Güneş Havuzlarında kullanılan sıcaklık ölçme sistemi ve yoğunluk ölçme sistemi, güneş havuzunun ısıl performansının iyi bir şekilde saptanabilmesi için büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada önce güneş havuzları hakkında genel bilgiler verilmiştir. Daha sonra sıcaklık ölçme sistemi incelenmiş ve bu sistemin iyi bir ölçüm yapabilmesi için dört farklı sıcaklık sensörü kullanılmış, çeşitli sıcaklıklarda ölçümler alınmış ve hangi sensörün, sistem için daha uygun olduğuna ilişkin sıcaklık ölçme sisteminin optimizasyonu yapılmıştır. Son olarak da ölçümleri önem arz eden tuzlu su yoğunluğunu ölçme sistemi tasarımı ele alınmıştır. Sistemin oluşturulmasında, tuzlu suyun iletkenliği ile tuz yoğunluğu arasındaki ilişkiden yararlanılmıştır. Sistemde bir takım elektrik devreleri, bilgisayar ve bilgisayar programı yer almaktadır. Çalışmamızda yoğunluk ölçer cihazı tasarımı incelendikten sonra belirli değerler için örnek ölçüm değerleri verilmiştir.
1.GİRİŞ
Günümüz uygarlık düzeyinin yükselmesi ve teknolojinin ilerlemesi enerji tüketiminde hızlı bir artışa neden olmuştur. Buna bağlı olarak da çevre kirliliği, fosil kaynaklı tükenebilir enerji kaynaklarının hızla azalması gibi sorunlar gündeme gelmiştir.
Tükenmeyen ve çevre kirletmeyen enerji kaynağı denilince özellikle son yıllarda akla ilk gelen güneş enerjisi olmaktadır. Güneş enerjisi gelişen teknoloji ile birlikteçok çeşitli uygulama alanları bulmuştur. Günlük yaşamda elektrik üretimi, sulama, sıcak su elde edilmesi, soğutma, tarımsal ürünlerin kurutulması, yiyeceklerin pişirilmesi, konut ısıtılması gibi pek çok yerde güneş enerjisinden yararlanmak olasıdır. Ancak güneş enerjisi yoğun ve sürekli bir enerji kaynağı olmadığı için geliştirilen sistemlerin çalışma süreleri kısıtlıdır. Güneş enerjili sistemlerin çalışma sürelerinin arttırılması, dolayısıyla maliyetlerinin azaltılması depolama ünitelerinin geliştirilmesi ile mümkündür. Bu nedenle düşük maliyetli yüksek verimli toplayıcı ve depolayıcı sistemlere gerek duyulmaktadır.
Yüzyıllar boyu insanoğluna hizmet veren ilk ve tek enerji kaynağı olan güneş ucuz ve kolay bulunabilen organik yakıtların kullanıma girmesiyle önemini yitirmişti. Ancak petrol fiyatlarındaki artışlar, petrol kaynaklarının hızla tükenmeye başlaması ve bununla birlikte artan çevre kirliliği güneş enerjisinin yeniden gündeme gelmesini sağlamıştır.
Rezervi bol, temiz enerji kaynakları bulmak günümüz insanlığının problemleri arasında büyük bir yer tutmaktadır. Alışılmış enerji kaynakları rezervinin sınırlı olması, üretilme ve tüketilme aşamalarında çevre kirliliğine neden olmaları sonucu insanlık yeni enerji kaynakları arayışı içerisindedir. Bu yüzden gelecekte yenilenebilir alternatif enerji kaynaklarına ihtiyaç vardır. Hidroelektrik enerjinin artan enerji talebini karşılayamayacağı ve nükleer enerji kaynaklarının ise canlı doğaya verebileceği zararları dikkate alındığında, temiz enerji kaynaklarının aranması zorunluluğu ortaya çıkmaktadır. Bunlardan ilk akla gelen enerji kaynakları güneş, rüzgar, jeotermal ve biyokütle’dir. Bunların en önemlilerinden biri olan güneş, kirletmeyen, tükenmeyen, en temiz ve sonsuz bir enerji kaynağıdır. Bu nedenle alternatif temiz enerji kaynağı olarak güneş enerjisi gündemde önemli bir yer tutmaktadır.
Güneş havuzları 2-3m derinliğinde olup en üstte tatlı su, aşağıya doğru ise artan yoğunluklarda tuzlu su içeren havuzlardır. Havuz yüzeyine gelen güneş ışınlarının küçük bir kesri yüzeyden yansır, geri kalan kısmı havuz tabanına doğru ilerler. Bu sırada çeşitli dalga boylu ışınlar, farklı derinliklerde değişik oranlarda soğurulur ve tabana %25-35 kadarı ulaşır. Biriken enerji depolama bölgesine yerleştirilen bir ısı aktarma sistemi ile istenildiği zaman alınıp kullanılabilir (Özek, 1985).
Havuzda oluşan tuz yoğunluk gradiyenti, yukarıda belirtildiği gibi depolama bölgesi ile yüzey arasında konveksiyonla ısı iletimini önler ve böylece depolama bölgesinde kaynama noktasına yaklaşan sıcaklıklara ulaşılabilir. Güneş havuzlarının uzun süreli enerji depolama özellikleri olmasından dolayı, yaz aylarında depolanan enerjiyi kış aylarına kadar saklayabilme özellikleri vardır. Bu da güneş havuzlarının önemini ve kullanışlılığını arttırır (Tabor, 1981).
Güneş havuzlarının yapım teknolojileri basit ve aynı zamanda maliyetleri de düşük olan ve gün boyu güneş enerjisi toplama ve depolama özelliğine sahip sistemleridir. Güneş havuzlarında kullanılan malzemeler her zaman doğadan bol ve ucuz olarak elde edilebildiğinden havuz maliyeti oldukça düşüktür (Kayalı, 1992).
Ülkemizde güneş havuzları üzerine ilk bilimsel çalışma 1978 yılında Kayalı tarafından boyutları 4,5m x 4,5m x 1,5m olan yalıtımsız küçük bir güneş havuzu ile başlatılmıştır. Bu çalışmada araştırmacı, güneş havuzunun fiziğini, modellemesini ve ekonomik analizini yapmıştır. Araştırmacının yapmış olduğu ekonomik analizden elde edilen sonuçlara göre; yalıtımsız olan bu havuz için verimliliğin %16 dolayında ve güneş havuzlarının maliyetinin, güneş enerjisinden sıcak su üreten düzlemsel kollektörlere (toplaçlara) göre 2,5 kat daha ucuz olduğu görülmüştür. Yine bu araştırmaya göre bakım ve onarımının da oldukça kolay yapılabileceği ortaya konmuştur (Kayalı, 1980).
Güneş havuzlarının daha düzenli ve daha verimli bir şekilde çalışmasının takibi açısından ısıl performansının ve tuz yoğunluklarının sürekli olarak düzenli bir şekilde ölçülmesi gerekmektedir. Güneş havuzlarının ısıl performansının saptanabilmesi için havuzun iç bölgesini oluşturan üst konvektif bölge (ÜKB), konveksiyonsuz bölge (KB), alt konveksiyonlu bölgenin (AKB) ve çevresindeki yalıtım bölgesinin sıcaklık dağılımlarının iyi bilinmesi, bunun için de bu bölgelerin sıcaklıklarını ölçen sistemin sağlıklı çalışması gerekmektedir. Bunun yanında havuzun performansının saptanabilmesi için havuzun iç bölgesindeki tuzlu suyun yoğunluk dağılımının da iyi bilinmesi ve düzenli olarak takip edilmesi gerekmektedir. Havuzun iç bölgesini oluşturan tabakalardaki yoğunluk dağılımını devamlı olarak takip edebilmek için bilgisayarlı bir yoğunluk ölçme sisteminin gerekliliği görülmüştür.
Bu tez çalışmasında, Süleyman Demirel Üniversitesi Yalvaç Meslek Yüksekokulunda bulunan 3,5m x 3,5m x 2m boyutlarında yalıtımlı bir güneş havuzunun sıcaklık ölçme sisteminin nasıl daha iyi ölçüm yapabileceği araştırılarak sıcaklık ölçme sisteminin optimizasyonu yapılmıştır. Bunun yanında tuzlu suyun iletkenlik özelliklerinden yararlanılarak bilgisayarlı bir yoğunluk (tuzluluk) ölçer cihazı tasarlanılması düşünülmüştür.
2. GÜNEŞ HAVUZLARI
2.1. Güneş Havuzu Tanımı
Dünyaya gelen güneş enerjisi kesikli olduğundan akşam saatlerinde veya bulutlu günlerde güneş enerjisinden yararlanabilmek için ekonomik bakımdan ucuz ve yüksek verimli bir enerji toplama ve depolama sistemine gereksinim vardır.
Güneş enerjisinin depolanması bakımından uygun olan sistemlerden biri de güneş havuzlarıdır. Güneş havuzlarında kullanılan elemanlar her zaman doğadan, bol ve ucuz olarak elde edilebildiğinden güneş havuzun maliyeti oldukça düşüktür.
Havuz üzerine gelen güneş enerjisinin yaklaşık olarak %16’sı yansıma yoluyla, %21’i yüzeyden havaya konveksiyon ile, %22’si havuzdan suyun buharlaşmasıyla, %31’i gökyüzüne yaydığı uzun dalga boylu radyasyon ile, %3,7’si alt konveksiyonlu bölgeden yere olan ısı akışı ile kaybolur. Işınımın sadece %6,4’ü havuzda depolanır. Bunun dışında sadece AKB (depolama bölgesi) içinde depolanan güneş enerjisinin bir kısmı kullanılabilir enerji olarak havuzdan alınabilir (Subhakar ve Murthy,1993).
Havuzun yüzeyine gelen güneş ışınlarının bir bölümü geriye yansırken bir bölümü de su içinde ve havuzun dibinde soğurulur. Dipteki soğurulmanın diğer bölümlerdeki soğurulmadan yüksek olması havuzun dibe yakın bölümlerindeki sıcaklığın artmasına dolayısıyla yoğunluğunun azalmasına neden olur. Dipten uzakta bulunançözelti daha az enerji soğurduğundan sıcaklıkları dipteki çözeltiye göre daha düşük, yoğunlukları ise daha yüksek olacaktır. Yukarıda ağır, aşağıda hafif çözelti tabakalarının bulunması bir kararsız denge durumu oluşturacaktır. Dipte soğurulmanın devam etmesi halinde ısıl kaldırma kuvvetinin viskoz sürtünme ve atalet kuvvetlerini yenmesi sonucu daha yoğun zerreciklerin aşağıya yuvarlanması ile denge bozulacak ve taşınım ile ısı geçişi başlayacaktır. Bu taşınım ile olan ısı geçişi ise zamana bağlı olarak havuz yüzeyinden devamlı bir ısı kaybına neden olacaktır. Bu nedenle, çözelti içinde sıcaklığının artması ile çözünebilirlikleri artan tuzların kullanılması durumunda havuz dibinden taşınım yolu ile yüzeye doğru olacak ısı kaybı önlenmiş olacaktır (Demirdöver, 1995).
Su kızılötesi ışınları geçirmeyen bir akışkan olduğundan güneş enerjisi spektrumunun sadece görünür ışık kısmı havuz dibine ulaşır ve orada soğurulur. Güneş enerjisinin toplanması ve depolanmasında kullanılabilecek bir havuzunşematik gösterimi Şekil-2.1’de gösterilmiştir.
Güneş havuzları Üst Konveksiyonlu Bölge (Üst Konvektif Bölge-ÜKB), Ara Konveksiyonsuz Bölge (Yalıtım Bölgesi-YB) ve Alt Konveksiyonlu Bölge (AKB) olmak üzere 3 tabakadan oluşmaktadır (Çiçek Bezir, 2002).
2.1.1. Üst Konveksiyonlu Bölge
Bu tabakanın içerdiği tuz oranı ve sıcaklığı diğer iki tabakaya göre oldukça azdır. Gelen güneş enerjisinin büyük bir kısmı bu tabakada soğurulur. Yine bu tabakadançevreye olan ısı kaybı oldukça yüksektir (yaklaşık olarak %80). Ancak güneş havuzundan çevreye olan ısı kaybının önemli bir bölümü bu tabakadan gerçekleştiğinden bu tabakada absorblanan güneş radyasyonundan yararlanılamaz.Üst Konveksiyonlu Bölge kalınlığındaki artış, Alt Konveksiyonlu Bölgede absorblanan enerjinin azalmasına neden olur. Sonuçta Alt Konveksiyonlu Bölgenin sıcaklığı düşer.
2.1.2. Ara Konveksiyonsuz Bölge
Ara konveksiyonsuz Bölge, havuzda yalıtım görevi yapmaktadır. Düşey doğrultuda oluşan tuz gradiyenti, havuzda konveksiyon hareketini önler. Bu bölgenin kalınlığı havuzun verimini en çok etkileyen en önemli parametrelerden biridir ve onun için bu kalınlığın çok iyi bir şekilde belirlenmesi gereklidir. Bu bölgenin kalınlığının az olması depolama bölgesinden Üst Konveksiyonlu Bölgeye iletim yoluyla olacak ısı akışını arttırır, diğer taraftan bu bölgenin kalınlığının olması gerektiğinden daha kalın olması bölgede soğurulan enerji miktarının çok fazla olmasına ve depolama bölgesine daha az güneş enerjisinin ulaşmasına neden olur.
2.1.3. Alt Konveksiyonlu Bölge
Alt Taşınımlı Tabaka enerjinin depolandığı ve bütün bir yıl içinde sürekli olarak enerjinin sağlandığı tabakadır. Tuz derişiminin en yoğun olduğu Alt Konveksiyonlu Bölgenin derinliği, işlem sıcaklığındaki yıllık değişimleri ve termal kapasiteyi belirler. Alt Konveksiyonlu Bölgenin derinliği arttıkça, zamana bağlı olarak sıcaklık değişimi azalırken ısıl kapasite artar. Ancak bu tabakanın kalınlığının arttırılması sistem maliyetinde yükselişe neden olur.
Enerjinin depolandığı bu tabakadan belirli aralıklarda enerji çekilmesi havuzun etkinliğini arttırır. Küçük ölçekli güneş havuzlarında Alt Konveksiyonlu Bölgenin kalınlığının arttırılması önemli bir avantaj sağlamaz. Yaz aylarına yönelik uygulamalar için Alt Konveksiyonlu Bölgenin kalınlığının ince olması yeterlidir.
2.2. Etkin Bir Güneş Havuzu Yapabilmek İçin Uyulması Gerekli Kurallar
1. Havuz için gerekli olan su ve tuz kolay yoldan ekonomik olarak elde edilmelidir. 2. Havuzun tabanı hafriyat masraflarını azaltmak için düz olmalıdır. 3. Havuzun kurulacağı yer toprağın olabildiğince homojen yapıda olduğu ve çatlak içermediği bir bölgeden seçilmelidir. 4. Havuz yüzeyi bütün bir yıl boyunca güneş görebilmelidir. 5. Rüzgarı en az alan bölgeler tercih edilmelidir. 6. Havuzun üretiminde kullanılan malzemeler ucuz olmalıdır. 7. Havuz ilk yatırım maliyetini düşürmek için arazi fiyatlarının düşük olduğu bir yörede kurulmalıdır.
Güneş Havuzlarında NaCl, MgCl2 , NaHCO2 , Na2CO3 , Na2SO4 tuzlarından yararlanabiliriz. Bu tuzlardan NaCl ve MgCl2 ‘ün çözünebilirliği sıcaklıkla fazla değişmez. Bu yüzden güneş havuzlarında kullanılmaları daha uygun olur. Şekil-2.2’ de güneş havuzlarında kullanılabilen bu tuzların sıcaklığa göre çözünürlükleri görülmektedir (Demirdöver, 1995).
Şekil-2.2. Güneş Havuzlarında kullanılabilen NaCl, MgCl2 , NaHCO2 , Na2CO3 ve Na2SO4 tuzlarının sıcaklıkla değişen çözünürlükleri.(Demirdöver, 1995)
Havuzdaki tuzlu suyun berraklığı ne kadar fazla ise güneş ışınlarını geçirmesi de o kadar fazla olur. Buradan Ara Konveksiyonsuz Bölgeye geçen ışık miktarı da o kadar artar. Böylece dipte depolanan enerji miktarında da aynı oranda artış gözlenir.
Tuz çözeltisinin ışık geçirgenliği havuzun performansında önemli bir rol oynar. Havuzda homojen bir berraklığın olmaması veya havuza herhangi yabancı partiküllerin karışması absorblanan enerjinin düzensiz dağılımına neden olur. Bakteri, yosun gibi organik, toz ve kum gibi inorganik partiküllerin kontrolü havuzun berraklığını etkiler. Bakteriler, 50ºC’nin altındaki sıcaklıklarda ve yüksek tuz derişimli sularda bile üreyebilirler. Bakteri kontrolü için klor kullanılabilir. Uygulanan klorun etkinliği çözelti pH değerine bağlıdır. Bazı yosun türleri güneş havuzlarında oluşan tuz derişimi ve sıcaklık koşulları altında da çoğalabilir. Yosun oluşumu ışık geçirgenliğini etkiler. Yosun oluşumu uygun pH değerinde bakır sülfatçözeltisi kullanılarak engellenebilir.
Güneş havuzlarında suyun kirlenmesi veya tuzun kristalleşmesi ışık geçirgenliğini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu nedenle havuz temizliğine ve tuz çözeltisinin kristalleşmemesine dikkat edilmelidir. Çünkü bu nedenler havuzun performansını oldukça etkilemektedir (Srinivasan ve Guha, 1987).
Çok temiz saf su ve filtre edilmiş tuz kullanılsa bile pratikte havuzun güneş ışınlarını geçirgenliği hiçbir zaman %100’e ulaşmaz. Havuzda mikroorganizmaların çoğalması havuzun berraklığını olumsuz yönde etkiler ki, bu da ısıl verimi azaltır. Havuzun berraklığını korumak için su yüzeyine geçirgen bir tabaka konabilir.
Alt Konveksiyonlu Bölge kalınlığı arttıkça daha fazla radyasyon bu tabakada absorblanır ve sonuçta Alt Konveksiyonlu Bölge sıcaklığı ve depolanan enerji artar.
Ara Konveksiyonsuz Bölge kalınlığı arttırıldığında, Alt Konveksiyonlu Bölgeden üst konveksiyonlu bölgeye ara konveksiyonsuz bölge yoluyla ısı transferi oluşması nedeniyle alt konveksiyonlu bölge sıcaklığı artar.
Üst konveksiyonlu bölge kalınlığı arttırıldığında, alt konveksiyonlu bölgede absorbe edilen ışınım miktarı azalır ve tabaka sıcaklığı düşer.
Havuzun işlemeye başladığı zamanın yaz veya kış olması, havuzun uzun süreli performansında herhangi bir etkisi yoktur. Havuz, ritmine ulaştığında gösterdiği performansı bir sonraki yılda da devam ettirir.
1-2 metre derinliği olan ve dibi siyaha boyanmış bir havuz tasarlanırsa güneş ışınımı suya girdikten sonra alt tabakalara kadar ulaşıp absorblanır ve dipte sıcaklık artmaya başlar. Ancak absorblanan ısının dipte kalabilmesi için alttaki tabakanın üsttekilere oranla daha yoğun olması gerekir. Bu arada havuz dibinden olabilecek ısı kaybı da ihmal edilebilecek düzeyde olmalıdır (Kooi, 1980).
Güneş havuzlarında en büyük problemlerden biri ara konveksiyonsuz bölgedeki erozyondur. Bu olay ara tabakanın incelmesine yol açar ki bu da sonuçta termal kapasiteyi azaltır. Bunu gidermek için üst tabakayı ince tutmak ve alt tabakadan ısıyı belirli periyotlarda çekmek gerekir. Ancak yüksek ısıya gerek duyulan uygulamalarda havuzdan sürekli ısı çekilmemelidir.
Alt tabakadaki ısının çekilmesi için düzeltici bir otomatik havuz kontrol mekanizması kurmak ve bütün parametreleri buradan değerlendirmek büyük kolaylık sağlayacaktır.
Güneş havuzunda, enerjinin depolandığı alt konveksiyonlu bölge indirgenmiş bir tuz gradiyentinin gerekliliği, aksi taktirde tuz gradiyentinin stabilitesinin sağlanamayacağı Tabor tarafından bildirilmiştir.
Başlangıç yoğunluk gradiyenti havuz doldurulduğundaki gradiyenttir. Bu değer, üst ve alt tabakalardaki derişimlerin kontrolü ile difüzyon etkilerine karşı sabit tutulur. Genelde en yoğun tabaka en alttadır ve daha az yoğun tabakalar bu alt tabakanın üstünde yer alır.
Güneş havuzunun termal etkinliğini etkileyen çeşitli dış parametreler vardır. Bunlar güneş ışınımının saatlik değişimi, sıcaklık farklılığı, rüzgar hızı ve bağıl nem olarak sıralanabilir (Subhakar ve Murthy, 1993).
Yansımanın az olduğu bir havuzda daha yüksek sıcaklıklara ulaşılabilir. Bu da aşırı tuz eklenmesi sonucu havuz dibinde yerleşecek tuz kristallerinin ve diğer maddelerinçökmesinin ne denli önemli olduğunu gösterir.
Bir metre ve daha derin havuzlar enerji depolamak için uygundur. Havuzun derinliği artarsa dibe ulaşacak olan ışınım miktarı da azalır. Havuzun kirliliği buna eklenirseışınımın geçişi daha da güçleşir ve havuzun verimliliği azalır (Hull, 1982).
Derinliğin yanı sıra havuzun şeklide önemlidir. Havuzun yan duvarlarının belirli bir derecelik açı yapacak derecede olması gölgeleme olayını kısmen ortadan kaldırır.Örneğin yamuk şeklindeki havuzlar, dikdörtgen yada silindirik havuzlardan daha çok enerji toplar. İyi tasarlanmış bir güneş havuzu ile yüksek rakımda ve soğuk yerlerde bile çok iyi sonuçlar alınabilir.
3. GÜNEŞ HAVUZU SICAKLIK ÖLÇME SİSTEMİ VE OPTİMİZASYONU
Güneş havuzu sıcaklık ölçme sistemi üç ana bölümde incelenmektedir. Bu bölümleri şu şekilde sıralayabiliriz.
1. Sıcaklık Sensörü ve Filtre Devresi, 2. Analog Dijital Dönüştürücü Kart, 3. Bilgisayar Programı ve Sıcaklık Ölçümlerinin Yapılması.
3.1. Sıcaklık Sensörü ve Filtre Devresi
Sıcaklık ölçümü için uçlarındaki potansiyel farkı sıcaklıkla orantılı olarak değişen LM35DZ hassas sıcaklık sensörü, direnç değeri sıcaklıkla değişen KTY81 direnci, iletim gerilimi sıcaklıkla değişen 1N4148 diyodu ve NTC dirençleri kullanılmıştır. Bunlar arasından en iyi ölçüm sonucu LM35 sensörü ile elde edilmiştir. Bu nedenle LM35 sensörü ayrıntılı olarak anlatılacak, diğerlerinin ise ölçüm sonuçları verilecektir (National, 1993).
KTY81 sıcaklık arttıkça direnci artan sıcaklık sensörüdür. 0-100°C arasında direnci yaklaşık olarak 800Ω ile 1700Ω arasında değişmektedir. Fakat hata payı yüksek olduğu için gösterdiği sıcaklık değeri ±3°C farklılık göstermektedir. KTY81 sıcaklık sensörü Şekil-3.1’de gösterilmiştir (Philips, 2000).
1N4148 yüksek hızlı anahtarlama diyodudur. Fakat bu diyod aynı zamanda iletim gerilimi sıcaklıkla değiştiği için sıcaklık sensörü olarak da kullanılabilmektedir. Şekil-3.2.’de diyodun şekli gösterilmiştir (Philips,1999).
NTC ise direnci sıcaklıkla ters orantılı olarak değişen thermistördür. Bir dirençle gerilim bölücü olarak kullanılmış ve NTC üzerindeki gerilim değerinden yararlanılarak sıcaklık değerleri elde edilmiştir.
LM35DZ transistöre benzeyen üç ucu bulunan bir sensördür. Bu entegrenin görünümü ve bacak yapıları şekil-3.3 ve şekil-3.4’de gösterilmiştir.
Şekil-3.4.’de gösterilen üç uçtan +Vs besleme ucu olup besleme gerilimi –0,2 ile +35 Volt arasında değişebilmekte fakat önerilen besleme gerilimi 4-20 Volt arasındadır. GND (Ground) ucu toprak (şase) ucudur. VOUT ucu ise çıkış ucu olup bu uçtan okunan gerilim değeri sıcaklıkla lineer (doğrusal) olarak değişmektedir. Bu değişim her °C sıcaklık için 10mV gerilim değişimine karşı gelmektedir. LM35’in çalışabildiği sıcaklık sınırı 0°C ile +100°C aralığıdır. Bu sensörlerde çıkış uçlarından okunan sıcaklık değerleri ±2°C değişebilmektedir. Bu farklılık hassas bir kalibrasyon ile küçültülebilmektedir. Sıcaklık sensörleri ile yapılan sıcaklık ölçümleri uzak noktalardan yapılıyorsa VOUT ve GND uçlarına RC filtre devresi yerleştirmek gerekmektedir. Bu filtre devresi, sensör üzerinde oluşan parazit gerilim değişimlerini ve kablo üzerindeki kayıpları azaltmakta ve daha düzgün bir ölçüm almamızı sağlamaktadır. Bu RC filtre devresi şekil-3.5.’de gösterildiği gibi KTY81’in, 1N4148’in, NTC’nin ve LM35’in VOUT ucu ile GND ucu arasına, ADC Kart girişine yerleştirilmiştir (National, 2000).
Sıcaklık ölçme sisteminde en az 10 ayrı noktanın sıcaklığı ölçüleceği için her bir nokta için ayrı ayrı sıcaklık sensörleri (LM35, KTY81, 1N4148 ve NTC) ve her bir sensör çıkışına RC Filtre devresi gerekmektedir. Sıcaklığı ölçülecek noktalar Güneş Havuzu içindeki suyun değişik derinliklerinde olduğu için sıcaklık sensörleri farklı uzunluklardaki kablolara bağlanmıştır. Bu kabloların ve sensörlerin güneş havuzu içindeki tuzlu sudan ve sıcaklıktan zarar görmesini önlemek için, her bir kablo, içinden geçebileceği genişlikte birer hortum içinden geçirilmiştir. Bu hortumların bir ucunda olan sıcaklık sensörlerinin sudan yalıtılması için, hortum uçlarına su giremeyecek şekilde silikon kaplanmıştır. Böylece hem su içindeki kablolar hem de sıcaklık sensörleri tuzlu su ve sıcaklıktan korunmaktadır.
3.2. Analog Dijital Dönüştürücü Kart
Bilgisayar dijital birimler topluluğudur ve bir değeri işleyebilmesi için bu değerin ikili sayı sisteminde verilmesi gerekir. Doğal koşullarda ise sıcaklık, basınç, gerilim gibi değerler süreklidir ve elektriksel eşdeğerleri olan akım veya gerilim analog değerlerdir. Analog bir değeri, dijital bir sistemde işlenebilecek duruma getirmek için Analog Dijital Dönüştürücü (ADC) elektronik devrelerinden yararlanılır. Bu devreler analog verileri dijital veri haline dönüştürürler. Sıcaklık sensörlerinin Vout çıkışından alınacak olan sıcaklığa bağlı gerilim değerleri Analog bilgiler olup bunların bilgisayarda işlenebilmesi için dijital bilgilere dönüştürülmesi gerekmektedir. Bu dönüştürme işlemleri için Bir analog dijital dönüştürücü kart kullanılmıştır. Bu kart ISA slotu için tasarlanmış olup kart üzerinde bir adet analog giriş ucu olan 12 bitlik Analog Dijital Dönüştürücü entegresi, 16 analog giriş ucu sağlamak için 74HC4067 Multiplexer (çoğullayıcı) entegresi ve bilgisayarda bu kartın bir adrese yerleştirilmesi için Adres Kod Çözümü lojik devresi yer almaktadır. Analog Dijital Dönüştürücünün mantık gösterimi şekil-3.6.’de gösterilmiştir (National, 1993).
Şekil-3.6. Analog Dijital dönüştürücünün mantık gösterimi.
Analog Dijital Dönüştürücünün çalışmasından bahsedecek olursak Vref girişine verilen gerilim değerini 12 bit olarak (Vref/4096) parçalar ve Vin girişine gelen gerilimi Vref/4096 ile karşılaştırıp hangi dijital 12 bit değere karşılık geldiğini elde eder ve çıkışa gönderir. Örneğin Vin girişine +5Volt gerilim verildiğinde dijitalçıkışta 1111 1111 1111 değeri, 0Volt verildiğinde ise 0000 0000 0000 dijital değeri elde edilir. Böylece her bir bit dijital değer değişimi 5V/4096 = 0,00122V ≈ 1,2mV gerilim değerine karşılık gelir. Bu da kartın 1,2mV gerilim değişimlerine hassas olduğunu göstermektedir.
Tek bir analog girişe sahip olan Analog Dijital Dönüştürücü entegresinin analog giriş sayısını arttırabilmek için Analog Multiplexer (çoğullayıcı) entegresi kullanılmıştır. Sıcaklık ölçme sistemimizde en az 10 farklı noktanın sıcaklığı ölçüleceği için 16 giriş ucu bulunan 74HC4067 multiplexer entegresi kullanılmıştır. Bu entegrenin lojik gösterimi şekil-3.7’de gösterilmiştir.
Multiplexer (çoğullayıcı) devresinin çalışması için entegrenin E Chip select (entegre seçimi) ucunun lojik 0 olması gerekir. Bu şart sağlandıktan sonra S3 S2 S1 S0 adres girişlerine uygulanan lojik değerler ile 16 giriş kanalından birisi seçilir ve aynen çıkış ucuna aktarılır. Her bir girişin farklı port adreslerine sahip olabilmesi için bilgisayarın adres yolunun düşük değerlikli dört biti ( A3 A2 A1 A0) sırasıyla bu adres girişlerine uygulanır. Örneğin ölçme sisteminin bilgisayardaki yerleşim adresinin 160H olduğunu düşünürsek ilk giriş ucu olan I0 160H, 2. girişi I1 161H, ... 16. giriş ucu olan I15 girişi de 16FH adreslerinden okunur. 74HC4067 multiplexer entegresinin çıkış ucu Analog Dijital Dönüştürücü entegresinin Vin girişine bağladığımızda belirtilen adreslerdeki analog girişler bilgisayar veri yoluna dijital olarak aktarılır ve program ile bu adreslerden veriler okunmaktadır.
Analog Dijital Dönüştürücü Kart Sisteminin, bilgisayarın 160H adresine yerleştirilmesi ve girişlerdeki 16 kanalın farklı adreslerden okunabilmesi için bilgisayarın adres hatlarının bir kod çözümü devresi ile düzenlenmesi ve gerekli devre bağlantılarının yapılması gerekmektedir. Bu adres kod çözümünün yapıldığı lojik devre şekil-3.8’de gösterilmiştir.
Bu kod çözücü devreye göre bilgisayarda 160H – 16FH adresleri dışında bir adres üretildiğinde kod çözücü devrenin E çıkışı yani multiplexer devresinin aktifleme girişi (Chip select) lojik 1 değerini alır ve devre pasif olur. Aksine bu adreslerden herhangi birisi üretildiğinde multiplexer aktif olur ve seçilen 16 girişten birisi bilgisayar tarafından okunur. Hangi giriş ucunun bilgisayar tarafından okunacağı ise multiplexer entegresinin adres girişleri olan A3 A2 A1 A0 adres hatları ile seçilmektedir (Gümüşkaya, 1999).
Bir bütün halindeki sıcaklık ölçme sisteminin blok diyagramı şekil-3.9’da gösterilmiştir.
Sistemin 16 kanal girişi, sıcaklık sensörlerinin bağlandığı kabloların diğer uçlarına yerleştirilen RC Filtre devrelerinin çıkışlarından oluşmaktadır. Kod çözücü devreninçıkışı, multiplexerin E girişini aktif etmesiyle sistem aktif olur ve A3 A2 A1 A0 ‘ın belirlediği adresle 16 giriş kanalınden birisi seçilir ve multiplexerin O çıkışına gönderilir. ADC’nin Vin girişine gelen bu analog işaret 12 bit dijital bilgiye dönüştürülerek bilgisayar veri yoluna aktarılır. Bilgisayar veri yolu ISA slot için 16 bittir. 12 bitten fazla olan bitler (D12-D13-D14 ve D15) şaseye bağlanmıştır.
Bilgisayar veri yolundaki bu dijital bilgi bilgisayar programı ile okunur. Okunan bu dijital gerilim değeri program ile sıcaklık değerine dönüştürülerek bir dosyaya kaydedilir. Aynı şekilde diğer analog girişler de seçilerek her giriş ucundaki veriler bilgisayara alınır ve işlenerek dosyaya kaydedilir. Bu şekilde 16 farklı noktanın sıcaklığı bilgisayarda işlenerek bir dosyaya kaydedilebilmektedir. Programda verilerin okunma periyotları ayarlanarak istenilen zaman aralıklarında sıcaklık okuma işlemleri gerçekleştirilebilir.
3.3. Bilgisayar Programı ve Sıcaklık Ölçümlerinin Yapılması
İyi bir sıcaklık ölçme sisteminin oluşturulması için dört farklı sıcaklık sensörü kullanılmıştır. Bunun nedeni en iyi ölçüm sonucunun alınacağı sıcaklık sensörünü tespit etmektir. Sıcaklık sensörleriyle sıcaklık değerlerinin alınabilmesi için bilgisayar programına ihtiyaç vardır. Bunun için Turbo C dilinde program yazılmıştır. Sistem için iki ayrı program gerekmektedir. İlk program belirli sıcaklık değerlerinde sensör üzerindeki gerilim değerlerini mili volt olarak okuyacak ve bir dosyaya kaydedecek. Bu programda elde edilen değerler ikinci programda kullanılacak. İkinci program da sensörler üzerinden okunan gerilim değerlerini, dahaönce elde edilen sıcaklık–gerilim değerleriyle kıyaslayarak hangi sıcaklık değerine karşı geldiğini hesaplayacak ve değerleri yine bir bilgisayar dosyasında kaydedecek. Bu programda verileri kaydetme periyodu ve verilerin kaydedileceği dosya adı kullanıcı tarafından girilecektir. Programların daha detaylı anlatımı program içinde ve sonrasında verilmektedir.
#include<stdio.h> #include<conio.h> #include<dos.h> main() { int i, j, adres, sayac, port = 0x160; float A, deger[15]; FILE *file; if((file = fopen(“test.txt”,”wt))== NULL) //verilerin yazılacağı dosya açılıyor. { printf(“
Dosya Açılamadı.”); return 1; } printf(“ Saniyelik Kaç Defa Değer Almak İstiyorsunuz = “); scanf(“%d”,&sayac); for(j = 0; j <= sayac; j ++) // okuma sayısı için döngü başlangıcı { for(i=0 ; i<=15 ; i++) // 16 kanal için döngü başlangıcı. { adres = port + i; // adres her bir kanal için arttırılıyor. A = inportb(adres)&15; // kanallardan 16 bit bilgi okunuyor. deger[i] = A*5000/4095 ; // okunan değerler gerilime çevriliyor. fprintf(file,“ %d . CH = %.2f ”,i,deger[i]); // dosyaya değer yazılıyor. } // kanalların okunması bitti fprintf(file,“
”); // dosyada satır atlatılıyor. sleep(1); // 1 saniyelik bekleme. } fclose(file); // Dosya kapatılıyor. return 0; // program bitişi. }
Bu programda 16 giriş kanalından birer saniye aralıklarla sayac değişkeni kadar veri okunmaktadır. Burada deger[i] değişken dizisi 16 kanal içindir. Fakat her kanal için sayac değişkeni kadar ayrı deger[i] değeri okunmaktadır. Bu deger[i] değerlerinin aritmetik ortalamaları alınarak her deger[i] değişkeni için kaydedilir. Burada deger[i] değişkeni deger[0], deger[1], deger[2], .... deger]15] değişkenlerinin hepsinin yerine kullanılmaktadır. deger[0], 0 numaralı giriş kanalının değeridir. Sıcaklık sensörleri deneme amacı ile sistemde 4’er tane kullanılmıştır. CH0–CH3 LM35 için, CH4–CH7 KTY81 için, CH8-CH11 1N4148 için ve CH12-CH15 NTC için kullanılmıştır.
İkinci programda kullanılacak olan deger[i] değişkenlerinin okunacağı iki farklı sıcaklık değerleri önemlidir. Çünkü bu sıcaklık değerleri ölçümün yapılabileceği sıcaklık değerleri sınırlarını oluşturmaktadır. Ölçümlerin yapıldığı düşük sıcaklık Ti, yüksek sıcaklık Ts olarak düşünülürse Ti sıcaklığında ölçülen deger[i] değerleri ana programda Vi[i] değişkenlerine, Ts sıcaklığında ölçülen deger[i] değerleri de Vs[i] değişkenlerine atanacaktır. Böylece bu iki sıcaklık değerleri arasındaki bir sıcaklığa karşı gelen sensör çıkış geriliminin sıcaklığı ana programda bu değerler kullanılarak hesaplanacaktır.
Bu durumlar göz önüne alınarak ana program şu şekilde oluşturulmuştur;
#include<stdio.h> #include<conio.h> #include<dos.h> main() { int port = 0x160, saniye = 1, dakika = 60, saat = 3600, secim; int i, j, sayi, Ti, Ts, T[15]; float A, Vi[15], Vs[15], V[15]; FILE *file; if((file = fopen(“oku.txt”,”at))== NULL) //verilerin yazılacağı dosya açılıyor. { printf(“
Dosya Açılamadı.”); return 1; } // Ti °C’de okunan deger[i] değişkenlerinin aritmetik ortalamaları Vi[i] olarak alınır. Vi[0] = deger[0]; Vi[1] = deger[1]; Vi[2] = deger[2]; Vi[3] = deger[3]; Vi[4] = deger[4]; Vi[5] = deger[5]; Vi[6] = deger[6]; Vi[7] = deger[7]; Vi[8] = deger[8]; Vi[9] = deger[9]; Vi[10] = deger[10]; Vi[11] = deger[11]; Vi[12] = deger[12]; Vi[13] = deger[13]; Vi[14] = deger[14]; Vi[15] = deger[15]; // Ts °C’de okunan deger[i] değişkenlerinin aritmetik ortalamaları Vs[i] olarak alınır. Vs[0] = deger[0]; Vs[1] = deger[1]; Vs[2] = deger[2]; Vs[3] = deger[3]; Vs[4] = deger[4]; Vs[5] = deger[5]; Vs[6] = deger[6]; Vs[7] = deger[7]; Vs[8] = deger[8]; Vs[9] = deger[9]; Vs[10] = deger[10]; Vs[11] = deger[11]; Vs[12]= deger[12]; Vs[13] = deger[13]; Vs[14] = deger[14]; Vs[15] = deger[15]; printf(“ Saniyelik okuma için 1’e
”); printf(“ Dakikalık okuma için 2’ye
”); printf(“ Saatlik okuma için 3’e
”); printf(“ Çıkış için 4’e basınız....”); scanf(“%d”,&secim); if( secim == 4) { printf(“ ÇIKIŞA bastınız....
”); getch(); return 0; } if( secim == 1) { printf(“ Saniyelik Kaç Defa Değer Almak İstiyorsunuz = “); scanf(“%d”,&sayi); // okuma sayısı belirleniyor. zaman = saniye; // okuma periyodu 1 sn olarak ayarlanıyor. } if( secim == 2) { printf(“ Dakikalık Kaç Defa Değer Almak İstiyorsunuz = “); scanf(“%d”,&sayi); // okuma sayısı belirleniyor. zaman = dakika; // okuma periyodu 1 dk olarak ayarlanıyor. } if( secim == 3) { printf(“ Saatlik Kaç Defa Değer Almak İstiyorsunuz = “); scanf(“%d”,&sayi); // okuma sayısı belirleniyor. zaman = saat; // okuma periyodu 1 saat olarak ayarlanıyor. } for(j = 0; j <= sayi; j ++) // okuma sayısı için döngü oluşturuluyor. { for(i = 0; i <= 15; i ++) // 16 kanal için döngü oluşturuluyor. { adres = port + i; // kanal adresleri alınıyor. A = inportb(adres)&15; // giriş uçları sırayla 16 bit olarak okunuyor. V[i] = A*5000/4095; //5 volt için gerilim değeri ayarlanıyor(mV olarak). D = (Vs[i] – Vi[i] ) / (Ts – Ti); T[i] = (V[i]–Vi[i])/D+Ti; // değerler sıcaklıklara dönüştürülüyor. fprintf(file,“T[%d] = %f”,i,T[i]);//dosyaya okunan sıcaklık değeri yazılıyor. } fprintf(file,“
”); // Bütün kanallar dosyaya yazıldıktan sonra satır atlıyor. sleep(zaman); // okuma periyodu kadar bekleniyor. } fclose(file); // Dosya kapatılıyor. return 0; // program sonu. }
Bu programlar sayesinde ölçme sistemi, sıcaklık sensörlerinden alınan gerilim değerleri sıcaklık değerlerine çevrilmektedir. Bu ölçüm ve kalibrasyon işlemlerinin nasıl yapıldığını şu şekilde anlatabiliriz: 16 adet sıcaklık sensörü kart girişlerine yerleştirilip su izolasyonu ve çalışma testleri yapıldıktan sonra sıcaklığı bir termometre ile ölçülen (örneğin 10 °C) su içine sensörler yerleştirilir. Daha sonra ilk yazmış olduğumuz program çalıştırılır ve saniyede bir olmak üzere 20-30 ölçüm değeri alınır. Alınan bu ölçüm değerlerinin, her bir giriş kanalı için aritmetik ortalamaları alınır. Bu şekilde ortalama değerlerin alınması ölçme sisteminin hata payının azalmasını, daha düzgün ve daha hassas ölçüm yapabilmemizi sağlar. Daha sonra yine sıcaklığı termometre ile ölçülen daha yüksek sıcaklıktaki (örneğin 90°C) bir su içine sensörler tekrar yerleştirilir. Aynı şekilde saniyede bir olmak üzere 20-30 ölçüm değeri alınır. Bunların da aritmetik ortalamaları alınır. Aritmetik ortalamaları alınan bu değerler ana programdaki deger[i] değişkeni yerlerine yazılır. Yani ana programdaki deger[i] değişkenleri aslında değişken değil ilk programda elde edilen sayısal değerlerdir. Bu değerler programa girildikten sonra ölçme sistemimiz Ti ve Ts sıcaklık değerleri arasındaki tüm sıcaklıkları ölçebilmektedir. Fakat sensörlerin gerilim değerlerinin sıcaklıkla değişimleri lineer olmadı için sıcaklık aralığını küçük tutmakla daha hassas ölçümler alınabilmektedir. LM35 sensörü ise geniş sıcaklık sınırları arasında lineere yakın değişim gösterdiği için sıcaklık aralığı geniş tutulabilir.
Programın nasıl hesaplama yaptığı sayısal bir örnek vererek anlatırsak daha iyi anlaşılacaktır.
Örneğin LM35DZ sıcaklık sensörü Ti=10°C sıcaklıkta Vi=103mV ve Ts=90°C sıcaklıkta Vs=904mV gerilim değeri göstermektedir. Bu sensör V = 248mV gerilim gösterdiğinde, uçlarındaki sıcaklık değeri şu şekilde hesaplanmaktadır:
D = DV / DT DV = Vs – Vi = 904–103 = 801mV DT = Ts – Ti = 90–10 = 80°C D = DV / DT = 801 / 80 T = (V–Vi ) / D + Ti = (248–103) / (801/80) + 10 = 145 * 80 / 801 +10 = 24,48 °C
Bu sistemin kalibrasyonu yapıldıktan yani Ti=20 ve Ts=60 için ölçümler alınıp ikinci programda bu değerler yerine konulduktan sonra termometrenin gösterdiği 25°C, 45°C ve 60°C sıcaklık değerine sahip su için sistemimizden okunan örnek ölçüm değerleri tablo-3.1,tablo –3.2 ve tablo-3.3’de gösterilmiştir. Tablolarda saniyede bir olmak üzere 20 ölçüm alınmıştır. Bu ölçüm değerlerinin aritmetik ortalamaları en alt satırda hesaplanmıştır. Bu ölçümlerden CH0–CH3 LM35 için, CH4–CH7 KTY81 için, CH8-CH11 NTC için ve CH12-CH15 1N4148için kullanılmıştır.
Yaş : 28 Cinsiyet : Bay Mesaj Sayısı : 986 Giriş sayısı : 3394 Forum T. Puanı : 66 MSN : admin@seydisehirlim.com Kişiyi : Arkadaşım Yap Olgunluk 40% Aktiflik 339% Forum Katkısı 98% Tüm Siteye Katkısı 327%
Tablo-3.1. 25°C sıcaklık için saniyelik periyotla alınan 20 ölçüm değeri ve aritmetik ortalamaları.
CH0
CH1
CH2
CH3
CH4
CH5
CH6
CH7
CH8
CH9
CH10
CH11
CH12
CH13
CH14
CH15
45,26
45,06
44,72
35,12
45,62
44,94
45,32
44,80
46,31
45,43
45,89
45,38
46,34
47,41
47,08
46,28
45,34
45,24
44,82
35,27
45,16
44,86
45,17
45,43
46,31
46,43
45,44
45,46
46,49
47,41
46,28
46,41
45,52
45,06
44,92
35,12
44,93
44,48
44,78
45,57
46,09
46,32
45,44
45,48
46,14
46,92
46,28
46,58
45,14
44,99
45,04
35,18
45,47
45,12
45,09
45,06
45,32
45,18
46,08
46,21
47,26
46,69
46,12
46,60
45,28
45,02
44,98
35,06
46,22
44,94
46,12
45,32
45,87
45,38
45,98
45,39
46,37
46,43
46,48
46,98
45,16
45,28
44,94
35,27
45,26
44,98
45,18
45,66
45,87
45,67
45,26
45,39
46,37
46,81
46,23
47,22
45,16
45,26
44,82
34,94
45,39
43,79
45,47
45,57
45,26
46,44
45,26
45,63
46,49
46,48
46,48
46,02
45,44
45,08
44,78
35,16
45,96
44,56
46,22
44,98
45,77
46,06
45,04
45,47
47,26
46,48
45,92
47,46
45,14
45,22
44,94
35,12
45,46
44,68
45,16
45,32
46,36
44,68
45,27
46,02
47,26
46,23
45,92
47,46
45,16
45,26
44,72
35,21
44,93
44,94
45,32
44,84
45,32
45,89
45,35
45,63
46,28
46,23
46,28
46,41
45,44
45,04
44,82
35,14
45,36
43,79
45,47
45,66
45,18
45,89
45,35
46,02
46,16
46,13
47,02
46,49
45,14
45,24
44,76
34,89
45,62
44,56
45,09
45,08
45,58
46,04
45,46
45,48
45,82
46,13
47,02
46,98
45,12
45,26
44,98
35,04
45,47
44,42
45,32
45,16
45,61
46,16
46,02
45,16
45,82
46,47
45,81
46,98
45,16
45,02
45,04
35,12
45,06
44,88
45,32
46,32
45,61
45,32
45,67
45,63
46,43
46,47
47,23
46,13
45,28
45,24
44,82
34,86
46,21
44,74
46,48
45,66
45,47
46,04
45,39
45,38
46,43
46,69
46,12
46,41
45,18
45,06
44,78
35,18
45,16
44,62
45,18
45,32
45,47
45,85
45,27
45,47
46,34
46,46
46,28
46,60
45,14
45,16
44,82
35,21
45,78
44,56
45,52
44,43
46,37
45,67
45,89
46,02
46,28
47,44
45,85
46,60
45,16
45,31
44,94
35,12
45,78
44,98
44,98
45,43
46,06
46,43
46,37
45,62
46,14
47,07
46,28
47,22
45,34
45,16
44,96
34,97
45,16
44,94
45,92
45,38
45,32
45,41
44,95
45,68
46,71
47,07
45,19
45,72
45,18
45,08
44,82
35,12
45,34
44,88
46,32
45,67
46,09
45,41
45,51
46,41
46,43
47,07
46,28
46,68
LM35 Sensörü
KTY81 Sensörü
NTC Direnci
1N4148Diyodu
45,24
45,15
44,87
45,11
45,47
44,68
45,47
45,33
45,76
45,79
45,54
45,65
46,44
46,70
46,31
46,66
Tablo-3.2. 45°C sıcaklık için saniyelik periyotla alınan 20 ölçüm değeri ve aritmetik ortalamaları.
CH0
CH1
CH2
CH3
CH4
CH5
CH6
CH7
CH8
CH9
CH10
CH11
CH12
CH13
CH14
CH15
60,06
59,96
59,82
60,12
60,42
60,14
60,12
59,60
62,11
61,23
61,89
61,18
63,14
64,21
64,08
63,08
60,14
60,14
59,92
60,27
59,96
60,06
59,97
60,23
62,11
62,23
61,44
61,26
63,29
64,21
63,28
63,21
60,32
59,96
60,02
60,12
59,73
59,68
60,58
60,37
61,89
62,12
61,44
61,28
62,94
63,72
63,28
63,38
59,94
59,89
60,14
60,18
60,27
60,32
59,89
59,86
61,12
60,98
62,08
62,01
64,06
63,49
63,12
63,40
60,08
59,92
60,08
60,06
61,02
60,14
60,92
61,12
61,67
61,18
61,98
61,19
63,17
63,23
63,48
63,78
59,96
60,18
60,04
60,27
60,06
60,18
60,98
60,46
61,67
61,47
61,26
61,19
63,17
63,61
63,23
64,02
59,96
60,16
59,92
59,94
60,19
58,99
60,27
60,37
61,06
62,24
61,26
61,43
63,29
63,28
63,48
62,82
60,24
59,98
59,88
60,16
60,76
59,76
61,02
59,78
61,57
61,86
61,04
61,27
64,06
63,28
62,92
64,26
59,94
60,12
60,04
60,12
60,26
59,88
59,96
61,12
62,16
60,48
61,27
61,82
64,06
63,03
62,92
64,26
59,96
60,16
59,82
60,21
59,73
59,14
60,12
60,64
61,12
61,69
61,35
61,43
63,08
63,03
63,28
63,21
60,24
59,94
59,92
60,14
60,16
58,99
60,27
60,46
60,98
61,69
61,35
61,82
62,96
62,93
64,02
63,29
59,94
60,14
59,86
59,89
60,42
59,76
59,89
59,88
61,38
61,84
61,46
61,28
62,62
62,93
64,02
63,78
59,92
60,16
60,08
60,04
61,27
59,62
61,12
59,96
61,41
61,96
62,02
60,96
62,62
63,27
62,81
63,78
59,96
59,92
60,14
60,12
59,86
60,08
60,12
61,12
61,41
61,12
61,67
61,43
63,23
63,27
64,23
62,93
60,08
60,14
59,92
59,86
61,01
59,94
61,28
60,46
61,27
61,84
61,39
61,18
63,23
63,49
63,12
63,21
59,98
59,96
59,88
60,18
59,96
59,82
59,98
60,12
61,27
61,65
61,27
61,27
63,14
63,26
63,28
63,40
59,94
60,06
59,92
60,21
60,58
59,76
60,32
60,23
62,17
61,47
61,89
61,82
63,08
64,24
62,85
63,40
59,96
60,21
60,04
60,12
60,58
60,18
59,78
60,23
61,86
62,23
62,37
61,42
62,94
63,87
63,28
64,02
60,14
60,06
60,06
59,97
59,96
59,14
60,72
60,18
61,12
61,21
60,95
61,48
63,51
63,87
62,19
62,52
59,98
59,98
59,92
60,12
60,14
60,08
61,12
60,47
61,89
61,21
61,51
62,21
63,23
63,87
63,28
63,48
LM35 Sensörü
KTY81 Sensörü
NTC Direnci
1N4148Diyodu
60,04
60,05
59,97
60,11
60,32
59,78
60,42
60,33
61,56
61,59
61,54
61,45
63,24
63,50
63,31
63,46
Tablo-3.3. 60°C sıcaklık için saniyelik periyotla alınan 20 ölçüm değeri ve aritmetik ortalamaları.
4. TUZLULUK ÖLÇER CİHAZI
4.1. Tuzluluk Ölçer Cihazının Tanımı
Bu cihaz NaCl çözeltisinin elektrolitik öz iletkenliğinin konsantrasyonla değişiminden faydalanarak tuzlu suyun konsantrasyonunu bilgisayarlı sistem ile ölçmektedir. Cihaz, bir tip bilgisayarlı ohm metre olarak çalışmakta ve bir bilgisayar programı ile değerleri tuz konsantrasyonuna dönüştürmektedir.
4.1.1. Tuzluluğun Tanımı
Tuzluluk, çözünen tuzların konsantrasyonudur, yani tuz miktarının çözelti miktarına oranıdır. Tuzluluk birkaç şekilde ifade edilebilir; a.) Milyonda bir olarak (ppm veya μg/çözeltinin gr. olarak miktarı) miktarı, b.) gr/çözücünün litre olarak miktarı, c.) gr/çözeltinin litre olarak miktarı.
NaCl çözeltisi için tuzluluğun bu birimleri arasındaki geçişler Şekil-4.1’deki grafikten kolayca yapılabilmektedir (Serra, 1984).
Şekil-4.2. Öz iletkenliğin çözeltilere göre değişimi
Şekil-4.2’ye bakıldığında; konsantrasyon artarken öz iletkenliğin artmakta olduğu ve öz iletkenlikteki bu artışın lineer olmadığı görülmektedir. Bunun sebebi, doymuş çözeltilerde çözünmemiş tuzların yalıtkan bir ortam meydana getirmesidir.
Özdirenç, öz iletkenliğin tersi olarak ifade edilir.
ρ = 1/σ (4.1)
Burada; ρ özdirenç [Ωm], σ öz iletkenlik [S/m]’dir.
NaCl çözeltisini t1 [°C] sıcaklığındaki özdirenci ρt1 [Ωm] ve t2 [°C] sıcaklığındaki özdirenci ρt2 [°C] ise bu özdirençler ve sıcaklıklar arasındaki geçişler Arps’ın formülü (4.2) ile yapılabilir (Serra, 1984).
Şekil-4.3. Tuzlu Güneş Havuzunda Tuzluluk-Derinlik ilişkisi
Şekil-4.3’te tuzluluk gr/lt olarak kullanılmıştır. Çiçek Bezir, doktora tezinde tuzluluk değerlerini örnekler alarak ölçtüğünü, NaCl çözeltisi kullanılan güneş havuzlarında 100°C’ye varan dip sıcaklıkları elde edilebildiğini belirtmektedir.
Bu veriler dikkate alınarak tuzluluk ölçer cihazının, sıcaklık aralığı 0°C ile 100°C, göstereceği tuzluluk oranı 1000gr/lt ile 1200gr/lt olarak seçilmiştir.
1, Kare dalga üreteci 2, çift yönlü gerilim kaynağı 3, çift yönlü akım kaynağı 4, direnç hücresi 5, tam dalga doğrultucu 6, Simetrik besleme kaynağı 7, Elde edilen gerilim değerlerini dijital gerilime çevirerek bilgisayara aktaracak ADC Kart ve bilgisayarda bu verileri tuz yoğunluğuna çevirecek olan bilgisayarlı programı.
4.2.1. Çift Yönlü Akım Kaynağının Giriş Geriliminin Oluşturulması
Bu devrede Vc ≠ VR iken Vs dolayısıyla Vo sabittir. VR , Vo’ın bir kesri olduğundan sabittir. C kondansatörü Vo gerilimiyle daha önceki VR geriliminden bu zamandaki VR gerilimine kadar şarj olur.
Vc = VR olduğunda Vo yine sabit fakat ters yönlü olur. Vc ≠ VR olduğundan şarj kondansatör şarj olmaya ve yukarıdaki olaylar tekrar etmeye başlar (Pastacı, 1985). Operasyonel amplifikatörlerde çıkış saturasyon gerilimi her iki yönde de aynı değildir. Bundan dolayı devrenin çıkışı Vo=Vz+2VD ile sınırlandırılmıştır (Tüzünalp, 1985).
Şekil-4.8. Devrenin diferansiyel denklemin kurulmasına yardımcı devre
Şekil-4.8’den;
Vo = Ic.Ra + Vc (4.4) Ic = C dVc / dt (4.5)
(4.4) ve (4.5) denklemlerinden
-ln (Vo-Vc) = K + t / Ra C (4.6)
bulunur. Burada K integral sabitidir. K’yı bulmak için (4.6) denklemindeki diferansiyel denklemin sınır şartları şekil-4.7’den tespit edilebilir.
V0 = 10V (0 ms ≤ t ≤ 0,5 ms) t = 0 ms, Vc = (-10/11)V, Vo = 10V t = 0,5 ms, Vc = (+10/11)V, Vo = 10V
yukarıdaki verilerle (4.6) denklemi çözülerek RA = 274,72kΩ olarak bulunmuştur. Devrenin çıkış gerilimi simetrik olduğu için çıkış geriliminin diğer aralığında da aynı sonuç bulunmuştur.
4.2.2. Çift Yönlü Akım Kaynağı
Uçlarına bağlanan Rp direncinden Rp’nin belirli bir aralığında sabit akım akıtan devreye akım kaynağı denir. Eğer Şekil-4.9.a’daki gibi I çift yönlü ise çift yönlü akım kaynağı denir. Böyle bir sonucun çıkması için devrenin uçlarındaki gerilimin Rp’ye 0göre değişimi Şekil-4.9.b’deki gibi olmalıdır.
Şekil-4.9.b.Çift yönlü akım kaynağının V=f(Rp) eğrisi
Çift yönlü akım kaynağı Şekil-4.10.a’daki devre ile gerçekleştirilebilir. Devrenin analizi için Şekil-4.10.a, Şekil-4.10.b gibi çizilebilir (SGS, 1985).
olarak seçilerek (4.9), (4.10), (4.11), (4.12) denklemlerinin ortak çözümünden;
Vp / Rp = - RcVi / Ra Rd = Ip (4.13)
sonucu bulunmuştur.
RA = RB =100kΩ, Rc=50kΩ RD=500Ω, RE=49,5kΩ değerleri seçilmiştir. V1=±10V olduğuna göre (4.13) denkleminden Ip=±10mA olur.
4.2.3. Direnç Hücresi
Sıvıların belirli şekilleri olmadığından özdirenci veya öz iletkenliği ile anılırlar. Öz iletkenliği iletkenliğe ve özdirenci dirence çeviren elemanlara direnç hücresi denir. Bu hücreler elektrik akımının, içine aldıkları sıvıdan geçtiği boyutlarla ilgili bir sabite ile anılırlar (Erdik ve Sarıkaya, 1985).
K=L/A (4.14)
Burada K; hücre sabitesi (1/cm), L; elektrotların arasındaki uzaklık (cm), A; karşı karşıya gelen elektrot yüzey alanı (cm2)’dir. Bu hücrelerin standart bir şekli yoktur. Önemli olan hücre sabitesidir. Direnç hücresinin ömrü boyunca, hücre sabitesinin sabit kalması için elektrotlarının platin, altın veya gümüş ile kaplanması gerekir (Önal, 1979).
4.2.4. Tam Dalga Doğrultucu Devresi
Doğrultucu olarak Şekil-4.12’deki devrenin seçilmesi ile giriş gerilimi Vp’nin iki alternansı da doğrultulmuştur. Ayrıca doğrultucularda diyot direncinden dolayı meydana gelen gerilim farkı (Vp-Vp) OP1 ve OP2 tarafından sıfır edilmiştir.
Şekil-4.12 ve 13’de görüldüğü gibi giriş geriliminin pozitif alternansında DA, DC diyotları iletime, DB, DD diyotları yalıtıma geçer. RA = RB = RC = RD seçilirse 1. yükseltecin(OP1) gerilim kazancı 0, 2. yükseltecin(OP2) gerilim kazancı 1 olduğundan Vp = vp olur. Giriş geriliminin negatif alternansında DB, DD diyotları
iletime DA, DC diyotları yalıtıma geçer. 1. yükseltecin gerilim kazancı 1, 2. yükseltecin gerilim kazancı 0 olduğundan Vp = -vp olur.
Şekil-4.13. Tam dalga doğrultucu devresi giriş çıkış gerilim şekilleri.
Devrenin giriş geriliminin tam kare dalga olmayışından operasyonel amplifikatörlerin açık çevrim gerilim kazançlarının sonsuz olmasından alternans değişim yerlerinde çıkış gerilimi tam dc olmamaktadır. Bu nedenle c kondansatörü bağlanarak çıkış geriliminin tam dc’ye yakın gerilim olması sağlanmıştır.
RE direncine denkleştirme direnci denir ve RE = RA// RB alınır.
Yukarıdaki açıklamalara göre devredeki elemanlar şu şekilde belirlenmiştir.
DA....DD = 1N4148, RA....RD = 10 kΩ, C = 1μF, RE = 5kΩ
4.2.5. İşlemsel Kuvvetlendiricilerin Seçimi
İki işlemsel kuvvetlendiricinin bir entegre devrede toplanması için TL084 tümdevresi seçilmiştir. TL084’ün özellikleri kısaca şöyle özetlenebilir: Hızlı yükseltir, FET girişlidir, çıkışı kısa devreye karşı korumalıdır, giriş kutuplama ve dengesizlik akımı düşüktür, besleme kaynağı ±15Volt’tur (SGS, 1985).
4.2.6. Besleme Kaynağı
Şehir şebekesinden ±15V DC gerilim verebilecek devre seçilmiştir (Şekil-4.14). Tüm cihazın en çok 30mA çekebileceği hesaplanıp, şehir şebekesi girişine 50mA’lik sigorta konmuştur (SGS, 1985).
Yaş : 28 Cinsiyet : Bay Mesaj Sayısı : 986 Giriş sayısı : 3394 Forum T. Puanı : 66 MSN : admin@seydisehirlim.com Kişiyi : Arkadaşım Yap Olgunluk 40% Aktiflik 339% Forum Katkısı 98% Tüm Siteye Katkısı 327%
» Cevap Veren admin
4.3. Hücre Sabitesinin Belirlenmesi
Hücre sabitesi tuzluluk, öz iletkenlik, sıcaklık ölçer ile aynı cihazın el kitabına göre belirlenmiştir (YSI, 1980).
Burada K: hücre sabitesi (1/cm), R: ölçülen direnç (Ω), σ1: %1’lik standart KCl çözeltisinin bulunduğu sıcaklıktaki öz iletkenliği (μS/cm), σ2: çözeltinin hazırlanmasında kullanılmış arıtılmış suyun öz iletkenliği (μS/cm) olmaktadır.
SCT ölçerin kendi hücresiyle σ1 = 5μS/cm ölçülmüştür. %1’lik KCl çözeltisi hazırlanıp sıcaklığı 15°C olarak okunmuştur. Tablodan σ2=1141,5μS/cm bulunmuştur. SCT ölçerin hücre yerine hazırlanan hücre takılıp çözeltiye daldırılarak σ=1590μS/cm olarak okunmuştur. Bu değer dirence çevrilerek R=3144,65Ω bulunmuştur. Bulunan değerler (4.15) denklemine uygulanarak imal edilen hücrenin sabitesi K=3,6 [1/cm] olarak belirlenmiştir.
Buna göre direnç hücresinden elde edilecek direnç değerleri aşağıdaki formülden hesaplanabilir
Burada ρ: özdirenç[Ωm], K direnç hücresi sabitesi[1/cm]. R’nin Ω olarak elde edilmesi için K=3,6x100=360 alınmalıdır.
Cihazın ölçümlerinden elde edilen özdirenç sıcaklık ve tuzluluk değerleri ile ilgili ölçüm değerleri Tablo-4.1’de gösterilmiştir.
NaCl Tuzluluk değ
erleri
Özdirenc de
serleri (Q.
m)
% (g/lt)
Ppnı
gr/lt
5°C
20°C
50°C
9S°C
1,250
12500
1012
0.850
0,5400
0,315
0,190
2,500
25000
1025
0.423
0,2700
0,157
0,095
3,125
31250
1031
0.282
0,1800
0,104
0.064
5,000
50000
1050
0.235
0,1500
0,087
0,053
6,125
61250
1061
0.196
0,1250
0,073
0,045
7,500
75000
1075
0.164
0,1050
0.061
0,037
10.000
95000
1100
0,131
0,0840
0.049
0,030
12.500
120000
1125
0.110
0,0700
0.041
0,025
15.000
135000
1150
0.097
0,0620
0,036
0,022
17.500
157500
1175
0.088
0,0565
0,033
0,020
20.000
180000
1200
0.080
0,0510
0,030
0,018
Tablo-4.1. Tuzluluk-Yoğunluk-Sıcaklık değerleri
Bu değerlerin bilgisayar tarafından elde edilmesini sağlayan bilgisayar programı aşağıda verilmiştir. Bu programda kullanılacak özdirenç değerleri sabit bir sıcaklıkta değişik yoğunluklarda tuzlu suyun direnç hücresinde oluşturduğu direnç değerleri elde edilerek hesaplanmıştır. Bunun yanında özdirenç-sıcaklık bağımlılığının kullanılabilmesi için direnç hücresinin bulunduğu ortamın sıcaklığını ölçecek bir sıcaklık sensörünün de kullanılması gerekmektedir. Bu ölçüm değerlerini alacak bilgisayarlı sistem de sıcaklık ölçme sisteminde kullanılan sistemdir. Bu sistem sadece bir ortamda yer alan sensör ya da direnç üzerindeki gerilimi ölçmektir. Yani dijital ve okuduğu bilgileri kaydeden bir voltmetredir. Bu okunan gerilim değerlerini tuzluluk değerlerine çeviren program aşağıda verilmiştir.
Sıcaklık ölçme sisteminde dört farklı sıcaklık sensörü kullanılmış ve bunların içinden hangisinin kullanılmasıyla daha uygun ölçüm değerlerinin elde edildiği belirlenmiştir. Ölçümler sonrasında en uygun sıcaklık sensörünün LM35 olduğu sonucuna varılmıştır. Diğer sensörlerden 1N4148 sıcaklık değerlerinin en kötü elde edildiği sensör olduğu görülmüştür. Bunun için küçük sıcaklık değişimlerinin önemli olduğu devrelerde kullanılamayacağı anlaşılmıştır. NTC thermistör direnci ise küçük sıcaklık değişim aralıklarında kullanılabilir olduğu ama geniş sıcaklık sınırları arasında iyi sonuçlar vermediği anlaşılmıştır. Yani sensöre seri olarak bağlanan direncin değeri değiştirilerek iyi ölçüm alınan sıcaklık değerleri aralığı değiştirilebilmektedir. Ama yine de 0-20°C sıcaklık aralığında NTC thermistörünün neredeyse ölçüm alınamıyor denilecek kadar kötü sonuçların olduğu gözlenmiştir. KTY81 sensörü ise LM35’den sonra en iyi sonuçların alındığı sensördür. Ama sıcaklık değerinden sapmaların LM35’den daha fazla olduğu görülmüştür. Bu sonuçlarından sonra LM35 sensörünün en uygun sıcaklık sensörü olduğu sonucuna varılmış ve güneş havuzunda sıcaklık ölçümleri için bu sensör kullanılmıştır.
Yoğunluğu 1000 ile 1200gr/lt arasındaki yoğunluk değerlerini ölçecek bir tuzluluk (tuz yoğunluğu) ölçer cihazı tasarlandı. Yapılan ölçümler sonrasında yoğunluk ölçer cihazı ile 1000 ile 1150gr/lt tuz yoğunluğu arasındaki değerlerde gayet iyi ölçüm sonuçları elde edilmiştir. Fakat bunun üstündeki değerlerde ise (1150-1200gr/lt) yoğunluk ölçümlerinin çok sağlıklı olmadığı görülmüştür. Yani yoğunluğun büyümesiyle ölçüm değerlerinin doğruluğu azalmaktadır. Bunun nedeni olarak da bu değerlerin üstüne çıkıldığında iletkenliğin çok az değişmesi olduğu sonucuna varılmıştır.
Çalışmaya ilk başlarken yoğunluk ölçümlerinin DC gerilim kullanılarak yapılması düşünülmüştü. Fakat DC gerilim ve akımda direnç hücresinin çabuk tuz kristalleriyle kaplandığını ve ölçümlerin çok değiştiği gözlendi. Bu yüzden gerilim olarak değişken alternatif gerilim kullanılmaya karar verilmiştir.
KAYNAKLAR Çiçek Bezir, N., 2002. Güneş havuzlarında güneş enerjisinin depolanması ve uygulamaları, S.D.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 47s.,48s, 62s.. Demirdöver, A., 1995.İzmir Bornova koşullarında güneş havuzlarının deneysel araştırılması. İzmir Güneş Enerjisi Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 4s. Erdik, E. ve Sarıkaya, Y., 1985. Temel Üniversite Kimyası II, Hacettepe-Taş Kitapçılık, Ankara. Gümüşkaya, H.,1999.Mikroişlemciler ve Bilgisayarlar,Alfa, 42-50s, Bursa. Hull, J.R., 1982. Calculation of solar pond thermal efficiency with a diffusely reflecting bottom. Solar Energy. Vol 29, pp 385-389, Great Britain. Kayalı, R.,1980. Çukurova bölgesi şartlarında bir güneş havuzu denemesi ve çeşitli parametrelerin gözlenmesi. Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 63s. Kayalı, R., 1992. Yalıtımlı ve yalıtımsız güneş havuzlarının Çukurova bölgesi şartlarında ekonomik analizi. Güneş Enerjisi Enstitüsü Dergisi, No 1, sayı 4. Kooi, C.F., 1980. Salt gradient solar pond with reflective bottom: Aplication to the ‘saturated’ pond. Solar Energy. Vol 26, pp 113-120, Great Britain. National Memory Databook, 1993. National, Linear Databook, 2000. Önal, H., 1979. Ölçme Tekniği I, İ.T.Ü., 165s, İstanbul. Özek, N., 1985. Bir tuzlu güneş havuzu tasarımı ve yapımı, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 80s. Pastacı, H., 1985. Elektronik Devreler, Yıldız Ün. 300s, İstanbul. Philips Semiconductors, Databook, 2000 Serra, O., 1984. Fundamentals Of Well-Log Interperation, pp 6-10, Netherlands SGS, 1985. Industry Standart Linear ICS, pp 476. Srinivasan, J. ve Guha, A., 1987. The effect of bottom reflectivity on the performance of a solar pond. Solar Energy, Vol 39, pp361-367, U.S.A. Subharak, D. ve Murthy, S.S., 1993. Saturated solar ponds: 1. simulation procedure, Solar Energy, Vol 50, No 3, pp 275-282, U.S.A. Subharak, D. ve Murthy, S.S., 1993. Saturated Solar Ponds: 2.Parametric studies. Solar Energy, Vol 50, No 4, pp 307-319, U.S.A. Tabor, H., 1981. Solar Ponds. Solar Energy, Vol 27, No 3, pp181-194, Great Britain. Tüzünalp, Ö., 1985. Elektronik Uygulamalar, O.D.T.Ü., Ankara. YSI, 1980. Manual Book U.S.A.
Hazırlayan : Orhan ARMAĞAN
---İMZA---
Sitemize Reklam Vermek İçin Bizi Arayın.......0541 677 7155
Yaş : 28 Cinsiyet : Bay Mesaj Sayısı : 986 Giriş sayısı : 3394 Forum T. Puanı : 66 MSN : admin@seydisehirlim.com Kişiyi : Arkadaşım Yap Olgunluk 40% Aktiflik 339% Forum Katkısı 98% Tüm Siteye Katkısı 327%
Dost Bağlantılar Yasal Uyarı: Sitede bulunan linklerin tamamı kopya olup, site ve host sahibi ile ilişkisi bulunmamaktadır. Bu dosyalar size tanıtım amaçlı sunulmaktadır ve site bünyesinde hiçbir dosya bulunmamaktadır. Dosyaları bilgisayarınızda 24 saatten fazla tutmanız T.C. yasalarına göre suç sayılır. Dosyalar tanıtım amaçlı olduğundan hak sahibi, şahıs veya şirketin bize mail atması halinde, isteği üzerine tüm dosyaları kaldırılır. Sitemizi kullanan üyelerimiz tüm site kurallarını kabul etmiş sayılır.Eklenen Bütün içeriklerden Seydisehirlim.com Sorumlu Degildir
CANLI DESTEK5181.jpg)
calik.jpg)
c7bb6e8d126d8e54ec188bbe3faf585c.jpg)
pkk_agirsilahlar.jpg)
606220081201045131551.jpg)
upp8zwmkem.jpg)
40%
339%
98%
327%
