Kalibrasyon

Sıcaklık metrolojisinde tüm ölçümler Uluslararası Sıcaklık Ölçeği 1990’a (ITS-90) izlenebilir yapılmak zorundadır. Bu ölçek dünyadaki tüm sıcaklık ölçümlerinin doğru, güvenilir ve denk olmasını sağlayan en önemli unsurdur. ITS-90 sıcaklık ölçeği, daha önce kullanılmış olan birçok uluslararası sıcaklık ölçeğinin bugüne dek gelişmesiyle ortaya çıkmıştır. Bu ölçekler, sıcaklık ölçümlerinin doğru ve tekrarlanabilir bir şekilde yapılmasına ve ölçülen sıcaklığa karşılık gelen termodinamik sıcaklığa en yakın şekilde hesaplanabilmesine olanak verecek şekilde 1968 Uluslararası Sıcaklık Ölçeği’nin yerine oluşturulmuştur.

Laboratuvarda, -90°C’den 1100°C’e kadar olan sıcaklık aralığını kapsayan Sayısal Göstergeli Termometrelerinin, Isılçiftlerin ve Direç Termometrelerinin Uluslararası Sıcaklık Skalası - 1990 (ITS-90)’a dayanarak karşılaştırmalı kalibrasyonu yapılmaktadır.

Uygulamalar:

Laboratuvarın verdiği hizmetler ve çalışma alanları aşağıda özetlenmiştir. 

Nem ölçümleri, ürün kalitesinin artması, maliyetin azaltılması, insan rahatlığı ve sağlığının sağlanması için laboratuvar ve endüstride yapılan çalışmalar ile üretim kontrolünde gün geçtikçe artan bir önem kazanır. Örneğin, pamuğa dayalı endüstride uygulanan nem kontrolü pamuk ürünlerinin kalitesini önemli derecede etkiler. Büyük market veya depolardaki nem kontrolü ise çeşitli metalleri paslanmaktan ve gıda maddelerini bozulmaktan korur. Nem kontrolü; ameliyathane, hastane odaları ve kuvözlerin iklimlendirilmesinde, meteoroloji ölçümlerinde, otomobil emisyon ve hava kirliliği ölçümlerinde ve ozon deliği çalışmalarında insan sağlığı ile rahatlığı açısından önem taşır.

Nem ölçümlerinde, bağıl nem ölçerler ve çiy-noktası sıcaklık ölçerler hava ya da bir gazın içindeki nem miktarının tespiti için sıklıkla kullanılır.

Bağıl Nem: Bağıl nem kapalı bir hacimde ve aynı sıcaklıktaki kısmi su buhar basıncının doymuş su buhar basıncına oranıdır.

Bağıl nem değeri havanın sıcaklık ve basınç değerlerine bağlıdır. Sıcaklık arttıkça havanın su buharı tutma kapasitesi de artar. % 100 bağıl nem değeri, havanın taşıyabileceği su buharı miktarını tam kapasite ile taşıdığını anlatır. Hava su buharı ile doymuş durumdadır. Bu duruma daha fazla su buharı eklendiğinde yoğunlaşma gözlenir. İçerdiği nem miktarı değiştirilmeden, % 100 bağıl nem değerindeki havanın sıcaklık değeri artırıldığında bağıl nem değerinde düşüş gözlenir. Sıcak havanın su buharı tutma kapasitesi soğuk havaya kıyasla daha fazla olduğu için bağıl nem değerinde düşüş gözlenir. % 50 bağıl nem değeri, havanın taşıyabileceği su buharı miktarının yarısını taşıdığını belirtir. Sıcaklık azaldıkça havadaki su buharı miktarı değişmez. Fakat düşük sıcaklıktaki havanın taşıyabileceği su buharı miktarı daha az olduğu için bağıl nem artar.

Nem ölçümleri, su buhar basıncı dikkate alındığında 109 değerinde çok geniş bir aralıkta yapılır. Dolayısıyla bu aralık için değişik sensör (algılayıcı) ve cihazlar gerekir. Bunun sonucunda değişik nem ölçüm cihazları ve yöntemleri ortaya çıkmıştır. Sayısal, mekanik ve diğer bağıl nem ve sıcaklık ölçerler ile çiy-noktası sıcaklık ölçerlerin kalibrasyonlarında kullanılan cihazlar aşağıda verilmiştir:

• Nem kaynakları
• Çiy-noktası sıcaklık ölçer
• Bağıl nem ölçer

Referans olarak nem kaynağı kullanılabilir. Bu durumda nem kaynağı, ulusal enstitüye izlenebilir olarak kalibre edilmelidir.

Uygulamalar:

Laboratuvarın verdiği hizmetler ve çalışma alanları aşağıda özetlenmiştir. 

Kısa Bilgi:

Uzunluk standartlarının oluşturulması ve uzunluk ölçümlerinin gerçekleştirilmesi, bilim ve teknolojinin gelişim süreci içinde oldukça önemli bir yere sahip olmuştur. Bu süreçte amaç, teknolojinin ve sanayinin gereklerine paralel olarak ulusal ve uluslararası alanda kabul görmüş uzunluk birimlerinin, birincil seviye ölçüm sistemleri ve uzunluk standartları kullanılarak oluşturulabilmesidir.

Uzunluk biriminin oluşturulması ve buna paralel uzunluk ölçümleri geçmiş yüzyıllarda farklı şekillerde gerçekleştirilmiştir. İlk çağlarda, uzunluk birimleri için insan vücudu kullanılarak tanımlanırken, ilk olarak bir metre 1791 yılında Dünyanın Paris’ten geçen meridyeninin on milyonda biri olarak tanımlanmıştır. Daha sonraları bu tanıma bağlı kalarak, 1 metrelik bir bar, Platinyum malzemeden üretilmiş ve kullanılmıştır. Bununla beraber, bu metal prototiplerin (bir anlamda mastar blokların) boylarının zaman içinde değişebileceği göz önünde bulundurularak, diğer SI birimlerinde olduğu gibi, uzunluk biriminin de değişmeyen bir niceliğe bağlanması gerekliliği düşünülmüştür. “1 metre, 1/299 792 458 saniyelik bir zaman aralığında, ışığın boşlukta (vakumda) kat ettiği mesafenin uzunluğudur.” Uzunluk ve boyutsal metrolojisinin temel çalışma alanları: Frekansı kararlı lazerler ve frekans ölçümleri, mastar blokları ve interferometrik ölçümler, açı ölçümleri, yüzey pürüzlülüğü ölçümleri, nanometroloji, çap ve form (geometrik) ölçümleri, uzun mesafe ölçümleri, endüstriyel ölçümler ve optiktakımlama ve üç boyutlu (CMM metrolojisi) ölçümlerdir.

Temel ölçme cihazları, endüstride yaygın kullanıma sahip boyut ölçüm cihazlarıdır. Bazı fabrikalarda binlercesi aktif olarak kullanılmaktadır.

İmalat anında üretilen parçanın üretim toleransları içerisinde olup olmadığının kontrolünde veya imalattan sonra üretilen parçanın, hassas ölçümlere başlamadan önce ilk kontrolünde yaygın olarak kullanılırlar.

Temel ölçme cihazları olarak tanımlanan cihazları dört başlık altında toplayabiliriz;

• Mikrometre
• Kumpas
• Mihengir
• Ölçü saati

Uygulamalar:

Kısa Bilgi:

Günümüzde hassas kütle ölçümleri birçok alanlar için gereklidir. Kimya, sağlık, çevre, bilimsel çalışmalar ve ticarette kütle ölçümlerinde teraziler kullanılır. Terazilerin kalibrasyonu uluslararası kilogram prototipine izlenebilir olan kütle standartlarıyla gerçekleştirilir. Yüksek hassasiyetli kütle standartları ulusal metroloji enstitülerinde muhafaza edilir.

Tartım cihazı, bir cismin üzerindeki yerçekimi etkisinden yararlanılarak o cismin kütlesinin belirlenmesinde kullanılan bir ölçüm cihazıdır.

Otomatik olmayan tartı cihazları genellikle bir yükün kütle olarak miktarın belirlemek için kullanılır. Kalibrasyonun amacı uygulanan bir yüke tepki olarak cihaz tarafından verilen göstergedir. Sonuçlar kütle birimleri ile ifade edilir.

Bir tartım cihazı, çalışma yöntemine göre otomatik ve otomatik olmayan tartım cihazı olarak sınıflandırılır. Otomatik olmayan tartım cihazı, yükün yük taşıyıcısı üzerine konulmasında, kaldırılmasında ve tartım sonuçlarının alınmasında bir operatörün müdahalesini gerektiren cihazdır.

Uygulamalar:

Kısa Bilgi:

Kuvvet ölçüm büyüklüğünün türetilmiş bir büyüklük olmasından veya bir başka ifade ile doğrudan kendisinin değil onunla bağlantılı diğer büyüklüklerin ölçülebilmesinden dolayı insanoğlu, kuvvet ölçümünde bugüne kadar çeşitli yöntemler geliştirmiştir. Bunlar kaba bir gruplama ile bilinen bir yük ile dengeleme, esnek bir gövde üzerinde kuvvetin etkisiyle oluşan şekil değişiminden faydalanma ve malzemelerin kuvvet etkisiyle bir takım fiziksel özelliklerini değiştirmeleridir.

Bilindiği gibi malzeme test makinaları, malzemelerin mekanik özelliklerinin belirlenmesinde kullanılmaktadır. Mekanik özelikler test makinası tarafından ölçülen kuvvet ve uzama değerlerinin esas alınması ile belirlenir. Malzeme test makinalarının kalibrasyonunda bu iki parametrenin doğruluğunun kontrolü, ölçüm sonuçlarını güvence altına alacaktır.

Uygulamalar:

Kısa Bilgi:

Titreşim ölçümlerinde yaygın olarak kullanılan ölçüm büyüklüğü ivmedir. İvme büyüklüğünün birimi, Uluslararası Birimler Sisteminde (SI) temel büyüklüklerden metre (m) ve saniye (s) kullanılarak türetilen birim olarak tanımlanmıştır. Bu nedenle temel SI birimlerinden farklı olarak CIPM tarafından beyan edilen bir tanıma sahip değildir.

Titreşim alanında birincil standart, referans standart niteliğindeki ivme ölçerlerin, kalibrasyonu ile elde edilir. Kalibrasyonda ivme ölçerin karmaşık (complex) hassasiyet değeri belirlenir. Titreşim dönüştürücüsünün hassasiyeti; elektriksel çıkışın, uygulanan mekanik girişe oranı olarak tanımlanır. Hassasiyet, ivme ölçerin çalışma frekans bölgesi içinde olan her bir frekansta bağımsız olarak ölçülebilir. Tüm dönüştürücüler için hassasiyet frekansa göre değişir. Hassasiyet, belirli bir frekans bölgesinde frekanstan bağımsız ise, o bölge için kalibrasyon faktörü olarak adlandırılır.

Referans ivme ölçer ile hassasiyeti belirlenecek olan ivme ölçer sırt-sırtta bağlanarak aynı ivme seviyesine maruz kalırlar. Her iki ivme ölçerin ivme değeri aynı olduğundan ivme ölçerlerin çıkışları oranı hassasiyetleri oranına eşittir.

Vref/Sref= Vx/Sx

Vref, Vx: Referans ve kalibre edilecek ivme ölçerin gerilimleri

Sref, Sx: Referans ve kalibre edilecek olan ivme ölçerin hassasiyet değeri

Sahada yapılan titreşim ölçümlerinde ölçüm sistemi ölçüm öncesi ve sonrası portatif titreşim uyarıcılar kullanılarak kontrol edilmelidir. Titreşim uyarıcı nominal olarak 159,2 Hz frekansında 10,0 m/s2’lik ivme üreten bir titreşim kaynağıdır. Titreşim uyarıcıların nominal özellikleri, ISO 8041 standardında tanımlanmıştır. Önemli parametreleri, üretilen ivme değeri, ivmenin toplam harmonik bozulması ve titreşimin frekansıdır.

Titreşim uyarıcısının ürettiği ivme seviyesi, titreşen yüzeye monte edilmiş ivme ölçer ve şartlandırıcı (yük veya gerilim) yükselteci tarafından üretilen gerilimin, ivme ölçerin hassasiyetinin oranına eşittir. Titreşim uyarıcının ürettiği ivme:

a=V/Sqa*k

değerlerinden hesaplanabilir.

V : İvme ölçer- yük yükselticinin çıkış gerilimi
Sqa : İvme ölçerin yük hassasiyeti
k : Dönüşüm katsayısı

Uygulamalar:

Kısa Bilgi:

Basınç, birim alana etkiyen dikey kuvvet ya da kapalı kap içerisindeki bir akışkanın herhangi bir noktasındaki gerilim olarak tanımlanır. Basınç teorik olarak p=F/A formülüyle tanımlanır. Burada A, birim alanı, F kuvveti göstermektedir. Referans olarak alınan noktaya göre basınç ölçümleri beş değişik şekilde gerçekleştirilir. Bunlar;

• Gauge (Bağıl) Basıncı
• Absolute (Mutlak) Basınç • Negatif Basınç
• Fark Basıncı
• Atmosfer basıncı

olarak sınıflandırılabilir. Bu ölçümleri kısaca açıklayacak olursak:

• Gauge (bağıl) basınç ölçümü: Atmosfer basıncı referans alınarak, yapılan basınç ölçümü.
• Mutlak basınç ölçümü: (Mutlak) vakum referans alınarak yapılan ölçüm.
• Negatif gage basınç ölçümü: Atmosfer basıncı referans alınarak, atmosfer basıncı altında yapılan basınç ölçümü.
• Fark basıncı ölçümü: Bilinmeyen (herhangi) iki basınç arasında yapılan basınç ölçümüdür.
• Atmosfer basıncı ölçümü: (Mutlak) vakum referans alınarak ortam hava basıncının ölçümü.

Dinamik Basınç Kalibrasyonu:

Hızla değişen ve gelişen endüstriyel ve bilimsel çalışmalarda, bazı uygulama alanları için yapılan statik basınç ölçümleri sistem ile ilgili tam olarak tatmin edici bilgi sağlayamamaktadır. Sistemdeki basıncın, dinamik olarak çok küçük zaman birimlerindeki değişiminin ve davranışının ortaya konulması gerekmektedir. Bu amaçla ortaya çıkmış olan dinamik basınç metrolojisi alanında, dinamik olarak sistemdeki basıncı ölçebilecek dinamik basınç dönüştürücüleri, yükselteçler ve göstergeler üretilmiştir.

Aynı zamanda dinamik basınç dönüştürücülerinin ve beraberinde kullanılan diğer bileşenlerin dinamik olarak kalibrasyonlarının yapılarak izlenebilirliklerinin sağlanmasına yönelik çalışmalar da yapılmıştır.

• Dinamik basınç nedir?

Yapılan bir ölçümde, ölçülen fiziksel büyüklük zamanla değişiyorsa ve bu değişim ölçüm sonucu açısından kayda değer bir önem taşıyorsa bu ölçümü, dinamik bir ölçüm olarak tanımlayabiliriz. Bu tür bazı ölçümlerde ölçümün sadece maksimum yani tepe değeri önemliyken, bazı ölçümlerde ise ölçümün zamana göre değişimi ya da belli bir zaman aralığı içindeki aldığı değerler önemli olabilir.

Günümüzde endüstride birçok tip sensör basınç, kuvvet, tork, sıcaklık ve titreşim gibi fiziksel parametrelerin ölçülmesinde kullanılmaktadır. Dolayısıyla, farklı disiplinler ve ölçüm karakteristikleri için farklı yapıda, farklı tipte ve farklı çalışma özelliklerinde sensörlerin kullanıldığı söylenebilir. Sensörlerin dinamik özelliklerinin bir sonucu olarak farklı tip sensörler arasında büyük farklılıklar olmaktadır. Dinamik basınç ölçüm uygulamalarında kullanılan bazı farklı algılayıcı tipleri şunlardır:

• Yarıiletken piezorezistive sensörler,
• Piezoelektrik sensörler,
• Gerinim ölçerler,
• Mikroelektromekanik sistemler (MEMS)

Dinamik basınç kalibrasyonu, bilinen statik referans basınç değerinden hızlı açılabilen vanalar kullanarak aniden basıncı düşürme yöntemiyle yapılabilmektedir. Ya da bir transfer standart kullanmak suretiyle hidrolik impulse karşılaştırma yöntemi kullanılabilir. Bu konuda diğer bir yöntem de şok tüplerinin kullanılmasıdır. Kullanılan kalibratör tipine ve basınç ortamına bağlı olarak istenilen basınca milisaniye ya da mikro saniye sürelerinde erişilebilir.

Laboratuvarda basınç ölçüm aletlerin -0,9 bar ile 1000 bar arasında statik olarak, 0 ile 5000 bar arasında da dinamik olarak karşılaştırmalı kalibrasyonu yapılmaktadır.

Uygulamalar:

Kısa Bilgi:

Elektriksel birimlerin temeli AMPER'dir. Ancak, elektriksel birimlerin muhafazası için Gerilim ve Direnç referanslarından yararlanılır. Gerilim referansı olarak uzun bir süre Weston hücrelerinden yararlanılmıştır. Bu hücreler elektrokimyasal prensiplere göre 1.0186 V gerilim üretmektedir. Sözü edilen bu gerilim, ortam sıcaklığına oldukça fazla duyarlıdır. Bu ise birtakım sorunlara yol açabilmektedir. Bunun yanı sıra, bu elemanların yüklenme kapasitesi de düşüktür.

Direnç referansı olarak uzunca bir süre özel iletkenlerden (Manganin, Zeranin, vb) üretilmiş dirençlerden yararlanılmıştır. Bu yapıların sıcaklık duyarlığı oldukça düşüktür ve zamana bağlı sapmaları da yeteri kadar azdır. Bunların yapısal formları, çevresel etkilerden olabildiğince az etkilenecek biçimde tasarlanmıştır. Referans dirençlerin değerlerinde çok az da olsa meydana gelebilecek sapmaları elemine edebilmek için, ulusal enstitülerde bu dirençler grup halinde muhafaza edilir ve grup “temel referans” olarak kullanılır.

Elektriksel birimler ile mekanik birimler arasında uyum sağlamak için “mutlak” birimler sistemi kabul edilmiş ancak ilerleyen yıllarda birçok farklı birimler sisteminin ortaya çıktığı görülmüş ve bunu ortadan kaldırıp uluslararası alanda birliktelik sağlamak için 1960 yılında “Uluslararası BirimlerSistemi (SI- International System of Units) kabul edilmiştir.

Uygulamalar: