklı olarak kablo boyu doğru olarak belirtilmelidir.

3-Kafalı Termokupllar:

Kafalı termokupllar -200 derece ile 2300 derece aralığında kullanılan çeşittir. Günümüz standartlarında sanayide, fabrikalar ve otomasyonlarda en popüler termokupl çeşidi kafalı termokupllardır. Bu popülaritenin ana sebebi kafalı termokuplların uzun ömürlü yapıda olmalarıdır. Doğru termokupl modelini seçebilmek için sipariş sırasında dikkatli olmak gerekmektedir.

4-Rekorlu Termokupllar:

Rekorlu termokupllar genellikle çok küçük boyutlarda ihtiyaç olunan proseslerde tercih edilmektedir. Firmalar tarafından yüzeysel açıdan ve ortam sıcaklığının ölçülmesinde sağladığı avantajlara ilişkin tercih edilmektedir.

Termokupl Kablo Türleri

Aşağıdaki tabloda birkaç farklı tür termokuplın özellikleri açıklanmıştır. Hata payı sütunundaki T, sıcak bağlantının ısısını Celcius olarak ifade eder. Örneğin, ±0,0025×T hata payına sahip bir termokupl 1000 °C’de ±2,5 °C’dir.

Termokupl Kullanım Alanları

Termokupllar geniş sıcaklık yetenekleri, sağlamlık ve düşük maliyet kombinasyonu nedeniyle piyasada en yaygın kullanılan sıcaklık sensörleridir. Termokupllar ev aletlerinden endüstriyel proseslere, elektrik enerjisi üretiminden, fırın izleme ve kontrolüne, yiyecek ve içecek işlemesinden otomotiv sensörlerine, uçak motorlarına, roketlere, uydulara ve uzay aracına kadar değişen uygulamalarda kullanılır.