tmmob

makina mühendisleri odası

I. ULUSAL

ÖLÇÜMBÎLİM KONGRESİ

BİLDİRİLER KİTABI

19 - 2O EKİM 1995

Sanayi Odası / ESKİŞEHİR

MMO Yayın No: 177

KALİBRASYON YÖNETİMİVERİ TABANI VE İŞLEM YAZILIMI

Ömer BOZYOKUŞ, İhsan AKYÜZ, Oğuz ÇIMRIN

METRONORM A.Ş., İstanbul, Türkiye

Özet

Bu bildiride Kalite Güvencesi Sistemleri (ISO 9000) kapsamında sanayinin KalibrasyonYönetimi konusundaki ihtiyaçlarına yönelik olarak Ölçü Aletleri ve Proses Listelerinin hazır-lanması, Kalibrasyon Takip Cetveli ve Cihaz Kartlarının oluşturulması, dokümantasyon verapor alma işlevlerini yerine getirmek üzere bir bilgisayar programı tasarımı özetlenmiştir.

Ölçü aletlerini tanımlayıcı veriler, daha sonra Gruplandırma, Uyumluluk Analizleri,Periyodlandırma ve Yaşlanma Grafiklerinin çıkartılmasına olanak sağlayacak bir düzenlemeile bilgisayara girilerek, öncelikle kalibrasyon yönetimini (çağrı sistemi dahil) sorunsuz vegerektiğinde yönlendirici bilgiler sağlayarak yürütebilecek kapsamlı bir veri tabanı oluştu-rulmaktadır.

Son olarak geliştirme ve uygulama çalışmaları yapılmış, bunun sonucunda program,Prosese Uygun Cihaz Seçimi, Periyodlarm Belirlenmesi gibi işlemleri yapabilecek ölçüdegelişirilerek, cihaz yeterlilik araştırması ve sertifika hazırlama yönündeki gelişme potansiyelivurgulanmıştır.

1. Giriş

Kalibrasyon ve Yazılım İhtiyacı

Proses Listelerinin Oluşturulması:

(Bu madde, kalibrasyon yönetiminde bir zorunluluk değil daha çok red/ kabul kriter-lerinin belirlenmesinde yardımcı niteliğindedir). Üretimde uygulanan tüm kontrol vetestlerde hangi parametrelerin hangi toleransla kontrol edildiğini gösteren, muhtemelenimalat akış şemasından yola çıkılarak proses listeleri ouşturulmalıdır.

Bir işletmede tüm prosesler ölçülmemekle birlikte (örnek: bekletme, nakletme vs) herölçüm noktası en az bir proses üzerindedir ve toleranslar çoğunlukla hedeflenen mamulkalitesine göre (bazen standartlar tarafından) belirlenir.

Ölçü Aleti Listelerinin Oluşturulması:

Listede yer alması gereken ölçü aletleri, ölçüm amacıyla kullanılan ve mamul kalitesinidoğrudan ya da dolaylı etkileyen tüm cihazları kapsar.

Var/Yok türünde gösterime sahip cihazların ölçü aletleri listelerinde bulunmalarınagerek duyulsa da, kalibrasyonu söz konusu olmadığından, fonksiyonel kontrolleri ileyetinilir. Bu maddeye ek olarak düşünülen "Cihaz Kartları", bir zorunluluk değil, yine önem-li bir yardımcı niteliğindedir.

Kalibrasyon Takip Cetvellerinin Oluşturulması:

Ölçü aletlerinin yapılan kalibrasyonlarına ait sonuçları belgeleyen sertifikaların hazıla-narak veya temin edilerek saklanması gerekir. Belli bir süreç sonunda cihaz performansı,değerlendirme açısından önemli bir temel teşkil etmenin yanında, Kalit Güvence

151

Sistemlerinde anında bulunma özelliği taşıyan bir arşivleme, adeta zaruridir.

Kalite güvencesi standartlarının kalibrasyon yönetimi sisteminden beklentilerine cevapvermek üzere tasarlanan CalEKpert1 adını verdiğimiz program ile Ölçü Aletleri Listesi, Cihazkartları, Kalibrasyon Takip Cetvellerinin kolaylılkla hazırlanması ve bunlara dair raporlarında elde edilmesiyle sistemin aksaksız kurulması ve yürütülmesi sağlanmaktadır. Böylece"Kalite Güvence Normları"nm kalibrasyon yönetim sisteminden beklentisi fazlasıylakarşılanmış olacaktır.

Minumum Sistem Gereksinimi

CalExpert programının performans bağımlılığı, doğal olarak sistemin performansıylaorantılıdır. Windows ortamında çalışmak üzere tasarlanan ve hazırlanan bu program için,

386 ve yukarısı işlemci

4 MB Ram

3 MB boş Hard Disk alanı düşünülmüştür.

Deneme kullanımı esnasında yapıtğımız performans kontrollerinde 386 ve 486 tabanlıişlemcilerde gözlediğimiz performans oranı 1 /3'dür. 2 ve 4 MB RAM'lik sistemlerde de aynıoran bulunmuştur.

2. Yapı ve Algoritmalar

Ana Bölümler

Yapılan ve yapılması planlanan geliştirmelerle birlikte, CALExpert adı verilen yazılımınporf siy önel şeması Şekil l'de verilmiştir. Programın temelini oluşturan veri tabanı bölümüne,işlem bölümünde kullanılacak şekilde (gereken alanlarda sayısal bilgi) veri girişini sağlamakamacıyla tanımlar bölümü eklenmiştir. Burada kullanıcı cihaz ve proseslerine göre gerek-tiğinde parametre ve birim ekleyip çıkartabilecektir. Varsayılan (default) parametre ve birimlistesinin örnek bir bölümü Tablo l'de verilmiştir. Aynı zamanda bu alanlara göre gruplamaimkanı da yaratıldığından, bu şekilde kullanıcı sadece sıcaklık parametresinde çalışan ciha-zlarını veya sadece mm birimi ile ölçüm yapan cihazlarını çağırabilecetir.

i

1. CalExpert, Metronorm tescilli markasıdır. j

152

Tanımlar Veri Tabanı

Parametre Birim\

ÖlçüAleti

1CihazKartı

TakipCetveli

\

ProsesListesi

Veri

Girişi

Liste Liste Liste VeriGirişi

Liste

İşlem Sertifika

Periyodlandırma(Grafik)

Yeni Giriş Arşiv

Tarihçe Bulama

(Belirleme)CihazSeçimi

ProsesSeçimi

Uygunluk

Parametreler

Uzunluk 01

Sıcaklık 07

Basınç 05

Şekil 1. Yazılımın Fonskiyonel Ana Şeması

Tablo 1. Varsayılan Tanımlama Bilgileri (örnek bir bölüm)

Birimler (05)

bar, mbar, mHg, mmH2O, Psi

mmHg=Torr,

Veri Tabanı

Bu bölüm dört kısımdan oluşmakla birlikte bağımsız dosya sayısı üçtür. Ölçü aleti liste-si ile Cihaz Kartının aynı dosyayı kullanmaları, kapasite ve hız artırma açısından uygungörülmüştür.

Ölçü Aleti Listesi

Proseslerde kullanılan tüm ölçü aletleri hakkındaki verilerin kaydedilmesi, ölçü aleti ver-ilerinin düzenlenmesi, istenilen her şekilde (ad, kod, kullanım yeri, parametre) liste döküm-lerinin alınması gibi işlemler bu kısımda gerçekleşir. Liste örneği Tablo 2'de verilmiştir.

153

Tablo 2. Ölçü Aletleri Listesi

KOD

107365

109728

11.91

111860

111870

111877

11188

Cihaz Kartı

ADI

ELEKTRİK OCAĞI

KALIBRATÖRIDC14421

TERMOMETRE(CAM)

GÖSTERGE

GÖSTERGE

GÖSTERGE

LOAD CELL/GÖSTERGE SETİ

P.

07

09

07

05

03

05

03

BİRİM

C

mV

C

mHg

mbar

kN

MİN-

0 .

-1.

0 .

0 .

0 .

0 .

MAX.

400

11000

200

130

20000

500

80

TAKSİMAT

0.00100

1.00000

0.00100

1,00000

0.10000

0.01000

KOL. YERİ

LAB01

LAB03

LAB01

LAB01

LAB01

LAB01

LAB01

Ölçü Aleti Listesinde girilen her bir cihaz için, ad ve kod alanlarının direkt taşındığı birkart, program tarafından otomatikman açılır. Bu kartta cihazın imalatçısı, servisi, kullanımortamı gibi detay bilgilerin yanında, kullanım sıklığı ve kullanım aralığı gibi sayısal alanlardüşünülmüştür. Yine bu sayısal alanların, işlem bölümünde kullanılacaklarından, özel önemesahip oldukları söylenebilir. Cihaz kartı örneği Tablo 3'de verilmiştir. Ayrıca ölçü aleti lis-tesinde "çalışma aralığı" nı belirleyen Min ve Max verileri ile, Cihaz kartında "kullanımaralığı"nı belirleyen Min ve Max verilerinin farklı olabileceği hatırlatılması gereken başka birnoktadır.

Tablo 3 Cihaz Kartı

Kod

Adı

Tip/Model

Sınıfı

Seri No

İmalatçı

Adresi

Telefonu

Faksı

İmal Trh.

Temin Trh.

382113

SENSÖR

8267TJE

0.1

382113

SENSOTEC

BURSTER PRAZtStONSMESS

TECHNİK GMBH AND CO.KG.

TALSTRASSE 1-7 GERNSBACH

0049.7224/645-0

0049.7224/648-8

01/08/93

06/09/93

Kullanım

Min. :

Max. :

Tolerans :

Sorumlu :

ServisAdresi

Telefonu :

Faksı

0 .

500

0 .3

Hayriye AKA

METRONORM A.Ş.

HAVUZBAŞI CAD.NO:21 P.K.2

TR-81610 KAVACIK

İSTANBUL

0216.4136757

0216.4136770

Takip Cetveli

Cetvelin amacı cihaz kalibrasyon bilgilerinin (tarih, yapan kişi, sonuçtaki hata payı) heryapılan kalibrasyondan sonra girilmesi ve saklanmasıdır. Gelecek kalibrasyon tarihine görefiltrelenerek alman çıktılarla, kalibrasyon çağrı sistemi işletilebilir. Dolayısıyla cetvel bir cihaziçin belli sayıdı (denemelerde sayı 10 olarak alınmıştır) kalibrasyon bilgisini barındıracak veişlem bölümünde tarihçe çıkartılması için temel teşkil edecektir.

Bu sayıdan sonra aynı cihaza ait yeni bir kalibrasyon verisi girildiğinde, o cihazın en eskikalibrasyon tarihli satırı silinecek şekilde düzenlenmiştir.

Takip cetvelinde de yine ölçü aleti listesinde olduğu gibi tercih edilen gruplarla (kod,ad,parametre, tarihler) filtrelenerek çalışılabilir ve rapor alınabilir. Örneği Tablo 4'de ve-rilmiştir. Buradaki hata payı ve tarihler yine işlem bölümünde hesaplamaya tabi alanlardır.

Takip cetvelinde, her cihaz için müteakip defalar (sayı kullanıcı tarafından seçilecek)

154

kalıbrasyon bilgisi girileceğinden, bir süre sonra cihaz listesine göre daha şişkin bir veritabanı olmaktadır. Bu yüzden bağımsız bir dosya açılması, kapasite kullanımı ve hız açısın-dan daha uygun bulunmuştur.

Tablo 4. Takip Cetveli

ADI KAL.TARİHİ KAL.EDEN H.PAYI GELECEK K.

00481771097281134481262992358853C4857403886 4 5

EGA133P550

P580

KUMPASKALIBRATÖR(DC) 4 4 2 1DİRENÇ KUTUSUMİKROMETREMASTAR SETİ ( 4 7 - 2 )ÖLÇÜ SAATİMASTAR SETİ (122-K)KOTLE S E T Î ( E 2 )PH PROBUGÖSTERGE (PT100)PH METRE

Proses Listesi

08/07/9421/06/9308/09/9308/07/9404/02/9404/12/9420/11/9221/03/9517/08/9417/08/9417/08/94

AKA

DKD

DKD

AKA

AKA

AKA

DKD

U.M.EAKYUZ/BAHÇIVANAKA

AKYUZ/BAHÇIVAN

D08/07/95

.21/06/96

.08/09/96

.08/07/95

.04/02/95

.04/12/9f

.20/11/96

.21/03/97

.17/08/95

.17/08/96

.17/08/95

Bağımsız üçüncü bir dosya olan proses listesinin, giriş bölümünde de belirtildiği gibi,oluşturulması üretim bölümleri ile ortaklaşa yapılaması gereken uzun bir işlem olmasınedeniyle, bu konuya yeterli hassasiyetin gösterilmesi kanısındayız. Oysa cihaz seçimi,eşleştirme ve adaptasyon için temel verileri içerdiğinde programda yer verilmiştir. Listedekiproses, nominal değeri ve toleransı, işlem bölümündeki fonskivonları neden IVIP vı I ren I 1a-nabilir. Örnek Şekil 2'de gösterilmiştir.

KOD

D.0201K.04.02V.01.05T.03.01C.02.01

AÇIKLAMA

Mikrometre Kal.Sertlik Plakası .Pipet KalSıcaklık kal.Higrometre

PARAMETRE

UzunlukSertlikAğırlıkSıcaklıkBağıl Nem

BİRİM

mmHRC

g°C

%rH

NOMİNALDEĞER

2558

9,9745033

TOLERANS

41

0,0522

YER

LAB02LAB0ILAB03LAB01LAB03

Şekil 2. Proses Listesi

İşlem

Kalibrasyon yönetimi konusundaki ihtiyaç, yukarıda açıklanan "veri tabanı" kap-samının ötesindeki kullanımlar için tasarlanan bu bölüm, üç alt başlıkta toplanmıştır.

Periyodlandırma

Kalibrasyon yönetimi açısından en tartışmalı konulardan biri olagelen kalibrasyon peri-yodlarmm belirlenmesi ile yaşlanma tarihçesinin izlenmesi bu bölümün kapsamındadır.Cihaz ve proses kodları girildiğinde, grafik veya hesaplamalar için gereken tüm verileringerekli yerlerden (ölçü aleti listesi, cihaz kartı, takip cetveli, proses listesi) alınması kendil-iğinden gerçekleşmekte ve zaman ekseninin de kullanıcı tarafından tanımlanmasıyla yaşlan-ma ta-rihçe grafiği çizilebilmektedir. (Şekil 3)

155

1.2

0.8

0.6

0.4

0.2I

0

HATA PAYI

0 5

( PROSES TOLERANSI: 1 V )

j i L« i

i ^ - ^ 4 i_ _ j ^ ^ ) ̂ > _ ; ^_^-r^"Z>p«_^

10 15 20 25

Z A M A N ( AY )

; KOD:

AD :

30

ELE001

MULTIMETRE

__ MP j

35

Şekil 3. Yaşlanma Tarihçesi

Periyodun ya da gelecek kalibrasyon tarihin belirlenmesi işlemi de, kaynakçada belir-tilen uluslararası tavsiyeler ışığında, Şekil 4'de gösterilen algoritma uyarınca sonuçlanmak-tadır.

DEVAMTarihçe grafiği

Periyod belirleme

Periyod = ( P - e )hayır

[SONUÇ

Takip CetveliVerileri i

^Cihaz Kartıverileri

V^—vJ

--J' ,Periyod j

tablosu i(3 ay,6 ay, 1yıl. 2 yıl)

sonuç] I sonuç ve uyarıJ mesatı

156

Z2 : Son kalibrasyon Tarihi

Zj : Sondan bir önceki kalibrasyo tarihi

e2 : Son kalibrasyonda bulunan hata payı

e^ : Sondan bir önveki kalibrasyonda bulunan hata payı

P : Proses Toleransı

Şekil 4. Periyod belirleme algoritması

Eşleştirme

Bu bölümün birinci kullanım amacı,proses listesine girilmiş proseslere mevcut ölçü aletilistesinden uygun cihazların seçilmesi olarak düşünülmüştür. İşletmelerde, herhangi bircihazın aniden arıza v.b. sebeplerle işletmeden çıkması durumlarında, söz konusu proses içinacilen bir ölçü aleti aranması ender yaşanan bir olay değildir.

Eleştirme, bu amacın yanında ters işlemi de (mevcut kullanılmayan bir chaz için, kul-lanabileceği uygun prosesi bulma) gerçekleştirebilecek şekilde tasarlanmıştır. Ancak kul-lanıcıya, kalibrasyon takibi sırasında cihazların sürekli proseslere uygun kaldığını kontroletme imkanı veren "uygunluk testi" özellikle vurgulanabilir. Burada ölçü aleti ve proses kodnr. lan girilip "test" istendiğinde, cihaza ait son veriler takip cetvelinden alındığından, herzaman güncel test yapılabilmektedir. Kriteler ise yine kaynakçadaki dokümanlarda dadeğinildiği gibi, cihazların tercihan 0.5 Max ile 0.9 max skala arasında kullanılması ve hatapayının (bilinmediği durumlarda taksimatın) proses toleransının 1/3'ünden küçük olmasıgibi temel ölçü tekniği kurallarıdır. Algoritma Şekil 5'de verilmiştir.

Cihaz Bulma' - • 1 - '

,- \

Pıoses hayıf/ verileri lam ."^-

yınlmişmı

evet / hed nr. \ evet\airiimtcmt'

Cıha? Üstesi ,

Proses Bulma ı

Cihaz^'verileri lam -

gınJmısmt-

Proses listesi

L.. .-j. ı-dian>eiı« ve oınrnr göre -<: tri *is>e taidma i

j Uygunluk Testi

-"Tüm cihaz-. ev<ye Proses verilen/

gırılmisnu '

/ K o d ıır lan eve!girilmişini

ilOP ;mesaj !

Mfn < Pcihaz no

Vi .P <Max ' î.9norn cihaz norv.

STOPmesai

atel

H 3 ^ P3V

* : Girildiyse, son kalibrasyondaki veriP n o m : Proses nominal değeriPtoı : Proses toleransı Şekil 5. Eşleştirme algoritması

157

3. Kullanım Notlan

Yazılım, tasarlama süreci ile birlikte adım adım hazırlandığından tüm aşamalarınıbağımsız olarak deneme (kullanma) olanağı elde edilmiştir. Bu kullanımlarda muhtelif boyut-larda kalibrasyon sistem ihtiyaçları göz önünde bulundurulmuştur. Elbetteki böyle biryazılımın verimliliği, kullanıcının cihaz parkındaki eleman sayısı en azından 50'in üzerinde iolduğu zaman gündeme gelebilir. Aksi takdirde elle tutulacak kayıtlarla zaman açısından •',-'kazanç dahi sağlanabilir.

Yazılımın vazgeçilmez olan veri tabanı kısmı (proses lisetis hariç) 1.1 versiyonu olarak,işlem menüsü eklenmiş hali (proses listesi dahil) 1.2 versiyonu olarak -200 cihaz ve -100proses kayda alınarak ayrı ayrı ve değişik operatörlerce kullanılmış, uygun ekran ve çıktıdüzenlemeleri yapılmıştır.

Kullanım esnasında her zaman parametre ve birim tanımlamalarının kullanıcınınisteğine (kişisel veya kurumsal sistematiklere göre) bağlı olarak değiştirilebileceği akıldatutulmalıdır. Örneğin kimi kullanıcı bir parametreyi kuvvet/tork olarak tanımlayıp hemMevvton hem de Newtonmetre birimlerinin beraber gruplarken, bir diğer (çoğunlukla cihaz /sayısının gözönüne alarak) bunları ayırmayı tercih edebilir.

4. Geliştirme Çalışmaları

Sertifika ve Basım ve Arşiv

Kalibrasyon yönetiminde, özellikle kullanıcı tarafından kalibrasyon yapılıyorsa yararlıolabilecek bir ilave, kalibrasyon sertifikası hazırlanamısj ve arşivlenmesidir. Burada ka-librasyon tekniğine bağlı olarak çoğunlukla gerçekleştirilen, lineerlik (histerisis entegrasyon-lu), tekrarlanabilirlik ve duyarlılık testlerinde alman ölçüm sonuçlarına göre değerlendirmeişlemleri de bölüme dahil edilebilir. Bu ekleme yönündeki çalışmalarımız devam etmektedir. $

Yeterlilik Araştırması

İstatiksel proses kontrolü uygulayan işletmelerde konunun kalibrasyon yönetimi iledirekt ilgisi olmasa da, cihazların yeterlilik araştırmaları yapılması gerektiğinden, konu cihazkartlarına entegre edilebilir. Bu durumda, yine işlem menüsü yeterlilik bölümünde "araştır-ma" isteyen kullanıcının, ölçü verilerini girmesi istenecek ve cihaz yeterliilği (capability) arzuedilirse son araştırma tarihi ile birlikte cihaz kartındaki yerini alacaktır. Bu bölüm planlamaaşamasındadır.

5. Sonuç i

Bir işletmedeki tüm ölçü aletlerinin kalibrasyon sistemine alınması ve yönetimin sorun- Vsuz bir şekilde sağlanması amacıyla tasarlanan ve geliştirilen bilgisayar progra-mı(CALexpert), pratik uygulamalar ve denemeler sürecinde hız ve kapasite olarak da opti-mize edilmiştir. Konuyla ilgili ihtiyaç, çoğunlukla ISO 9000 normları paralelinde çalışansanayi kesiminden kaynaklandığından, zaruri görülen veri tabanı ve dosyalama yanında,özelikle çağrı sistemine temel olan "Takip Cetveli" ile, sorunlarla karşılaşılan"Periyodlandırma" ve "Uygunluk" bölümleri ağırlıklı olarak ele alınmıştır. Yazılımın temelkarakteristiği, büyüklük olarak biri cihaz sayısı, biri proses sayısı, biri de kalibrasyon sayısı-na bağlı üç bağımsız veri dosyası ve bu dosyalarda kullanım, çalışma aralıkları, tolerans vehata payları gibi parametre ve birimler altında gruplanan sayısal alanları ile her tür gelişm- feye (veri tabanı veya matematiksel işlem bazında) uygun bir alt yapıya sahip olmasıdır. V

158

Ayrıca kullanıcı kesimin teknik bir disipline sahip olması gerekmediğinden, program herdisiplin tarafından yaygın ve rahat olarak kullanılan Windows (bugün artık işletim sistemiolarak kabul görmekte) altında hazırlanmıştır.

TEŞEKKÜR: Bu çalışma METRONORM A.Ş. ve Prosoft Ltd. Şti'nin desteği ve katkılarıile gerçekleştirilmiştir.

159

Kaynakça:

1. ISO/DIS 10012, Quality Assurance Reguirements for Measurin Equipment

2. DİN ISO 9001, Qualitatssicherungssysteme Modeli Zur Darlegung der jQualitatssicherung in Design/Entwicklung, Produktioan, Montage und Kundedients /

3. İhsan Akyüz, "Kalibrasyon ve Uluslararası Ölçü Sistemi İçerisinde İzlinebilirlik"UMTİK' 94, Ankara

4. SINIC Computertechnik, QSİ-PMV prüfmittelverwaltung software, Friedrichsdarf

5. Verfahrenstecnik, COMPLAN Compact Software, Bad Hamburg

6. OIML D 10- Guidelines for the determination of recalibration intervals of measuringequpment used in testing laboratorics.

160

KALİBRASYON KAVRAMI VE ÖNEMİ

Müh.Ütğm.G.Tamer EREN Elektronik Ve Haberleşme Mühendisi

1 .HÎBM.K.lığı Kalibrasyon Laboratuvarı Grup Amiri

YANSI -1 Bilindiği gibi ölçme bilimi (metroloji) ve onun temel uygulama alanlarındanbiri olan kalibrasyon,günümüzde kaliteli mal ve hizmet üretimi için vazgeçilmez unsurlardanbirisini teşkil etmektedir.

KALİBRASYON KAVRAMI VE ÖNEMİ

YANSI-1

YANSI-2 Ölçme teknolojisi insanoğlunun tarihi kadar eskidir.İnsanhğın ilk evresindenbugüne kadar gerçekleştirdiği tüm teknolojik aşamalar şu veya bu şekilde onun ölçme yeteneğiile yakından ilgilidir.

TEKNOLOJİK GELİŞME

YANSI-2

161

YANSI-3 Tarih boyunca insanoğlunun zihnini meşgul eden,ancak 19 ncu yüzyıldaAvrupa'dakı büyük sanayi devriminden sonra kaçınılmaz hale gelen teknolojinin her sahasındauluslararası düzeyde kabul gören ve kullanılan ölçüm standartlarının bulunması,kullanılabilecekşekilde hazırlanması ve geliştirilmesi konularını kapsayan ölçme bilimidoğruluk,hassasiyet,kesinlik ve kalibrasyon gibi kavramları da beraberinde getirmiştir.

f ÖLÇME BİLİMİ J

DOĞRULUK

HASSAStYET

KESİNLİK

KALİBRASYON

YANSI-3

Günümüzün atomlar arasındaki mesafeden galaksiler arasındaki mesafeye kadar hemenherşeyin çok hassas bir şekilde ölçülebildiği uzay çağı teknolojisinde asıl hedef;mevcutlayetinmek değil daha doğru,daha hassas dolayısıyla sürekli kalibreli sistemler olmuştur.

YANSI-4 Ölçme alanındaki çözülemeyen problemlerin,diğer teknolojik sahalarda daçeşitli sorunlara ve durgunluğa sebep olduğu Avrupa'daki büyük sanayi devrimi sonrası yaygınve seri üretim faaliyetleri sırasında anlaşılmıştır.Sanayi devrimiyle birlikte,gelişen teknoloji vesanayide üretim safhasında ortaya çıkan problemler bu aşamada kullanılmak üzere daha hassasve doğru ölçüm metodlarıyla ,test ve ölçü aletlerinin geliştirilmesini zorunlu kılmıştır.

DAHA HASSASVE

DOĞRUÖLÇÜM

METODLARÜRETİMSAFHASINDA

ORTAYA ÇIKANPROBLEMLER

TEST/ÖLÇÜALETLERİNİN

GELİŞTİRİLMESİ

YANSI-4

162

YANSI-5 Bu sistemlerin doğruluklarının sürekli olarak güvence altına alınabilmesi için detanımlanan veya üretilen ana ölçüm standartlarının belli doğruluk oranlarında kullanıcıseviyesine kadar sanayiye aktarılması gerekmiştir.Bu ise ana transfer standartlarınıngeliştirilmesi ve sistemlerin periyodik olarak doğruluk ile kesinliklerinin kontrol edilmesi vegerekli ayarların yapılması anlamına gelen periyodik kalibrasyonları ile mümkün olmuştur.Buamaçla ölçüm standartları seviyelendirilmiş ve her seviyede bu standartları muhafazaeden,bunları kullanarak daha alt seviyedeki standartlar ile test ölçü aletlerine periyodik kalibrehizmeti veren kalibrasyon laboratuvarları kurulmuştur.Böylece modern anlamdaki ölçme vekalibrasyon zinciri oluşturulmuştur.

YANSI-5

YANSI-6 Günümüzde sanayi seri üretime dayanmaktadır.Seri üretimin ön koşulu,birbütünün oluşturulması için farklı yerlerde üretilen birçok parçanın birbirleriyle belli toleransdahilinde uyması ve benzerleriyle eş özelliklere sahip olmasıdır.

YANSI-6

Ana transfer standartları veya peryodik kalibre faaliyetlerinin eksikliği nedeniyleparçaların fiziksel,kimyasal,mekanik ve boyutsal özelliklerinden birinin zaafa uğramasıhalinde,sonuçta meydana gelen ürün ıskartaya ayrılmakta ve tüketici,verdiği paranın karşılığını

163

alamamaktadır.Bu ise çok daha ciddi boyutlarda,toplumun huzur ve emniyetini dahi tehlikeyedüşürüp,çok büyük ekonomik kayıplara sebep olabilmektedir.Dolayısıyla hayatımızın hemenher safhasında vazgeçilmez olarak kullandığımız pek çok ürünün kalite güvencesi entegre birkalibrasyon programının yürütülmesine sıkı bir şekilde bağımlıdır.

YANSI-7 Endüstriyel devrimin ilk aşamalarında işletmeler açısından en büyükilerleme,üretim sonrası kalite kontrol kavramının yaygınlaşarak kullanılması olmuştur.Belirlizamanlarda üretimden alınan numunelerin analizleri sonucunda oluşturulanbilgilerle,pazarlanan ürünlerin kalitesini artırmaya yönelik bu kavram,endüstriyel devrimin ilkaşamalarında başarıyla kullanılmıstır.Ancak alınan küçük sayıda numunenin incelenmesisonucunda çeşitli istatistik yöntemler kullanılarak üretilen bütün parçalar hakkında kararvermek her zaman yeterli olamamıştır.Buna ek olarak üretimdeki patlama,yapılan her parçanınteker teker incelenmesini de olanaksız kılmıştır.Bu nedenlerle,yirminci yüzyılın ortalarınagelindiğinde üretim sonrası kalite kontrol yöntemi gerçek gereksinimin gerisinde kalmayabaşlamıştır.Bunlara ek olarak yine istatistiksel yöntemlere dayanan " kabul edilebilir kalitedüzeyi" kavramının da üretimin bazı alanlarında uygulanmasının son derece güç,hatta imkansızolduğu ortaya çıkmıştır.Öncelikle insan sağlığını ve güvenliğini içeren konularda gerekenkalitenin %100 olma zorunluluğu " sıfır hata " anlayışını yaygınlaştırmaya başlamıştır, doğalolarak,bu gereksinimlerin sonucunda " kalite kontrolün " üretim sonrası yerine,üretimin heraşamasında yapılması gündeme gelmiştir.Bu konuda karşılaşılan en büyük problem de,birbütünü oluşturan parçaların herbirinin yapımı sırasında örnekleme metodu ile kalite kontrolüsağlamanın neden olduğu büyük zaman ve kaynak kaybı olmuştur.Bunun üzerine ara veya sonürün yerine,prosesin kontrolü ön plana çıkmaya başlamıştır.Bu yöntemde ise ürün yerine prosesiçin kabul edilen alt ve üst sınırlar belirlenerek.son ürünün belirlenen normlarda olması sağlanır.

C KALİTE KONTROL KAVKAM!NI.\\GEÜŞİMİ /

> o > ÜRETİM SONRASI KALİTE KONTROL

KABUL EDİLEBİLİR KALİTE DÜZEYİ

SIFIR HATA ANLAYIŞI

5 t t PROSES KONTROLÜ

YANSI-7

YANSI-8 Ürün yerine prosesin kontrol edilmesi ve her geçen gün son ürün için kabuledilebilir toleransların azalması,üretime katkıda bulunan bütün unsurların bir sistem olarak ele

K-.4

alınmasını gerektirmiştir.Doğal olarak sistemin çeşitli noktalarında iyileştirilmeler yapılabilmesiiçin geri besleme mekanizmalarının kurulması gerekmiş ve bu da devamlı bir geliştirmesürecinin oluşmasını sağlamıştır.Sistemin bir bütün olarak ele alınmaya başlanması üzerine,ölçülebilirlik,belirsizlik,izlenebilirlik,kararhlık gibi metrolojide yaygın olarak kullanılankavramlar " kalite kontrolün " da vazgeçilmez unsurları haline gelmişlerdir.Fikir olarak çokgüzel olmasına rağmen, kalite kontrolda sistemin bir bütün olarak ele alınması,uygulamadabüyük güçlüklerle karşılaşmıştır.îşin karmaşıklığı, farklı konularda üretim yapan kuaıluşlarınsonuca ulaşmak için çok değişik yöntemler kullanması ve başarının tam olarak ölçülebilirkriterlere bağlanamaması kalite güvenve sistemlerinin oluşmasını olumsuz yöndeetkilemişlerdir.Bunun en önemli nedeni ise üzerinde uzlaşma sağlanmış ve bir standardabağlanmış tutarlı bir yöntemin eksikliği olmuştur.

C PROSES KONTROLÜ

ÖLÇÜLEBİLİRLİK

M İZLENEBİLİRLİK

KARARLILIK

YANSI-8

YANSI-9 Kalite güvence sistemi olarak da özetleyebileceğimiz,sistemin bir bütün olarakele alınması ve bunu yönlendiren startların oluşması ilk olarak ikinci dünya savaşı sonrası askeriüretimde görülmeye başlanmıştır.Oncelikle Amerikan silahlı kuvvetleri tarafından satın alınanmalzemenin üretimlerini belli standartlara göre yapılma zorunluluğu ülke çapında bir kalitegüvence sistemini oluşturmuştur.Daha sonra sistemin,belirli değişikliklerle,bütün NATOülkelerince benimsenmesi ilk uluslararası kalite güvence sistemi olan AQAP ( Allied QualityAssurancc Publications ) standartlarını oluşturmuştur.AQAP 'in başarılı bir şekilde kullanılmasısivil sektörde de ilgi uyandırmış ve İngiltere'de BS 5750 standartlar serisi kalite güvence sistemiuygulanmaya başJanmıştır.Seksenli yılların sonlarına doğru da ISO tarafından BS 5750 bazalınarak ISO 9000 kalite güvence standartları serisi yayınlanmış ve aralarında Türkiye'nin debulunduğu bir çok ülke bu standartları aynen kabul etmiştir.

165

( KALİTE GÜVENCE SİSTEMİ GELİŞİMİ Y

YANSI-9

Burada belirtilmesinde yarar görülen bir nokta ISO 9000 serisi standartların bir kalitegüvence sistemi oluşturduğu ve ancak bir model olduğudur.Bu nedenle ISO 9000 serisiniuygulayan bir firmanın ürünleri mutlaka " çok kaliteli" veya uygulamayan kuruluşunkiler de "kalitesiz " demek değildir.ISO 9000 büyük bir kolaylıktır.Yazılı bir standart olduğundan busistem uygulanınca yapılanların neler olduğu bellidir ve bu konuda üretici ile müşteri arasındabir mutabakat sağlanmıştır.Buna paralel olarak bir firma ISO 9000 belgesi alarak mutlakaürünlerinin kalitesini arttıracak demek değildir,ancak ISO 9000 belgesi almak için yapılançalışmalar,kuruluşlardaki eksik ve hataların kısa zamanda,açıkça ortaya çıkması açısından sonderece faydalıdır.Doğal olarak eksiklerini görüp bunları gideren ve hatalarını düzeltenkuruluşların ürün kalitesinde bir artış ve maliyetlerde bir azalmanın görülmesi de kaçınılmazdır.

Avrupa'ya entegre olma amacındaki Türkiye'nin,bu pazardaki büyük rekabet ortamındavarlığını sürdürebilmesi öncelikle "Yüksek verimlilik ile düşük maliyete kaliteli üretim" ilemümkün olabilecektir.

Teknolojinin gelişmesine bağlı olarak sanayinin envanterine giren hassas ölçü aleti sayıve çeşidindeki artış ile günümüz rekabet koşullarında kaliteli üretimin kaçınılmazlığı nedeniyleölçme biliminin dolayısıyla kalibrasyona verilen önemin daha çok artması gerekli olmaktadır.

KALİBRASYONUN TANIMI

YANSI-10 Kalibrasyon;doğruluğu bilinen bir standart/ölçüm sistemi kullanılarakdiğer bir standart,test/ölçü aleti veya sistemin doğruluğunun ölçülmesi,sapmaların belirlenmesimümkün ise ayarlanması veya raporlanmasıdır.

166

c KALİBRASYONUN TANIMI

KAL/BRASYON;DOĞRULUĞU BİLİNEN BİRSTANDART/ÖLÇÜM SİSTEMİKULLANILARAK DİĞER BİR

STANDART,TEST/ÖLÇÜ ALETİ VEYASİSTEMİN DOĞRULUĞUNUN ÖLÇÜLMESİ,

SAPMALARIN BELİRLENMESİ MÜMKÜN İSEAYARLANMASI VEYA RAPORLANMASIDIR.

YANSI-10

KALİBRASYONUN AMACI

YANSI-11 Teknolojik gelişmelerin üretim endüstrisine yansıtılması sonucundaçeşitli ürünlerin üretilmesi ve tüm insanlığın hizmetine sunulması beraberinde güvenilirlik,kaliteve standardizasyon ihtiyacını getirmektedir.Bu ihtiyaçların karşılanmasının ilk koşulukalibrasyondur.Bu kapsamda kalibrasyonun amacı;üretim aşamasında kullanılan tüm test/ölçüaletlerinin doğruluğundan emin olmak ve yapılan ölçüm işlemlerinin farklı yerlerde farklıtest/ölçü aletleri ile tekrarlanması durumunda aynı sonucun alınmasını sağlamak bir başkadeyişle alınan ölçüm sonuçlarını standartlaştırmaktır.

C KALİBRASYONUN AMACIACI J

KULLANILAN TEST/ÖLÇÜALETLERİNİN DOĞRULUĞUNDANEMİN OLMAK

ALINAN ÖLÇÜM SONUÇLARINISTANDARTLAŞTIRMAK

YANSI-1

167

İZLENEBİLİRLİK (TARCEABILITY)

YANSI-12 Kalibrasyonun belirtilen amacına ulaşmasının tek yolu izlenebilirlikzincirinin kurulmasıdır.En genel anlamıyla izlenebilirliği şu şekilde tarifedebiliriz.İzlenebilirliktir kalibrasyon laboratuvannın üst seviyedeki bir laboratuvar tararındandeğerlendirilerek verilen kalibrasyon hizmetinin doğruluğu ile güvenilirliğinin garanti altınaalınması ve uluslararası standartlara uygunluğunun sağlanmasıdır.BU kapsamda;kalibrasyonlaboratuvarının en üst seviyedeki standartları daha üst düzeydeki bir laboratuvar taralındankalibre edilerek test/ölçü aletlerinin doğrulukları güvenilir referanslaradayandınlmaktadır.Ayrıca bu tür standartlara sahip olan kalibrasyonlaboratu varlarımn;personel,standart,üretim ve kalite kontrol sistemi gibi konulardadeğerlendirilmeleri üst seviyedeki bir laboratuvar tarafından yapılarak laboratuvar sertifiyeedilmekte,verilen kalibre hizmetinin doğruluğu ile güvenilirliği garanti altına alınmakta veuluslararası standartlara uygunluğu sağlanmaktadır.Bu sistem;"izlenebilirlik" yada İngilizcekarşılığı olan "traceability" olarak isimlendirilmektedir.

Böylece üretimin çeşitli kademelerinde kullanılan test/ölçü aletlerinin de,sertifiyelikalibrasyon laboratu varları kanalıyla izlenebilirliği sağlanmakta ve laboratuvar tarafındanoluşturulan kalibreye çağrı sistemi yani recall ile takip edilmektedir.

C İZLENEBİLİRLİK(TMACEABtUTY)

BİR KALİBRASYON LABORATUVARININ

ÜST SEVİYEDEKİ BİR LABORATUVAR

TARAFINDAN DEĞERLENDİRİLEREK

VERİLEN KALİBRE HİZMETİNİNDOĞRULUĞU İLE GÜVENİLİRLİLİĞİNİN

GARANTİ ALTINA ALINMASI VE

ULUSLARARASİ STANDARTLARA

UYGUNLUĞUNUN SAĞLANMASIDIR.

YANSI-12

MİLLİ ÖLÇÜM MERKEZLERİNİN HİYERARŞİK YAPISI

YANSI-13 Aynı zamanda her ülkede bulunan/bulunması gereken milli ölçümmerkezlerinin de kendi aralarında izlenebilirlikleri vardır.Bu merkezler arasında transferstandartları vasıtasıyla izlenebilirlik sağlanarak uluslararası bir doğruluk elde edilmekte olupdünyadaki ölçü ayarlar sisteminin en üst kurumu olan Milletlerarası Ölçü Ayarlar Bürosu'na (International Bureau Of Weights And Measures ) ( BIPM ) izlenebilirlik sağlanmışolmaktadır.Böyiece yapılan tüm ölçümlerin dünyanın heryerinde aynı olmasısağlanmaktadır.Yansıda bazı gelişmiş ülkelerin Milli Ölçüm Merkezleri'nin BIPM ile olanhiyerarşik yapısı verilmektedir.

168

C MlUJ ÖLÇÜM MERKEZLERİNtS \HİYERARŞİ*. YAPISI /

| BIPM 1

NISTABD

[NPL | NRC | ETL

İNGİLTERE 1 KANADA 1 JAPONYA

PTB

ALMANYA

YANSI-13

YURTİÇİ KALİBRASYON MERKEZLERİ

Dünyada yirminci yüzyılın başlarında ulusal ve uluslararası metroloji sistemlerininoluşması ve ikinci dünya savaşından sonra kalite güvence sistemlerinin ortaya çıkmasını neyazık ki Türkiye çok gerilerden izlemiştir.Her ne kadar Osmanlı İmparatorluğu 1875 yılındakimetre konvansiyonunun kurucu üyeleri arasında bulunduysa da uzun yıllar ne ülke içinde birfaaliyet gözlemlenmiş,ne de uluslararası sisteme entegrasyon açısından her hangi bir ciddigirişimde bulunulmuştur.Cumhuriyetin ilk yıllarında kabul edilen Ölçü ve Ayarlar Kanunudoğru yönde atılmış ciddi bir adım olmasına rağmen işin sadece hukuksal yönüne bir açıklıkgetirmiştir.Konunun teknik yönden ele alınması Silahlı Kuvvetlerin girişimleri ile gündemegelmiş ve ilk metroloji laboratuvarı kurulma çalışmaları Hv.K.K.lığı bünyesinde altmışlı yıllardabaşlamıştır.

YANSI-14 Kara ve Deniz Kuvvetleri'nin bünyesindeki kalibrasyonlaboratuvarlarının izlenebilirlikleri bulunmamaktadır.Hv.K.K.lığı bu alanda Türkiye'deöncülüğü yaparak,uçuş emniyetini en üst düzeyde tutabilmek amacıyla envanterinde bulunantüm test/ölçü aletlerinin periyodik olarak kalibre edilmesini öngörmüştür.

K.K.K.LlĞlVpZ.K.K.UĞl\ 'HV.K.K.Uöh \j.GN.K.UĞl\ SH.G V.K.LIĞI

YANSI-14

169

YANSI-15 Bu amaçla ABD Hava Kuvvetlerinin yürüttüğü AIR FORCEMETROLOGY AND CALIBRATION PROGRAM ( AFMETCAL ) programına dahilolunmuş ve ilk kalibrasyon laboratuvarı MALATYA 'da kurulmuştur.Bu laboratuvar 1969yılında Akıncı'ya ,1972 yılındada bugünkü yeri olan 3 ncü Hava îkmal Bakım MerkeziKomutanlığı'na taşınmıştır.Daha sonra bu laboratuvara ilave olarak kurulan 1 nci Hava İkmalBakım Merkezi Komutanlığı'na bağlı Type IIA, 2 nci Hava İkmal Bakım Merkezi Komutanlığıve 4 ncü Üs Komutanlığı'na bağlı Type IIB, 6 ncı,8 nci ve 9 ncu Üs Komutanlıklarına bağlıolarak ta Type IV seviyesinde görev yapmakta olan toplam yedi adet kalibrasyon laboratuvarıHv.K.K.hğı başta olmak üzere Silahlı Kuvvetlerinin ihtiyaç duyduğu alanlarda ve dönersermaye kanalıyla sivil sanayi kuruluşlarının kalibrasyon ihtiyaçlarını karşılamak üzere hizmetetmektedir.ABD Hava Kuvvetleri Ölçme ve Kalibrasyon Programı hava ve yer silahsistemleriyle ,bunların destek ünitelerinin bakım ve idamesinde kullanılan tüm test ve ölçüaletlerinin doğruluklarının ve güvenilirliklerinin sürekliliğini sağlamak üzere başlatılmış disiplinebir programdır.Bu ise tüm test ve ölçü aletlerine periyodik olarak kalibre hizmeti verilmesiyleve cihazların doğruluklarının National Institute For Sandarts And Technology ( NIST ) 'debulunan milli ölçüm standartlarına kadar izlenebilirliğini sağlamakla mümkündür.Böylecesistemlerin tek başlarına doğruluk ve güvenilirlikleri yanında görevlerini başarabilmek içinirtibatlı oldukları diğer sistemlerle de uyumlu halde bulunabilmeleri garanti altına alınmış olur.

I.HİBM.K.TİP IIA

_ 3.HİBM.KTİP IIA

\

|

-

-

NIST |

• ı •

AGMC\

2.HİBM.K 1TİP IIB i

6. ÜS K.TİP IV

4.ÜSK. |TİP IIB I

8. ÜS K. ]

TİP IV

9. ÜS K. 1TİP IV

-

rYANSI-15

AFMETCAL programının odak noktasında ABD Hava Lojistik Komutanlığı'na bağlıOHIO'daki Aerospace Guidance And Metrology Center ( AGMC ) ve ABD Hava Kuvvetleri'nin tüm dünyaya yayılmış bulunan kalibrayon laboratuvarları ile test ve ölçü aleti kullanıcılarıolan diğer birlikler bulunmaktadır.AGMC Hava Kuvvetleri'nin en üst seviye laboratuvarı olan "Hava Kuvvetleri Ölçüm Standartları " laboratuvarlarına sahiptir.Bu merkez programınyürütülmesinde asıl sorumlu olarak diğer birimlerle koordine ederek,ihtiyaç duyulan ölçümçeşitlerine ve doğruluk oranlarına göre programın esaslarını,hedeflerini,politikasını veihtiyaçlarını belirler.Alt seviyedeki kalibrasyon laboratuvarlarına ve gerektiğinde kullanıcıbirliklere mühendislik desteği sağlar.Ayrıca bu laboratu varlara ait referans standartlarınınkalibre ve onarımlarını yaparak izlenebilirliklerini sağlar.Laboratuvarları değerlendirmeye tabitutarak yeterli gördüklerini belgelendirir ve çeşitli rehberlik hizmetlerini sunar.Türk Hava

170

Kuvvetleri'ne bağlı kalibrasyon laboratuvarları en son KASIM-1993 tarihinde değerlendirmeyetabi tutulmuş ve üstün başarılarından dolayı AGMC şeref listesine girmeye hak kazanmışlardır.

YANSI-16 Metroloji alanında Hava Kuvvetleri'nin başlatmış olduğu çalışmalar, 1972yılında Türkiye'de " Ulusal Metroloji Merkezi " kurulması amacıyla başlatılan çalışmalarladevam etmiştir.Ancak bu konuda oluşturulan komiteler,bilirkişi grupları,yıllarca bir sonucavaramadan çalışmışlar ve ortaya somut bir adım için gereken doneleri çıkaramamışlardır.Bununüzerine 1982 yılının başında Başbakanlık böyle bir merkezin kurulabilmesi için gerekli olanfizibilite çalışmasını TÜBiTAK'tan istemiş ve yapılan çalışmalar sonucunda oluşan rapor aynıyılın Aralık ayında Başbakanlık'a sunulmuştur.Raporun çeşitli kuruluşlarca incelenmesindensonra Başbakanlık 1983 yılının Temmuz ayında primer seviyede bir ulusal metroloji merkezininTÜBİTAK tarafından Gebze'de Marmara Araştırma Merkezi bünyesinde kurulmasını istemiş vebu konuda gerekli olan kaynağın aranmasına aynı yıl başlanmıştır. 1984 yılının Aralık ayındaUNIDO'dan sağlanan mütevazi bir proje ile TÜBİTAK bünyesinde ilk metrolojilaboratuvarlarının kurulmasına başlanmıştır.Bu laboratuvarlarının temel amacı altmışlı yıllardanberi Silahlı Kuvvetler bünyesinde kurulmuş veya kurulmakta olan ikincil seviye laboratuvarlarlayine diğer kuruluşların sahip olduğu alt seviye laboratuvarlar için gerekli olan kalibrasyonhizmetlerini vererek uluslararası sisteme entegrasyonlarını sağlamaktır.

Kurulan laboratuvarlann zamanla yetersiz kalması ve çok küçük ölçeklerde başlayanhizmetlerin giderek gelişmiş bir organizasyona gerek duyması üzerine,TÜBİTAK YönetimKurulu, 1992 yılı Ocak ayında Ulusal Metroloji Enstitüsü'nü (UME) kurdu.

Ayrıca sanayinin her kesiminde kullanılan test/ölçü aletlerine kalibre hizmeti verebilecekikinci seviyede kalibrasyon merkezide Türk Standartları Enstitüsü ( TSE ) tarafındanişletilmektedir.

C YURTİÇİ SİVİL KALİBRASYONMERKEZLERİ

TÜBİTAK-UME

YANSI-16

1 nci HAVA İKMAL BAKIM MERKEZİ KOMUTANLIĞI

KALIBRASYON LABORATUVARI

YANSI-17 1 nci Hava İkmal Bakım Merkezi Komutanlığı KalibrasyonLaboratuvarı Tip IIA seviyesinde bir kalibrasyon laboratuvarı olup 40 personeli ile görevyapmaktadır.Kalibrasyon laboratuvannın mevcut kalibre alanı 660 m^ olup bunun 144 m '̂likkısmı 100.000 sınıfı toz kontrollü temiz bir ortamdır.Bu ortamın çevre şartları,bunun dışındakalan kalibre alanlarına göre ayrı bir özellik taşımaktadır.

( I.HİBM.K.LIĞ1 \\^ KALİBRASYON LABORATUVARI J

PERSONEL^

ı VTESİS J>

•V 40 KİŞİ

TOPLAM KALİBRE ALANI

fyÇEVRE KONTROLLÜ ALAN

100.000 SINIFI ALAN

: 660 m2

: 660 m2

: 144 m2

YANSI-18 Hv.K.K.lığı tüm birlik ve kurumlarında kullandığı test/ölçü aletlerini birprogram dahilinde peryodik olarak kalibre ettirmektedir.Bir yönerge dahilinde uygulanan buprogramda sorumluluklar ve görevler belirlenmiş durumdadır. 1 nci Hava İkmal Bakım MerkeziK.lığı kalibrasyon laboratuvarı sorumluluğunda bulunan test/ölçü aletleri envanterinin,sonyıllarda yaklaşık %15 oranında bir artış göstermesine paralel olarak iş yükü de sürekliartmaktadır.Yansıda da görileceği gibi laboratuvarın kuruluşundan bu yana geçen 12 yıllık süreiçinde envanter 4617 kalemde 16071 adede ulaşmıştır.

CKALÎBRASYON LABORATUVARININ\YILLARA GÖRE ENVANTER DURUMU

KUÂKRASVONI.AUORATVVARININ YIIJAttAOÖRı: E\vA,\>n:ıt DVKVMÜ

£000

4000 .milliIVS1 1983 i m

YANSI-18^

YANSI-19 Envanterin son durumuna göre 1995 yılı için recall programı 11691 adetolarak belirlenmiş olup envanterin devamlı artması gözönünde bulundurularak 11800 adettest/ölçü aletinin kalibrasyonu planlanmıştır.

172

YANSI-19^

Kalibrasyon laboratuvarı,bölgesel kalibre /onarım sorumluluklarının yanı sıraHv.K.K.lığı envanterindeki Jet Motor bremzelerinin,yağ analiz ve hidrolik analiz cihazlarınınyerinde kalibre/onarımlarından da sorumludur.Bu nedenle yılda 60 ekibin,yerindekalibre/onarım amacıyla diğer birliklere görevlendirilmesi gerekmektedir.Ayrıca fabrikaiçerisinde kullanılan imalat ve test tezgahlarının, flowmetrelerin ve titreşim ölçüm sistemlerininde gerkli periyodik kalibreleri yerinde yapılmaktadır.

YANSI-20 Test/ölçü aleti kulanıcıları ellerinde bulunan cihazları kalibrekoordinatörleri vasıtasıyla kalibrasyon laboratuvarına bildirerek test/ölçü aletinin recallprogramına alınmasını sağlar.Böylece laboratuvar tarafından periyodik olarak kalibre çağrılarıyapılan test/ölçü aletlerinin laboratuvara gelerek kalibrelerinin yapılması sağlanır.Herbirtest/ölçü aletine Tanıtım Numarası ( İD.No ) verilerek bilgisayar ortamında takip edilmesitemin edilir.

KALİBRELİK CİHAZ BİLDİRİMİVE RECALL

TEST/ÖÜÇÛAIMTt

ın.mvmtiMBSi

" "

i

i

RECAU. i

Kalibrasyon Laboratuvarı,HV.K.K.'lığı ihtiyaçlarının yanısıra sahip olduğu altyapı veeğitimli personeliyle sivil sanayi kuruluşlarına da büyük hizmetlerde bulunmaktadır.Kalite veonun vazgeçilmez bir parçası kalibrasyonun önemini kavramış olan Türkiye'nin belli başlı

173

büyük kuruluşları, izlenebilir kalibre ihtiyaçlarını l.HİBM.K.'lığı KalibrasyonLaboratuvan'ndan Döner Sermaye Genel Müdürlüğü aracılığı ile almaktadırlar.Yapılan herkalibre sertifikalandırılmakta ve izlenebilirlik sağlanmaktadır.

1 .HİBM.K.lığı Kalibrasyon Laboratuvarı,Türkiye'de kalibre bilincini geliştirmekdolayısıyla kalitenin yükselmesiyle tüketiciye daha dayanıklı mal satmak ve uluslararasıgeçerliliği olan kalite belgelerine sahip olarak ihracat miktarında büyük artışlar sağlamakamacıyla sivil sanayi kuruluşlarına verdiği desteği her zaman sürdürmeğe devam edecektir.

174

KUVVET STANDARDININ OLUŞTURULMASIVE

SANAYİYE TRANSFERİ

Sinan FANK, Hakan Özgür ÖZBAY, Şakir BAYTAROĞLUTÜBİTAK,Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME), P.K.21, 41470 Gebze-KOCAELİ

Özet : Bu çalışmada tüm dünyadaki metroloji enstitülerinde, birincil seviyedeki kuvvetstandardının tanımına göre nasıl gerçekleştirildiği, UME'de kurulan sistemin açıklanması,üretilen kuvvet değerlerinin uluslararası seviyede olduğunun ispatlanması için gerçekleştirilenuluslararası karşılaştırma yöntemi ve kuvvet biriminin sanayiye transferinin nasılgerçekleştirildiği anlatılmıştır.

1. Giriş

Üretim aşamalarındaki kalite kontrol ölçümlerinde, üretimde kullanılan makina ve cihazlarınkontrolünde, robot teknolojisinde, malzeme testlerinde, uçak, inşaat, makina, gemi,otomotivgibi bir çok mühendislik dalında, emniyet mühendisliğinde, askeri ve uzay çalışmaları gibibir çok alanda kuvvet ölçümüne ihtiyaç duyulmakta, bu nedenle de doğru ve hassas ölçülmesibüyük önem taşımaktadır.

Endüstri, bilim ve teknolojideki kullanımı ve önemi gün geçtikçe artan kuvvet ölçümü, yüksekdoğruluklu kuvvet dönüştürücülerinin üretilmesi ve geliştirilmesini sağlamıştır. Bu konudakiçalışmalar artan doğruluk taleplerine paralel olarak gelişmektedir. Kuvvetdönüştürücülerindeki bu gelişme, doğal olarak daha küçük belirsizliğe sahip kalibrasyonsistemlerine ihtiyacı doğurmuştur.

Kuvvet dönüştürücülerinin kalibrasyonunda kullanılan sistemler, kuvvet standardı makinası(KSM) olarak anılmakta ve ihtiyaç duyulan doğruluk seviyesine göre çeşitli tiplerdebulunmaktadırlar. KSM'ler içinde en yüksek doğruluğa sahip makinalar ölü ağırlıklı olanlardırve kuvveti birimine göre üretmektedirler. Büyük kuvvet değerlerinde, ölü ağırlıklı makinalannekonomik olmaması nedeniyle, ölü ağırlıklar tarafından üretilen kuvveti manivela veyahidrolik olarak büyüten makinalar kullanılmakta fakat bunlarda doğruluk bir miktarazalmaktadır. [1]

Kuvvet, 1 kg'lık kütleye 1 m/sn2 ivme veren fiziksel büyüklük olarak tanımlanır ve birimiNewton (N)'dur.

Doğrudan yükleme, kuvvet üretme metodlan arasında en hassasıdır ve bu metod ile kuvvet,birimin tanımına göre yerel yerçekim ivmesi göz önüne alınarak kalibre edilmiş kütlelerinağırlıklarıyla üretilir. Kütlelerin bağıl belirsizliği yaklaşık 5-10"6 civarındadır. Yerel yerçekim

175

ivmesi de 1-10"6 bağıl belirsizliğinde belirlenir. Havanın kaldırma kuvvetinin kütlelerüzerindeki etkisi düşünüldüğünde , yoğunluk belirlemesinden gelen hatanın katılması gerekirki bu değer 1-10"6 mertebesindedir. Bu durumda ağırlıklarla üretilen kuvvet değerinin teorikbağıl belirsizliği 1-5-2-10"5 mertebesindedir. Kuvvet değeri aşağıdaki formüle göreoluşturulmaktadır.

<(D

Burada, F : Üretilen kuvvet, m : Kütle değeri, g : Yerel yerçekim ivmesi, dh : Havanınyoğunluğu, dm : Kütlenin yoğunluğu'dur.

.1 '.

Ağırlıklarla üretilen kuvvet değerleri çoğu zaman hidrolik veya manivelalı sistemlerlebüyütülerek yüksek değerlere ulaşılır. Bunun nedeni, ölü ağırlıklarla yüksek değerlereulaşmanın çok büyük hacimli ve pahalı makinaların yapılmasını gerektirmesindendir. Hidroliksistemlerde, piston ile silindir arasındaki boşluklar, sıcaklıkla piston alanının ve yağviskozitesinin değişmesi, imalattan kaynaklanan hatalar, sızıntılar gibi nedenlerle, hidrolikbüyütmeli kuvvet makinalannın belirsizlik seviyesi l-r-2-10"4 olarak gerçekleşebilmektedir.

Manivelalı sistemlerde ise, manivela boyunun belirlenmesi, maniveladaki sehimler,yataklamadan gelen hatalar ve sürtünmeler nedeniyle bu tip makinaların belirsizlik seviyesi /yine 1-5-2 10"4 olarak gerçekleşebilmektedir.

Kuvvet metrolojisi alanında uluslararası işbirliği çerçevesinde, çeşitli ülkelerde oluşturulankuvvet değerleri arasındaki yakınlığın kabul edilebilirliği ve kuvvetlerin hangi belirsizlikseviyesinde gerçekleştirildiği uzun yıllardır tartışılmaktadır. Bu durum uluslararası ticaretaçısından büyük öneme sahiptir ve gerçekleştirilen kuvvetlerin standartlaştınlması talebinidoğurmuştur. Aynı zamanda bir kuvvet ölçme cihazı ( kuvvet dönüştürücüsü ve göstergeünitesi beraber kullanıldığında kuvvet ölçme cihazı adını almaktadır ) tüm ulusallaboratuvarlarda belirtilen belirsizlik sınırlan içinde kalibre edildiğinde elde edilen sonuçlann i

aynı olması gereklidir. Bu nedenle ülkeler birbirleri arasında karşılaştırmalı ölçümler yaparaksonuçlann biribirlerine olan yakınlığını belirlemektedirler. [2]

Ülkemizde oluşturulan kuvvet standardı ve elde edilen kuvvet değerlerinin belirtilen belirsizlikseviyesinde olduğunun ve doğruluğunun kanıtlanması için UME ile PTB (Alman MetrolojiEnstitüsü) arasında karşılaştırmalı ölçümler gerçekleştirilmiştir.

2. UME Kuvvet Standardı Makinaları

Bu kısımda, UME kuvvet laboratuvannda bulunan ve kuvvet ölçme cihazlarınınkalibrasyonunda kullanılan KSM'ler kısaca tanıtılacaktır.

176

2.1 11 kN'luk OIü Ağırlıklı Kuvvet Standardı Makinası

Bu makina, 1 kN, 2 kN, 5 kN, 10 kN'luk kuvvet değerlerini ölü ağırlıklar yardımıyla, % 10artımlarla 10 adımda gerçekleştirebilmektedir. Aynca belirtilen kuvvet değerlerine % 10'lukbir ek yük uygulanabilmekte ve böylece aşın yükleme testlerine de olanak sağlamaktadır. Bumakinanın şematik resmi şekil. 1'de görülmektedir.

Disk şeklindeki ağırlıklar bir yığın halinde taşıyıcıtabla üzerinde oturmaktadır. Bu taşıyıcı tablaservomotor tahrikli bir vida mekanizmasıyla aşağı-yukan hareket edebilmektedir. Tablanın aşağıhareketi esnasında ilk kütle kuvvet dönüştürücüsününyüklenmesini sağlayan yükleme gövdesine asılmakta,diğer kütlelerde ara bağlantı elemanlan yardımıylabirbirine asılmaktadırlar. Yükleme gövdesindenbağımsız çalışan hareketli ayar tablalan (2 adet),kuvvet dönüştürücüsünün oturtulduğu (basmada)veya asıldığı (çekmede) elemanlar olup dönüştürü-cünün boyutlanna göre serbest hareket ederek ayaryapmayı sağlarlar. Makina yaklaşık 3.5 m yüksekli-ğinde ve taban alanı 70 x 70 cm boyutlanndadır.Makinada kuvveti üreten ölü ağırlıklar PTB kütlelaboratuvannda kalibre edilmiştir. Şekil 1. UME 11 kN Olü Ağırlıklı

KSM'nın Şemetik Resmi

Bu makinanın ölçme belirsizliğinin 2 .10'5 mertebesinde olduğu tahmin edilmektedir. (Kesinsonuçlar uluslararası ölçümlerden sonra belli olacaktır.)

2.2 1.1 MN (1100 kn ) 'luk Kuvvet Standardı Makinası

Bu makina iki kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısım kuvveti, 11 kN'luk makinada olduğu gibidoğrudan yüklemeyle, ölü ağırlıklar kullanarak üretmektedir. 20 kN, 50 kN, 100 kN'lukkuvvet değerleri % 10 artımlarla 10 adımda gerçekleştirilmektedir. Ağırlıklann yüklenmesive makinanın çalışma prensibi 11 kN'luk makina ile tamamen aynıdır.

Makinanın ikinci kısmı ise, birinci kısımdaki ölü ağırlıklarla üretilen kuvvet değerlerinin, birmanivela yardımıyla 10 kat büyütüldüğü taraftır. Bu kısımda da 200 kN, 500 kN ve 1000kN'luk kuvvetler aynı şekilde % 10 artımlarla 10 adımda gerçekleştirebilmektedir.Makinanın her iki kısmında da belirtilen kuvvet değerlerine % 10 'luk bir ek yükuygulanabilmekte ve böylece aşın yükleme testleri de gerçekleştirilmektedir. Bu makinanınşematik resmi şekil.2'de görülmektedir.

177

Şekil 2. UME 1.1 MN'luk Kuvvet Standardı Makinasının Şematik Resmi

Makinada, 110 kN'a kadar olan kuvvetler ölü ağırlıklar yardımıyla üretildiği ve manivelalıkısımdan bağımsız olarak kullanılabildiği için ayrı bir KSM olarak ele alınabilir. Fakatmanivelalı kısım tek başına kuvvet üretememekte ölü ağırlıklara ihtiyaç duymaktadır.Bu makinada ölü ağırlıklı kısımdaki ölçme belirsizliği 2-105 , manivelalı kısımdaki ölçmebelirsizliği ise 1-10"4 mertebesinde olduğu tahmin edilmektedir.

Klasik kuvvet makinalannda, manivelaların mesnet noktalarında bıçak sırtı sistemikullanılmaktadır. Fakat bu uçların zamanla aşınması, büyütme oranında değişimlere yolaçmakta ve üretilen kuvvet değerlerinin sapmasına neden olmaktadır. UME'de kurulan yeniKSM'de bu yataklama yerine, aşınma oluşturmayacak gerinim ölçerli (strain gage ) elastikeğilme elemanları kullanılmıştır. Şekil.2'de bu elemanların manivelaya bağlanmasıgösterilmiştir.

Ölü ağırlıkların manivelanın bir ucuna yüklenmesiyle eğilme olacak, bu esnada her üçnoktadaki elastik elemanlarda eğilme meydana gelecek ve bu eğilme strain gage'ler tarafındanhissedilip sinyal üretilecektir. Bu sinyal bilgisayar tarafından değerlendirilip KSM'nınmanivelalı kısmındaki hareketli ayar tablasının aşağı yukarı hareket etmesi için servomotorasinyal gönderilir. Elastik elemanlardaki eğilme momentinin sıfır olduğu konumda,servomotor durup manivelanın yatay pozisyona gelmesi sağlanmış olur. Oluşan kuvvetindaima yere dik olması ve bileşen kuvvet oluşmaması için, manivelanın yere paralel olmasıgereklidir. Bu sistemin buna imkan tanıması ve tamamen bilgisayarla kontrol edilebilmesi enbüyük özelliğidir ve bu sistemle çalışan ilk birincil seviye kuvvet standardı makinası UMEkuvvet laboratuvannda kurulmuştur.

178

Bu makina manivelalı tarafta dahi 1 • 10~4'lük ölçme belirsizliğine sahip olduğu için, Avrupa'dakullanılan EN 10002-3 standardına göre en yüksek doğruluk sınıfına sahip (GOO) ve aynızamanda transfer standardı olarak ta kullanılan kuvvet dönüştürücülerinin, kalibrasyonunaimkan sağlamaktadır.

Her iki KSM'da da yükleme gövdesinin ağırlığı (ölü ağırlıklı makinalarda) ilk kuvvet adımınıoluşturacak şekilde imal edilmiş ve kalibrasyonu yine PTB'de gerçekleştirilmiştir.

Bu makina yaklaşık 5 m yüksekliğinde, 160 x 270 cm taban boyutlarında ve 22 tonağırlığındadır. o

3. Uluslararası Karşılaştırmalı Ölçümlerde Kullanılan Yöntem

Her ülke ihtiyaç duyduğu çalışma aralığına ve belirsizliğine göre kuvvet skalasını oluşturur.Skalalanndaki kuvvet değerleri çeşitli yöntemlerle gerçekleştirilir. Bu gerçekleştirilirken,ihtiyaç duyulan doğruluk seviyesine göre karar verilir. En basit yöntem, referans kuvvetdönüştürücü kullanarak, kuvvet uygulayabilecek bir makina aracılığı ile (hidrolik veya vidalı)daha düşük sınıflı kuvvet dönüştürücülerini kalibre etmektir. Fakat bu sistemlerde ölçmebelirsizliği 1 • 10"3 mertebesindedir ve izlenebilirlik bir başka ülke üzerinden sağlanmakzorundadır. Bu sistemler hiç bir zaman birincil seviyede bir kuvvet standardı olarak kabuledilemezler. Fakat düşük doğruluk sınıflı kuvvet dönüştürücülerinin kalibrasyonundakullanıldıkları için kuvvet kalibrasyon makinası olarak kullanılabilirler.

Birincil seviyede bir kuvvet standardının oluşturulabilmesi için kuvvet biriminin tanımına göregerçekleştirebilmesi gerekir. Bunun için formül (l)'de de açıklandığı gibi ölü ağırlıklarınkullanılması gerekir. Her ülke tanımına göre oluşturduğu kuvvet değerlerinin, diğer ülkelerleuyumlu olmasını sağlamak ve doğruluklarından emin olumak için, karşılaştırmalı ölçümleregirmektedir. Bu konuda son 15 yıldır yoğun bir çalışma gerçekleştirilmektedir. Şu andaAvrupa içinde en geniş kuvvet skalasına sahip ülke Almanya'dır ve ve bu skalanın 2 MN'kadar olan kısmı ölü ağırlıklı KSM'lerle gerçekleştirilmektedir. ABD'de ise bu değer 4.5MN'a kadar ölü ağırlıklarla gerçekleştirilmektedir.

UME'de kurulan kuvvet skalasının doğruluğunun ispatlanması, Almanya ve diğer ülkeler ilekuvvet değerlerinin yakınlığının belirlenmesi amacıyla karşılaştırmalı ölçümlere girilecektir(Ağustos 1995 - Bu bildirinin hazırlandığı tarihte henüz ölçümler gerçekleştirilmediği içinsonuçlar basılamamıştır, fakat bildiri sunuş tarihinde sonuçlar gösterilecektir). Karşılaştırmalıölçümler PTB-UME arasında gerçekleştirilmiştir.

179

Karşılaştırmalı ölçümlerde transfer standardı olarak kullanılan yüksek doğruluk ve kararlılığasahip kuvvet dönüştürücüleri her iki ülkenin kuvvet standardı makinasında bir seri ölçüme tabitutulur. Bulunan sonuçlar özel istatistik yöntemlerle değerlendirilerek makina karakteristiklerihakkında karar verilir. [3]

Karşılaştırmalı ölçümlerde 1 kN, 2 kN, 5 kN, 10 kN, 20 kN, 50 kN, 100 kN, 200 kN, 500kN, 1 MN'luk PTB'ye ait ve uzun yıllardır uluslararası karşılaştırmalı ölçümlerdekullanıldıkları için kararlılığı ispatlanmış kuvvet dönüştürücüleri kullanılmıştır.

Gösterge cihazından gelebilecek belirsizliği en aza indirmek için çok yüksek kararlılık veçözünürlüklü gösterge cihazı kullanılmıştır.

Bu kuvvet dönüştürücüleri PTB 'de100 kN ve 1 MN'luk ölü ağırlıklıKSM'lerde ölçülmüş, sonra UME'deanlatılan KSM'lerde ve son olaraktekrar PTB'de aynı ölçümler gerçek-leştirilmiştir. Kullanılan ölçmeprosedürü, ölçme belirsizliğine katkısıolduğu bilinen parametrelerinetkilerini en aza indirmek için özelolarak geliştirilmiştir. Aşağıdaki altbaşlıklar bu parametreleri kısacatanımlamakta ve etkilerini en azaindirecek yolları göstermektedir.

Şekil 3. Karşılaştırmalı ölçümlerde kullanılanhassas gösterge cihazı ve bir kaç kuvvetdönüştürücünün resmi

3.1 Zaman Aralığı

Her kuvvet dönüştürücüsü farklı sürünme özelliği gösterdiği halde, genel olarak sürünme hızı,yükleme veya boşaltmayı izleyen birkaç dakika içinde hızla düşer. Sürünme etkisini en azaindirmek ve kararlı bir cevap alabilmek için her yükün uygulanma süresi olarak 3 dakikanınyeterli olduğu belirlenmiştir.

3.2 Makina ile Kuvvet Dönüştürücüsü Arasındaki Etkileşim

Bu etkileşim ölçümün belirsizliğini büyük oranda etkilemektedir. Kuvvet dönüştürücüsününKSM'na yerleştirilmesindeki normal uyumsuzluklar ( makinanın yük ekseninden sapmalar,vs.) kuvvet dönüştürücüsünde eğme,kayma, burma gibi bileşenler oluşturabilir ve bu durumsonuçlan etkiler. Bu hataları en aza indirmek için dönüştürücünün çeşitli simetrik dönmepozisyonlarında yüklenmesi istenir. Bu nedenle kuvvet dönüştürücüsü, makina ekseni etrafına0°, 90°, 180°,270°, 360°'lik açılarda döndürülerek herbir açıda 2'şer

180

seri ölçüm yapılır. Her açısal dönümden önce 3 kez ön yükleme yapılarak kararlılık sağlanır.Her bir seri ölçüm kuvvet dönüştürücüsü en yüksek ölçme değerinin (kapasitesinin) %40'ndan başlamak üzere % 10 artımlarla gerçekleştirilir. Her bir açıdaki yükleme, artankuvvetler yönünde gerçekleştirilirken, 360° konumundaki 2. seri ölçüm, histeresiz hesabı içinazalan kuvvet yönünde de gerçekleştirilir.

3.3 Çevre Koşulları

Sıcaklıktan gelecek hataları en aza indirmek için, ortam koşullarının çok iyi kontrol edilmesigerekir. Ayrıca PTB ve UME laboratuvar koşullarının aynı olması gerekir. Bu nedenleölçümlerden önce UME lab. koşullan PTB'nin koşullarına uyacak şekilde klimalarayarlanmıştır. Ölçümlerden önce kuvvet dönüştürücüleri ve gösterge cihazı, sıcaklıkkararlılığının sağlanması için 3 gün laboratuvarda bekletilmiştir.

4. Ölçüm Sonuçları

Bildiri hazırlandığı esnada ölçümlerin henüz bitirilmemiş olması nedeniyle sonuçlarverilememiştir. Fakat sunuş esnasında anlatılacaktır.

5. Kuvvet Biriminin Sanayiye Transferi

Ölü ağırlıklı kuvvet standardı makinalannda tanımına göre üretilen kuvvet değerleri, yadoğrudan ya da büyütülerek (Hidrolik veya manivelalı sistemle) kuvvet dönüştürücülerininkalibrasyonunda kullanılır. Kalibre edilen kuvvet dönüştürücüleri sanayinin ihtiyaç duyduğutüm alanlarda kullanılabilir. Örnek olarak, malzeme test makinalannda çekme-basmakuvvetlerinin kontrolü veya kalibrasyonu için, kalibre edilmiş yüksek doğruluk sınıfına sahipkuvvet dönüştürücüleri kullanılır. Burada test makinasında, numune bağlanan kısmayerleştirilen kuvvet dönüştürücüsüne, makina tarafından yük uygulanır. Kuvvet dönüştürü-cüsünün göstergesinden okunan kuvvet değeriyle test makinasının göstergesinden okunankuvvet değerleri karşılaştmlarak değerlendirme yapılmaktadır. Aynı şekilde bu konuda ihtiyaçduyulan tüm alanlarda bu prensibe göre değerlendirme yapılmakta veya bu şekilde kuvvetbirimi sanayiye taransfer edilmektedir.

Şekil 4'te kuvvet skalasının oluşturulması ve sanayiye transferi ile ilgili akış şemasıgösterilmiştir.

181

Kütle Standardı Uzunluk Standardi•m"

Zaman Standardi

Yoğunlukdhava > dkütle

Yerel StandartYerçekun ivmesi

ölü Ağırlıklı KuvvetStandardı Makinası

Standart Kuvvet Değeri

Oransal AitffimkKuvvet Standardi Makmasi

Manivela ile

Kuvvet DönüştürücüsüKalibrasyonu - Sınıf G00

Hidrolik

Kuvvet KalibrasyonMakinalan

Tek Referans KuvvetDönüştürücü ile

3 Adet KuvvetDönüştürücü ile

( Biriktirme Yöntemi)

Kuvvet DönüştürücüsüKalibrasyonu - Sınıf Ol

Sanayiye Transfer Test tn«irin»t«fiwin doğrulama ölçümleri,proses kontrolü, end. uygulamalar, vs.

Şekil 4. Kuvvet Skalasımn Oluşumu ve Sanayiye Transferi Akış Şeması

182

Kaynaklar:

1. " Mekanik Metroloji Laboratuvarlannın Mevcut Kalibrasyon İmkanları ve Kısa DönemAmaçlan", Mekanik Metroloji Grubu, TÜBİTAK-MAM/UME, Gebze-KOCAELİ, 1995.

2. "Realization of forces up to 1 MN on an international level", M. Peters, IMEKO TC-3on Measurement of Force and Mass, Kobe, Japan, 1984.

3. "Summary of the Intercompanson of the National Institute of Standards and Technology,USA and Physikalisch-Technische Bundesanstalt, S.L. Yaniv, A. Sawla, M. Peters,Germany", J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 96, 529, (1991).

183

KUVVET DÖNÜŞTÜRÜCÜLERİ KALİBRASYON PROSEDÜRÜ

Sinan FANK, Hakan Özgür ÖZBAY, Şakir BAYTAROĞLUTÜBİTAK, Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME), P.K. 21, 41470 Gebze-KOCAELİ

Özet: Bu bildiride, UME Kuvvet Laboratuvannda kuvvet ölçme cihazlarının kalibrasyonundakullanılan prosedür anlatılmıştır. Ölçüm sonuçlarına göre gerekli parametrelerin hesaplanmasıve bu parametrelere göre kuvvet ölçme cihazlannın sınıflandırılması da ele alınmıştır.Prosedür ve sınıflandırma EN 10002-3'e göre yapılmış ve tablosu bildiride verilmiştir. Ayrıcakuvvet ölçme cihazlarının kalibrasyonunda kullanılan ve kuvvet birimini gerçekleştiren Ulusalkuvvet standardı makinalan kısaca tanıtılmıştır.

1. Giriş

Dönüştürücünün (transdüser) ölçmedeki tanımı, özel bir büyüklüğe kullanılabilir bir çıkışsağlayan cihaz, olarak yapılmaktadır. Bu açıdan bakıldığında kuvvet dönüştürücüleri, mekanik /.bir büyüklük olan yük veya kuvvete karşılık, elektriksel çıkış verdikleri için bu adıalmaktadırlar. Kuvvetin elektriksel çıkışa dönüşü dirençli, indüktif, kapasitif ve piezoelektrikprensiplere göre gerçekleştirilir. Bu dönüşümün sağlanması için, yükün uygulandığı elastikbir elemanın bulunması ve kiriş, halka, kolon gibi konstrüksiyonlara sahip bu elastikelemanların, yük ile elestik deformasyona uğraması gereklidir. Bu elastik deformasyon ileelemanda meydana gelen çökme, uzama veya kısalma gibi değerler yukarıda belirtilenelektriksel prensiplerden biriyle ( en çok kullanılanı dirençli tip strain gage'lerdir) elektriksinyallerine dönüştürülür. Elastik deformasyonun mekanik veya optik olarak okunabildiğisistemler de mevcuttur. Bu durumda elektriksel çıkış yerine mekanik çıkış alınmaktadır. /

Günümüzde proses kontrolü, bilgisayarlarla iletişim gibi nedenlerle, kuvvet ölçme cihazlannıntamamına yakını, elektriksel prensiplerle, elastik elemandaki çökmeyi değerlendirmektedirler.

Bu sistemler daha çok yük ölçme sistemlerinde kullanıldıklan için yük hücresi olarakdaanılmaktadırlar. Yük hücreleri ile kuvvet dönüştürücüleri, konstrüksiyon ve çalışma prensibiolarak tamamen biribirinin aynı olmalanna rağmen, birincisi yük ölçme sistemlerinde(teraziler, kantarlar, vs.) diğeri ise, kuvvet biriminin transferinde kuvvet standardı olarakkullanıldıklan için, kuvvet dönüştürücüleri daha farklı ve yüksek metrolojik özellikleresahiptirler. i

Kuvvet dönüştürücüleri uygulamada, üretim aşamalanndaki kalite kontrolde (takım tezgahlan,robot kollan vs.) ,emniyet mühendisliği ( otomobil çarpma testleri, belirli kuvvet değerinegöre tüm sistemi açma veya kapatma için, vs.), malzeme testlerinde kullanılan makinalannındoğruluğunun belirlenmesine yönelik ölçümlerde, her türlü yük ölçme sistemlerinde, uzay veaskeri çalışmalarda yaygın olarak kullanılmakta, doğru ve hassas olarak ölçüm yapabilmesibüyük önem taşımaktadır.

184

Bu nedenle kuvvet dönüştürücülerinin çıkış sonuçlarının belirli bir güvenlikte kullanılabilmesiiçin belirli aralıklarda kalibre edilmeleri gerekir. Ne kadar sık kalibre edilecekleri isekullanma sıklığı ve şartlarına bağlıdır. Normal olarak yılda bir kalibre edilmeleri tavsiyeedilirken, ağır koşullar, kötü ve çok sık kullanım gibi durumlarda, kalibrasyon süresikısalabilmektedir. Kalibrasyon işlemi yalnızca bu konuda uzmanlaşmış laboratuvarlartarafından gerçekleştirilebilir. [ 1 ]

Genel olarak kalibrasyon, farklı sonuçlar ve yorumlar vermeyecek bir çalışmadır. Fakat yinede kalibrasyonda farklı laboratuvarlar tarafından farklı prosedürler ve sAflandırma kriterlerikullanıldığı için bazı zorluklar la karşılaşılmaktadır. Bu konuda bir birliğe varmak ve tümkalibrasyonlann aynı prosedürle gerçekleştirilmesini sağlamak amacıyla Avrupa'da EN 10002-3 standardı hazırlanmış ve tüm laboratuvarlar tarafından kullanılmaya başlanmıştır. UME'dede bu amaçla, aynı standarda göre kalibrasyonlann gerçekleştirilmesi kararlaştırılmıştır.Aşağıda EN 10002-3 standardına göre bir kuvvet ölçme cihazı kalibrasyonunungerçekleştirilmesi ve sınıflandırılması anlatılmıştır. Buradaki kuvvet ölçme cihazı terimi, yükveya kuvvet uygulandığında elastik deformasyona uğrayan bir eleman ve bu deformasyonunmekanik veya elektriksel olarak okunmasını sağlayan sistemler için kullanılır. [2]

2. Prosedürün Kullanıldığı Alan

Bu prosedür, tek eksenli test makinalannın (çekme-basma test makinalan) statik doğrulanmasıve kuvvet biriminin transferinde kullanılan elastik kuvvet ölçme cihazlarının (kuvvetdönüştürücüsü-yük hücresi, ölçme halkası, dinamometre, vs. gösterge cihazı ile birlikte)kalibrasyonunda kullanılır. [3]

Kalibrasyon elastik kuvvet elemanına bilinen kuvvetlerin uygulanması ve gösterge cihazındanokunan değerlerin kaydedilmesi prensibine dayanır.

3. Kuvvet Ölçme Cihazının Özellikleri

Kuvvet ölçme cihazı genel olarak iki parçadan oluşur. Bunlardan biri kuvvet dönüştürücüsü,diğeri ise gösterge cihazıdır. Kuvvet dönüştürücüsü ve gösterge cihazı, günümüzde genellikleelektriksel metodlan kullanarak ölçüm yapmalanna rağmen, yük uygulanan elemanın çökmesiyeterli doğruluk ve kararlılığa sahip mekanik, optik veya diğer yöntemleri kullanarak taölçülebilmektedir. Elektriksel ölçme metodlarını kullanan ölçme cihazlan, esas olarak kuvvetdönüştürücüleri için voltaj veya akım kaynağı, sinyal yükseltici, köprü devresi ve göstergeünitesini içerir. Kuvvet ölçme cihazının parçalanna çekme ve basma için ayn ayn kullanılanmekanik bağlantı elemanlan, kablolar ve buna benzer ara bağlantı elemanlannıda eklemekmümkündür. Kuvvet dönüştürücüsü ve bağlantı elemanlan, çekme veya basma yönündekieksenel kuvvetlerin uygulanmasına uygun olacak şekilde tasarlanırlar.

185

4. Kuvvet Ölçme Cihazının Doğrulanması

Kalibrasyona başlamadan önce kuvvet ölçme cihazının kalibre edilebilirliğinden eminolunması için bazı ön testlerin ve tespitlerin yapılması gereklidir. İlgili çalışmalar aşağıdaanlatılmıştır.

4.1 Aşrı Yükleme Testi

%isteğe bağlı olarak yapılan bu testte, kuvvet ölçme cihazı 4 kez maksimum kuvvetin % 8 4-% 12 fazlası bir kuvvetle yüklenir. Bu yükün uygulanma süresi 1 4- 1,5 dak. olarak alınır.

4.2 Uygulanan Kuvvetlerle İlgili Doğrulama

Kuvvet ölçme cihazının çekme testi için kullanılacağı bağlantı elemanlannın eksenel yükuygulanmasına imkan tanımasından ve basma testlerinde kullanılacağı zaman, kuvvet makinasıile kuvvet dönüştürücü arasında etkileşimin olmadığından emin olunmalıdır. Bunun içinyükleme elemanlannın ilgili standartta belirtilen özelliklerde olması sağlanır.

4.3 Değişken Voltaj Testi

Bu test kalibrasyon yapan kuruluşun insiyatifıne bırakılmıştır. Elektrik devresine bağlanankuvvet ölçme cihazının ± 10 % 'luk voltaj değişimlerine karşında önemli bir etkiningörülmediği, kuvvet dönüştürücüsü simülatörü veya uygun olan diğer bir yöntemle belirlenir.

4.4 Gösterge Cihazının Çözünürlüğü

Eğer mekanik bir gösterge cihazı kullanılıyorsa ibrenin genişliği skala çizgisi genişliği ileaynı olmalıdır. İbre genişliği ile iki skala arasındaki mesafe oranının ( r ) 1:10, 1:5, 1:2olması tavsiye edilir.

Dijital göstergelerde ise, en son sayıdaki 1 artım çözünürlük olarak alınır. Fakat cihaz yüksüzdurumdayken 1 artımdan fazla dalgalanmamalıdır. Eğer dalgalanma fazlaysa çözünürlükdalgalanmanın yarısına eşit alınır.

5. Uygulanacak En Küçük Kuvvet Değeri

Kuvvet ölçme cihazlannın kalibrasyonu veya test makinalannın doğrulanma ölçümlerindekikullanımı esnasındaki doğruluğu göz önüne alındığında uygulanacak en küçük kuvvetaşağıdaki koşullan sağlamalıdır;

186

En küçük kuvvet aşağıdaki değerlere eşit veya büyük olmalıdır;

G 00 sınıfı için 4000 x rG 0.5 sınıfı için 2000 x rG 1 sınıfı için 1000 x rG 2 sınıfı için 500 x r

- En küçük kuvvet 0.02 Ff'ye eşit veya büyük olmalıdır.

#6. Kalibrasyon Prosedürü

6.1 Ön Yükleme

Kalibrasyon kuvvetleri uygulanmadan önce verilen kuvvet yönünde (çekme-basma), maximumyük, cihaza 3 kez uygulanır. Her bir kuvvetin uygulanma süresi 1 -r 1,5 dakika olarak alınır.

Bu testin amacı kuvvet dönüştürücüsünün bağlantı parçalarıyla uyumunu sağlamak, yüketkisiyle deformasyona uğrayan malzemede iç sürtünmelerden dolayı oluşan sıcaklıkyükselmesini kararlı hale getirmek ve histeresiz etkisini en aza indirmek için uygulanır.

6.2 Yüklerin Uygulanması

Kuvvet ölçme cihazına sadece artan yük yönünde, döndürme yapmadan iki seri kalibrasyonkuvveti uygulanır. Sonra, azalan kuvvet yönlerini içeren en az 2 seri daha kalibrasyon kuvvetiuygulanır. Kuvvet ölçme cihazı, her bir seri arasında kendi ekseni etrafında döndürülür. Budöndürme kalibrasyon esnasında düzenli olarak dağıtılmış en az üç pozisyonda gerçekleştirilir.Örneğin 0°,120°,240° 'lik bir döndürme sağlanır. Eğer bu mümkün değilse 0°,180°,360°derecelik döndürmeye de izin verilebilmektedir. Her bir döndürmeden sonra 1 kez önyükleme ayrıca yapılmaktadır.

İnterpolasyon eğrisinin çıkarılabilmesi için, her bir seride uygulanan yük sayısı 8'den azolmamalıdır ve mümkün olduğu kadar eşit dağıtılır. Eğer kuvvet ölçme cihazı hem çekmehemde basma kuvvetlerini ayn ayn ölçebiliyorsa ve çekme-basma için ayn kalibrasyonisteniyorsa, bu işlem sırayla gerçekleştirilir. Bir yönde kalibrasyon bittikten sonra diğeryöndeki kalibrasyona başlanır. Fakat diğer yöndeki kalibrasyona başalmadan önce yine 3 kezön yükleme yapılır.

Yükler arasındaki sıfır yükte en az 30 sn. beklenip gösterge değeri not edilir. Ayncakalibrasyona başlamadan önce sıfır sinyali not edilir.

187

i6.3 Yükleme Koşulları

Peşpeşe uygulanan yükler arasındaki zaman aralığı mümkün olduğunca eşit uygulanır ve herbir yükün uygulanma süresi 30 saniyeden daha az olmayacak şekilde seçilir.

Kalibrasyon 18 -4- 28 °C sıcaklık aralığında ± 1°C sıcaklık kararlılığındagerçekleştirilmelidir.

Kalibrasyon esnamda sıcaklık elastik cihaza mümkün olduğu kadar yakın bir yerden .ölçülerek kaydedilmeli ve izlenmelidir. Elektriksel kuvvet ölçme cihazları sıcaklık /kompanzasyonuna sahip olmalanna rağmen mekanik kuvvet ölçme cihazlarında bu özellikbulunmadığından, standartlarda verilen katsayılar veya tablolara göre, başka sıcaklıklardakullanılacaklarsa düzeltme yapılmalıdır.

Kalibrasyon esnasında cihazdan kararlı bir cevap alabilmek için, cihazın ortam sıcaklığınaulaşması gerekir. Bu yüzden cihaz, kalibrasyona başlamadan önce ölçüm yapılacak ortamdabelirli bir süre bekletilmelidir. Ayrıca, strain gageli dönüştürücü kullanılmasıdurumunda,kararlılık için kalibrasyona başlamadan en az 30 dakika önce, dönüştürücüdevreye bağlanarak beslenmelidir. /

x,.x2

Şekil 1. Kuvvet ölçme cihazının döndürme konumlan

7. Ölçüm Sonuçlarının Değerlendirilmesi

7.1 Bağıl Tekrarlanabilirine Hatası •

Her bir farklı "i" kuvveti için bağıl tekrarlanabilirlik hatası b^j, kuvvet ölçme cihazınındeğişmeyen (döndürmenin olmadığı) konumu için 1 ve 2 serilerinden % olarak aşağıdakiformül ile hesaplanır.

188 j

Her bir farklı "i" kuvveti için bağıl tekrarlanabilirlik hatası b^j kuvvet dönüştürücüsünündöndürülerek değiştirilen konumlan için 1,3,4 serilerinden % olarak aşağıdaki formül ilehesaplanır.

h _°rvi°rv,i = X 1 U U Xv,i

Xv,i

7.2 Bağıl İnterpolasyon Hatası

Bu hata kuvvet dönüştürücüsünün döndürülen konumlanndan alınan ölçümlerin ortalaması vekalibrasyon kuvvetlerinin bir fonksiyonu olarak sapmayı veren 1.,2.veya 3. dereceden bireğri denklemi ile hesaplanır, bu eğri denklemi kalibrasyon raporunda gösterilmelidir.

Xa,i

xa j : Bulunan denklem yardımıyla hesaplanan kuvvet değerleri

7.3 Bağıl Histeresiz Hatası

Her bir farklı kuvvet değeri için artan ve azalan yüklerde okunan değerler arasındaki farkhisterisiz hatasını, Uj , verir.

x/-xt.=-—Xi

Xj' : Göstergeden okunan azalan yöndeki kuvvet değeriX; : Göstergeden okunan artan yöndeki aynı kuvvet değeri

189

7.4 Bağıl Sıfır Hatası /

Sıfır değeri her bir ölçme serisinden sonra kaydedilmeli ve diğer seriye başlamadan önceayarlanmalıdır. Sıfır değeri kuvvet tamamen kaldınldıktan yaklaşık 30 saniye sonraokunmalıdır. Bağıl sıfır hatası fo, aşağıdaki formüle göre hesaplanır;

xf-xn

XN

xf : Yükler kaldınldıktan sonra göstergeden okunan değerx0 : Yükler uygulanmadan önce göstergeden okunan değerxN : Maksimum kapasitedeki çıkış değeri

8. Kuvvet Ölçme Cihazının Sınıflandırılması

Kuvvet ölçme cihazı tablo 1 'de belirlenen koşullan, kuvvet ölçme cihazının maksimum değeriolan FE 'nin % 50'si ile % 100'ü arasında karşılanmalıdır.

9. UME Kuvvet Laboratuvarı Kalibrasyon İmkanları

UME kuvvet laboratuvannda kalibrasyonlan gerçekleştirebilmek için kullanılan kuvvetstandardı makinalan hakkında kısa bilgiler aşağıda verilmiştir.

9.1 11 kN'luk Ölü Ağırlıklı Makina

1, 2, 5, 10 kN'luk kuvvet değerleri % 10 artımlarla 10 adımda gerçekleştirebilmektedir.Aynca belirtilen kuvvet değerlerine % lO'luk bir ek yük uygulayabilmekte ve böylece aşınyükleme testlerine olanak sağlamaktadır.

Ölçüm belirsizliği 2 x 10'5 mertebesindedir ve tüm sınıflardaki kuvvet dönüştürücülerinikalibre edebilmektedir.

9.2 110 kN'luk Ölü Ağırlıklı Makina

20, 50, 100 kN'luk kuvvet değerleri % 10 artımlarla 10 adımda gerçekleştirebilmektedir.Aynca belirtilen kuvvet değerlerine % lO'luk bir ek yük uygulayabilmekte ve böylece aşınyükleme testlerine olanak sağlamaktadır.

190i

TABLO 1-Kuvvet Ölçme Cihazlarının Sınıflandırma Tablosu

Cihazınsınıfı

GOO

G0.5

G l

G 2

Kuvvetmakinasında

olması gereken

özellik

Hatasının

%

±0.01

±0.02

±0.05

±0.10

Göstergebirimininminimum

sayısı

(adım)

4000

2000

1000

500

Bağılsıfır

hatası

%

±0.012

±0.025

±0.05

±0.10

Döndürmeyapılmayan

konumda

Bağıltekrarlana-

bilirlikhatası

%

0.025

0.05

0.10

0.20

Döndürmeyapılan

konumda

Bağıltekrarlana-

bilirlikhatası

%

0.05

0.10

0.20

0.40

Bağılinterpolasyon

hatası

%

±0.025

±0.05

±0.10

±0.20

Bağılhisteresiz

hatası

%

0.07

0.15

0.30

0.50

Ölçüm belirsizliği 2 x 10~5 mertebesindedir ve tüm sınıflardaki kuvvet dönüştürücülerini jkalibre edebilmektedir.

9.3 1100 kN'Iuk (1.1 MN) Manivelah Makina

200, 500, 1000 kN'Iuk kuvvet değerleri % 10 artımlarla 10 adımda gerçekleştire-bilmektedir.Ayrıca belirtilen kuvvet değerlerine % 10'luk bir ek yük uygulayabilmekte ve böylece aşınyükleme testlerine olanak sağlamaktadır.

Bu makina ölü ağırlıklı makina ile birlikte çalışabilmekte ve ölü ağırlıklar ile üretilen kuvvet jdeğerlerini 1:10 büyütme oranı ile büyüterek uygulayabilmektedir. /Ölçüm belirsizliği 1 x 10"* mertebesindedir ve tüm sınıflardaki kuvvet dönüştürücülerinikalibre edebilmektedir.

Kaynaklar

1. P J . Brandenburg, J.M. Appsis, J.M. Loemens and H.Wieringa, "Calibration andclassification of force transducers by using traceable set of high-performance facilities",IMEKO Conference, Amsterdam, The Netherland, May 1986. /

2. " Mekanik Metroloji Laboratuvarlannın Mevcut Kalibrasyon İmkanlan ve Kısa Dönemamaçlan", Mekanik Metroloji Grubu, TÜBİTAK-MAM/UME, Gebze-KOCAELİ, 1995

3. EN 10002-3 , Metallic Materials,Tensile test-Part3: Calibration of force provinginstruments used for the verifıcation of uniaxial testing machines.

i

192

KÜTLE VE İZLENEBİLİRLİK

Tülay Tok, Sevda Kaçmaz, Ümit Yüksel Akçadağ

TÜBİTAK,Ulusal Metroloji Enstitüsü(UME), PK 21, 41470, Gebze- Kocaeli

ÖzetKütle ölçüm büyüklüğüne ait ölçüm birimi kg olup, Fransa'da Paris yakınlarındaki

Sevres'de muhafaza edilen uluslararası kilogram prototipinin kütlesi bir kg olarak kabuledilmiştir. Kütle, bir cismin üzerine etki eden bir kuvvete karşı o cismin gösterdiğieylemsizlik yada yerçekimi ivmesi nedeniyle cismin sahip olduğu ağırlık olarak ifade edilir.Bir cismin kütlesi tartımla belirlenir. Kütlede izlenebilirlik yapılan ölçüm sonuçlarının UlusalKilogram Prototipine, kesintisiz bir karşılaştırma zinciri boyunca bağlanabilmesidir.

1. Giriş

Bir fiziksel büyüklüğü ölçebilmek için referans bir büyüklüğe, bu büyüklüğü ifadeedebilecek birime ve ölçüm cihazına ihtiyaç vardır. 1960 yılında yapılan 11. Ölçüler veAğırlıklar Genel Konferansında kısaca bütün dillerde SI olarak gösterilen uluslararası birimsistemi kabul edilmiş olup, bunlar metre, kilogram, saniye, Amper, Kelvin, mol vekandeladır.

Kütle birimi kilogram, Fransa'da Paris yakınlarındaki Sevres'de BIPM'de (BureauInternational des Poids et Mesures) muhafaza edilen Uluslararası Kilogram Prototipininkütlesi olarak 1889 yılında yapılan birinci Ölçüler ve Ağırlıklar Konferansında kabuledilmiştir. [1]

Kütle birimi kilogram, yoğunluğu 21.5 kg/m3 olan %90 platin ve %10 iridyumalaşımından yapılmış, 39 mm yüksekliğinde ve 39 mm çapındaki silindir biçimindeki ağırlıkolarak kabul edilir.

Kütle birimi diğer temel birimler ile karşılaştınldığında temel farklılıklar ortaya çıkar,en belirgin fark kilogram biriminin tanımlanması ve gerçekleştirilmesinde belirli bir nesneyebağlı kalınmasıdır, yani temel birimler arasında sadece el yapımı olan nesneden bir kilogramtanımlanmak zorunda kalınmıştır. Basınç, kuvvet, enerji gibi türetilmiş birimlerin, ayrıcatemel birim olan Amperin, molün ve kandelanın tanımlanması kütle birimine bağlıdır. Butemel birimler arasındaki bağlantıyı anlayabilmek için, bu birimlerle ilgili kabul edilmiş olantanımlar incelenirse;

193

Amper (A), elektriksel akım şiddetine ait temel ölçüm birimidir. Boşlukta birbirlerinden birmetre uzaklıkta bulunan ihmal edilebilir dairesel kesitli sonsuz uzunluktaki paralel iki doğrusaliletkenden geçirildiğinde, bu iletkenler arasında metre başına 2xlO"7 Nevvtonluk bir kuvvetoluşturan, zamanla değişmeyen elektrik akım şiddetidir. Bu tanım kütleye ait ağırlık kuvvetiile akım şiddetinin yarattığı elektrodinamik kuvveti dengeleyen bir akım terazisi ilegerçekleştirilir.

Mol(n), 0.012 kilogram karbon 12C elementinin içerdiği atomlann sayısı kadar madde yapısıelemanlan bulunduran bir sistemin madde miktarına eşittir. j

Kandela(cd), belirli bir doğrultuda 540xl012 Hz frekanslı monokromatik ışınım yayan ve odoğrultudaki ışınımın şiddeti 1/683 W. sn'1 olan kaynağın şiddetidir. [2] Sonuçta birimlerinkütle birimine bağlılığı açıkça görülmektedir.

2.Kütlenin Tanımı

Kütle, doğa olaylarını araştırmakta yardımcı olmak üzere bilim adamları tarafındankabul edilmiş kavramlardan biridir. Bu kavram kendiliğinden doğanın gösterdiği şekliylebulunmayıp, insanlar tarafından ortaya çıkanlmıştır. Fiziksel bir büyüklük olan kütle, bircismin iç özelliğini gösteren bir büyüklüktür.

Kütle, bir cismin üzerine etki eden bir kuvvete karşı o cismin gösterdiği eylemsizlik,ya da yerçekimi ivmesi nedeniyle cismin sahip olduğu ağırlık olarak ifade edilir.

Klasik mekanikte kütle kavramı, 1700'lü yıllarda Newton tarafından getirilmiştir. Kütleninmodern soyut kavramını fiziğe getiren Euler olmuştur. Böylece bir cismin kütlesi, kuvvetinivmeye oranından hesaplanan bir nümerik değer olarak bulunmuştur. [F=ma]

Bir cismin madde miktarı olan kütleyi bulmak için tartı aletleri ve ağırlık parçalan kullanılır.Yapılan tartım işleminin sonunda, bir takım düzeltmeler yapılarak özellikle "havanın kaldırmakuvveti" düzeltmesi yapılarak elde edilen değer değer kütledir. Havanın kaldırma kuvvetidüzeltmesi yapılmaksızın elde edilen değer konvensiyonel kütle değeridir.

Konvansiyonel tartım değeri, 8000 kgm'3yoğunluğundaki bir referans ağırlık, 20°C'debir ağırlığı 1,2 kgm'3 hava yoğunluğunda dengede tutuyorsa, bu ağırlığa aynı biriminkullanılması şartıyla referans ağırlığın kütlesinin sayısal değerine eşit bir sayısal değerdirdenir.

194

Bu tanım, kütle belirlemelerinde daha kolay bir tartım işlemini sağlamak için OIML(Organisation Internationale de Metrologie Legale) tarafından tanımlanmıştır. [3]

Konvansıyonel tartım değeri kesin olarak tanımlanmış ve belirlenmiş yan şartları olan birdeğerdir. Yan şartlar; referans ağırlığın yoğunluğu, hava yoğunluğu ve ortam sıcaklığıdır.

Yeryüzünde duran bir cisim yerçekimi kuvvetinden başka dünyanın dönmesi sebebiyleoluşan merkezkaç kuvvetinin etkisinde kalır. Bu iki kuvvetin vektörel toplamı ağırlıkkuvvetini verir. CIPM (International Commitee for Weights and MeasuresY'm 3.konferansında alınan karara göre ağırlık, bir çeşit kuvvet olup yerel yerçekimi ivmesi ilecismin kütlesinin çarpımı olarak kabul edilmiştir. [G = mg]

Klasik mekanikte kullanılan formüllere göre eylemsizlik kütlesi ve ağırlık kütlesininbirbirleriyle orantılı olduğu açıkça görülmektedir. Bu orantılıhk kütlelerin karşılaştırılması içinterazilerin(komporatorların) kullanılmasının uygunluğunu gösterir.

3. Kütlede İzlenebilirlik

Metre Konvansiyonuna dahil olan ülkelere Uluslararası Kilogram Prototipindentüretilmiş olan Ulusal Kilogram Prototipleri verilmiştir. Kilogram fizik sabitlerinden herhangibirine bağlı olmayıp, kütlesi sabit kabul edilen bir cisme bağlanmıştır. Bunun neticesindebirimin mümkün olan en büyük doğrulukla iletilebilmesi için kütle standartları hiyerarşikyapısı kurulmuştur.Tablo 1' de görülüceği gibi kütle biriminin iletilmesinde hiyerarşik zincirinen üstünde BIPM'deki Uluslararası Kilogram Prototipi bulunmaktadır. Ülkelere ait olanUlusal Kilogram Prototipleri BIPM'in primer standartları ile karşılaştırılırlar. Bu karşılaştırmaişlemleri uzun aralıklarla yapılır. Böylelikle Ulusal Kilogram Prototiplerin zarar görmesiönlenmiş olur.

Türkiye 54 nolu Ulusal Kilogram Prototipine sahiptir. 1953 ve 1993 yıllarında BIPM' deyapılan karşılaştırmalara katılmıştır. Karşılaştırma sonucunda Ulusal Kilogram Prototipininkütlesi:

t

m54 = 1 kg •+ 0.234 mg

Toplam belirsizliği:

uc = ± 0.0023 mg olduğu bulunmuştur.

Ulusal Metroloji Enstitülerinde izlenebilirlik, Ulusal Kilogram Prototiplerden gidilerek oenstitüye ait olan primer standartlara aktarılır. Bu standart kütleler genellikle paslanmazçelikten yapıldığı gibi pirinçten de yapılabilir. Bu işlem çok önemli olup, titizlikleyapılmalıdır. Çünkü 21,5 gem3 (Pt-Ir) yoğunluktan, yaklaşık 8,0 gem3 (Çelik, Pirinç) olan

195

Uluslararası KilogramPrototipi

Malzeme: Pt-lrYoğunluk: 21.5gr/cm

BIPM'in PrimerStandartları

Malzeme: Pt-lr

Ulusal KilogramprototipiBurada Türkiye'nin 54

sira no'lu prototipi

Malzeme: Pt-lr

UME'nin Primer Standartlari

Malzeme: Çelik veya Pirinç

Yoğunluk: 8,0g/cm 8,4g/cm

BIPM'de

İhtiyaç üzerine

Ölçü ve AyarlarDairesi ReferansStand. MalzemeÇelik (Pirinç)

Firmalarin Ref.Standartları

Malzeme: Çelik(Pirinç)

UME'nin ÇalışmaStandartlari

Malzeme: Çelik(Pirinç)

Kontrol Standartları

Kullanım Standartları

BIPM'deihtiyaç üzerine

örnek: 12 yılda bir

UME'de

ihtiyaç üzerineörnek: 5 yılda bir

<10 yılda bir

UME'de

<5 yıl'da birkullanıldığı yerde

< 1 yılda birkullanıldığı yerde

Tablo 1. Kütle Standartları Hiyerarşik Yapısı

196

yoğunluğa geçerken havanın kaldırma kuvveti etkisinin belirsizliği terazinin ve diğer etki edenfaktörlerin belirsizliğinden daha büyüktür.

Primer standart; kütle standartları içerisinde en yüksek metrolojiksel özelliğe sahipolan standartdır. Bu primer standartla ülke içindeki Ölçü ve Ayar Dairelerinin, firmaların veenstitülerin referans standartları kalibre edilir.

Referans standart; genelde kütle standartları içerisinde en yüksek metrolojiksel vasfasahip olan ve bu kütle standartlarıyla yapılan ölçümlerin kendisinden elde edildiği standartdır.Bu referans standartlar ile de kontrol ve kullanım standartları kalibre edilir.

Kontrol standardı; terazi veya ağırlık kalibrasyonlannda veya kontrollerinde rutinolarak kullanılan ve genelde referans standardı ile kalibre edilmiş standartdır.

Bu hiyerarşik zincirle pazardan bir kilogramlık bir elma almak için kullanılan ağırlıklarındoğruluklan belirlenerek, ayrıca bir ilaç firmasının 100 mg'lıkbir ilacı üretebilmesi için, buamaçla kullandığı terazisinin doğruluğundan emin olmak zorunda olduğundan, bunun içindeterazisini kalibre etmede kullandığı ağırlıkların doğruluklan belirlenerek kalitenin kontrolaltına aldığını, hem üreticiyi hemde tüketiciyi koruduğunu, halkın yaşam seviyesini yükseltiğive halkın sağlıklı bir şekilde yaşamasını sağladığı anlaşılır.

Kaynaklar

1. The International Breau of Weights and Measures (1875-1975)2. Uluslararası Birimler Sitemi(1994),(UME 94-007)3. The Determination of Mass, Part 1, Dissemination of the Unit of Mass-Balances,

Weights and Testing Rooms, M. Kochsiek, PTB, December 1983.

197

MANYETİK ÖLÇÜMLER j

Figen Gencer ve Paul John McGuinessTÜBİTAK, Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME), P.K.21, 41470, Gebze/Kocaeli

Özet

Manyetik malzemeler, elektrik üretimi ve dağıtımı ve daha birçok elektromekanikcihazın çok önemli bir unsuru olduğundan stratejik öneme sahiptirler. Bu malzemelerindoğru ve verimli kullanılmaları ise, özelliklerinin ayrıntılı olarak belirlenmesine bağlıdır.Bu çalışmada manyetik ölçümlerin izlenebilirliklerinden bahsedilmekte ve UME de bu jölçümlerin yapıldığı cihazlar anlatılmaktadır. /

1. Giriş

Manyetizma ve elektrik birbiriyle sıkı bir şekilde ilişki iki bilim dalıdır.Makroskopik bir boyutta, manyetik alanın, bir iletkende akan elektrik akımı tarafındanoluştuğu söylenebilir. Mikroskopik boyuta indirgenirse, elektron ve çekirdek hareketinin,atoma manyetik özelliklerini kazandırması şeklinde açıklanabilir. Günümüzde "kalitesistem" leri, yapılan ölçümlerin gittikçe artan bir şekilde, yazılı ve fiziksel standartlaraizlenebilir olmasını gerekli kılmaktadırlar. Manyetik ölçümler için de, ulusal ve juluslararası yazılı standartlar mevcuttur. Örneğin IEC 404 serisi (Uluslararası /Elektroteknik Komite) standartlarının 7 bölümü, özel olarak manyetik ölçümlerdenbahseder. Manyetik büyüklükler için primer standartlar yoktur. Bu nedenle temel SIbirimlerine izlenebilirliği sağlamak amacıyla fiziksel standartlar geliştirilmiştir [1].Pratikte SI birimleri için fiziksel standartlar, ulusal metroloji laboratuvarları tarafındansaklanır. İzlenebilirlik zinciri şekil 1 de verilmiş olup, izlenebilirlik ya doğrudan ulusallaboratuvar veya ulusal standartlara doğrudan izlenebilir olan akredite edilmişlaboratuvarlar üzerinden sağlanır.

Uluslararası Ölçü ve Ağırlıklar Bürosu j(BIPM) /

Ulusal LaboratuvarlarÖrneğin, ETL, IEN, NIST

Akredite Olmuş Laboratuvarlar(Bu laboratuvarlar ölçüm alanlarını kapsamak için,

birden fazla ulusal laboratuvara izlenebilir olabilirler.)

Kalibrasyon ve Test Laboratuvarları(Bu laboratuvarlar doğrudan ulusal laboratuvarlara

izlenebilir olabilirler.)

Şekil 1. Primer standartlara izlenebilirlik zinciri198

j

2. Manyetik Rezonans

Manyetik büyüklükleri primer standart olarak elde etmek mümkün olmadığından,bunları ilgili standarda doğrudan izlenebilir bir yöntemle türetmek gerekir. Manyetik alankuvveti ve manyetik akı yoğunluğu, en doğru şekilde frekans ve nükleer manyetikrezonansdan, protonun gyromanyetik oran değeri olarak belirlenir [2]. Manyetik alanıniçindeki, y gyromanyetik oranına sahip çekirdeğin Larmor frekansı aşağıdaki formülleifade edilir.

2ıry0 =

H = manyetik alan kuvvetiHo = manyetik sabitYo = rezonans frekansı7T = protonun gyromanyetik oranıgyromanyetik oran = 42.57608 ± 0.00012 MHz/Tesla

Pratikde manyetik alan homojenliği, rezonansın gerçekleşebilmesi için % 0.2'deniyi olmalıdır. Frekans, zaman standardından yaklaşık 1012 belirsizlikle bulunur. Ancak,üzerinde anlaşılmış sabit bir değer olan, protonun gyromanyetik oranı, yalnızca 3xlO7

doğrulukla bilinir. Bu yöntemle manyetik alan kuvvetini ölçmede, belirsizliği etkileyenen önemli unsur, alanın kendi homojenliğidir [2,3].

3. UME İzlenebilirlik Zinciri ve Ölçüm Cihazları

UME Manyetik Laboratuvarı'nm izlenebilirlik zinciri şekil 2 de verilmiştir. Diğerbirçok ulusal manyetik ölçüm laboratuvarlarında olduğu gibi (NPL, PTB), UMEManyetik Ölçümler Laboratuvarı da ulusal standart olarak NMR teslametre kullanır. Bucihazın izlenebilirliği, uluslararası üzerinde anlaşılmış bir değer olan gyromanyetik oranve zaman ve frekans laboratuvarmdan alınan frekans değeri ile belirlenir.

[ 1 Kütle

•UMEDışı

t

Akım Uzunluk

|

Gyromanyetik oran

NMR Teslanetre 1

Frekans

IFluksmetre+coil Gaussroetre

Permeametre

Ni

VSM

Şekil 2. UME Manyetik Ölçümler Laboratuvarı izlenebilirlik zinciri199

3.1 NMR Teslametre

UME Manyetik Laboratuvarı'nda, manyetik alan kuvvetini çok yüksek doğruluklaölçen Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) teslametre cihazı ulusal standartdır. Cihaz 4proba sahip olup, 0.09 Tesla dan 2.1 Teslaya kadar olan manyetik alanları ölçer. Bustandardın rezolüsyonü 107 Tesla (103 Gauss) olup, 5ppm den daha iyi bir doğruluğasahiptir. İzlenebilirlik, cihazın kendi içindeki frekans sayıcısının, UME Zaman ve Frekans jLaboratuvarı'nda kalibrasyonu ile sağlanır. Bu cihazı kullanarak aşağıda belirtilen 3 şartın /sağlanması koşuluyla, yüksek doğruluklarla manyetik alan ölçümleri yapılabilir.

1- Alan, 12.5 x 16.5 boyutundaki probun sığacağı bir aralıkta oluşturulmalıdır.2- Alanın maksimum alan gradyanı lOOOppm/cm den fazla olmamalıdır.3- Alan 0.09 - 2.1 Tesla (900-21000 Gauss) aralığında olmalıdır.

Yukarda belirtilen koşullardan tümünün gerçekleşmediği durumlarda, ölçümler Hailefekt(etki) gaussmetre kullanılarak yapılır. Bu cihazın izlenebilirliği ise NMR teslametreüzerinden sağlanır. j

3.2 Hail Effekt Gaussmetre

Bu cihazlara gaussmetre denilmesine rağmen, genellikle manyetik alanları ölçmekiçin kullanılırlar. Bir iletken veya yarı-iletken içinden geçen akıma, doğru açılarda birmanyetik alan uygulandığı zaman, iletken kesiti boyunca, akıma ve uygulanan alana aynıanda dik yönde olan bir emf oluşur. Bu etkiye Hail etkisi denir. Gaussmetre cihazı, akımkaynağı ve Hail voltaj algılama bölümlerinin oluşturduğu bir cihazdır. Problar kabloyardımıyla cihaza bağlanırlar. Hail etki gaussmetreleri düşük manyetik alan değerleri içinbir çift Helmholtz sarımı, yüksek alanlar için ise NMR teslametre kullanarak kalibre •edilirler. Manyetik alan veya akı yoğunluğu ölçümlerinde bu cihazın belirsizliği, /kullanılan diğer cihaz ve kalibrasyon yöntemine bağlı olarak 0.1 - 2% civarındadır.

3.3 Helmholtz Sarımı

UME Manyetik Ölçümler Laboratuvarı'ndaki bu cihaz, aynı iki dairesel telin,iletken ve manyetik olmayan 75cm çapındaki malzemeler üzerine sarılması ile meydanagetirilmiştir. Helmholtz sarımı düşük manyetik alanları ölçmek için kullanılır. Yapılanölçümlerde %0.02 ye varan belirsizlikler mümkündür.

3.4 Permeametre /

Sürekli mıknatısların özelliklerini belirlemek için, mıknatısı manyetize vedemanyetize etmek ve bu işlem sırasında search coil (telden dairesel sarım) kullanarakmeydana gelen değişiklikleri saptamak gerekir. Bu ölçümleri yapmak için IEC tarafındantavsiye edilen bir cihaz olan permeametre kullanılır. UME Manyetik ÖlçümlerLaboratuvarı'nda bulunan permeametredeki kuvvetli bir elektromıknatıs sayesinde 2.8Teslaya ulaşan alanlar elde edilir. Bu cihaz ile 180°C ye varan sıcaklıklarda ölçümyapmak mümkündür. Çapı 26mm'yi geçmeyen hemen her çeşit sürekli mıknatıskarakterize edilebilir. Sonuçların belirsizlikleri ölçülen numuneye bağlı olmakla beraber,tipik olarak %l-2 civarındadır. Mıknatısın içine yerleştirildiği tel sarım ve /elektromıknatısın 2 kutbu arasına bu mıknatıs tutucunun yerleştirilmiş hali, şekil 3'de—Tn t̂ik olarak gösterilmektedir.200

coil tulucu

icslnumunesi

fluksmetreye gider

iluksmetreye gider

Şekil 3. Mıknatıs tutucu tel sarım ve bu sarımın elektromıknatısın iki kutbunun arasınayerleşmiş hali

3.5 VSM Vibrating Sample Magnetometer (Titreşimli Numune Manyetometresi)

Çok küçük numunelerin ve tek kristallerin karakterize edilmesinde VSMkullanılır. Bir VSM deki manyetik alan kuvveti, genellikle Hail etki probu ile kalibreedilir. Manyetik akı yoğunluğu için ise, belirlenmiş bir noktada doymuş manyetik akıyoğunluğu bilinen, saf nikel referans standart kullanılır. Böylece izlenebilirlik, Hail etkisisteminin kalibrasyonu ve nikel referans standardın, elektromıknatıs veya permeametrekullanarak, bir de ölçüm yöntemi ile kalibrasyonu yoluyla elde edilir. UME ManyetikÖlçümler laboratuvarı'mn VSM cihazının elektromıknatısı 7 Teslaya çıkacak güçtedir.Çalışma sıcaklığı 4.2 -1000 K arasında ayarlanabilir. Bu nedenle sıcaklığa bağlı ölçümleryapmak mümkündür. Yapılan ölçümlerde %1 belirsizlikle sonuç alınır.

4. Sonuç

Primer manyetik standartlar mevcut olmamasına rağmen manyetik ölçümler vekalibrasyonların, kütle,uzunluk, zaman ve frekansın primer standartlarına, doğruluğuispat edilmiş kalibrasyon yöntemleri ile izlenebilir olması mümkündür. Bu türizlenebilirlik, yapılan ölçümleri güvenli kılmakla beraber, izlenebilirlik zincirindeki heradımda ölçüme eklenen belirsizlik de hesaba katılmalıdır. Genel bir ilke olarak, en kısaizlenebilirlik zincirine sahip basit ölçüm sistemleri en düşük belirsizliği verirler.

Kaynaklar

[1] Private Communication with A. Drake, NPL, Teddington, England.[2] A. E. Drake, J. Mag. and Mag.Materials 133 (1994), 371-376[3] Testing and Measurement of Permanent Magnets, Magnetic Materials ProducersAssc.,July 1977-4

201

Uluslararası Ölçü ve Ağırlıklar Bürosu(BIPM)

Ulusal LaboratuvarlarÖrneğin, ETL, IEN, NIST

Akredite Olmuş Laboratuvarlar(Bu laboratuvarlar ölçüm alanlarını kapsamak için,

birden fazla ulusal laboratuvara izlenebilir olabilirler.)

Kalibrasyon ve Test Laboratuvarları(Bu laboratuvarlar doğrudan ulusal laboratuvarlara

izlenebilir olabilirler.)

Şekil 1. Primer standartlara izlenebilirlik zinciri

Kütle Akım Uzunluk Frekans

•UME

I DİŞİI

Gyromanyetik oran

NMR Teslantetre

Fluksroetre+coil1 IGaussmetre

Permeametre

Ni

VSM

Şekil 2. UME Manyetik Ölçümler Laboratuvarı izlenebilirlik zinciri

202