Termokupl nedir?
Termokupl, sıcaklık ölçmek için kullanılan bir sensördür. Termokupllar düşük maliyetleri, geniş sıcaklık aralıkları, 
yüksek sıcaklık limitleri ve birçok tip ve boyutta bulunabilmeleri nedeniyle birçok endüstriyel ve bilimsel uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektrik üretimi de dahil olmak üzere petrol ve gaz, havacılık, yarı iletkenler, ilaç, biyoteknoloji, gıda işleme ve metaller de dahil neredeyse tüm endüstriyel pazarlarda bulunurlar. Kendi benzersiz özellikleri ve uygulama uygunluğu ile farklı saf metal ve alaşım kombinasyonlarından yapılmış yüzlerce tip termokupl vardır. Tanımlamak için farklı termokupl tiplerine harf tipleri verilmiştir. E tipi, J, K, N ve T, demir, konstantan, nikrosil, bakır, kromel ve alümel malzemeleri kullanan en yaygın tipler olan “baz metal” termokupllardır. B, R ve S tipi termokupllar, daha pahalı olan ve yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılan “asil metal” termokupllardır (başlıca platin ve rodyum malzemeler).
Bir termokupl nasıl çalışır?
1820'lerde Estonyalı-Alman fizikçi Thomas Johann Seebeck, birbirine benzemeyen iki elektrik iletkeni arasında bir sıcaklık farkı oluştuğunda, buna karşılık gelen bir gerilim farkının üretileceğini keşfetti. Bu fenomen şimdi Seebeck veya Termoelektrik Etki olarak biliniyor. Termokuplların davranışından “Seebeck etkisi” sorumludur.
Şekil 1, termokupl yapısının bir örneğini göstermektedir. Bir termokupl, bir ucunda T1 ("sıcak" bağlantı) birleştirilen iki farklı termoelement A ve B telinden oluşur. Teller uzunlukları boyunca birbirlerinden yalıtılmıştır. Diğer uç T2 ("soğuk" bağlantı) sabit bir referans sıcaklığında (genellikle buzun erime noktası) tutulur.
Şekil.1
Soğuk bağlantı, termokupl telinin bir ölçüm cihazına bağlanmak üzere bakır tele geçiş yaptığı yerdir. Termokupl teli, dahili soğuk bağlantı devresi ile donatılmış bir ölçüm veya okuma cihazına doğrudan bağlanabilir. Bu konfigürasyon, tipik olarak, bir buz banyosunun erime noktasında muhafaza edilen bir harici soğuk bağlantı kullanıldığı senaryodakinden daha az doğrudur. Gerçek sıcaklık T1 ve referans sıcaklık T2 arasındaki fark, T1'in gerçek sıcaklığını göstermek için termokupl ölçen cihazda elektronik olarak düzeltilir. Bu ayara soğuk bağlantı kompanzasyonu (CJC) denir. Sıcak bağlantı (T1) soğuk bağlantıdan farklı bir sıcaklığa maruz kaldığında, soğuk bağlantı telleri (T2) arasında bir voltaj (termoelektrik kuvvet) üretilir. Termokupl voltajını okumak için soğuk bağlantıdan gelen kablolara bağlı bir alet kullanılır.
Teorik olarak bu voltaj ölçümü sadece sıcaklık farkına (T1 – T2) bağlıdır. T1 değiştikçe, termokuplun voltaj çıkışı sıcaklıktaki değişimle orantılı olarak değişir, ancak doğrusal olarak değişmez. Voltaj çıkışı yaklaşık -10 ila 77 mV arasında değişir (termokupl tipine ve ölçüm sıcaklığına bağlı olarak). Sıcaklığa karşı voltaj korelasyonu, çeşitli termokupl tiplerine özgü bir ilişki kurar. Bu ilişkiler, termokupl kalibrasyonu için temel sağlayan referans tablolarında özetlenmiştir.
Termokupllar neden kalibre edilmelidir ?
Termokupl voltajının, iki metalin birleştiği "sıcak bağlantıda" (T1) değil, tellerin bir sıcaklık gradyanında maruz kaldığı tüm uzunluk boyunca (T1'den T2'ye) üretildiğini not etmek önemlidir. . Bağlantıların sıcaklık farkı ve ölçüm voltajı, yalnızca termokuplun her bir teli homojense (bileşimde üniform) doğrudur. Endüstriyel bir ortamda bir termokupl kullanıldığından, iletken teller ısı, kimyasal maruziyet veya mekanik hasar (örneğin, bir sıcaklık gradyanında telde bir bükülme) yoluyla homojenliğini kaybedebilir. Bir termokupl devresinin homojen olmayan bölümü bir sıcaklık gradyanına maruz kalırsa, ölçülen voltaj farklılık gösterecek ve hataya neden olacaktır. Bu nedenle, termokupllar periyodik olarak kontrol edilmeli ve doğru ölçüm yaptıklarından emin olmak için kalibre edilmelidir.
Baz metal termokupllar (E, J, K, N ve T tipleri) 200 ºC'nin üzerinde kullanıldığında genellikle "homojen olmayan" durumlar geliştirir. Bu termokuplları bir fırında ısıtmak teli daha da değiştirecek veya hareket ettirmek sıcaklık gradyanını değiştirecektir. Her ikisi de kalibrasyon hatalarına yol açacaktır. Bu durumlarda “in situ” (yerinde) kalibrasyon gereklidir. Bu, kalibre edilen termokuplun yanına bir referans termometre yerleştirilerek ve okumalar karşılaştırılarak yapılır. Asil metal termokupllar (tip B, R ve S) de homojen olmama sorunu yaşayabilir, ancak etkileri küçüktür (yaklaşık 0,3 ºC), dolayısıyla etkin bir şekilde kalibre edilebilirler. Yalnızca 200 °C'nin altındaki sıcaklıklarda (Tip K 120 °C'nin altında) kullanılan ana metal termokupllar genellikle büyük homojensizlikler göstermez ve saha dışında kalibre edilebilir.