Proses ölçümü teknik sözlüğü

2 telli transmitterin kendi besleme kaynağı yoktur. Enerjiyi döngüdeki besleme kaynağı verir; transmitter ise döngü akımını ölçtüğü değere göre ayarlayan bir akım düzenleyici gibi çalışır. Böylece aynı iki kablo hem enerjiyi hem ölçüm bilgisini taşır.

Bu yöntem az enerji harcayan ölçüm cihazlarıyla sınırlıdır. Kendi beslemesi olan 4 telli bağlantıda besleme için iki iletken daha gerekir; bu da daha kalın kablo, daha büyük kablo kanalı ve panoda daha çok bağlantı noktası demektir. Teknik tabloda “2 telli 4-20 mA” ifadesi cihazın döngüden beslendiğini gösterir.

Endüstride saha cihazından kontrol sistemine ölçüm bilgisi taşımanın en yaygın yoludur. Uç değerler arasındaki akım orantılı paylaşılır: aralığın tam ortası 12 mA’dır.

Kopan bir kablo döngüdeki akımı keser. Sinyal 4 mA’dan başladığı için (canlı sıfır) bu durum, ölçülen değerin gerçekten yüzde 0 olmasıyla karışmaz. Ürün tablolarında aynı sinyal “4…20 mA” diye de yazılır; HART gibi dijital haberleşme aynı iki kablonun üzerine eklenebilir.

Analog bir transmitterde kalibrasyon için yalnız sıfır ve span ayarları vardır. Akıllı transmitterde ise ölçüm aralığının alt ve üst değerleri (LRV, URV) dijital olarak girilir; sensör tarafı ile akım çıkışı tarafı da ayrı ayrı ayarlanabilir. Bu cihazlar kendi durumlarını teşhis edebilir ve sensörün doğrusal olmayan davranışını dijital olarak telafi ettikleri için daha yüksek doğruluk sunabilir.

Dijital haberleşme HART ile 4-20 mA kablosu üzerinden ya da Profibus PA gibi bir saha veri yoluyla yapılabilir. Bu bağlantıyla bir el terminali ya da kontrol sistemi cihazın ayarlarını okuyup değiştirebilir.

Türbin ve vorteks debimetrelerinde darbeler doğrudan ölçüm elemanından gelir. Her elemanın bir K faktörü vardır: birim hacim başına üretilen darbe sayısı. Sayılan darbeler bu faktöre bölünerek hacme çevrilir.

Darbe çıkışı çoğunlukla bir sayıcıya ya da toplayıcıya bağlanır ve miktar ölçümünde kullanılır; teknik tablolarda “puls/frekans” olarak da geçer. Farkı şudur: 4-20 mA analog çıkış anlık değeri sürekli değişen bir akımla verir, darbe çıkışı ise miktarı sayılabilir adımlarla iletir.

Analog ve dijitali birleştiren karma bir yapıdır: birincil ölçüm değeri yine akımla taşınırken dijital veri bu akımın üzerine düşük genlikli bir sinyal olarak eklenir ve frekans kaydırmalı anahtarlama (FSK) ile kodlanır; analog ölçüm bu sırada kesilmez. Veri hızı, FieldComm Group’a göre 1200 bit/s’dir.

Dijital kanaldan cihaz durumu, teşhis bilgisi ve ek ölçüm değerleri okunabilir; ölçüm aralığı ve sönümleme gibi ayarlar uzaktan değiştirilebilir. Teknik tabloda “4-20 mA + HART” ifadesi, cihazın analog çıkışın yanında bu dijital haberleşmeyi de sunduğunu gösterir.

Modbus seri hat belgesi iki iletim kipi tanımlar: RTU ve ASCII. RTU kipinde veri daha yoğun gönderildiği için aynı baud hızında ASCII kipinden daha fazla veri taşınır. Mesajlar en az 3,5 karakter süresi sessizlikle birbirinden ayrılır ve CRC alanıyla denetlenir.

Hattaki her sunucu (bağımlı) cihaza 1 ile 247 arasında, hatta tek olan bir adres verilir; istemcinin (ana cihaz) adresi yoktur. İletim kipi ve seri port ayarları (baud hızı, parite gibi) hattaki tüm cihazlarda aynı olmalıdır. Modbus RTU mesajın dilini tanımlar; bu mesajları kabloda taşıyan elektriksel katman çoğunlukla RS-485’tir.

Kısaltma, birliğin artık kullanılmayan eski Almanca adından (Normenarbeitsgemeinschaft für Mess- und Regeltechnik in der chemischen Industrie) gelir. Teknik belgelerde ad iki ayrı konuda geçebilir. İlki NE 43 tavsiyesidir. Kablo kopması, transmitter arızası ya da besleme kaybı gibi bir sorunun kontrol sisteminde ölçümle karışmaması için akım için iki ayrı bant tanımlar: 3,8 ile 20,5 mA arası ölçüm bilgisi, 3,6 mA ve altı ile 21 mA ve üstü arıza bilgisidir. Bu bantlar hangi üreticinin sensörü kullanılırsa kullanılsın aynıdır.

İkincisi, teknik tablolarda görülen “Namur çıkış”tır: IEC 60947-5-6’ya uygun, 2 telli bağlanan bir açık-kapalı çıkış. Sensörün açık mı kapalı mı olduğu döngü akımının seviyesinden anlaşılır; bu kararı karşı taraftaki anahtarlama yükselticisi verir.

PNP çıkışta transistörün emiteri DC beslemenin artı (+V) ucuna bağlıdır; çıkış etkin olunca akım sensörden yüke akar. NPN çıkışta emiter eksi (-V) uca bağlıdır; yük artı uca bağlanır ve akım yükten sensöre doğru akar.

Cihaz seçerken bağlanacak kontrol sistemi girişinin hangi tipe uygun olduğu kontrol edilir. Normalde açık (NO) ya da normalde kapalı (NC) olmak ayrı bir özelliktir; PNP ya da NPN olmakla ilgisi yoktur. Kuru kontak isteyen devrelerde röle çıkışı kullanılır.

Fabrika ve proses otomasyonunda aynı haberleşme protokolü kullanılır; iki türü birbirinden esas olarak fiziksel katmanla ayrılır. Profibus DP, RS-485 üzerinde 9,6 kbit/s ile 12 Mbit/s arasındaki hızları destekler ve daha çok fabrika otomasyonunda görülür. Proses ölçüm cihazlarına yönelik Profibus PA ise IEC 61158-2 fiziksel katmanını kullanır; bu katman sayesinde saha cihazı beslemesini veri yolundan alabilir. Bir PA hattı DP ağına kuplör ya da bağlantı cihazıyla eklenir.

Transmitter seçerken “Profibus PA” seçeneği, ölçüm değerinin analog akım yerine veri yolu üzerinden dijital olarak iletilebildiğini gösterir. Ethernet tabanlı Profinet ayrı bir standarttır.

Bu çıkışın içinde elektromekanik bir röle bulunur. Röle, küçük bir açık-kapalı sinyalle çok daha büyük güçteki devreleri kumanda etmeyi sağlar. Bu yüzden şalter ve alarm çıkışlarında kullanılır.

Teknik tabloda “röle (SPDT)” yazıyorsa kontak tek kutuplu ve iki konumludur (Form C): ortak uç ya normalde açık ya normalde kapalı uca bağlanır, ikisine aynı anda bağlanmaz. PNP ve NPN çıkışlar ise kontak yerine transistörle anahtarlama yapar.

RS-485 yalnız elektriksel bir standarttır: sürücü ve alıcıların elektriksel özelliklerini tanımlar, mesajların biçimini tanımlamaz. Veri iki hat arasındaki gerilim farkıyla taşınır; dış kaynaklı gürültü iki hatta eşit bindiği için fark alıcısı bu gürültüyü bastırır. Standart bir hattı 32 birim yüke göre tanımlar; daha düşük yük çeken alıcı-vericilerle aynı hatta daha çok cihaz bağlanabilir.

Modbus ve Profibus’ın yaygın sürümleri RS-485’i fiziksel katman olarak kullanır. Teknik tabloda “RS485 Modbus” yazıyorsa, Modbus mesajları (çoğunlukla Modbus RTU) RS-485 hattı üzerinden gönderilir. Bu yüzden “RS-485” ile “Modbus” aynı şey değildir: biri kabloyu ve sinyali, diğeri mesajın dilini tanımlar.

Darbe çıkışlı debimetrelerde toplam, darbelerin sayılmasıyla elde edilir: her darbe belirli bir hacmi temsil ettiğinden sayaçtaki değer bir işlemciyle istenen hacim birimine çevrilir. Pozitif yer değiştirmeli (dişli tip) debimetrelerde de devir sayısı geçen hacmi verir.

Debimetre göstergesindeki anlık debi ile toplam değer karıştırılmamalıdır: anlık debi birim zamandaki akışı (örneğin m³/h), toplam değer ise o ana kadar biriken miktarı (örneğin m³) anlatır. Cihazın darbe çıkışı kullanılırsa toplama işi dışarıdaki bir sayıcıda da yapılabilir.

Metroloji sözlüğüne (VIM) göre doğruluk kendi başına sayısal bir değer taşımaz. Teknik tablolarda doğruluğun kendisi değil bir hata sınırı yazılır; hata, örneğin ölçüm aralığının yüzdesi olarak ifade edilebilir. Türkçe ürün tablolarında bu satır çoğu zaman “Hassasiyet” adıyla geçer. Cihazları karşılaştırırken değerin neye göre verildiği kontrol edilmelidir.

Doğruluk, tekrarlanabilirlik ve kesinlikle karıştırılmamalıdır: kesinlik ölçümlerin birbirine yakınlığını, doğruluk gerçek değere yakınlığını anlatır. Ölçümleri birbirine çok yakın çıkan bir cihazın ayarı kaymışsa sonuçları yine de yanlış olabilir.

Doğrusallık hatası olan bir cihazın tepkisi, giriş-çıkış grafiğinde düz bir çizgi yerine eğri çizer. Sıfır ve span hatalarından ayrı bir hata türüdür: sıfır hatası çizgiyi yukarı ya da aşağı kaydırır, span hatası eğimini değiştirir, ama iki durumda da çizgi düz kalır. Gerçek bir cihazda bu hatalar histerezisle birlikte de görülebilir.

Denetim için ölçüm aralığına yayılmış birden çok referans değerinde okuma alınır ve okumalar referanslara karşı çizilir; noktalar düz bir doğru üzerinde kalıyorsa tepki doğrusaldır. Eğimin beklenenden farklı olması doğrusallık değil span hatasıdır. Teknik tablolarda doğruluktan ayrı bir satır olarak verilebilir.

Metrolojide iki işlem birbirinden ayrılır. Kalibrasyon (VIM), ölçüm standartlarının belirsizlikleriyle birlikte verdiği değerler ile cihazın göstergeleri arasındaki ilişkiyi kurar; izlenebilirlik için kesintisiz ve belgelenmiş bir kalibrasyon zinciri gerekir. Ayar ise cihazın belirli değerlere karşılık istenen göstergeyi vermesi için yapılan işlemlerdir: sıfır, ofset ve span ayarı gibi. VIM, ayarın kalibrasyonla karıştırılmamasını ister ve kalibrasyonu ayarın ön koşulu sayar.

Sahada yapılan kalibrasyon ayarı, cihazın gösterdiği değeri bir referansla kontrol etmeyi ve gerekiyorsa ayarlamayı kapsar. Bu iş, sonucu belgelenmiş ve izlenebilir bir kalibrasyonun yerini tutmaz. VIM’e göre ayardan sonra ölçüm sisteminin genellikle yeniden kalibre edilmesi gerekir.

Yaygın örnekler şunlardır. Termokuplda ölçüm referans uçtaki (soğuk nokta) gerilimden etkilenir; referans ucun sıcaklığı ayrı bir algılayıcıyla ölçülür ve bu gerilime eşit büyüklükte, ters yönde bir düzeltme eklenir. Gaz debisinde gazın yoğunluğu basınca ve sıcaklığa güçlü biçimde bağlıdır; yalnız hız algılayan bir debimetrede kütlesel ya da standart hacimsel debiyi doğru hesaplamak için basınç ve sıcaklık kompanzasyonu yapılır. pH ölçümünde de elektrodun kuramsal eğimi sıcaklıkla değiştiği için sıcaklık ölçülüp hesaba katılır.

Bu tanım metroloji sözlüğünden (VIM) gelir; bazı alanlarda İngilizce “measuring range” adı kullanılır. Cihazın ölçebildiği bu sınırlar, kullanıcının ayarladığı aralıktan ayrı bir kavramdır.

Transmitterde bu sınırların içinde ayrıca ayarlı bir aralık seçilir: 4 mA’nın karşılık geldiği alt değer (LRV) ile 20 mA’nın karşılık geldiği üst değer (URV). İki değer arasındaki farka aralık genişliği (span) denir. VIM bu farkı, bir ayar konumuyla belirlenen nominal aralığın genişliği olarak ayrı bir maddede tanımlar ve “span” adının da kullanıldığını not eder. Ayarlı aralık, üreticinin sınırları içinde sıfır ve span ayarıyla ya da dijital olarak değiştirilebilir.

Metroloji sözlüğü (VIM) sıfır ayarını, ofset ve span ayarıyla birlikte ölçüm sistemi ayar türlerinden biri olarak sayar.

Analog transmitterde sıfır ayarı, giriş alt aralık değerindeyken (LRV) çıkışı belirler; 4-20 mA sistemde bu nokta 4 mA’dır. Ayar tepki çizgisini yukarı ya da aşağı kaydırır, eğimi ise span ayarı değiştirir. Dijital transmitterde iki işlem ayrılır: ölçüm hatası dijital ayarla (trim) düzeltilir, LRV ve URV değerlerini değiştirmek ise yalnız aralığı yeniden belirler ve bir kalibrasyon ayarının yerini tutmaz. Sıfır hatası bütün noktalara aynı oranda yansıdığından tek noktalık bir kontrol hızlı bir ipucu verir.

Ölçüm sinyalinde, örneğin türbülans yüzünden, gerçek proses değişimlerinden çok daha hızlı dalgalanmalar oluşabilir; filtrenin amacı bunları bastırmaktır. Dijital transmitterlerde değer cihazın ayar parametrelerine sayısal olarak girilir; HART ile sönümleme zaman sabiti okunup yazılabilir.

Doğru değer bir dengedir. Değer çok düşükse gürültü kontrol sistemine ulaşır; çok yüksekse transmitter gerçek ve ani bir değişimi olduğundan küçük gösterir ve kontrol sistemini yanıltabilir. Cihaz kontrol edilirken ya da ayarlanırken sönümleme en aza indirilir; böylece uygulanan girişin sonucu beklemeden okunur.

Bu koşullar metroloji sözlüğünde (VIM) tekrarlanabilirlik koşulları olarak tanımlanır; ölçümler aynı ya da benzer nesne üzerinde yapılır. VIM’e göre sonuç genellikle standart sapma gibi bir dağılım ölçüsüyle verilir; ürün tablolarında ise çoğu zaman yüzde olarak bir sınır (örneğin tam skalanın, FS, yüzdesi) yazılır.

Tekrarlanabilirlik ölçümlerin birbirine yakınlığını anlatır, gerçek değere yakınlığı anlatmaz; o doğruluğun konusudur. Debimetre ve basınç transmitterlerinin teknik tablolarında doğruluktan ayrı bir satır olarak verilebilir.

Sensör (ölçüm elemanı) hatta kalır, elektronik ünite (transmitter, dönüştürücü) ayrı bir yere monte edilir. İkisini ekranlı bir kablo bağlar; izin verilen kablo uzunluğu cihaz kataloğunda sınırlanır.

Ayrık montaj, elektroniği kurulum koşullarına en uygun yere almayı sağlar. Bir debimetre üreticisi bunun tehlikeli alanlarda ya da ekipmanla dolu, erişilmesi zor yerlerde boru düzeni sorunlarını çözdüğünü belirtir; patlama riskli alanlarda dönüştürücü güvenli bir bölgeye alınabilir. Kompakt tipe göre ek kablo ve ikinci bir montaj noktası gerektirir ve iki sürümün sıcaklık sınırları teknik tabloda ayrı verilebilir.

Metal diyaframlar yay gibi davranır, bu yüzden esneme miktarı basınçla ilişkilidir. Basınç transmitterinde diyaframın hareketi ya da üzerindeki gerinim elektrik sinyaline çevrilir; diyaframlı manometrede hareket mekanizma üzerinden ibreye aktarılır.

İzole edici diyafram (diyafram contası) prosesle ölçüm elemanı arasına konur: basınç arkadaki dolgu sıvısıyla cihaza iletilir, akışkan cihazın içine girmez. Diyafram malzemesi akışkana göre seçilir; düşük basınçta elastomerler, daha zorlu koşullarda ve özel kimyasal uyum gerektiğinde paslanmaz çelik, Hastelloy, tantal ya da titanyum gibi metaller kullanılır.

Gösterimin tanımı ve tercih edilen DN değerleri ISO 6708 standardındadır. DN’den sonraki sayı birim taşımaz; bağlantının iç ya da dış çapıyla yalnız dolaylı olarak ilişkilidir. Bu yüzden DN 100 bir borunun iç çapı 100 mm olmak zorunda değildir: aynı anma çapındaki borular farklı et kalınlıklarında, dolayısıyla farklı iç çaplarda üretilir.

Hız ve debi hesabında anma çapı değil, borunun gerçek iç çapı kullanılır. Kuzey Amerika’da inç tabanlı NPS (Nominal Pipe Size) gösterimi kullanılır; ISO 6708 ölçüleri mevcut inç ölçülerine metrik bir ad verdiği için DN ile NPS arasında bire bir karşılık vardır.

Dirsek, T parçası, vana ve redüksiyon akışta girdap ve dönme (swirl) oluşturur; birçok debimetre ise düzgün, tam gelişmiş bir hız profili ister. Bu bozulmalar ölçüm performansını düşürdüğü için cihazın girişinde ve çıkışında yeterince düz boru bırakılır.

Gereken uzunluk boru çapının katı olarak cihazın montaj kılavuzunda verilir ve ölçüm ilkesine göre değişir. Elektromanyetik debimetre girdaba oldukça dayanıklıdır; orifis plakası gibi fark basınçlı ölçüme göre daha kısa düz boruyla yetinir, ama onun için de gereken uzunluk kılavuzda yazılıdır. Yer dar olduğunda akış düzenleyici (flow conditioner) gibi çözümler düz boru ihtiyacını azaltabilir.

Bilezik boru ucuna çoğunlukla kaynakla bağlanır; cıvata delikleri boru eksenine paraleldir. Büyük çaplı endüstriyel hatlarda flanş en yaygın birleştirme yollarındandır ve birçok debimetre, seviye ve basınç cihazı prosese flanşla da takılabilir.

Ölçüler standartla belirlenir: Avrupa’da yaygın standart EN 1092-1, ABD’de ASME B16.5’tir. Teknik tabloda bir flanş, çap (DN ya da NPS) ve basınç sınıfı (PN ya da class) birlikte yazılarak tanımlanır. Sızdırmazlık yüzeyi de tiplere ayrılır, örneğin kabartmalı yüzey (RF) ya da halka contalı (RTJ) flanş; yüzey tipi kullanılacak contayı belirler.

Kapiler (kılcal boru), diyafram contalı basınç cihazlarında izole edici diyaframı ölçüm elemanına bağlar. Proses basıncı diyaframa, oradan kapilerdeki dolgu sıvısına ve cihaza geçer. Böylece cihaz, sığmadığı ya da okunamadığı bir ölçüm noktasından uzağa monte edilebilir; kapiler ayrıca ısıyı yolda dağıtarak cihazı yüksek proses sıcaklığından korur.

Sistem tamamen kapalı kalmalıdır: içeri gaz kabarcığı girerse diyafram hareketi tam iletilmez ve ölçüm bozulur. Kapiler uzadıkça tepki süresi artar; dolgu sıvısı sıcaklıkla genleştiği için kapiler sıcak boru ve fırın gibi kaynaklardan uzak tutulur. Dolgulu termometrelerde hazneyi göstergeye bağlayan ince boru da aynı görevi görür.

Hijyenik proseste dişli bağlantı sorun çıkarır: erkek ve dişi dişler arasındaki küçük boşluklar mikroorganizmalara sığınak olabilir. Klemp bağlantıda böyle boşluklar ve sıvının durgun kalabileceği ölü bölgeler bırakılmaması amaçlanır. Tesisatın sökülmeden yerinde temizlendiği (CIP) gıda, ilaç ve biyoteknoloji proseslerinde basınç cihazı klemp bağlantıyla ve izole edici diyaframla takılır.

Paslanmaz çelik klemp bağlantıların ölçüleri DIN 32676 gibi standartlarda tanımlanır; standardın güncel baskısı kalıplanmış contalı bağlantıları kapsar. Cihaz seçerken hattaki klemp ölçüsü ve conta malzemesi birlikte belirtilir.

Kompakt (entegre) cihaz hatta tek parça olarak takılır. Sensörle elektronik arasında ayrı bir bağlantı kablosu ve ikinci bir montaj yeri gerekmediği için kurulum basittir.

Karşıtı ayrık (remote) tiptir: orada elektronik ünite sensörden uzağa monte edilir ve ikisi ekranlı kabloyla bağlanır. Elektromanyetik ve Coriolis debimetre gibi bazı cihazlar iki biçimde de üretilir. İki sürümün sınır değerleri farklı olabilir; teknik tabloda örneğin akışkan sıcaklığı kompakt ve ayrık sürüm için ayrı verilir. Seçimde montaj noktasının koşulları belirleyicidir.

Diş açısı 60°‘dir. Koniklik, boru ekseniyle konik yüzey arasındaki yarım açı olarak 1° 47’ değerindedir; bu, 16 birim boyda çapın 1 birim değişmesi demektir. Sızdırmaz bir bağlantı için dişlere montajdan önce bant ya da macun gibi bir sızdırmazlık malzemesi sürülmesi gerekir: malzeme hem metal yüzeylerin birbirini kazımasını önler hem de diş dibiyle diş tepesi arasında kalan spiral boşluğu doldurur.

Basınç cihazlarında proses bağlantısı ölçüsü inç olarak yazılır, örneğin 1/2 inç NPT. İngiliz BSPT (konik) ve BSPP (paralel) dişlerinde diş açısı 55° olduğu için bunlar NPT ile aynı diş değildir; teknik tabloda diş tipinin adı mutlaka okunur.

Flanşlı bir cihaz seçilirken iki değer birlikte okunur: çapı veren DN ve basınç sınıfını veren PN. İkisi de aynı olan flanşların bağlantı ölçüleri birbirine uyar; DN 80 PN 40 bir boru flanşına DN 80 PN 40 cihaz flanşı oturur. Teknik tabloda aynı cihaz için flanşlı ve dişli bağlantıda farklı PN değerleri görülebilir.

Avrupa’da kullanılan PN basamaklarını EN 1333 standardı belirler; 2006 baskısında basamaklar PN 400’e kadar uzanır. PN değeri bir ölçüm sonucu değildir ve standart öngörmedikçe basınç hesabına doğrudan konmaz. ABD flanş sisteminde aynı iş için class gösterimi kullanılır ve NPS ölçüsüyle birlikte anılır.

Kılıf boru ya da tank duvarına takılır ve proses içine uzanır; Pt100, termokupl ya da termometre gibi sıcaklık elemanı içine yerleştirilir. Sensörü proses basıncına, akışın oluşturduğu kuvvetlere ve akışkanın kimyasal etkisine karşı korur. Sensör bakım için çıkarılırken hattın basınç bütünlüğü korunur, prosesi basınçsız bırakmak gerekmez.

Kılıf malzemesinde üç şart aranır: ısıyı iletmesi, basınca dayanması ve akışkanla tepkimeye girmemesi. Pratikte bu, çoğunlukla paslanmaz çelik ya da başka bir metal alaşımı, bazı uygulamalarda seramik demektir. Kılıfın kütlesi ısının sensöre ulaşmasını yavaşlattığı için ölçümün tepki süresi çıplak sensörünkinden uzundur.

Güvenlik tarafında amaç, normalde gerilim taşımayan metal gövdeleri toprağa bağlayarak yalıtım arızasında elektrik çarpmasını önlemektir. Ölçüm tarafında ise borudaki ve sıvıdaki kaçak akımların ölçüm sinyalini bozması engellenir.

Bu konu en çok elektromanyetik debimetrede önemlidir, çünkü akan sıvının ürettiği gerilim milivolt düzeyindedir ve gürültü onu kolayca bastırabilir. Metal borularda boru flanşları topraklama şeridiyle cihaz gövdesine bağlanır. Plastik ya da içi yalıtkan kaplı borularda bu yetmez; sıvıyla temas için flanşlar arasına topraklama halkası konur ve hepsi ortak bir toprak noktasında birleştirilir.

Kimya tesislerinde metal boru ve vanalar korozyona karşı plastik bir astarla kaplanabilir. Elektromanyetik debimetrede astarın ikinci bir görevi vardır: ölçüm ilkesi borunun iç duvarının yalıtkan olmasını gerektirir, metal ölçüm borusunda bu yalıtımı plastik, kauçuk ya da seramik astar sağlar.

Astar malzemesi akışkanın kimyasal yapısına, sıcaklığına ve içindeki katılara göre seçilir. Poliüretan kauçuk aşınmaya çok dayanıklıdır ama kimyasal dayanımı düşüktür; PFA gibi floropolimerler hemen hemen bütün kimyasallara dayanır ve ısıya dayanımı yüksektir. Teknik tablolarda sert kauçuk, PTFE ve FEP astar seçenekleri de görülür; akışkan sıcaklığı sınırı astar malzemesine göre ayrı verilebilir.

Proses ölçümünde iki kullanım öne çıkar. Elektromanyetik debimetrede ölçüm borusunun duvarına karşılıklı iki metal elektrot yerleştirilir; iletken sıvı manyetik alanı keserken oluşan gerilimi alıp elektronik devreye iletirler. Elektrot sıvıya doğrudan değdiği için malzemesi akışkana göre seçilir: 316L paslanmaz çelik, titanyum, Hastelloy, tantal ya da platin-iridyum gibi.

pH ölçümünde ölçüm elektrodunun ucu özel bir camdan yapılır. Cam zarın iki yüzü arasında sıvının pH değerine bağlı bir gerilim oluşur; bu gerilim aynı sıvıya daldırılan bir referans elektroda göre ölçülür.

Kimyasal davranışı PTFE’ye benzer; kimyasalların ve çözücülerin çoğuna karşı etkisizdir. Asıl fark işleniştedir: FEP eriyik halde akabildiği için enjeksiyon kalıplama ve ekstrüzyonla şekillendirilebilir. Tüp, film, kablo yalıtımı ve vana ile kimyasal ekipman astarı bu sayede yaygın kullanım alanlarıdır.

PTFE’den daha yumuşaktır ve erime sıcaklığı daha düşüktür. Ölçüm cihazlarında elektromanyetik debimetre astarı ve seviye şalterinde elektrot kaplaması olarak görülür; izin verilen akışkan sıcaklığı malzemenin adından değil, ürünün teknik tablosundan okunur.

Ad bir alaşım üreticisinin markasıdır ve tek bir malzemeyi değil, farklı kimyasallar için geliştirilmiş sürümlerden oluşan bir aileyi anlatır. Ölçüm cihazlarının teknik tablolarında geçen C sürümleri nikel-krom-molibden alaşımlarıdır. Hem yükseltgen hem yükseltgen olmayan kimyasallarda kullanılabilirler; paslanmaz çeliğin zayıf kaldığı klorür kaynaklı oyuklanmaya ve gerilmeli korozyon çatlamasına karşı çok dirençlidirler.

Basınç transmitteri diyaframı, diyafram contası ve elektromanyetik debimetre elektrodu için seçenek olarak sunulur. Uygunluk sürüme göre değişir: ailenin bazı sürümleri sülfürik aside çok dirençliyken, bir üreticinin tablosu C türü bir elektrot malzemesini sülfürlü akışkanlar ve sülfürik asit için önermez. Seçim, cihaz üreticisinin malzeme tablosundan yapılır.

316L adındaki L, karbon oranının düşük tutulduğunu anlatır; Avrupa malzeme numarası 1.4404’tür. 304 sınıfından farkı molibdendir: molibden, klorürlerin yol açtığı oyuklanma gibi yerel korozyona ve sülfürik asit gibi bazı asitlere karşı dayanımı artırır. Bu yüzden 316L; basınç transmitteri diyaframı, diyafram contası ve elektromanyetik debimetre elektrodu gibi akışkana temas eden parçalarda yaygın bir seçenektir.

Yine de her akışkana yetmez. Örneğin bir üreticinin elektrot malzeme tablosu 316L’yi inorganik ve organik asitler ile klorürlü sıvılar için önermez ve klorürlü çözeltiler için titanyumu gösterir. Titanyum, Hastelloy ve tantal gibi seçeneklerin her biri farklı akışkanlara uygundur; seçim malzeme tablosundan yapılır.

Bu özellikler, karbon zincirini saran flor atomlarından ve çok güçlü karbon-flor bağlarından gelir. Kimya endüstrisinde conta, kaplama, boru ve vana astarı malzemesi olarak kullanılır; ölçüm cihazlarında elektromanyetik debimetre astarında, contalarda ve sensörlerin akışkana temas eden bağlantı parçalarında görülür.

İşlenişi farklıdır: PTFE erime sıcaklığının üstünde bile kolay akmaz. Bu yüzden FEP gibi eriyik halde enjeksiyon kalıplama ya da vidalı ekstrüzyonla işlenemez; kalıp parçalar ince tozun sıkıştırılıp ısıtılmasıyla yapılabilir. Teknik tabloda PTFE ile FEP’in yan yana geçmesi bu yüzden aynı malzeme anlamına gelmez.

Seviye sensörlerinde, özellikle kimyasal tanklarda kullanılan modellerde, sensörün akışkana bakan bağlantı parçası için PTFE ile birlikte sunulan malzeme seçeneklerinden biridir. Tercih edilmesinin nedeni, tok yapısını asitlere, çözücülere ve hidrokarbonlara karşı dayanımla birleştirmesidir; aleve karşı da dirençlidir.

PTFE’den iki noktada ayrılır. Enjeksiyonla kalıplanabilir ve kaynak yapılabilir, bu yüzden boru ve levha gibi yarı mamuller de üretilir. Erime sıcaklığı ise PTFE’ninkinden belirgin biçimde düşüktür; kullanım sıcaklığı sınırı ürünün teknik tablosundan okunur.

Patlayıcı ortam, havayla karışan gaz, buhar, sis ya da tozun belirli koşullarda tutuşabildiği ortamdır. Bu alanlar, karışımın bulunma sıklığına göre bölgelere (zone) ayrılır: gazda 0, 1 ve 2, tozda 20, 21 ve 22. Buralarda kullanılacak elektrikli cihaz, bir kıvılcımın patlamayı başlatmasını önleyen bir koruma yöntemiyle yapılır; uluslararası standart dizisi IEC 60079’dur.

ATEX’in iki direktifi, ekipman direktifi 2014/34/EU ile işyeri direktifi 1999/92/EC’dir. Sahadaki “exproof” sözü İngilizce explosion-proof’tan gelir ve aslında tek bir yöntemi, patlamayı içinde tutan dayanıklı muhafazayı anlatır. Kendinden güvenli devre ise kıvılcım üretecek enerjiyi baştan sınırlar.

İlk rakam, tehlikeli parçalara dokunmaya ve katı yabancı cisimlerin girmesine karşı korumayı; ikinci rakam suya karşı korumayı gösterir. İlk rakamın 6 olması toz geçirmezlik demektir. İkinci rakamda 5 su jetine, 6 güçlü su jetine, 7 standart basınç ve süre koşullarında geçici olarak suya daldırmaya, 8 ise üretici ile kullanıcının anlaştığı, 7’den ağır koşullarda sürekli daldırmaya karşı korumayı anlatır.

Bu yüzden IP68 bir cihazda daldırma derinliği ve süresi üretici belgesinden ayrıca okunur. Suya karşı dereceler 6’dan sonra birbirini kapsamaz: IP67 bir cihaz su jeti testlerine (IP65, IP66) uymak zorunda değildir; iki koşul da gerekiyorsa ikisi birlikte belirtilir.

SIL 1 en düşük, SIL 4 en yüksek seviyedir. Her seviye, güvenlik fonksiyonunun tehlikeli arıza olasılığı ya da sıklığı için bir hedef aralığa karşılık gelir. Proses endüstrisinde IEC 61508’in bu sektöre uyarlanmış hali olan IEC 61511 kullanılır.

SIL tek bir cihazın değil, sensör, mantık birimi ve vana gibi son elemanlardan oluşan zincirin birlikte yerine getirdiği güvenlik fonksiyonunun özelliğidir. Bu yüzden bir transmitter için doğru ifade “SIL cihazı” değil, güvenlik kılavuzuna uygun kullanıldığında belirli bir SIL yeteneği taşıdığıdır. Seviye tablosu ve hesap örnekleri SIL rehberinde anlatılır.

Serbest yüzey, bu akışı dolu boru akışından ayırır: kanalda akışı basınç değil yerçekimi yürütür. Atıksu kanalları tipik örnektir.

Yaygın yöntemlerden biri kanala bilinen biçimde bir daralma koymaktır. Savak (weir), kanalı enine kesen ve suyun üstünden aştığı alçak bir settir; Parshall gibi ölçüm kanalları (flume) ise daralan bir kanal kesitidir. Yapının memba tarafındaki su yüksekliği ölçülür ve o yapıya ait bağıntıyla debiye çevrilir. Alan-hız yönteminde ise su derinliğinden ıslak kesit alanı bulunur ve ortalama akış hızıyla çarpılır. Su yüksekliği ultrasonik ya da radar gibi temassız sensörlerle okunabilir.

Coriolis debimetrede akışkan, sürekli titreştirilen ölçüm borularından geçer. Akış olduğunda akışkan kütlesinin eylemsizliği borularda küçük bir burulma oluşturur; borunun iki noktasındaki titreşimler arasındaki faz farkı kütlesel debiyle artar. Ölçüm doğrudan kütleye dayandığı için akışkanın yoğunluğu değişse de ek hesap gerekmeden kütlesel debi okunur.

Aynı cihaz borunun titreşim frekansından akışkanın yoğunluğunu da ölçer ve yoğunluk bilindiği için hacimsel debiyi hesaplayabilir. Borulara takılı sıcaklık sensörü (RTD) boru sıcaklığını izler; cihaz bu değeri yoğunluk ölçümünü düzeltmek için kullanır. Adını, dönen sistemlerde hareket eden cisimleri saptıran Coriolis kuvvetinden alır.

Aynı kavram akarsular için de kullanılır. Hacimsel debi m³/h ya da L/s gibi, kütlesel debi kg/h gibi birimlerle verilir. Hacimsel debinin SI birimi m³/s’dir.

Hacimsel debi, belirli bir sürede geçen hacmin o süreye bölümüdür; borudaki ortalama akış hızı biliniyorsa iç kesit alanı ile hızın çarpımından da bulunur. Debiyi ölçen cihaza debimetre denir. Bir teknik tabloyu okurken önce debinin hacimsel mi kütlesel mi verildiğine ve birimine bakılır; iki tür arasındaki geçiş akışkanın yoğunluğuna bağlıdır.

Sıcaklık, basınç ya da bileşim değiştiğinde akışkanın yoğunluğu, dolayısıyla belirli bir kütlenin kapladığı hacim değişebilir; bu yüzden aynı hacimsel debi farklı kütlesel debilere karşılık gelebilir. İki büyüklük arasındaki köprü yoğunluktur; kütlesel debi, hacimsel debi ile yoğunluğun çarpımına eşittir.

Ölçüm tarafında iki yol vardır. Coriolis ve termal debimetreler doğrudan kütlesel debiye duyarlıdır. Elektromanyetik, vorteks, türbin ve ultrasonik debimetreler ise akış hızını algılar, cihaz bunu boru kesitiyle hacimsel debiye çevirir; yoğunluğu görmedikleri için kütlesel debi ancak yoğunluk ayrıca bilinerek hesaplanır.

Direnç, akışkan katmanları birbiri üzerinden kayarken ortaya çıkar. Şurup ve bal sudan çok daha viskozdur. Dinamik (mutlak) viskozite pascal-saniye (Pa·s) ile verilir; kinematik viskozite ise ayrı tanımlanan ikinci bir büyüklüktür.

Viskozite debimetre seçimini de etkiler. Türbin debimetrede koyu bir akışkan, örneğin ağır yağ, çarkı frenler; etkisi en çok düşük debilerde görülür ve belirli bir debinin altında çıkış debiyle orantılı olmaktan çıkar. Sıvıların viskozitesi sıcaklıkla değiştiği için seçimde akışkanın çalışma sıcaklığındaki değeri esas alınır.

Yüksek Reynolds sayısında akan bir sıvı ya da gaz, akışın önündeki sabit bir gövdenin (bluff body) iki yanında sırayla girdaplar oluşturur ve bunları akış yönünde bırakır. Bu olaya girdap kopması (vortex shedding), geride kalan girdap dizisine Kármán girdap yolu denir.

Vorteks debimetrede girdapların oluşma frekansı akış hızıyla, dolayısıyla hacimsel debiyle doğru orantılıdır. Frekans, girdapların yarattığı basınç dalgalanmalarını algılayan, genellikle piezoelektrik bir sensörle ölçülür. Tepki doğrusal olduğu için çıkış darbeleri sayılarak geçen toplam hacim de bulunabilir. Sıvı ve gaz hatlarında kullanılır.

Formülle ρ = m / V yazılır. Sıvılarda yoğunluk bazen standart sıcaklıktaki saf suyun yoğunluğuna oranlanır; bu orana bağıl yoğunluk (specific gravity) denir.

Proses ölçümünde yoğunluk birçok hesabın içindedir: hacimsel debi yoğunlukla çarpılarak kütlesel debiye çevrilir, hidrostatik seviye ölçümünde dipteki basınç sıvının yüksekliği kadar yoğunluğuna da bağlıdır. Akışkanın yoğunluğu sıcaklık, basınç ya da bileşimle değişebilir; bu yüzden hesapta çalışma koşullarındaki değer kullanılır. Coriolis debimetreler kütlesel debinin yanında yoğunluğu da ölçer.

Bu farkı ölçen cihaza fark basınç transmitteri (DP transmitteri) denir; cihazın yüksek (H) ve alçak (L) basınç girişleri vardır ve çıkışı iki giriş arasındaki farka göre değişir.

Yağ ve hava filtrelerinde iki yan arasındaki basınç düşümü fark basıncıyla izlenir. Bir daralmanın (ör. orifis ya da venturi) iki yanındaki fark debiyi, kapalı bir tankta sıvının altı ile üstü arasındaki fark seviyeyi verir. Vakum ölçmek için alçak giriş kaba bağlanır, yüksek giriş atmosfere açık bırakılır; kaptaki vakum derinleştikçe çıkış artar.

İngilizce kaynaklarda gauge pressure olarak geçer. Ortam basıncına açık bir gösterge sıfırı gösterir; araç lastiği basıncı gibi gündelik ölçümler de bu referansla yapılır.

Birimin sonuna eklenen g ya da G harfi değerin gösterge basıncı olduğunu belirtir: psig gibi. Atmosfer basıncının altındaki değerler çoğunlukla eksi işaretli gösterge basıncı olarak okunur. Gösterge basıncı sensörü, bir girişi ortam havasına açık bırakılmış bir fark basınç sensörü olarak da düşünülebilir.

Tam vakum, hiç gaz basıncının olmadığı durumdur. Bu yüzden atmosfere açık bir mutlak basınç sensörü sıfır değil, o anki hava basıncını gösterir; gösterge basıncı ölçen bir sensör ise aynı koşulda sıfır okur.

Sahada birimin sonuna eklenen A harfi değerin mutlak olduğunu belirtir: psia, kPaA gibi. İki ölçek arasında her zaman atmosfer basıncı kadar fark bulunur. Hava basıncındaki değişimden etkilenmeyen sabit bir referans gerektiğinde mutlak basınç seçilir; vakum pompalarının izlenmesi buna örnektir. Derin vakum değerleri de mutlak ölçekte verilir.

Fizikteki “maddeden boş uzay” anlamı bunun uç noktasıdır: tam (mükemmel) vakum, mutlak basıncın sıfır noktasıdır ve gerçek sistemlerde ancak yaklaşılabilir.

Vakum iki ölçekte yazılır. Gösterge basıncında atmosfer sıfırdır, vakum bu yüzden çoğunlukla eksi değerle okunur ve tam vakum o anki atmosfer basıncının eksi değerine karşılık gelir. Mutlak ölçekte ise sıfır tam vakumdur; derin vakum değerleri bu ölçekte verilir. İşaretsiz yazılmış bir vakum değeri iki ölçekten birine ait olabileceği için cihaz seçerken hangi referansın kullanıldığı kontrol edilmelidir.

Dipteki basınç sıvı sütununa etkiyen yerçekiminden doğar ve P = ρ · g · h ile hesaplanır; kabın genişliğine ya da biçimine bağlı değildir. Hidrostatik seviye sensörü bu basıncı ölçerek seviyeyi hesaplar.

Sensör sıvıya daldırılan ya da tankın dibine dışarıdan bağlanan bir basınç sensörüdür. Ölçüm yoğunluğa bağlı olduğu için cihaz ölçülen sıvıya göre ayarlanır; sıvının yoğunluğu değişirse okuma da kayar. Kapalı ve basınçlı tanklarda sıvının üstündeki basıncın etkisi, sıvının altı ile üstü arasındaki fark basıncı ölçülerek giderilir.

Radar seviye sensörü tankın üst noktasına takılır ve yüzeye GHz mertebesinde mikrodalga gönderir. Dalga, elektriksel geçirgenliği (dielektrik sabiti) farklı iki ortamın sınırından yansır; sensör dalganın gidip dönme süresinden (uçuş süresi) yüzeye olan mesafeyi, tankın yüksekliğini bilerek de seviyeyi hesaplar. Geçirgenlik farkı büyük yüzeylerde yansıma güçlüdür.

Antenle boşluğa yayın yapan türe temassız radar, mikrodalga darbelerini tek ya da çift metal çubuk veya eş eksenli çubuk-boru biçiminde bir prob boyunca ileten türe kılavuzlu dalga radarı denir. Mesafeyi bulmanın bir yolu da FMCW yöntemidir: gönderilen sinyalin frekansı sürekli taranır, dönen sinyal ile gönderilen sinyal arasındaki frekans farkı mesafeyle artar.

Türbidite olarak da anılır ve su kalitesinin temel göstergelerinden biridir. Kil, silt, ince organik ve inorganik maddeler, algler ve mikroskobik canlılar suyu bulandırır; yüksek bulanıklıkta su bulutlu ya da opak görünür.

Ölçüm cihazı numuneye ışık gönderir ve parçacıkların yana saçtığı ışığı ışık demetinin yanındaki bir dedektörle algılar; saçılan ışık arttıkça bulanıklık yüksek çıkar. Bu cihaza nefelometre denir. Sonuç iki standart birimden biriyle verilir: ABD yöntemine göre NTU, ISO 7027’ye göre FNU. Avrupa’da FNU daha yaygındır.

Çözünmüş oksijen, su moleküllerinin yapısındaki oksijen değil, suda çözünmüş halde bulunan serbest oksijendir. Suya atmosferden ve sudaki bitkilerden geçer; akan su, durgun sudan daha fazla oksijen çözer. Su ısındıkça çözünebilen oksijen miktarı azalır.

Su kalitesinin temel göstergelerinden biridir. Ölçüm yöntemlerinden biri optiktir: sensör ucundaki ışıldayan (lüminesan) bir tabakanın ışıması çözünmüş oksijenle bastırılır, oksijen arttıkça ışıma zayıflar ve derişim buradan hesaplanır. Su kalitesi izlemede sıcaklık, pH ve iletkenlik de hemen her örneklemede ölçülen değerlerdir.

Suda elektrik akımını, çözünmüş tuz gibi maddelerden ayrışan iyonlar taşır. Saf su elektriği çok zayıf iletir; içinde madde çözündükçe iyon sayısı ve iletkenlik artar. İletkenlik ölçümü bu yüzden iyon içeriğini izlemenin pratik bir yoludur ve su arıtma sistemlerinin çıkış suyunu sürekli izlemekte kullanılır. Toplam çözünmüş katı madde (TDS) iletkenlikten tahmin edilebilir, ama çevirme katsayısı suyun kimyasal bileşimine bağlıdır.

Sıcaklık yükseldikçe iyonlar daha hareketli olur ve iletkenlik artar. Değerlerin karşılaştırılabilmesi için cihazlar ölçtüklerini genellikle 25 °C’lik bir referans sıcaklığa göre düzeltir. Elektromanyetik debimetre de iletken sıvı ister; teknik tablosunda en düşük sıvı iletkenliği belirtilir.

ORP, redoks potansiyeli olarak da anılır. Sensörde iki elektrot bulunur: platin ya da altın gibi tepkimeye girmeyen bir soy metalden ölçüm elektrodu ve sabit potansiyelli bir referans elektrot. Okunan değer bu ikisi arasındaki gerilimdir; bu yüzden hem sayı hem işaret kullanılan referans elektroda göre anlam taşır. Değer büyüdükçe ortam daha yükseltgen, küçüldükçe daha indirgen kabul edilir.

Ölçülen şey tek bir kimyasalın miktarı değil, çözeltideki bütün yükseltgen ve indirgen türlerin toplu etkisidir. Klor gibi dezenfektanlar ORP’yi yükseltir; ancak bir yüzme havuzu çalışmasında ORP serbest klorun yanında pH ve siyanürik asitle de değişti. Bu nedenle ORP, serbest klor ve pH ölçümünün yerine değil, yanında kullanılır.

Standart ölçüm aralığı 0-14’tür. Nötr nokta sıcaklıkla kayar: saf su 0 °C’de 7,47, 60 °C’de 6,51 pH gösterir ve yine nötrdür. Ölçek logaritmiktir: bir birimlik fark, hidrojen iyonu derişiminde on katlık farka eşittir.

Proseste pH, çözeltiye daldırılan bir cam ölçüm elektrodu ile bir referans elektrot arasında oluşan, pH ile orantılı gerilimden ölçülür. Doğru ölçüm için cihaz, pH değeri bilinen tampon çözeltilerle ayarlanır. Su arıtmada kullanılan yumaklaştırıcılar (flokülantlar) gibi katkılar, pH belirli bir aralıkta tutulmazsa verimli çalışmaz.

Endüstride en yaygın direnç termometresi türüdür; adındaki Pt platini, 100 ise bu 100 ohm’luk direnci anlatır. 0 °C’de 1000 Ω gösteren türüne Pt1000 denir. Platinin direnci sıcaklıkla düzenli biçimde artar; RTD’ler termistörlere göre daha az duyarlı ama çok daha doğrusaldır.

Platin direnç termometrelerinde sıcaklık ile direnç arasındaki ilişkiyi IEC 60751 standardı tanımlar; standart bir Pt100’ün duyarlılığı nominal 0,385 Ω/°C’dir. RTD dışarıdan akım uygulanarak ölçülen pasif bir elemandır. Bağlantı kablolarının direnci ölçüme eklenir: 3 telli bağlantı çoğu uygulamaya yeter ve endüstride neredeyse genel uygulamadır, en hassas ölçümlerde 4 telli bağlantı kullanılır.

İngilizcesi thermocouple’dır. Gerilim birleşim noktasında değil, sıcaklık farkı bulunan teller boyunca oluşur (Seebeck etkisi). Gerilimi kendisi ürettiği için, Pt100 gibi direnç termometrelerinin aksine dışarıdan beslenmesi gerekmez.

Okunan gerilim iki uç arasındaki farka bağlı olduğundan cihaz, bağlantı (referans ya da soğuk) ucunun sıcaklığını ayrıca hesaba katar. Direnç termometrelerine göre doğruluğu genellikle daha düşüktür; karşılığında sağlamdır, daha geniş bir aralıkta ölçer ve farklı biçimlerde üretilmesi kolaydır. J, K ve T gibi harflerle anılan tipleri vardır.

Giriş, birincil ölçüm elemanının (sensörün) ürettiği sinyaldir; çıkış 4-20 mA DC akım olabileceği gibi saha veriyolu (fieldbus) veri paketi de olabilir. Bu sinyal bir göstergeye, bir kontrol cihazına ya da ikisine birden gider.

4-20 mA çıkışta 4 mA ölçüm aralığının alt değerini (%0), 20 mA üst değerini (%100) temsil eder. Basınç, sıcaklık, debi, seviye ve analiz transmitterleri bu ortak sinyal sayesinde aynı kontrol sistemine bağlanabilir. Bu yüzden teknik tabloda ölçüm aralığı ile çıkış sinyali birlikte okunur: ayarlanan aralığın alt ve üst değerleri 4 ve 20 mA’ya karşılık gelir.