Endüstriyel ölçüm cihazlarının kalibrasyonu

Otomatik kontrol sistemlerinde sahada oluşan her türlü durumu dijital ortama aktarmak için çeşitli sensörler, transmitterler kullanırız. Kullandığımız bu sensörler ve bu sensörlerden gelen bilgileri dijital ortama aktaran okuyucular,plcler ve diğer elektronik cihazlar kalibre edilmelidir. Makalemizde kalibrasyon konusu her yönü ile açıklanacaktır.
Günümüzde neredeyse tüm ölçümler dijital olarak yapılmaktadır. Örneğin kefeli teraziler yerine dijital tartılar sayısal olarak ağırlık bilgisini göstrerir. Dijital terazinin ağırlık kefesi olmadığından kalibre edilmelidir. Üretici terazisine belli ağırlıklar yükleyerek kalibre eder. Terazi üretim aşamasında kalibre edilsede belli aralıklar ile kalibrasyon ofisleri aracılığı ile tekrar kalibre edilir.
Terazi gibi komph2akt olmayan sistemleri ise kalibrasyonu biz yapmalıyız. Bir ölçü sistemi iki farklı boyutta kalibre edilmelidir.

1.Sensör kalibrasyonu,

2.Okuyucu cihaz(indikatör,plc,v.s) kalibrasyonu.

Sensör Kalibrasyonu:

Sıcaklık, basınç, seviye, mesafe, nem, ağırlık gibi bir çok sensör çeşidi bulunur. Bu sensörlerden bazıları kalibre edilmez. Örneğin termokupul, pt100 gibi sensörler kalibrasyon ihtiyacı yoktur. Termokupul iki faklı maddenin kaynak ile birleştirilmesinden oluşmuş bir sensördür. Bu iki maddenin ısıya bağlı üreteceği milivolt ise fizik kuralları ile sabittir.

Loadcell gibi sensörler ise üretilirken çalışma aralıklarına göre kalibreli olarak üretilir. Örneğin loadcell ortası delik aliminyum plaka üzerine monte edilen sensör ile yapılır. Plakanın delik olması belli bir yükte belli oranda gerilim oluşturması içindir. Üretici 50 kg’lık loadcell için plaka ölçülerini ve delik boyutlarını hesaplamıştır. Farklı bir ağırlık için yaptığı üretimde aynı sensörü farklı ölçülerde bir plaka üzerine monte eder.

Basınç transmitteri gibi içersinde elektronik düzenek bulunan sensörler ise elektronik olarak kalibre edilmiştir. Direnç değerleri ve diğer elektronik yöntemler ile kalibre işlemi üretim projesi hazırlanırken yapılmıştır. Daha karmaşık yapıda olan ve üzerindeki potansiyometre veya butonlar ile kalibre edilen sensörler de mevcuttur. Radar ve ultrasonik seviye sensörleri bunlardan bazılarıdır.
Bazı sensörlerin çıkış gerilimleri çok küçük olduğundan elektrik hatlarında iletimi pek uygun bulunmamıştır. Pt100 bunlardan biridir. Pt100 üzerinden 0,2 mili amperden daha düşük bir akım geçirilebilir. Bu nedenle sensör kutusu içersinde dahili elektronik devreler kullanılmıştır. Bu devrenin çıkışı 0-10 volt, 0-20 ma, 4-20 ma gibi daha kuvvetli akımlardır.

Okuyucu devre(İndikatör,plc,v.s) kalibrasyonu:

Bizi asıl ilgilendiren kalibrasyon işlemi bu kısımdır. Sensör ne şekilde kalibre edilmiş olursa olsun, okuyucu devre üzerinde yapacağımız doğru ve yanlış kalibrasyon sonucu direkt etkileyecektir. Örneğin hatalı üretilmiş bir basınç transmitteri 100 bar basınçta 10 volt vermesi gerekirken 9 volt veriyor olabilir. Bu aşamada yapacağımız kalibrasyon ile bu hatayı ortadan kaldırabiliriz.
Sensör çıkışları çoğunlukla 0-10 volt, 0-20 ma ve 4-20 ma tiplerinde analog çıkışlardır. Okuyucu cihaz bu sinyalleri analog girişleri ile okur. Farklı analog girişleri bulunan cihazlarda mevcuttur. Direnç, pt100, mili volt analog girişlerine sahip bir çok plc modülü vardır. Bu girişler ile yapacağımız okuma işlemlerinde sensörün karekteristiğini mutlaka araştırmalıyız. Zira bazı sensör çıkışları lineer değildir.
Pt100Örneğin Pt100 sıcaklığa göre direnç değerini değiştiren bir elemandır. Ama sıcaklık arttıkça direnç değeri lineer olarak artmaz. Plc’nin pt100 girişi var ise bu girişten okunan değer belli başlı formüller ile lineer hale getirilir. Eğer direnç girişinden okuyorsak bu linearizyon formulünü biz yazmalıyız.

Sensör üreticileri yukarıda verilen bilgiler doğrultusunda sensör çıkışlarını lineer hale getirmiştir. Sensör akım veya gerilim olarak doğru çıkış vermektedir. Bizim görevimiz bu çıkışı en doğru şekilde plc içersinde okumak olacaktır. Bu kalibrasyon iki şekilde yapılır.

1.Üreticilerden sağlanan bilgiler eşliğinde kalibrasyon,

2.Örnekleme metodu ile kalibrasyon.

Her iki metoduda aynı örnek üzerinden inceleyelim. Örneğimizde 0-10 çıkışlı 0-100 bar’lık bir sistem kullanalım.

1.Üreticilerden sağlanan bilgiler eşliğinde kalibrasyon:

Plc üreticisi analog girişinin 0 volt’da ve 10 volt’da okuyacağı değeri kataloğunda bildirmiştir. Bu değerleri kullanarak kalibrasyon yapılabilir. Bir örnek ile açıklayalım. Plc üreticimiz analog girişi 10 volt’da 10000 değerini okuduğunu bildirmiş olarak kabul edelim. Doğru mantık ile kalibrasyonu yapabiliriz.

Sonuç (Basınç) = Analog giriş / 100
Sonuç(Basınç) = 10000 / 100 = 100 bar.

Kalibrasyon her zaman bu kadar kolay olmayabilir. Basınç transmitteri -100 ile +100 bar olduğunda işlem biraz daha karmaşık olabilir.

Sonuç(Basınç) = (Analog giriş / 50) – 100
Sonuç(Basınç) = (5000 / 50) – 100

İlk örnekte 100’e bölerken sonraki örnekte 50’ye böldük. Zira ikinci örnek’te ölçülebilen basınç dilimi 200 bar’dır.

Not: Bu yöntem genel kalibrasyon olarak kullanılabilir. Ancak hassas kalibrasyon olarak kullanılamaz. Basınç transmitteri 10 voltu 101 bar’da veriyor olabilir. Kablo direncinden dolayı plc 10 volt’u 9,99 volt olarak okuyabilir. Plc analog girişi 10 voltu 10000 yerine 9990 olarak gösterebilir. Her elektronik elemanın belli bir toleransı vardır. Analog girişler için kullanılan ölçüm dirençleri genel’de %1 toleransında dirençlerdir. %0,01 hassasiyetinde dirençler de mevcuttur ancak analog input modülü kadar pahalıdır. Bu sebeplerden dolayı örnekleme metodu ile kalibrasyon önerilmektedir.

2.Örnekleme metodu:

Bu metod kendi içersinde iki’ye ayrılır.

A) Kalibratör kullanarak
B) Fiziksel örnekleme.

A) Kalibratör kullanarak kalibrasyon: Bu metodda plc analog girişine kalibrasyon cihazı ile minumum ve maksimum değerler uygulanır ve plc analog girişlerinde okunan değerler kaydedilir. Yukarıdaki örnek de hesapladığımız gibi formül oluşturulur. Piyasada pt100, termokupul, 0-10 volt, 0-20 ma kalibrasyonları için kullanılabilen bir çok kalibratör veya diğer bir adı ile simülatör satılmaktadır. Bu cihazlar hassasiyetlerine göre farklı fiyatlarda satılır. Laboratuvar tipi çok hassas kalibrasyon cihaz fiyatları 50000 usd’ye kadar ulaşabilir. 0-10 volt ve 4-20 ma çıkışlı dahaa pratik kalibrasyon cihazları ise 200 usd fiyat ile tedarik etmek mümkündür. Hatta bazı ölçü aletlerinde bu çıkışlar mevcuttur. Bu yöntemde sensör hatası tolere edilemez.

B) Fiziksel örnekleme metodu: Kesinlikle en hassas kalibrasyon yöntemidir. Bir o kadar da zor olacaktır. Plc ve transmitter bağlantısı yapıldıktan sonra sistem 0 bar ve 100 bar uygulanır. Plc analog girişlerinde okunan değerler kaydedilir ve yukarıdaki örnekte olduğu gibi formül oluşturulur. İki örnek arasındaki tek fark plc girişine analog sinyal simülatör ile değil de sensör üzerinden veriliyor olmasıdır. Sensörün minimum ve maksimum değerleri sağlaması için basınç uygulanır.
Zorluk ise uygulanan basıncın doğruluğunun sağlanmasından kaynaklanır. İlk sorun sistem basıncından daha yüksek basınçlı bir sensör kullanmak zorunda olduğumuzdan kaynaklanır. Eğer sistem basıncımız 100 bar ise ve biz 100 barlık bir sensör kullanırsak, sistem basınç aşımını ölçemeyeceğiz demektir. Bu durumda kalibrasyon uygulanabilen maksimum basınçta yapılır. Örneğin 70 bar. Uygulanabilen maksimum basıncın önemini şu şekilde anlatabilir. Elimizde 10 mt boyunda bir sırık olduğunu varsayalım. Biz bu sırığı belli bir eğim ile ayarlamak istiyoruz. Eğer sırığın başından ve sonundan tutarsak kolaylıkla eğimi ayarlayabiliriz. Ama sırığın başından ve başından itibaren 1 metre sonrasından tutarsak tutamadığımız 9 metre’lik mesafeyi doğrultmamız kolay olmayacaktır. Bu nedenle kalibrasyon ulaşıla bilen en büyük değerde yapılmalıdır.
Diğer bir zorluk ise uyguladığımız basıncın doğruluğunun tespitidir. 100 bar uyguladığımız daha önce kalibrasyonu yapılmış başka bir cihaz ile kontrol etmeliyiz. Bu amaçla üretilmiş hassas manometreler mevcuttur. Bu manometrelerin çapları standart manometrelerden daha büyüktür. Kalibrasyon için kullanacağınız manometreninde belli aralıklar ile kalibrasyon ofislerinde kalibre edilmesi gereklidir.

Kaynak : Fultek

Bunlar da ilginizi çekebilir:

Kalibrasyon Tablosu Nedir? Ne işe Yarar?

Yatay Tank Sıvı Hacmi Hesaplama

Pozisyoner Nedir ? Nasıl Seçilir?

IP68 Koruma Sınıfı Nedir? IP nedir ?

 

1 YORUM

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu girin!
Lütfen isminizi giriniz

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.