Termokupl -8°C Gösterdi, Oda 22°C'deydi

Perşembe, 16:45. Kayseri, bir ısıtma-soğutma santrali. S7-1500 CPU 1511-1 PN, SM531 analog giriş modülü, Type K termokupl.

HMI’de “Kazan çıkış suyu: -8°C.” Operatör: “Kazan 85°C’de çalışıyor, -8°C ne?”

Termokupl Nasıl Çalışır?

Type K termokupl, iki farklı metalin (kromel-alumel) birleşim noktasındaki sıcaklık farkından bir voltaj üretir. 1µV/°C civarında. 85°C’de yaklaşık 3.4mV.

Ama termokupl mutlak sıcaklık ölçmez, fark ölçer. Birleşim noktası (hot junction) ile modüldeki ek nokta (cold junction) arasındaki farkı ölçer.

SM531, cold junction’ı kompense eder: modülün içinde bir NTC sensör, cold junction sıcaklığını ölçer. PLC, bu sıcaklığı ekleyerek mutlak değeri hesaplar.

Eğer cold junction 22°C ise ve termokupl 3.4mV üretiyorsa, PLC: 85°C + 22°C = 107°C hesaplar. Ama bu yanlış. Doğru hesap: termokupl voltajı, hot junction ile cold junction arasındaki farkı verir. PLC, cold junction sıcaklığını çıkarır, eklememeli.

Aslında mantık şu: Termokupl, hot junction’da 85°C, cold junction’da 22°C ise, ürettiği voltaj 85-22 = 63°C’lik farka karşılık gelir (2.5mV). PLC, 2.5mV okur, cold junction 22°C olduğunu bilir, 2.5mV + 22°C = 85°C hesaplar.

-8°C Nereden Geliyor?

PLC -8°C gösteriyorsa, ya termokupl voltajı negatif, ya cold junction kompansasyonu yanlış.

SM531’in cold junction sensörünü kontrol ettim: 22°C, doğru. Termokupl voltajını osiloskopla ölçtüm: -32µV. Negatif.

-32µV, Type K’de -32°C’lik bir fark demek. Cold junction 22°C ise, hot junction 22-32 = -10°C olmalı. PLC -8°C gösteriyor, yakın.

Ama kazan 85°C’de. Termokupl neden negatif voltaj üretiyor?

Bakır Ek Yeri: 45°C

Termokupl kablosu, panoda bir konnektöre bağlanıyor. Konnektörde termokuplun kromel ve alumel telleri, bakır kablolarla lehimlenmiş.

Bu lehim noktası, bir ek junction. Termokupl, sadece hot junction’daki sıcaklık farkını ölçmeli. Ama bakır ek yeri, bir “yanlış cold junction” yaratıyor.

Lehim noktası 45°C’de (pano içinde, VFD’nin üstünde, sıcak hava akımı). Termokupl, hot junction (85°C) ile bakır ek yeri (45°C) arasındaki farkı ölçüyor: 40°C → 1.6mV.

Ama SM531, cold junction’ı modülün içindeki NTC ile ölçüyor: 22°C. PLC, 1.6mV + 22°C = 42°C hesaplamalı. Ama -8°C gösteriyor.

Demek ki voltaj 1.6mV değil, -32µV. Yani termokupl, hot junction’dan daha soğuk bir yerde ölçüyor.

Asıl Sorun: Kablo Sargısı

Termokupl kablosunu konnektörden çıkardım. Kromel ve alumel telleri, konnektöre girmeden önce birbirine sarılmış. 3 tur, 5cm’lik bir sargı.

Bu sargı, iki tel arasında bir termal köprü yaratıyor. Sargı bölgesi, hot junction’dan 40cm uzakta, 45°C’de. Sargı, kromel ve alumel’i 45°C’de birleştiriyor. Termokupl, artık hot junction (85°C) ile sargı bölgesi (45°C) arasındaki farkı ölçüyor: 40°C → 1.6mV.

Ama sargı, telleri çapraz bağlıyor. Kromel, alumel’e temas ediyor. Bu temas noktası, bir kısa devre gibi davranıyor. Voltaj, 1.6mV yerine, temas noktasının sıcaklığına bağlı olarak değişiyor.

Sargıyı açtım. Telleri ayrı ayrı konnektöre bağladım. Voltaj: 3.4mV. PLC: 85°C. Doğru.

Termokupl Kablajında 3 Kural

1. Termokupl tellerini asla birbirine sarma. Kromel ve alumel, hot junction dışında hiçbir yerde temas etmemeli. Sargı, büküm, paralel yürüyüş — hepsi termal köprü yaratır.

2. Ek junction’ı cold junction’a yakın tut. Bakır ek yeri, modüle mümkün olduğunca yakın olmalı. Ek junction ile modül arasındaki mesafe, sıcaklık gradyanı yaratır. 2m’lik bir mesafe, 5°C’lik bir fark yaratırsa, kompansasyon 5°C hata verir.

3. Ek junction’ın sıcaklığını sabit tut. Ek junction, VFD’nin üstüne, ısıtıcının yanına, güneş alan panele bağlanmaz. Ek junction, ortam sıcaklığında, sabit, titreşimsiz bir yerde olmalı.

Bir Daha Olmasın

Konnektörü değiştirdim: termokupl konnektörü, kromel ve alumel’i ayrı ayrı, bakır ile lehimli değil, termokupl alaşımı ile lehimli. Ek junction, artık modülün 10cm önünde, pano duvarına monte. Sıcaklık: 22°C, sabit.

Ayrıca HMI’ye bir alarm ekledim: “Kazan çıkış suyu < 50°C” → sarı alarm. Bir daha -8°C görürsem, kazan durmadan önce operatör uyarı alır.