Ağırlık, bir kütleye, bulunduğu yere göre etki eden
yerçekimi kuvvetidir; kütle ile ağırlık arasındaki ilişki aşağıdaki formülle
açıklanabilir:
W = m.g
W = ağırlık, m = kütle, g = yerçekiminin meydana getirdiği
ivmedir.
Bu formül Newton'un gravitasyon kanununda çıkarılmıştır;
kanuna göre, bütün nesneler birbirlerine çekme kuvveti uygularlar. Yeryüzündeki
veya civarındaki her şey dünya merkezine doğru çekilir; bu çekme kuvveti,
ağırlıktır.
Proses sanayinde miktarsal ölçmeler için göz önüne alınması
gereken değişken, kütledir. Ancak pratikte kütle yerine kütleye dünyanın
uyguladığı çekim kuvveti, yani ağırlık kullanılır. Gerçekte dünya üzerindeki
her noktada yerçekimi ivmesi aynı değildir. Bulunulan yere göre çok küçük farklar
vardır; aynı kütlenin ekvatordaki ağırlığı ile kutuplardaki ağırlığı bir miktar
farklıdır. Ancak pratikte bu fark ihmal edilmiştir ve kütle yerini ağırlık
kavramı almıştır.
Proses sanayinde kütlenin transferini belirlemek için
çoğunlukla debi ölçme sistemleri kullanılır. Özellikle gaz, buhar ve sıvılar
için debi ölçme büyük kolaylık ve ekonomi sağlar. Ancak katı maddelerin ve
viskozitesi çok yüksek ve tortulu sıvıların debilerini ölçmede önemli zorluklar
vardır; bu nedenle, debi ölçme yerine, birim zamanda transfer edilen malzemenin
ağırlığının ölçülmesi veya tartılması gerekir.
Sanayide çok çeşitli ağırlık ölçme yöntemleri
geliştirilmiştir. Bunlarla genellikle debi ölçme cihazlarına göre daha doğru
ölçmeler yapılabilir. Bu tip yöntemlerin en büyük üstünlükleri ise sıcaklıktan,
belli sınırlar içinde, etkilenmemeleridir.
Bu bölümde anlatılan tartı cihazlarına yüzlerce yıldan beri
kullanılan mekanik kollu teraziler, yaylı terazi veya kantarlar da ilave
edilmiştir. Ancak daha çok, son yıllarda giderek artan miktarlarda kullanılan
hidrolik ve havalı yük hücreleri ve elektronik gerilme göstergeleri üzerinde
durulmuştur.
MEKANİK KOLLU TERAZİLER VE KANTARLAR
Çok sayıda ağırlık ölçme tesisatında, hemen hemen her tip
tartı işlemlerinde mekanik kollu terazi ilkesine göre çalışan cihazlar
kullanılır. Bunlar doğru, güvenilir, bakımı ucuz, ancak bir miktar pahalı
sistemlerdir.
Mekanik kollu terazilerin çoğu tartılan ağırlığın bir
göstergede izlenmesi veya kayıt cihazında kaydedilmesi şeklinde kullanılırlar.
Uzak noktalara sinyal gönderilmesi gerektiğinde çoğu kez başka tip cihazlar
tercih edilir; çünkü standart sinyal üretimine çok daha uygun cihazlar vardır.
Bilinen en eski tip mekanik terazi Şekil-33(a) da
görülmektedir. Bu cihazla oldukça hassas tartı işlemleri yapılabilir. Mekanizma
iki kefenin boşken aynı hizada dengelenmesi esasına göre çalışır. Bir kefeye
tartılacak ağırlık, diğerine denge sağlanıncaya kadar bilinen ağırlıklar
konulur.
Şekil-33(b) de yine kollu ve basit bir mekanik kantar
görülmektedir. Burada W tartılan ağırlık, P kütlesi bilinen ağırlıktır;
kaldıraç eksenine olan B mesafesi değişkendir. Kantar kolu dengede yani tam
yatay durumdayken,
W.A = P.B
B mesafesi W ağırlığı ile orantılı olarak değişir; B,
doğrudan ağırlığı gösterecek şekilde taksimatlandırılabilir.
Şekil-33c de görülen sarkaç terazi de benzer şekilde
çalışır. Bunda da W.A = P.B dir; ancak B mesafesi, kaldıraç kolunun dönme
miktarı ile veya düşeyle yaptığı açının sinüsü ile orantılı olarak değişir.
Burada da dönme açısını gösteren kadran doğrudan ağırlığı belirtecek şekilde
taksimatlandırılabilir.
Uygulamada mekanik kollu tartı cihazlarının çoğu basit bazı
mekanizmaların bir araya getirilmesinden oluşmaktadır. Örneğin Şekil-33(d) de
bir mekanik tank kantarı görülmektedir. Tank ağırlığının kantar sarkaç koluna
iletilmesi için bazı mekanizmalar kullanılmıştır. Sarkacın ağırlık etkisi ile
dönüşü göstergeyi hareket ettirir. Tankın veya kabın içindeki malzemenin
tartılması gerekiyorsa, dara ağırlığını karşılayacak denge ağırlıkları
kullanılır. Böylece tank boşken ibre sıfırı gösterir.
Şekil-33: Mekanik kollu teraziler ve
kantarlar; (a) ve (b) basit mekanik kollu teraziler, (c) sarkaç kollu bir
kantar, (d) mekanik bir tank kantarı
Elle çalıştırılan, ölçtüğü ağırlığı bir gösterge dışında bir
karta veya şerit banda yazarak yazılı bilgi veren mekanik platform kantarları
günlük hayatta geniş çapta kullanılmaktadır. Bazı yazıcı cihazlar (printer) dış
enerji kaynağına ihtiyaç gösterirler. Bunlar genellikle, derinliği kantar
boyutuna göre değişen bir hendek veya çukur içine monte edilirler. Hendekte çok
iyi drenaj olanağı sağlanmalı, gerekli görülüyorsa havalandırma yapılmalıdır.
Ağır vasıtaların kantar üzerine çıkarken meydana getirebilecekleri darbe ve
şokları önlemek için uygun bir çıkış bölümü gereklidir. Kantarın faydalı ömrünü
uzatmak için mekanizma kolları ve destekler üzerine darbeli yük gelmesi
önlenmelidir.
Mekanik kantarların proses tesislerinde tank kantarı, silo
kantarı gibi çok sayıda uygulaması vardır. İmalatçılar yıllardan beri çok
değişik tasarımlar geliştirmişlerdir.
Mekanik kantarların bakımları çok önemlidir; ancak basit
yapıları nedeniyle bakım işi genellikle zorluk göstermez. Cihazın doğru ve
hassas çalışması için sürtünme kayıplarının çok düşük olması gerekir. Bunun
için bıçak keskinliğinde üçgen destekler (mesnetler) ve özel yataklar
kullanılır. Bunların paslanmaları veya aşınmaları cihazın fonksiyonlarını büyük
çapta etkileyerek duyarlılığını ve doğruluğunu azaltır. Diğer taraftan
çalışırken meydana gelen titreşim ve rezonanslar cihazın faydalı ömrünü çok
kısaltır.
YAY DENGELİ KANTARLAR
Yay kantarların çalışması, kuvvet etkisi altında, yayın
kuvvetle orantılı olarak uzaması ilkesine dayanır. En basit bir yaylı kantarın
yapısı Şekil-34a da görülmektedir. Yaya asılı olan W ağırlığı yayın ağırlıkla
orantılı olarak uzamasını sağlar; kadran doğrudan ağırlığı belirtecek şekilde
taksimatlandırılmıştır.
Basit kollu cihazlar ve yay dengeli sistemlerin
birleştirilmeleriyle çok değişik terazi ve kantarlar geliştirilmiştir.
Şekil-34(b) de bunlardan bir örnek görülmektedir. Yayın sıcaklığı arttıkça
uzunluğu artar ve elastiklik modülü azalır. Bu durum sıfır noktasının sapmasına
ve birim ağırlıktaki uzamanın değişmesine neden olur. Sıcaklık etkisinin
meydana getireceği hataları azaltmak için özel alaşımlı yaylar ve kompensasyon
yayları kullanılır.
Bütün yaylı tartı cihazları yayın çalışma sınırları içinde
doğru sonuç verirler. Yay çalışma sınırı dışında bir kuvvetle veya ağırlıkla zorlandığında
artık tekrar eski sıfır noktasına dönemez ve skalada kalıcı bir hata gözlenir.
Şekil-34a ve 34b de görülen yaylı kantarlar, pahalı
cihazların gerekli olmadığı çabuk ve yaklaşık tartı işlemlerinde kullanılırlar.
Dinamometre olarak isimlendirilen diğer bir yaylı tartı
cihazı öncelikle kablo ve tel halatların gerilme kuvvetlerinin ölçülmesinde
kullanılır (Şekil-34c).
Gerilme göstergeli yük hücrelerinde (load-cell) yaylar
kullanılır. Bu cihazlarda, yay ile bağlantısı olan telin uzama veya
yükselmesinin meydana getirdiği elektrik direnci değişiminden yararlanılır.
Ölçülen şekil değişimi, bir kolonun uzaması veya basınç etkisi altında
sıkıştırılması olduğu gibi, eğilmesi de olabilir. Her durumda yay denge ilkesi
kullanılmaktadır. Bu cihazlar ayrı bir bölüm halinde incelenmiştir.
Yay dengeli kantarlar hafif ağırlıkların tartılmasına uygun,
doğru çalışan ve ekonomik cihazlardır.
Şekil-34: Yaylı kantar çeşitleri;
(a) basit bir yaylı kantar, (b) basit kollu kantar ve yaylı kantarın
birleştirilmesiyle elde edilen bir tartma sistemi, (c) dinamometre
HİDROLİK YÜK HÜCRELERİ (LOAD CELL)
Hidrolik yük hücreleri, etkiye tepki dengesi ilkesine göre
çalışan cihazlardır. Ölçülen ağırlık bir piston üzerine kuvvet uygular. Piston
bu kuvveti sızdırmazlığı çok iyi sağlanmış hidrolik sıvısına iletir.
Şekil-35(a) da görülen tipteki bir hidrolik yük hücresinde, sürtünmeleri yok
ederken şekil değiştiren bir diyafram kullanılır. Dizayn gereği diyaframın
kendiliğinden yatay kalma özelliği vardır. Şekil-35(b) deki tipte ise, üstte
bir plaka (stay plate), dipte köprü bileziği tarafından ekseninde tutulan bir
silindir bulunur. Böylece yan yüklere karşı bir denge ve direnç sağlanır. Cihazda
tüm çalışma aralığı içinde çok küçük bir düşey hareket meydana gelir (0.030 inç
= 0.762 mm). Her iki tipde de hidrolik basınç hücresinde yaratılan basınç ağırlıkla
orantılıdır.
P= F/A
P = basınç (psi, kg/cm2), F = ağırlık (pound,
kg), A = alan (inç2, cm2)
Piston alanı sabit olduğundan sıvının hidrostatik basıncı
ağırlık ile doğrudan orantılıdır, ancak tartma yapılmadığı zaman gösterge
sıfırda duracak şekilde ayarlanmalıdır. Tank, destek v.s. gibi teçhizatın
ağırlığını karşılayarak hidrolik basınç kompanze edilir. Herhangi bir aksamdaki
değişiklik veya hareket, tekrar sıfırlama işleminin yapılmasını gerektirir.
Hidrostatik basınç, konvensiyonel bir bourdan tüpüne sevk
edilerek basıncın okunması veya bir trasmitter vasıtası ile standart bir sinyal
haline getirilerek uzak noktalardaki okuma, kayıt veya kontrol cihazlarına
iletilmesi mümkündür.
Hidrostatik yük hücrelerinin kullanma süreleri oldukça
uzundur. Sadece gösterge olarak çalıştırıldığında herhangi bir dış enerjiye
gerek göstermezler, yük değişimlerine tepkileri oldukça hızlıdır, sıcaklık
değişimlerine duyarlılığı bir dereceye kadar çok azdır, hidrolik doldurma
sıvısının miktarından etkilenmezler, istenirse hidrolik basıncın esnek
hortumlarla iletilmesi mümkündür. Hidrolik yük hücreleri, elektrik enerjisi
gerekmediğinden tehlikeli sahalar için çok uygun cihazlardır.
Hidrostatik sistemde olabilecek herhangi bir kaçak ünitenin
çalışmasının derhal etkiler. Kaçaklar aynı zamanda ürünün kirlenmesine neden
olan kaynaklardan biri olarak düşünülmelidir.
Şekil-35(c) de basit bir hidrolik yük hücresi uygulaması
görülmektedir. Burada hidrolik sistem, ağırlığa göre derecelendirilmiş
göstergeyi çalıştırır.
Birkaç destek noktasına oturan bir yapının veya tankın
toplam ağırlığını elde etmek için birkaç yük hücresi kullanıldığında hücrelerin
çıkışları Şekil-36 de görülen bir hidrolik toplama cihazına (totalizer)
verilebilir. Hücrelerin çıkışları toplama cihazının girişine bağlantılıdır.
Burada her giriş yüzer bir kuvvet şasesiyle bir kuvvet haline dönüştürülür.
Daha sonra bu kuvvetler bir tek hidrolik basınca çevrilerek göstergede
okunabilir veya sinyal olarak iletilebilir. Toplama cihazı kullanıldığında her
hücrenin kendi basınç göstergesine sahip olması istenir. Aksi halde herhangi
bir hücrede meydana gelebilecek bir kaçağın saptanması çok güç olur.
Hidrolik yük hücreleri yüksek darbeli yüklere uygundur.
Aşırı yüklemelere, doğruluğunu kaybetmeden veya sıfır noktası yer değiştirmeden
dayanabilirler. Sıcaklık değişimlerinin etkisi azdır. Yine de iyi dizayn
edilmiş yük hücreleri hem çalışma aralığı (span), hem de sıfır noktası için
sıcaklık kompansatörlerine sahiptir. İmalatçıların çoğu standart çalışma
aralığı sınırları olarak 0 0F ile 120 0F (yaklaşık -18
ile + 50 0C) verirler ve bu aralıkta çalışmayı garanti ederler.
Hidrolik yük hücresi yüksek bir doğal frekansa sahiptir ve
tepki hızı çok yüksektir. Bu nedenle yüksek tepki hızı gerektiren moment ölçme
sistemlerine uygulanabilirler.
Şekil-35: Hidrolik yük hücreleri;
(a) konvensiyonal piston hücrelerindeki sürtünmelerin bir diyaframla
giderildiği bir hidrolik yük hücresi, (b) plaka ve silindirli hidrolik yük
hücresi, (c) hidrolik sistemin ağırlığa göre derecelendirilmiş bir göstergeyi
hareket ettirdiği bir hidrolik yük hücresi
Şekil-36: Bir hidrolik toplama
cihazı (totaliser)
HAVALI YÜK HÜCRELERİ
Havalı yük hücreleri öncelikle sürekli besleyici
tesisatlarda (feeder) kullanılır. Ancak pratikte hücre başına gelen ağırlığın
9800 pound (yaklaşık 4.5 ton) olduğu tüm tartı işlemlerinde kullanılmaktadır.
Şekil-37 te pek çok tartı işleminde kullanılabilen bir yük
hücresi görülmektedir. Bu hücre kuvvet denge prensibi ile çalışır. Net yük
diyaframı altındaki basınç, ünite üzerine yerleştiren yükü otomatik olarak
karşılayacak şekilde ayarlanmaktadır. Yükü meydana getiren ağırlık büyüdükçe
nozuldan kaçan hava akımı azalacak şekilde, nozul yuvası nozula doğru
yaklaşarak hava kaçağını kısıtlar, yük hücresindeki basınç artar. Bu artış hava
basıncı ile diyafram alanının çarpımının meydana getirdiği kuvvet, uygulanan
ağırlığa eşit oluncaya kadar devam eder. Sonuçta daha az bir hava kaçağı ile
denge sağlanır. Eğer yükü meydana getiren ağırlık azalırsa, bu defa açıklanan
olayın tersi meydana gelir; nozul yuvası nozuldan uzaklaşarak hava kaçağını
arttırır ve kaçağın artışı denge sağlanıncaya kadar devam eder. Akış regülatörü
basınç farkından bağımsız olarak sabit bir akış sağlayarak çıkan debiyi kontrol
eder.
Şekil-37: Havalı yük hücresi kuvvet
denge prensibiyle çalışır; yükün artışı, nozuldan dışarı kaçan hava debisini
azaltarak ağırlıkla orantılı bir çıkış sinyali elde edilmesini sağlar
.
Damperleme hücresi darbeli yüklemeyi yok ederek hızlı yük
değişimlerinde ortalamayı sağlar. Dara ağırlığı bölümü ayrı bir regülatör
tarafından basınçlandırılarak ölçülmesi istenmeyen ağırlığın etkisini yok eder
ve göstergenin sıfırı göstermesini sağlar. Havalı çıkış basıncı, hücre içinde
dengeyi sağlayan hava basıncıdır. Bu basınç konvensiyonal basınç göstergesine
ve transmitter girişine standart sinyal olarak verilir. Göstergenin taksimatı
dorudan istenen birimde ağırlığı gösterecek şekilde taksimatlandırılır.
Bu tip hücreler standart 3-15 psi çıkış sinyalleri ile 0-7
den 0-2450 pounda kadar kapasitelerde imal edilmektedir. Standart dışı 51 psi
sinyal kullanılarak maksimum yükü 9800 pounda kadar çıkan hücreler de
bulunmaktadır. Daha büyük kapasite gerektiğinde iki veya daha fazla hücre
kullanılarak bunların çıkış sinyalleri, daha önce anlatılan hidrolik toplama
cihazına verilebilir. Sinyaller 3-15 psi aralığındaysa bir ortalama taksimat
rölesiyle bunların ortalaması alınabilir.
Havalı yük hücreleri özellikle tehlikeli ve patlamalı
sahalar için uygundur; özel olarak sızdırmazlık sağlanması gerektiren iletim
sistemlerine ihtiyaç göstermezler, sıcaklıkla ilgileri çok azdır, hava veya
diğer bazı gazlar çalışma ortamı olarak kullanılabilir. Ancak kullanılan gazın
kuru olması gerekir; gazın içerdiği su buharının yoğunlaşması ve 0 0C
nin altında donması çok önemlidir. Ani yük değişimlerine yavaş tepki verirler;
bu nedenle test işlemlerinde kullanılmazlar. Bununla birlikte bu özellik,
hareketli malzemelerin tartılmasında, konveyör bantlarında ve sürekli akan bir
malzeme tarafından doldurulan tankların ağırlıklarının ölçülmesinde istenilen
bir özelliktir.
ELEKTRİKLİ YÜK HÜCRELERİ
Gerilme Göstergesi (Strain Gauge) Hücreleri
Gerilme göstergeli hücreler sanayide gerilme göstergesi
bilinen iletken tel ızgaralardır. Hassas olarak işlenmiş takviye kolonlarına
gömülü olan ızgara Şekil-38(a) da görülmektedir. Bu iletken ızgaralar
çoğunlukla bir Wheatstone köprü devresine bağlanırlar (Şekil-38b).
Şekil-38(a) da F ile gösterilen yük veya ağırlık destek
kolonuna uygulandığında, kolon sıkışarak uzunluğu azalır. Gömülü ızgaralar X1
ve X2 nin aynı şekilde uzunlukları azalır, kesit alanları artar. Bu
durum iletkenlerin dirençlerinin küçülmesine sebep olur. Y1 ve Y2
tarafındaki ızgaralar bu durumdan etkilenmezler. Kolona gömülü olan ızgaraların
görevi sıcaklık değişimlerinin meydana getireceği hataları karşılamaktır
(kompanse etmek). Kolona çekme kuvveti uygulandığında, ölçme ızgara telleri
uzayarak kesitleri daralır ve dirençleri artar.
Köprü devresindeki herhangi bir dengesizlik direnç
değişimleri ile meydana gelir ve uygulanan F yükü ile doğrudan orantılıdır.
Köprü devresinden yükle lineer olarak değişen çıkış sinyalleri elde edilir.
Gerilme göstergesi yük hücreleri sıkıştırma, çekme veya her
iki tip yüklemenin birlikte bulunduğu üniversal yüklemeler için imal
edilmektedir. Üniversal yük hücrelerinde sıkıştırma yüklemeleri için kullanılan
başlıklar, çekme kuvveti uygulandığında uçlara dişli olarak bağlanan
fittinglerle yer değiştirir. Çift köprülü gerilme göstergeleri de imal
edilmekte olup bunların çıkışları iki ayrı okuma cihazına verilmektedir.
Gerilme göstergelerinin çıkış sinyalleri nispeten küçüktür
ve uyarı akımı ile orantılıdır; genel değerler, herbir volt uyarı için 1-3
milivoltdur. Uyarı voltajı doğru akım veya alternatif akım olabilir ve 2-25
volt arasında değişebilir. Başarılı bir tartı sistemi gerilme göstergesi
uygulaması için amplifikatör ve diğer yardımcı ekipmanlar ile uyarı akımı
ikmalinin dizaynı çok önemlidir.
Gerilme göstergesi hücreler açısal veya eksen dışı
yüklemelerden korunmalıdır. Eksensel kuvvetler ile eğilme yükleri arasında
hiçbir ayırım yapma olanağı yoktur. Eksen dışı yükler bir problem ise özel
yerleştirme yöntemleri kullanılabilir. Çalışma sınırları dışındaki aşırı
yüklerden mümkün olduğu kadar kaçınılmalıdır; genellikle çalışma yükünün %125
ini geçmemek gerekir. Bununla birlikte bazı özel modellerde aşırı yükler %150
den %500 e kadar arttırılabilir.
Gerilme göstergesi hücrelerin kullanılması, özellikle
elektrikli çıkış sinyalleri gerektiği zaman uygundur. Ebat bakımından
küçüktürler, şekil değişimleri 0.005-0.01 inç (yaklaşık 0.1-0.2 mm)
arasındadır, yük değişimlerine çabuk tepki verirler, genellikle bakım
gerektirmezler ve pratik olarak her tür çevre koşulunda çalışabilirler.
Gerilme göstergesi hücrelerin kendileri ucuz olmalarına
karşın, uzaktan okuma için gerekli teçhizat oldukça pahalı olabilir. Sıcaklık
bakımından çalışma sınırları özel bir kompensasyon devresi yoksa yaklaşık
15-115 0F arasında değişir. Maksimum çalışma sınırı 275-300 0F
dolayındadır.
Gerilme göstergesi yük hücreleri, sıcaklıkla sıfırın ve
çalışma aralığının (span) değişmelerine karşı, sıcaklık düzenleyicili olarak
imal edilebilirler. Bunun için gerilme tellerini, sıcaklık değişimlerine
duyarlı olmayan alaşımlardan yapmak ve ölçme köprü devresinde kompensasyon
dirençleri kullanmak gerekir. Yük veya ağırlığın birkaç hücre tarafından
taşınması gerektiğinde, hücrelerin çıkışları elektriksel olarak toplanarak
toplam ağırlık ölçülebilir.
Gerilme göstergelerinin kompakt dizaynı Şekil-38c de
görülmektedir. Bu ünite 3000 pound (1361 kg) kapasite için yaklaşık
4.5 inç yükseklikte 2.75 inç çaptadır. 250 000 pound
(yaklaşık 113.4 ton) kapasitede bir ünitenin yüksekliği 22 inç (56 cm) ve çapı
10.5 inçtir.
Şekil-38: Gerilme göstergesi
hücresi; (a) iletken tel ızgara, (b) Wheatstone köprü devresi, (c) hücre
İndüksiyon
Hücreleri
Demir indüktör ve hareket algılayıcı eleman olarak hareketli
bir armatürün kullanıldığı yük hücresi Şekil-39 da görülmektedir. Hücrenin
çelik kasası, ünitenin yüke dayanan elemanıdır. Hücre kubbesindeki
(diyaframdaki) deformasyon miktarı, çekme ve sıkıştırma olarak uygulanan yükle
orantılı olarak değişir.
Hücrenin algılama mekanizmasının hareketi, herbiri tek bir
bobine sahip iki demir indüktör, bir armatür ve mil sistemini içerir. Armatür
milinin ucu, kubbe ile E noktasında temastadır. Yük uygulandıkça kubbe yavaş
yavaş deforme olur ve armatürün indükatöre göre konumu değişir. İndikatör
bobini düşük voltajlı ve yüksek frekanslı elektrik girişi tarafından
uyarıldığında, hücrenin çıkış voltajı doğrudan doğruya armatürün konumu ile
değişir. Dara ağırlığı ile ilgili yük hesaba katıldığı zaman çıkış doğrudan
uygulanan yük ile orantılıdır. Giriş voltajı 5-150 mili volt arasındadır. Tüm
yükde kubbenin deformasyonu 0.003 in (0.07 mm) kadardır.
Bu hücreler sıcaklık değişikliklerinin meydana getireceği
sürüklenme loyından, elektriki algılama ünitesindeki gerilme değişimlerinin
yaratacağı büzülmelerden ve nem değişimlerinden etkilenmeyecek şekilde imal
edilmeğe çalışılmaktadır. Tasarımlarının tamamen emniyetli olması nedeniyle
tehlikeli sahalar için uygundurlar. Elektriki sinyal istenen herhangi bir
standart sinyale dönüştürülerek iletim ve kontrol için kullanılabilir.
Şekil-40 da bir çekme hücresi görülmektedir; hücre, kompakt
bir dizayn olup 600 pound kapasite için ebadı 1(5/8) in çap ve 1(1/2) in
uzunlukta, 300 000 pound kapasite için ise 6(3/4) inç çap ve 10(3/4) inç
uzunlukta olup özel bağlantı fittinglerine sahiptir.
KONVEYÖR BANTLARI TARTI SİSTEMLERİ
Daha önce anlatılan tartı sistemleri ve cihazlar, partiler
halinde üretim yapılan tesislerde hem sıvıların hem de katı malzemelerin
tartılmasında kullanılırlar. Sürekli üretim tesislerinde akan bazı sıvıların
ağırlıkları ise daha evvel anlatılan sistemlerle ölçülebilir. Sürekli sıvı
tartı ölçmeleri genellikle havalı, hidrolik veya elektrikli yük hücreleri ile
yapılabilir. Sürekli akan katıların ölçülmesinde daha değişik bir yaklaşım
gerekir.
En bilinen metot konveyör bandının belli bir bölümünü
tartmak ve bandın hızını ölçerek debiyi, yani birim zamanda nakledilen katı
madde miktarını hesaplamaktır. Bu ana esasa göre çalışan çeşitli
konstrüksiyonlar vardır. Bunların bazıları ileriki paragraflarda
tanıtılacaktır. Burada anlatılan sistemler gravimetrik besleyiciler olarak
tanımlanır.
Genellikle katılar için sürekli tartıma, birim zamandaki
ağırlığın bilinmesinden çok, konveyör sisteminin kontrolü için gerek duyulur.
Karıştırma işlemleri gibi, kütle veya ağırlığın asıl konu olduğu durumlar
dışında, genelde uygulamalar debi kontrol sistemi ile yakından ilgilidir.
En basit şekliyle, sürekli bir bant besleyicide (feeder) bir
yük bölümünü tartmak için Şekil-41a dakine benzer bir yük hücresi kullanılır.
Bandın ve içerdiği malzemenin ağırlığı bir yük hücresine iletilir. Bant sabit
bir hızla hareket ediyorsa, kantarın üzerinden geçen toplam ağırlık, kolayca
entegrasyon yolu ile tartılır.
Bant hızı değişken ise veya daha hassas bir ölçme gerekiyorsa, bant hızı transmitteri kullanılabilir; toplam ağırlık iki sinyalin çarpılması ile elde edilir.
Bant hızı değişken ise veya daha hassas bir ölçme gerekiyorsa, bant hızı transmitteri kullanılabilir; toplam ağırlık iki sinyalin çarpılması ile elde edilir.
Bir bant hızı transmitteri Şekil-41b de görülmektedir; bu
cihaz, genellikle bantla temas eden bir makara ile bandın altına yerleştirilir.
Şekil-41: (a) Bant besleyici bir yük hücresi, (b) bir bant hızı transmitteri
Kontrol
Metotları
Bant besleyiciler kullanıldığı zaman toplam ağırlığı
belirlemek veya debi kontrolünü sağlamak için üç ana yöntem uygulanır:
(a)
bant hızını değiştirmek,
(b)
bant yükünü değiştirmek,
(c)
yük ve bant hızının her ikisini de değiştirmek.
Şekil-42 de havalı bir ağırlık besleme sisteminin diyagramı
görülmektedir. Sistemde, ana ağırlık besleyici, tümleyici (integratör) kontrol
cihazı, oran rölesi, yerel elle ayarlayıcı ve kontrol sistemleri için yerel
toplayıcı (totalizer) bulunur. Bazı yardımcı cihazlar da şekilde
gösterilmiştir. Sisteme daha bir çok aksesuar eklenebilir.
Ana tartı ünitesi basit olarak kuru malzemenin kütle
debisini belirleyen birinci algılayıcı eleman olarak kullanılabilir. Sistem,
konveyör bandı üzerine bir kapı yoluyla yapılan besleme miktarını kontrol
ederek, yüksek duyarlılıkta bir kontrol sistemi olarak çalışabilir.
Çalışma sırasında malzeme, bir besleyiciyle konveyör bandına
sürekli beslenir. Bant, çıkış noktası yakınında mafsallı bir ağırlık
algılayıcısına sahiptir. Mafsallı mekanizmayla, bandın tartı bölümündeki yük,
bir yük hücresi tarafından sürekli olarak algılanır. Yük hücresinin çıkış
sinyali bant yükü ile doğru orantılıdır. Bu, havalı sinyal gösterge, kayıt veya
toplama cihazı gibi yardımcı enstrümanların girişi olabildiği gibi, bir kontrol
cihazının girişi de olabilir.
Üniteye beslenen malzemenin doğru bir şekilde hesaplanması
için bir tümleyici (integratör) kullanılır. Tümleyici toplam ağırlık miktarını
elde etmek için yük hücresi tarafından algılanan gerçek bant yükü ile bant gezi
miktarını çarpar.
Şekil-42 de görülen sistem havalıdır; çıkış sinyali,
dönüştürme cihazları kullanılarak kolaylıkla standart elektrikli sinyallere
çevrilebilir.
Şekil-42'de düzgün bir malzeme akışı sağlamak için bant
hızını kontrol eden bir sistem görülmektedir. Mafsallı olarak monte edilmiş
ağırlık donanımı bantın kısa bir bölümüne dayanır. Malzeme doğrudan bu bölümün
üzerindedir. Hücreye gelen yük bir mekanizma sistemi ile iletilir. Bant hızı,
bant ile bağlantılı makaradan hareket alan takometreden elde edilir. Bu iki
sinyalin çarpımını yapan cihazın çıkış sinyali, doğrudan ağırlık debisi ile
veya besleme debisi ile orantılıdır. Besleme debisi sinyali kontrol cihazında
ayar değeri ile karşılaştırılır. Herhangi bir fark varsa kontrol cihazının
çıkışı değişerek, SCR kontrol ünitesinin bant hızını istenen besleme debisi
elde edilinceye kadar değiştirmesini sağlar.
Hem bant hızının ve hem de yükün değişken olduğu sistemler
dizayn edilebilir. Bant hızında ani değişiklikler yaparak ve geleneksel bant
yükü kontrol sistemlerinden birini kullanarak otomatik kontrolü sağlamak mümkündür.
Şekil-42: Havalı bir ağırlık besleme sisteminin şematik görünümü
Bant
Hızı ve Bant Yükü Kontrolü
Bant konveyör ağırlık sistemlerinde bant yükünü kontrol
etmenin en önemli avantajı, hız kontrolünden ve hızla birlikte yükün kontrol
edildiği kombine sistemlerden daha basit ve daha ucuz olmasıdır. Değişken hız
sistemleri karmaşık ve pahalı olmalarının dışında bazı sakıncalara da sahiptir.
Örneğin, besleme hızı anında hesaplanmalıdır; ancak bu işlem kolayca
yapılabilir.
Bant yük kontrolünün en önemli sakıncası, yük kontrol kapısı
ile ağırlığın ölçüldüğü nokta arasında iletilen miktarın büyüklüğüdür. Ağırlık
bölümü ile kapı arasındaki mesafe, besleyicinin konfigürasyonuna bağlı olarak
birkaç inçten birkaç feete kadar değişebilir. Miktarlarının hassas olarak
kontrol edildiği bazı karıştırma sistemlerinde bu uzunluğun meydana getireceği
hata çok önemli olabilir.
Bant yükünü kontrol etmek için dört farklı yöntem
kullanılır: (a) düşey kapı, (b) döner kanatlı besleyici, (c) vidalı besleyici,
(d) titreşimli besleyici.
Düşey kapı besleyici Şekil-43a da şematik olarak
gösterilmiştir; konveyör bandına yükleme yapılan bölümdeki açıklığı basit bir
şekilde değiştirerek malzeme besleme hızını kontrol eder. Bant yükleme
yöntemlerinden en çok uygulanılanıdır. Bir sakıncası, büyük ve düzgün olmayan
parçalar varsa kontrolün güçlülüğüdür. Büyük parçalar kısıtlı aralıklardan
serbestçe akamazlar. Eğer parça
boyutları büyük ve önemli oranda değişken ise, ekipman imalatçılarına
danışılmalıdır. Düşey kapı besleyici, kontrol edilen malzeme yapışkan ise veya
bir takım topaklar meydana getiriyorsa sorunludur.
Şekil-43b de besleme bölümümde döner kanatlı besleyicinin
hızının değiştirildiği bir sistem görülmektedir. Döner kanatlar, toz halindeki
kolayca akan malzemelerde kullanılır. Bu teçhizat düşey kapı ile kolayca
kontrol edilemeyen düşük yoğunluklu ve hava ile karışmış malzemeler için de
uygundur.
Değişken hızlı vidalı besleyiciler de yine düşük yoğunlukta veya
hava ile karışmış malzemeler için uygundur. Bunlar aynı zamanda elyaflı,
yapışkan ve topaklar meydana getiren malzemeler için kullanılır; bu tip
malzemeler düşey kapılarda ve döner kanatlı besleyicilerde kolayca kontrol
edilemezler. Vidalı bölümün dizaynı malzemeye uygun olarak siparişe göre
kolayca yapılır.
Titreşimli besleyiciler birçok malzemede başarı ile
kullanılmaktadır. Başka metotlarla kolayca kontrol edilmeyen akışları kontrol
edebilirler. Besleme hızı vibratörün titreşim genliği ile ayarlanır. Vibratör
gücü voltaj ikmalini yapan reosta ile ayarlanır. Besleme hızının elle kontrolu
besleme silosunun açıklığını ayarlayarak yapılır.
Şekil-43: (a) Bant hızı kontrol
sistemi, (b) besleyici hızını değiştiren sistemin, şematik görünümleri
Boyutlar
Gravimetrik besleyiciler ile malzeme taşınmasında miktarlar
ve boyutlar önemli değişiklikler gösterir. Malzeme akışı öncelikle bant
genişliği ve hızı ile yönetilir. Bir dereceye kadar bu yük derinliğine de
bağlıdır. Fakat bu faktör malzemenin kendi özelliğine dayanır. Tipik bant
genişliği 12-36 inç (30-90 cm) arasındadır. Çok daha geniş (54 inç) ve çok daha
dar konveyör bantları da kullanılmaktadır.
Bant hızı da çok değişkendir; dakikada hızı 0.3-180 feet (9
cm-55 cm) arasında değişebilen bir model, miktar ayarı yönünden büyük bir
esnekliğe sahiptir.
YÜK HÜCRELERİ İÇİN UYGULAMA FAKTÖRLERİ
Proses kontrol sistemlerinde çalışanlar genellikle ağırlık
kontrol sistemleriyle, diğer ana kontrol sistemlerine göre daha az
karşılaşırlar. Ağırlık problemlerine yük hücreleri uygulandığında göz önüne
alınması gereken bazı önemli faktörler aşağıda verilmiştir.
Tank Bağlantıları
Tartı sistemlerinin performanslarını etkileyen en önemli
faktör ölçü tankının, proses sisteminin diğer aksamlarına olan bağlantılarıdır.
Malzemenin gelişi ve çıkışı için normal borular kullanılır. Genellikle iki veya
daha fazla bağlantı bulunur.
Bağlantı problemini en aza indirmek için iki çözüm vardır:
(a) kauçuk ve metal hortum (Şekil-44a) veya körük parçası (Şekil-44b) gibi
esnek bir bağlantı kullanmak, (b) bağlantı parçalarının taşıma kapasitelerini
en aza indirecek yatay bağlantılar (dikey yerine) kullanmak (Şekil-44c).
Elektrikli gerilme göstergeleri kullanıldığı zaman eksen
dışı yüklemelerden özellikle kaçınılmalıdır. Böyle yüklemelerde müsaade edilen
maksimum yay çalışma aralığının bilinmesi gerekir.
Tartı tankına bağlantı hatlarının dizaynı yapılırken, boru
destekleri de dikkate alınmalıdır; destek yerleri yayın çalışmasını
etkileyebilir. Ortam sıcaklığı ve boru içindeki akışkanın sıcaklığındaki
değişmelerin meydana getireceği genleşme ve büzülmeler, tankı etkileyen
kuvvetleri değiştirebilir. Böyle bir sistemin baştan aşağı denetlenmesi
gerekeceği açıktır. Genellikle sistemde sıfırlama (dara ağırlığı için) çalışma
şartları altında yapılmalıdır.
Şekil-44: Tank bağlantıları; (a)
esnek metalik bağlantı hortumu, (b) körük tip genleşme parçaları, (c) yatay
bağlantı boruları ve dikey esnek bağlantılar kullanılan tipik bir tartı tankı
bağlantı şeması
Dara / Net Ağırlık
Oranı
Dara/net ağırlık oranının küçük olması tercih edilir; bu
oranın 1 den az olması uygundur. Büyük oranlar (10/1 ve daha fazla) da
kullanılabilir; fakat ölçme doğruluğundan fedakarlık yapılır. Kullanıcının bu
sahada deneyimi yoksa yüksek oranlar için imalatçıya danışılmalıdır.
Yüksek Darbeli
Yükleme
Yüksek darbeli yüklemelere, diğer tiplere göre hidrolik yük
hücreleri daha uygundur. Aynı şey titreşimli sistemler için de geçerlidir.
Ortam Sıcaklığındaki
Değişmeler
Sıcaklık değişimlerinin etkisine tank bağlantıları bölümünde
değinilmişti. Aşırı bir sıcaklık değişikliği, yüksek doğruluk isteyen
sistemlerde hidrolik sıvıyı ve elektrikli aksamı etkiler.
Gerekli Hücre Sayısı
Gerekli hücre sayısının seçimi birçok faktöre bağlıdır: (a)
yük büyüklüğü, (b) içerideki malzeme, (c) tank konfigürasyonu, (d) yeri, (e)
rüzgar yükü, (f) mevcut yapı destekleri, (g) çalkalanma, (h) sertlik. En iyi
yük dağılımı için genellikle üç hücre oriyantasyonu (Şekil-45a) tercih edilir.
Dört hücreli sistem uygulamasında sert (esnek olmayan yapılarda bir hücre boşta
kalabileceğinden gerekli dikkat gösterilmelidir.
Küçük yüklerde çoğu zaman tek hücreli uygulama (Şekil-45b)
yeterlidir. İki, üç ve dört destekli sistemlerde ekonomik bir ölçme yapmak için
tek bir hücre kullanılabilir (Şekil-45c), fakat gösterge ağırlığı destek sayısı
göz önüne alınarak kalibre edilmelidir. Bu düzenleme desteklere eşit yük
gelecek şekilde bir dizayn mümkün olduğu zaman kullanılır. Kullanılan yük
hücresi tipine dayanan faktörler, ekonomik faktörler, destek yapıları veya
temeller, tankın yerden yüksekliği göz önüne alınması gereken diğer
faktörlerdir.
Şekil-45: (a) Üç hücreli, (b) tek
hücreli, (c) çok destekli sistemlerde tek hücreli, yükleme düzenler
GERİ (proje çalışmaları)
