"Kaye'nin Zaman Tüneli" blog yazı dizimizin sadık okuyucuları, GxP ortamında termal süreçlerin doğrulanması bağlamında Kaye Buz Noktası Referansının önemini merak edebilirler. Aslında Kaye Buz Noktası referanslarının alüminyum fırınlarda, türbin test standlarında veya enerji santrali kontrol odalarında bulunması daha olasıdır Ancak şirketimizin kurucusu Dr. Joseph Kaye'in 1950'lerin başında bu bağlamda edindiği temel bilgiler, sıcaklık sensörü olarak termokupllara dayalı yüksek hassasiyetli doğrulama sistemlerinin geliştirilmesi için çok önemlidir.
Her sensör elemanı gibi termokupllar da türüne bakılmaksızın doğal hata kaynakları sergiler. Bir ölçüm devresi kurulurken bunlar dikkate alınmalıdır. Doğru sıcaklık ölçümü sağlamak için, bu hata kaynaklarının tam olarak telafi edilmesi kesinlikle gereklidir. Termokupllarda özellikle soğuk bağlantı kompanzasyonunun dikkatli bir şekilde yapılması büyük önem taşır.
Soğuk bağlantı kompanzasyonu nedir?
Bir termokuplun sıcaklık ölçümü, iki farklı, elektriksel olarak iletken malzeme bir noktada termal olarak bağlandığında ve farklı şekilde ısıtıldığında bir voltajın üretildiği Seebeck etkisi olarak adlandırılan etkiye dayanır. Kısacası: Farklı metallerden oluşan bir bağlantı boyunca sıcaklık gradyanı bir elektrik voltajı üretir.
Şimdi karşılaşılan zorluk, iki farklı metalden oluşan herhangi bir bağlantının aynı zamanda bir termokupl görevi görmesi ve sıcaklığına karşılık gelen bir termoelektrik sinyal üretmesidir. Uygulamada, termokuplun sinyali genellikle ölçüm hattı terminallerinin istenmeyen termokuplları tarafından bozulur - buna soğuk lehim bağlantısı etkisi denir.
Bu nedenle soğuk bağlantı kompanzasyonu, termokupl ölçüm devrelerinde kritik bir bileşendir. Bu olmadan, uçta ölçülen sıcaklık sinyali iki sıcaklığın bir fonksiyonu olacaktır - gerçek istenen sıcaklık ve soğuk lehim bağlantısındaki sıcaklık. Bu kompanzasyon, gerçek ölçüm noktasının sinyalinin izole edilmesini sağlar ve böylece doğru ve güvenilir bir sıcaklık ölçümü sağlar.
Termokupl ölçüm teknolojisinde etkili soğuk bağlantı kompanzasyonunu ele almak amacıyla üç teknik çözüm mevcuttur:
1. Seebeck etkisinin** kullanılması: Adını Alman fizikçi Thomas Johann Seebeck'ten alan bu etki, sıcaklık farklılıklarının elektrik voltajına dönüştürülmesini ve bunun tersini açıklar. Bir termokuplda, iki farklı metalin birleşme noktalarındaki sıcaklık farkları bir voltaj oluşturur.
2. Peltier etkisinin** kullanılması: Adını Fransız fizikçi Jean Charles Athanase Peltier'den alan bu etki, bir akım iki farklı malzemeden geçtiğinde bir devrede üretilen veya emilen ısı miktarını tanımlar.
3. Gerçek ortam sıcaklığının doğrudan soğuk lehim bağlantısında ölçülmesi.
Yöntem 1: Seebeck Etkisi
Tarihsel olarak, Buz Noktası Referansı yöntemi (Seebeck etkisi) soğuk lehim bağlantısı kompanzasyonu için kullanılan ilk yöntemdir. Yöntem nispeten basittir ve bağlantı noktasında tam olarak 0°C'de sabit bir sıcaklık sağlamak için yalnızca bir buz banyosu gerektirir. Bu yöntem, termokupl ölçüm teknolojisinin ilk günlerinde, yazılım kontrollü ve hızlı işlem bilgisayarlarıyla donatılmış ölçüm sistemlerinin bu ölçüm hatasının etkili bir şekilde telafi edilmesi için mevcut olmasından çok önce uygulanmıştır.
Sağlam bir endüstriyel muhafaza içine yerleştirilmiş, ilkel kontrol teknolojisi ve bir güç kaynağı ile donatılmış buz ve suyun özenli bir kombinasyonu - kulağa "Geleceğe Dönüş" filmindeki yapım talimatları gibi gelen bu yöntem, gerçekte Dr. Kaye'in çeşitli endüstriyel kullanımlar için geçerli olan çok kanallı buz noktası referanslarının temelini oluşturmaktadır. Evet, doğru okudunuz! Kulağa ne kadar şaşırtıcı gelse de, bu yenilikçi konsept çeşitli endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kabul gördü ve bugüne kadar geçerliliğini kaybetmedi. Bu ölçüm prensibi hala günümüz Kaye Buz Noktası referanslarının temelini oluştursa da, kontrol elektroniği doğal olarak gelişmiştir - ve dikkat çekici olan şey, bu minimum teknik değişikliklere rağmen Kaye Buz Noktası referanslarının hala piyasadaki en doğru referanslar arasında yer almasıdır.
Yöntem 2: Peltier Etkisi
Peltier etkisi genellikle endüstriyel ölçüm cihazlarında soğuk lehim bağlantılarının kompanzasyonu için açıkça kullanılmaz. Peltier etkisi tipik olarak Peltier soğutucular/ısıtma ünitelerinde bir sıcaklık farkı yaratmak ve böylece Kaye Block Calibrator LTR-150 örneğinde olduğu gibi soğutma sağlamak için kullanılır.
Soğuk lehim bağlantısındaki sıcaklığı sabit tutmak ve böylece kompanzasyon ihtiyacını ortadan kaldırmak için soğuk lehim bağlantısında bir Peltier soğutucu kullanmak teorik olarak mümkün olsa da, bu yaklaşım çoğu uygulamada pratik ve maliyetli olacaktır ve bu nedenle yalnızca çok özel termokupl ölçüm devrelerinde kullanılır.
Yöntem 3: Gerçek ortam sıcaklığının doğrudan soğuk lehim bağlantısında ölçülmesi
Şu anda en yaygın yöntem, soğuk lehim bağlantısındaki sıcaklığın doğrudan ölçülmesi ve ardından yazılım kullanılarak telafi edilmesidir. Bu, mikroişlemci teknolojisi ve yazılım algoritmalarının ortaya çıkmasıyla mümkün hale gelmiştir.
Bu yöntemde, soğuk lehim bağlantısındaki sıcaklığı ölçmek için ayrı bir sıcaklık sensörü, genellikle yüksek hassasiyetli bir direnç termometresi veya bir termistör kullanılır. Bu bilgi daha sonra termokupl sinyalini telafi etmek için kullanılır. Kompanzasyon, bilinen termokupl voltaj-sıcaklık ilişkisi (Seebeck eğrisi) kullanılarak ölçülen soğuk lehim bağlantı sıcaklığının karşılık gelen bir termokupl voltajına dönüştürülmesiyle yapılır. Bu "kompanzasyon voltajı" daha sonra sadece "sıcak" eklemin (ölçüm noktası) sinyalini elde etmek için ölçülen termokupl sinyalinden çıkarılır. Kompanzasyonun kalitesinin, kullanılan soğuk lehim bağlantısı sıcaklık sensörünün hassasiyetine, kararlılığına ve tepkisine büyük ölçüde bağlı olduğuna dikkat etmek önemlidir. Buna ek olarak, soğuk lehim bağlantısı, harici sıcaklık dalgalanmalarından kaynaklanan bozulmaları en aza indirmek için termal olarak iyi yalıtılmış olmalıdır.
Bu ölçüm prensibi Kaye'nin veri kaydedicilerinde de kullanılmaktadır. İlk Kaye Digistrip ürün ailesi kadar erken bir tarihte bu yöntem kullanılmıştır ve modern Kaye AVS Doğrulayıcıları bu kompanzasyon seçeneğini doğrudan tüm termokuplların bağlı olduğu SIM'deki (Sensör Giriş Modülü) bağlantı noktasında kullanır.
Sonuç
Sonuç olarak, şirketin kurucusu Dr. Kaye'nin temel araştırma bulgularının Kaye tarafından tutarlı bir şekilde endüstriyel çözümlere uygulandığı ve uygulanmaya devam ettiği belirtilebilir. Mikroçip bazında yeni, daha hassas ve daha hızlı elektronik bileşenlere dayanan sürekli bir adaptasyon, Kaye'deki geliştirme felsefesinin ayrılmaz bir parçasıdır. İlginç bir şekilde, temel fiziksel bilgi, şirketin kuruluşunun ilk günlerinden beri aynı kalmakta ve bu bilimsel ilkelerin zamansız geçerliliğini ve uygulanabilirliğini vurgulamaktadır.
