Temassız sıcaklık sensörü, ölçülecek yüzeye fiziksel olarak dokunmadan sıcaklığı belirleyen sensör veya ölçüm sistemidir. Endüstriyel uygulamalarda bu ölçümün en yaygın yöntemi kızılötesi (IR) sıcaklık ölçümü, diğer adıyla IR pirometri yöntemidir. Özellikle hareketli parçalar, döner yüzeyler, çok sıcak malzemeler, ulaşılması güç noktalar veya temaslı bir probun prosesi etkileyebileceği uygulamalarda kullanılır.

En basit haliyle: Bir yüzey ısındığında elektromanyetik enerji yayar. Temassız sıcaklık sensörü bu enerjinin uygun dalga boyundaki bölümünü optik sistemiyle algılar, elektronik olarak işler ve bunu bir sıcaklık değerine dönüştürür. Sensörün ölçülen parçaya temas etmesi gerekmez.

Önemli teknik not: Bu kategorinin eski adında kullanılan “UV” ifadesi, temassız sıcaklık sensörlerinin genel çalışma prensibini tanımlamak için doğru bir karşılık değildir. Endüstriyel temassız yüzey sıcaklığı ölçümünde temel yöntem çoğunlukla kızılötesi yani IR radyasyonun ölçülmesidir. Bu nedenle temassız sıcaklık sensörü seçerken yalnız ürün adındaki “UV”, “IR” veya “laser” ifadesine değil, sensörün spektral ölçüm aralığına, optik yapısına ve ölçülecek yüzeye uygunluğuna bakılmalıdır.

Temassız sıcaklık sensörü nasıl çalışır?

Mutlak sıfırın üzerindeki bütün cisimler sıcaklıklarına ve yüzey özelliklerine bağlı olarak elektromanyetik enerji yayar. Bir IR sıcaklık sensörünün optik sistemi, hedef yüzeyden gelen kızılötesi enerjiyi dedektör üzerine toplar. Sensörün elektronik devresi bu sinyali işler ve yüzey sıcaklığını hesaplar.

Burada kritik nokta, sensörün yalnızca “kızılötesi ışık görmesi” değildir. Ölçüm sonucunu emissivite (yayınım katsayısı), yüzey yapısı, hedefin büyüklüğü, sensör ile hedef arasındaki mesafe, görüş alanı ve çevreden yansıyan radyasyon da etkileyebilir. Özellikle parlak ve düşük emissiviteli metal yüzeylerde yanlış sensör veya yanlış ayar, önemli ölçüm hatalarına neden olabilir.

Lazer sıcaklığı mı ölçer?

Hayır. Endüstride “lazerli termometre” veya “lazer sıcaklık sensörü” olarak adlandırılan birçok cihazda lazer ışını sıcaklığı ölçen eleman değildir. Lazer, operatörün veya montaj yapan kişinin ölçüm noktasını hedeflemesine yardımcı olur. Asıl sıcaklık ölçümü kızılötesi dedektör tarafından gerçekleştirilir.

Tek veya çift lazerli sistemlerde lazer noktaları, sensörün baktığı bölgeyi bulmayı kolaylaştırabilir. Ancak lazer noktasının çok küçük olması, sensörün yalnız o küçük noktayı ölçtüğü anlamına gelmez. Gerçek ölçüm alanını belirleyen parametre optik çözünürlük ve mesafe/spot oranıdır (D:S).

Mesafe / spot oranı neden önemlidir?

Temassız ölçümde sensör hedefe uzaklaştıkça gördüğü ölçüm alanı genellikle büyür. Örneğin küçük bir rulmanın, ince bir borunun veya dar bir sıcak yüzeyin ölçülmesi gerekiyorsa sensörün optik çözünürlüğü yeterli olmalıdır. Sensörün ölçüm alanı hedef parçadan daha büyük hale gelirse arka plandaki daha soğuk veya daha sıcak yüzeyler de ölçüme karışabilir.

Bu nedenle seçim sırasında yalnız “kaç derece ölçüyor?” sorusuna bakmak yeterli değildir. Ölçüm mesafesi, hedef çapı ve sensörün D:S oranı birlikte değerlendirilmelidir.

Emissivite nedir ve neden önemlidir?

Emissivite, bir yüzeyin termal radyasyonu ne ölçüde yayabildiğini ifade eder. Mat, boyalı veya oksitlenmiş yüzeyler ile parlak metal yüzeylerin radyasyon davranışı aynı değildir. Bu nedenle aynı gerçek sıcaklığa sahip iki farklı malzeme, yanlış emissivite ayarında IR sensör tarafından farklı sıcaklıklarda görülebilir.

Özellikle parlak alüminyum, paslanmaz çelik veya polisajlı metal gibi düşük emissiviteli yüzeylerde çevreden yansıyan kızılötesi enerji ölçümü ciddi biçimde etkileyebilir. Cam, plastik film ve benzeri malzemelerde ise malzemenin belirli kızılötesi dalga boylarını geçirmesi veya soğurması nedeniyle doğru spektral sensör tipi seçilmelidir.

Temassız sensör mü, Pt100 veya termokupl mu?

Temassız ölçüm her uygulamada temaslı sensörden daha iyi değildir. Sabit bir tankın, kalıbın, rulman yatağının veya proses borusunun gövde sıcaklığı uzun süre izlenecekse uygun montaj yapıldığında Pt100 sıcaklık sensörleri oldukça kararlı bir çözüm sağlayabilir. Daha yüksek sıcaklıklarda veya ağır endüstriyel uygulamalarda ise K tipi termokupllar gibi temaslı sensörler tercih edilebilir.

Buna karşılık hareketli bir çelik şerit, dönen fırın, konveyörden geçen ürün, çok sıcak metal, erişilemeyen yüzey veya temaslı sensörün zarar göreceği bir nokta ölçülecekse temassız IR ölçüm çok önemli bir avantaj sağlar.

Endüstride nerelerde kullanılır?

Metal ve döküm uygulamalarında sıcak parçaların, hadde ürünlerinin, kalıpların ve fırından çıkan malzemelerin sıcaklık takibinde kullanılabilir. Burada yüzey emissivitesi ve uygun spektral sensör seçimi özellikle önemlidir.

Cam ve seramik sektöründe hareketli veya çok sıcak ürünler temas etmeden izlenebilir. Cam uygulamalarında standart bir genel amaçlı IR sensör yerine, ölçülecek camın özelliklerine uygun spektral algılama yapabilen sensör gerekebilir.

Plastik, ambalaj, kâğıt ve konveyör uygulamalarında ürünün üretim sırasında sürekli hareket etmesi nedeniyle temaslı probların kullanılması zor olabilir. Hızlı cevap veren temassız sensörler, ürün sıcaklığının proses boyunca izlenmesini kolaylaştırabilir.

Fırın, ısıtıcı ve kurutma sistemlerinde ölçülen sıcaklık yalnız görüntülenmekle kalmayıp bir kontrol çevriminin geri besleme değeri olarak da kullanılabilir. Bu durumda sensör verisi bir ısı kontrol cihazına, uygun girişe sahip bir PLC sistemine veya proses kontrolörüne aktarılabilir.

IR sıcaklık sensörü otomasyon sistemine nasıl bağlanır?

Endüstriyel temassız sıcaklık sensörleri modele bağlı olarak doğrudan sıcaklık değeri gösterebilir veya kontrol sistemine bir proses sinyali gönderebilir. Uygulamada 0–10 V veya 4–20 mA gibi analog sinyaller, röle çıkışları ya da çeşitli dijital haberleşme yöntemleri kullanılabilir.

Sensörden gelen analog değer bir PLC'nin analog girişine uygulanabilir. Kullanılan IR sensörün elektriksel çıkışı kontrol cihazıyla doğrudan uyumlu değilse uygun bir sensör veya sinyal çevirici gerekebilir.

Aktif transmitter yapısındaki sensör ve dönüştürücülerin çoğunda ayrıca harici besleme gerekir. Böyle uygulamalarda sensörün teknik dokümanında belirtilen gerilime uygun bir endüstriyel güç kaynağı kullanılmalıdır. Pasif termokupl veya Pt100 sensör ile aktif IR transmitterin besleme ve giriş yapıları birbirine karıştırılmamalıdır.

Ölçmek başka, kontrol etmek başka işlemdir

Temassız sensörün temel görevi sıcaklığı ölçmektir. Ölçülen değerin ısıtıcıyı, fanı, valfi veya başka bir ekipmanı yönetmesi ise kontrol sisteminin görevidir. Sıcaklığın set değerinde tutulması gereken uygulamalarda PID kontrol kullanılabilir.

Örneğin elektrikli bir ısıtıcı SSR üzerinden hızlı ve sık anahtarlanabilir; daha büyük yüklerin veya farklı devrelerin açılıp kapatılmasında kontaktörler kullanılabilir. Fan veya pompa hızının sıcaklığa bağlı değiştirilmesi gereken bir proses varsa uygun bir hız kontrol cihazı (VFD) sıcaklık kontrol çevriminin son kontrol elemanlarından biri olabilir.

Bu nedenle doğru sistem çoğu zaman yalnızca “bir sıcaklık sensörü”nden oluşmaz. Sensör → sinyal işleme → kontrol algoritması → çıkış elemanı → proses zincirinin tamamı birlikte değerlendirilmelidir.

HMI ve SCADA ile sıcaklık izleme

PLC'ye veya kontrol sistemine aktarılan sıcaklık değeri bir HMI panel üzerinden operatöre gösterilebilir. Birden fazla sıcaklık noktasının uzun süreli kaydı, alarm takibi veya proses trendlerinin incelenmesi gerekiyorsa SCADA sistemleri kullanılabilir.

Örneğin bir fırın hattında yalnız “850 °C” değerini görmek yerine sıcaklığın zaman içindeki değişimi, üst ve alt alarm limitleri, üretim reçetesi ve hat duruşları birlikte kaydedilebilir. Bu yaklaşım, temassız sıcaklık sensörünü basit bir ölçüm cihazından çıkarıp proses otomasyonunun gerçek bir geri besleme elemanı haline getirir.

Temassız sıcaklık sensörü ile diğer sensörleri karıştırmayın

Bir IR sıcaklık sensörünün optik yapıda olması, onu bir fotosel ile aynı sensör yapmaz. Fotoseller genellikle bir nesnenin varlığını, geçişini veya konumunu algılamak için kullanılırken IR sıcaklık sensörü yüzeyden gelen termal radyasyonu değerlendirerek sıcaklık ölçmeye çalışır.

Benzer şekilde endüktif sensörler metal nesne algılama, ultrasonik sensörler ise çoğunlukla mesafe veya seviye ölçümü gibi farklı görevler için kullanılır. Bunları genel olarak “temassız sıcaklık sensörü çeşitleri” altında toplamak teknik olarak doğru değildir.

Doğru temassız sıcaklık sensörü nasıl seçilir?

Sensör seçiminde önce ölçülecek sıcaklık aralığı belirlenmelidir. Daha sonra yüzeyin metal, cam, plastik, kâğıt, seramik veya başka bir malzeme olup olmadığı; yüzeyin parlaklığı; hedefin hareket edip etmediği ve ortam şartları değerlendirilmelidir.

Ölçüm mesafesi ve hedef büyüklüğü sensörün optik çözünürlüğüyle uyumlu olmalıdır. Çok küçük bir hedefin uzaktan ölçülmesi gerekiyorsa yüksek optik çözünürlük gerekebilir. Hızlı hareket eden ürünlerde ise sensörün cevap süresi proses hızına uygun olmalıdır.

Ayrıca yoğun toz, duman, buhar, kirli optik pencere veya sensör ile hedef arasına giren başka maddeler kızılötesi enerjiyi zayıflatabilir ve ölçümü etkileyebilir. Endüstriyel ortamda yalnız sensörün ölçüm aralığı değil, sensör kafasının çalışma sıcaklığı, koruma sınıfı, optik temizliği ve montaj şekli de değerlendirilmelidir.

Sonuç

Temassız sıcaklık ölçümü, temaslı bir probun kullanılmasının zor, tehlikeli veya proses açısından uygun olmadığı uygulamalarda çok güçlü bir yöntemdir. Ancak başarılı bir ölçüm için yalnızca sensörü hedefe doğrultmak yeterli değildir. Emissivite, spektral uygunluk, D:S oranı, hedef büyüklüğü, cevap süresi ve ortam şartları birlikte değerlendirilmelidir.

Doğru seçilmiş bir IR sensör; uygun ısı kontrol cihazı, PLC, analog giriş, PID kontrol ve güç elemanlarıyla birleştirildiğinde yalnızca sıcaklığı göstermekle kalmaz; makinenin veya prosesin sıcaklığa göre otomatik olarak yönetilmesini de sağlayabilir.

İlgili bölümler

/ Isı sensörleri ana sayfa

/ Isı kontrol cihazları ana sayfa

/ Sensör çeviriciler

/ Isı kontrol PLC modelleri

/ Şalt malzemeleri (kontaktör, röle, SSR, sigorta ve diğer pano ekipmanları)