View
222
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
T.C.
KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
Mühendislik Fakültesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
ULTRASONİK TEMİZLEYİCİ
BİTİRME PROJESİ
228450 Buğrahan KAYA
243422 Caner KALENDER
243437 Çağlar REİSOĞLU
Danışman
Doç. Dr. İsmail KAYA
Mayıs, 2014
TRABZON
T.C.
KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
Mühendislik Fakültesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
ULTRASONİK TEMİZLEYİCİ
BİTİRME PROJESİ
228450 Buğrahan KAYA
243422 Caner KALENDER
243437 Çağlar REİSOĞLU
Danışman
Doç. Dr. İsmail KAYA
Mayıs, 2014
TRABZON
LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU
Buğrahan KAYA, Caner KALENDER ve Çağlar REİSOĞLU tarafından
Doç. Dr. İsmail KAYA yönetiminde hazırlanan “Ultrasonik Temizleyici”
başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği
açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir.
Danışman : Doç. Dr. İsmail KAYA ………………………………
Jüri Üyesi 1 : Doç. Dr. Salim KAHVECİ ………………………………
Jüri Üyesi 2 : Yrd. Doç. Dr. Kadir TÜRK ………………………………
Bölüm Başkanı : Prof. Dr. İ. Hakkı ALTAŞ ………………………………
III
ÖNSÖZ
Bu bitirme projesi çalışması Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik
Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Lisans Programı’nda
yapılmıştır.
Bu çalışma mikroişlemci kontrollü ultrasonik temizleyiciyi hedef
almaktadır. Projede çeşitli maddelerde ultrasonik düzeyde temizleme
gerçekleştirilecektir.
Bitirme projesi çalışmaları sırasında desteğini gördüğümüz Doç. Dr.
İsmail KAYA ve Arş. Gör. Oğuzhan ÇAKIR’a teşekkür ederiz. Ayrıca bu
çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğüne,
Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği
Bölüm Başkanlığına içten teşekkürlerimizi sunarız.
Ayrıca eğitim hayatımız boyunca desteklerini üzerimizden esirgemeyen
ailelerimize de teşekkürlerimizi sunmayı bir borç biliriz.
Buğrahan KAYA
Caner KALENDER
Çağlar REİSOĞLU
Trabzon 2014
IV
İÇİNDEKİLER
Sayfa No
LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU .......................................................... II
ÖNSÖZ ...................................................................................................................... III
İÇİNDEKİLER .......................................................................................................... IV
ÖZET ........................................................................................................................ VI
ŞEKİLLER DİZİNİ .................................................................................................. VII
TABLOLAR DİZİNİ ............................................................................................... VIII
SEMBOLLER VE KISALTMALAR ........................................................................ IX
1. GİRİŞ ....................................................................................................................... 1
1.1. Ultrasonik Temizleyicinin Avantajları ve Dezavantajları ................................. 2
1.2. Ultrasonik Temizleyicinin Kısımları ................................................................ 2
1.2.1. Ultrasonik Jeneratör ...................................................................... 2
1.2.2. Transdüser ..................................................................................... 3
1.2.2.1. Elektrik Esaslı (Piezoelektrik) Transdüserler ................ 3
1.2.2.2. Manyetik Esaslı Transdüserler ...................................... 5
1.2.3. Sıvı (Temizleme) Tankı ................................................................ 6
1.3. Ultrasonik Temizlemede Kavitasyon Yöntemi ................................................. 6
1.3.1. Kavitasyon Nedir? ................................................................................... 6
1.3.2. Kavitasyonun Avantajları ve Dezavantajları ........................................ 11
2. TEORİK ALTYAPI ................................................................................................ 13
2.1. Sistemin Genel Yapısı .................................................................................... 13
3. TASARIM .............................................................................................................. 15
3.1. Tasarım Devreleri ........................................................................................... 15
3.1.1. Tam Köprü ile DA-AA Dönüştürücü Devresi ...................................... 15
3.1.2. İnvertör Faz Kontrolör Devresi .............................................................. 18
3.1.3. Sistemin Çalışma Akış Diyagramı ........................................................ 22
3.2. Ultrasonik Temizleyicinin Kullanım Alanları ................................................. 23
3.2.1. Endüstride .............................................................................................. 23
3.2.2. Tekstil Sanayisinde ............................................................................... 23
3.2.3. Elektronik Sanayisinde .......................................................................... 23
3.2.4. Gözlük ve Saatçilikte ............................................................................ 23
3.2.5. Kuyumculuk Sektöründe ...................................................................... 23
3.2.6. Hastane ve Ameliyathanelerde ............................................................. 23
3.2.7. Otomotiv Sanayisinde ........................................................................... 24
3.2.8. Yüzey Kaplama ve Boyama Sanayisinde .............................................. 24
4. SONUÇLAR ........................................................................................................... 25
5. YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME ................................................................ 26
KAYNAKLAR ........................................................................................................... 27
EKLER ........................................................................................................................ 27
EK-1 IEEE Etik Kuralları .......................................................................................... 28
EK-2 Disiplinler Arası Çalışma .................................................................................. 31
EK-3 Standartlar ve Kısıtlar Formu ............................................................................ 32
V
EK-4 Kontrol Devreleri İçin MSP430 Kaynak Kodları ............................................. 34
EK-5 Ultrasonik Temizleyici Projesi için Maliyet Analizi ........................................ 35
EK-6 Çalışma Takvimi .............................................................................................. 37
ÖZGEÇMİŞLER ....................................................................................................... 38
VI
ÖZET
Teknolojideki gelişmelere bağlı olarak temizlik sistemlerindeki çeşitlilik ve kullanım
konusundaki alternatifler giderek artmaktadır. Ultrasonik temizleyiciler sadece
insanların eşya ve aksesuarlarını temizleme gereksinimini karşılamakla kalmayıp zaman
tasarrufu da sağlayarak vakit kazanmak yönünden de bir gereklilik olduğunu
kanıtlamaktadır.
Bu proje; gündelik hayatta temizlenen birçok eşyanın ve aksesuarların, harmonikli ve
verimsiz güç kaynağı yerine oluşturulan ultrasonik temizleme tankı, mikroişlemci,
invertör devreleri ile transdüserler ve yüksek frekans trafoları yardımıyla kavitasyon
yöntemiyle derinlemesine, hassas ve kısa süreli temizliğin gerçekleştirilmesi amacıyla
yaşamımızdaki temizlik unsurunu kolaylaştırmaya yönelik bir çalışmadır.
Kullanıcı bu sistemle mikroişlemci ve transdüserler ile dizayn ettiğimiz sıvı tankıyla
farklı türde aksesuarları temizleyebilme şansına sahip olmuştur. Bu projede bu
temizleme tekniği ve bunun altındaki konu başlıkları incelenmiştir.
VII
ŞEKİLLER DİZİNİ
Sayfa No
Şekil 1 : Piezoelektrik dönüştürücü ........................................................................... 5
Şekil 2 : Baloncukların hacimce genişlemesi ............................................................. 8
Şekil 3 : Baloncukların maksimum büyüklüğe ulaşması ........................................... 8
Şekil 4 : Baloncukların büzülmesi ............................................................................. 9
Şekil 5 : Baloncukların patlaması .............................................................................. 9
Şekil 6 : Kavitasyonun tekrarlanması ...................................................................... 10
Şekil 7 : Sistemin genel tasarımı .............................................................................. 13
Şekil 8 : Tam köprü ile DA-AA dönüştürücü devresi .............................................. 16
Şekil 9 : Ölü zaman gecikmesi ................................................................................. 17
Şekil 10 : İnvertör faz kontrolör devresi ..................................................................... 18
Şekil 11 : Sistemde kullanılan trafo, doğrultucu ve akım örnekleyici devreler .......... 19
Şekil 12 : Alt rezonans anında akım görüntüsü .......................................................... 20
Şekil 13 : Rezonans frekansında akımın maksimumdaki görüntüsü .......................... 21
Şekil 14 : Sistemin akış diyagramı ............................................................................. 22
VIII
ÇİZELGELER DİZİNİ
Sayfa No
Çizelge 1: Anahtarlama durumlarına göre giriş gerilimleri ........................................ 16
IX
SEMBOLLER VE KISALTMALAR
A Amper
AC Alternating Current (Alternatif Akım)
⁰C Celsius
DC Direct Current (Doğru Akım)
Hz Hertz
I/O Input/Output (Giriş/Çıkış)
kW kilowatt
kHz kiloHertz
km/sa kilometre/saat
MHz MegaHertz
MSP Micro Processor (Mikro İşlemci)
mV miliVolt
PWM Pulse Width Modulation (Darbe Genişlik Modülasyonu)
V Volt
1. GİRİŞ
İnsanoğlunun temizliğe olan ihtiyacı vazgeçilemez bir unsurdur. Bu ihtiyacını
karşılamak için kullandığı yöntemler ise sürekli farklılaşmaktadır. Teknolojik gelişmeler
hayatın her alanına yenilikler ve kolaylıklar getirmiştir. Bu yeniliklere bağlı olarak
günümüzde çok çeşitli temizleme yöntemleri kullanılmaktadır. Bu yöntemlerin çoğu ya
çok pahalı ya da çok zahmetli olabilmektedir.
Ekonomik ve kolaylık açısından uygun olan temizleme yöntemleri ise detaylı bir
şekilde temizlenecek olan cisme nüfuz edemez ve etkili bir temizlik gerçekleştiremez.
Öte yandan kullanılan temizleme yöntemi içerisindeki kimyasal olaylar sonucu oluşan
çevre kirliliği de oldukça kötü sonuçlara neden olmaktadır. Bütün bu kriterler göz önüne
alındığında ultrasonik enerji yaygın olarak kritik temizleme uygulamalarında hız artışı
ve alternatif kimyasalların temizlik etkinliği geliştirmek amacıyla kullanılmaktadır.
Ultrasonik temizleme RCA (Radio Corporation Of America) adlı firmanın araştırma
laboratuarında bulunmuştur. Freon gazı kullanarak soğutma işlemi yaparken 300 kHz de
çalışan bir kristalin etrafında dalga hareketinin ortaya çıktığı fark edildi. Tesadüfen fark
edilen bu ilginç dalga hareketinin bir temizleme metodu olduğu uzun süre anlaşılamadı.
Ultrasoniğin temizlik amacıyla kullanımında seçilen frekans 18-40 kHz arasındadır.
Bugün hala endüstride 18 kHz rutin olarak kullanılmaktadır [1].
Ultrasoniğin temizlemede kullanılmasının amaçlarının başında daha hassas ve daha
kısa süreli bir temizleme, kullanım kolaylığı ve enerji tasarrufu sağlaması gelmektedir.
Ultrasonik temizlemelerde çeşitli uygulamalar gerçekleştirilebilir, bunlardan bazıları
temizlik ihtiyacına göre sayısı belirlenen (iki ya da daha fazla) transdüser ile temizlik,
uzaktan kontrol, sıcaklık kontrolü ile hassas maddeleri belirli bir sıcaklıkta temizleme
sistemi, sıvı (temizleme) tankı boyutuna göre çoklu temizleme sistemleri ve
benzerleridir.
Bu çalışmada MSP430 launch pad mikroişlemci kullanılarak daha etkin bir
temizleme ile ilgili gözlem ve kontrol yapılmaktadır.
2
1.1. Ultrasonik Temizleyicinin Avantajları ve Dezavantajları
Her sistemin avantaj ve dezavantajı olduğu gibi ultrasonik temizleme sisteminin de
avantaj ve dezavantajları vardır. Bunlar aşağıda sıralanmıştır.
Ultrasonik temizlemenin avantajları:
Ucuz ve az zahmetli bir temizlik sağlar.
Temizleme yöntemine bağlı olarak çevre kirliliğine neden olmaz.
Kör delikleri, yarıkları, çatlakları ve küçük menfezleri temizleyebilir
Temizleme süreçlerinin hissedilir derecede kısa olması.
Temizlenecek olan malzemeye kimyasal ve fiziksel olarak zarar vermez.
Birçok sektörde çok geniş kullanım alanına sahiptir.
Ultrasonik temizlemenin dezavantajları:
Çalışma şartları uygun olmadığında temizlenecek olan parça ile tankın yüzeyi
pütürlü bir hal alabilir.
Belirlenen frekans aralığından daha düşük frekanslar kavitasyon oluşumu
açısından daha etkilidir fakat gürültü üretir.
Frekans arttıkça daha fazla enerjiye gereksinim duyulur.
1.2. Ultrasonik Temizleyicinin Kısımları
Bir ultrasonik temizleyici temel olarak jeneratör, transdüser ve temizleme (sıvı)
tankından oluşur. Ultrasonik temizleme de optimum düzeyde verim alabilmek için bu
parçaların uygun parametrelere ayarlanması ve uygun şekilde monte edilmesi gerekir.
.2.1. Ultrasonik Jeneratör
Ultrasonik sinyal jeneratörleri düşük frekansta bulunan şebeke akımını, yüksek
frekanstaki elektrik enerjisine dönüştürmek için kullanılan bir elemandır.
Uygulamada 18 kHz ile 120 kHz arasında kullanılmakla birlikte, 30W’lık başlangıç
3
gücüne sahiptir. Bu güç kW’lara kadar çıkabilir. Jeneratörleri kullanma sebebimiz
teknolojik olarak ilerlemiş olmasıdır. Merkez frekansını koruyan otomatik bir izleme
devrelerine sahiptir. Merkezdeki frekans dışarıdan gelen farklı yüklerin baskısına
maruz kaldığında otomatik olarak koruma altına alınır. Teknolojik olarak ileri derece
sensörleri kullanarak eski tip jeneratörlerin kullanımı sonucu yıkama tankı içerisinde
oluşan sabit dalgaları ortadan kaldırır.
1.2.2. Transdüser
Transdüserler ölçtükleri elektriksel sinyali ölçüm ciharlarında algılayacakları bir
biçime sokup düşük elektriksel sinyal olarak çeviren ekipmanlardır. Ultrasonik
temizlemede temelimizi oluşturan transdüserlerdir. Başka bir değişle titreşim
elemanıdır.
Sinyal jeneratöründen gelen sinyalleri, yıkama tankı içerisinde ultrasonik dalgalara
dönüştürüp temizleme olayının gerçekleşmesini sağlar.
Piezoelektrik dönüştürücü ve elektromanyetik dönüştürücü olmak üzere iki tür
ultrasonik dönüştürücü kullanılmaktadır. Bu dönüştürücüler alternatif elektrik enerjisini
manyetik enerjiye ya da tam tersi işlevi yaparlar. Ultrasonik dönüştürücü için
dönüştürücünün üreteceği kavitasyon ön plandadır [2]. Ayrıca ultrasonik
dönüştürücüler için dönüştürücünün tipi değil üreteceği kavitasyon en önemli faktördür
[3].
1.2.2.1. Elektrik Esaslı (Piezoelektrik) Transdüserler
Elektrik enerjisini, ses enerjisine dönüştürmek için kullanılırlar. Yapısında kurşun
zirkanyum titanat veya seramiklerden üretilirler. Verimleri %70 ile %90 arasında
değişim gösterir. Bu malzemeler değişen voltajlı elektrik ortamlarında bulundukları
zaman, kristalde yer değişmeler meydana gelir. Bu etki de “piezoelektrik etki” olarak
adlandırılır.
4
Piezoelektrikler, komplementer iki özelliğe sahiptir;
Direkt etki: Bir kesitin yüzeyine basınç uyguladığımızda, yüzeylerde eşit fakat
ters işaretlerde yükler oluşturulur. Yüzeyler boyunca gerilim uygulanırsa bu
polarite ters çevrilir.
Ters etki : Bir yükü kesi t in bir yüzeyine eşik uyguladığımız zaman,
diğer yüzeyine de karşı yükte ve eşit uyguladığımızda kristal kesit, yükün polarite
cinsine bağlı olarak daralıp genişleyecektir.
Bir piezoelektriğe zıt yükleri hızlı uyguladığımızda boyutunda değişmelere sebep
olacaktır. Bu etki sonucu kristal kesitinin temas ettiği ortamda içerisinde ultrasonik
titreşimleri iletmesini sağlayacaktır. Bu etki de “piezoelektrik etki” olarak adlandırılır.
Piezoelektrik özelliği bazı malzemelere uygulanan mekanik basınç sonucunda,
malzemenin elektrik ya da elektrik alan oluşturmasıdır [4].
Transdüserler yıkama tankının alt ya da yan tarafına monte edilir. Kristallerdeki yer
değiştirme tankın hareket etmesini sağlar. Burada basınç dalgaları oluşur.
Transdüserlerin kütlesi, tankın kütlesi ile aynı değildir.
Tanka, titreştiriciyi verimli bir şekilde taşımak için orta seviyede alüminyum bloklar
kullanılır. Piezoelektrik transdüserlerin montajlarının, işçiliğinin, malzemesinin ucuz
olması nedeniyle ultrasonik temizleme cihazları için tercih edilebilirler.
Tabi bu özelliklerin yanında çeşitli kusurları da vardır. En önemlisi aşırı çalıştıkları
zaman performanslarının bozulmasıdır. Bunun nedeni olarak da kristal fazla çalıştığı
zaman kendi kendini depolarize etmeyi sağlar. Bu da kristalin yer değiştirmesinde
oldukça azalmalara neden olur. Kristal ve tank arasında genişlemeden dolayı
yer değiştirme farkı oluşur. Kristal daha az titreştirici enerji üretir ve kavitasyonda
azalma meydana gelir. Bu da tankta düşüşe neden olur.
Bir başka kusur piezoelektrik kristaller, epoksi adlı bir yapıştırıcı ile tanka monte
edildiğinde, yüksek ısı ve frekans sonucu epoksi bant gevşer. Transdüseri kullanılmaz
hale getirir.
5
Ayrıca kristali kapasitansı fazla çalışma sonucu olumsuz etkilenir rezonans frekansı
değişmesine neden olur ve jeneratörde düzensiz çalışma meydana getirir.
Bizim tasarımımızda kullanacağımız transdüser Şekil 1’de de görülen piezoelektrik
transdüserdir.
Şekil 1. Piezoelektrik dönüştürücü
1.2.2.2. Manyetik Esaslı Transdüser
Dayanıklı ve karışık bir yapıya sahiptirler. Manyetik alandaki uygulama ile uygun
nikel ve nikel alaşımları boyutundaki değişime aittir. 180 °C’ ye kadar işlem
yapabilirler. Bu transdüserlerin kötü yanı 100 kHz’ in üzerindeki frekanslarda
çalışmamasıdır. %20 ile %50 arası verimleri vardır.
Manyetik transdüserlerin kütlesi daha ağırdır. Bu durumda ultrasonik tank içerisinde
enerjinin taşınması olayında önemli rol oynar. Kütlelerinin ağır olması sebebiyle tanka
6
daha fazla güç iletilmiş olur. Bu da piezoelektrik sistemden daha az hassas olmalarını
sağlar.
Manyetik transdüserler, piezoelektrik transdüserler kadar verimli değildir.
Verilen akım veya voltaj sonucu piezoelektrik transdüserler daha fazla sapma
gösterirler.
1.2.3. Sıvı (Temizleme) Tankı
Ultrasonik temizleme cihazı transdüser ile jeneratörün bağlı olduğu tanktan oluşur.
Tanklar optimum temizleme ve 50 °C ile 70 °C arasında sıcaklığa sahip termostat
kontrollü ısıtıcılara sahip olması gerekir. Isıtma işleminde tankın içindeki sıvının,
zehirli gazlardan arıtılmasın da önemli rol oynar. Tank içerisinde gaz ve buhar seviyesi
yüksek olursa, bunları içeri doğru çökmeden azaltacaktır.
Şekil olarak dikdörtgen şekle benzerler ve paslanmaz çelikten imal edilirler.
Paslanmaz çelik ince ve dayanıklı malzemelerden oluşmaktadır. Transdüserler tankın
yanına veya altına yerleştirilebilir.
.3. Ultrasonik Temizlemede Kavitasyon Yöntemi
1.3.1. Kavitasyon Nedir?
Ultrasonik temizleme işleminde temizlenmek istenen madde sıvı tankının içerisine
konulur. Daha sonra ultrasonik transdüsere enerji verildiğinde transdüser 40 kHz
frekansta ultrasonik ses dalgası üretmeye başlar. 40 kHz frekansın altında kavitasyon
oluşumu açısından daha etkilidir ancak bu frekanslarda gürültü ortaya çıkar. Hem
gürültünün çıkmadığı hem de kavitasyonun en iyi şekilde oluştuğu frekans 40 kHz’dir.
Transdüserler elektrik enerjisini ses enerjisine çeviren ve kulağın duyma sınırının çok
üstünde ses dalgaları üreten cihazdır.
7
Bu transdüser eğer bir sıvıyla temas halinde olursa o sıvıda aynı frekansta
titreşmeye başlar. Ultrasonik temizleyicide su tankına bağlı olduğu için suda aynı
frekansta titreşmeye başlar. Bu titreşim ise sıvıda milyonlarca mikroskobik hava
kabarcıklarının oluşmasına sebep olur. Bu kabarcıklara vakum kabarcığı da adı verilir.
Bu kabarcıklar yüksek enerjilidir ve hızları 500 km/saat ‘i bulabilir. Aslında bu mikron
boyutunda kabarcık oluşma işlemini suyun içerisinde bir levhayı hareket ettirdiğimizde
oluşan kabarcıklara benzetebiliriz. Burada tek fark levhanın 1 saniyede 40.000 defa
hareket ettiriliyor olmasıdır. Bu ultrasonik yöntemle oluşturulan kabarcıklara ultrasonik
kavitasyon denilir.
Yüksek frekanslı ultrasonik ses dalgaları saniyede yaklaşık olarak 30.000 defa
yüksek ve alçak basınç değişimlerine neden olur. Yüksek frekansın oluşturduğu bu
mikron boyutundaki kabarcıklar ise bu basınç değişimlerinde farklı hareket
ederler. Hava kabarcıkları önce ultrasonik ses dalgaları ile hacimleri artmaya başlar ve
çok kısa süre içerisinde maksimum hacimlerine ulaşırlar. Bu hava kabarcıkları sıvı
içerisinde çok hızlı hareket ederler bu yüzden ani basınç değişimleri olur. Mikron
boyutundaki kabarcıklar yüksek basınç altına girdiklerinde zamanla içeriye doğru
büzülmeye başlarlar yani hacimleri azalır ve en son içeriye doğru patlarlar.
Baloncukların patlamasıyla yok olması sırasında boşalan hacme temizleme sıvısının
molekülleri hızla hareket eder [5], [6], [7]. Bu süreç defalarca tekrarlanır ve temizlik
böyle sağlanır.
8
1. Aşama
Baloncuklar şekil 2’de görüldüğü üzere ultrasonik ses
dalgaları ile hacim kazanır.
Şekil 2. Baloncukların hacimce genişlemesi
2. Aşama
Şekil 3’de gösterildiği gibi baloncuklar kısa sürede
maksimum büyüklüğüne ulaşır.
Şekil 3. Baloncukların maksimum büyüklüğe ulaşması
9
3. Aşama
Daha sonra baloncuklar şekil 4’deki gibi yüksek basınç
altında büzülmeye başlar.
Şekil 4. Baloncukların büzülmesi
4. Aşama
Hacimleri azalan baloncuklar şekil 5’de gözüktüğü gibi
içeriye doğru patlarlar.
Şekil 5. Baloncukların patlaması
10
5. Aşama
Baloncuklar maksimum boyuta ulaşır
Yüksek basınç altında
hacimleri azalmaya
başlar
Şekil 6’da
gösterildiği üzere
bu olay aynı
şekilde defalarca
tekrarlanır.
Baloncuklar ultrasonik ses dalgalarıyla hacim kazanır
Hacimleri azalan
baloncuklar içe doğru patlarlar
Şekil 6. Kavitasyonun tekrarlanması
Kabarcıkların patlaması esnasında çok büyük enerji açığa çıkar ve ciddi ölçüde
sıcaklık ile basınç değişimleri ortaya çıkar. Patlamanın olduğu yerde sıcaklık 4000
derece civarına basınç ise onlarca atmosfer basıncına kadar çıkar. Bu ani değişimlerin
olması sebebiyle sıvıda şok dalgaları oluşur. Bu şok dalgaları sıvı içerisindeki
materyale büyük hızla çarpmaya başlar ve cisme fırçalama etkisi yapar, cisimler bu
şekilde temizlenir. “Bu yöntemde sonuçta bu ani sıcaklık değişimleri ve kabarcıkların
11
patlaması cismin yüzeyinde aşınmaya sebep olmaz mı?” sorusu akla gelebilir.
Kesinlikle böyle bir şey söz konusu değildir. Temizleme kabarcıkların patlaması ile
olduğundan ve bu kabarcıklarda mikron boyutunda olduğundan en küçük yerlere
normal elle yıkamalara göre ulaşılamayacak yerlere ulaşılır. Ultrasonik temizlemede
temizlenmek istenen materyalin geometrisi ve karışıklığı ne olursa olsun yüzeyindeki
kir tabakası tamamen ortadan kalkar. Diğer temizleme yöntemleri ile temizlenmesi
mümkün olmayan çatlak diplerine, çukurlara ve ulaşılamayan bölgelere ulaşarak, kısa
sürede ve derinlemesine, hassas bir temizlik sağlar.
Ultrasonik temizlemede kavitasyona etki eden faktörleri şöyle sıralayabiliriz;
Sıvı tankının malzemesi ve kalınlığı
Transdüserin çalışma frekansı
Suyun fiziki özellikleri [8]
Bu maddeleri kısaca açıklayacak olursak sıvı tankının malzemesi önemlidir çünkü
sonuçta temizleme titreşimle oluşan baloncuklarla sağlandığı içim sıvı tankı titreşimi
mümkün olduğu kadar iyi bir şekilde sıvıya aktarması gerekir. Kalınlıkta titreşimi
etkileyebilecek faktörlerden biridir. Transdüserin çalışma frekansı arttıkça hem suda
oluşan baloncuk sayısı artar hem de boyutları biraz daha küçülür. Baloncuk sayısının
artması ile daha hızlı temizlik, boyutlarının küçülmesiyle de daha ayrıntılı bir temizlik
sağlayabiliriz. Çünkü sonuçta daha küçük baloncuk temizlenecek olan materyalin
üzerinde daha küçük yerlere ulaşabilir. Suyun fiziki özellikleri ise içerisinde
erimiş halde bulunan hava ve gaz karışımlarına bağlıdır [9].
1.3.2. Kavitasyonun Avantajları ve Dezavantajları
Ultrasonik temizlemede kavitasyonun her sistemde olduğu gibi avantajları ve
dezavantajları vardır. Kavitasyon yönteminde akla gelecek ilk soru “Bu baloncuklar
temizleyici içine konulan maddelere zarar verir mi?” olacaktır. Baloncuklar mikron
boyutunda olduğundan temizleyicinin kendi yüzeyine bile zarar veremeyecek kadar
12
etkisizlerdir ancak bunlar optimum şartlar için geçerlidir. Daha farklı şartlar altında
istenmeyecek sonuçlar elde edilebilir bunları aşağıda daha ayrıntılı inceleyeceğiz.
Ultrasonik temizlemede kavitasyon sıvı içerisinde bir karıştırma etkisi yapar çünkü
yukarıda da anlattığımız gibi kabarcıkların patladığı yerlere sıvı molekülleri hızlıca
hareket eder bu da sıvıda tesirli bir karıştırma etkisi yapar. Katı parçalardan oluşan
kirlerin sökülmesinde mükemmeldir. Kavitasyon olayı mikron boyutunda baloncuklarla
olduğundan normal temizlikle (fırça veya sünger) ulaşılamayacak yerlerin
temizlenmesinde çok iyi bir yöntemdir. Normal yöntemlerle yıkanamayacak narin
parçaların yıkanmasında çok iyidir. Yumuşak fırçayla veya bezle parlatılmış yüzeylerin
temizlenmesinde ve mükemmele yakın temizlik gerektiren elektronik uygulamalarında
çok iyi yöntemdir. Ayrıca kuyumculukta ve sanayide fiziki karmaşıklıkları yüksek
parçaların temizlenmesinde de çok etkilidir. Birçok durumda temizleme işlemini son
derece hızlandırır.
Kavitasyon yöntemi temizleme işleminde diğer normal yıkamalara göre avantajları
çok fazla olan yöntemdir ancak bu yönteminde dezavantajları vardır. Örneğin yukarıda
bahsettiğimiz kavitasyon baloncuklarının temizlenecek maddelerin yüzeyine zarar
verip vermeyeceği. Eğer çalışma şartları uygun değilse tankın iç yüzeyinde ve
temizlenecek parçanın yüzeyinde aşınmalar olabilir. Kauçuk, plastik, cam ve diğer
ametal katılar kavitasyon zararlarına karşı dayanıklı parçalardır.
Şimdiye kadar temizleme işlemleri için küçük parçalardan bahsettik, büyük parçalar
büyük tanklarda temizlenmelidir. Bu durumda kullanılacak elektrik gücü aşırı
miktarda artar. Parçalar hem büyük hem de eğri hatlara sahipse yüksek frekanslı
ses dalgalarıyla iyi şekilde temizlenemezler çünkü diğer bütün kısa dalgalarda olduğu
gibi düz bir hat şeklinde ilerler ve köşelerin etrafından dönemezler. Eğer büyük
parçalar bu iş için özel olarak tasarlanmış bir tankta ve özel bir transdüser düzeneği
ile temizlenmezse lekeli ve benekli temizleme elde ederiz.
13
2. TEORİK ALTYAPI
2.1. Sistemin Genel Yapısı
Oluşturduğumuz ultrasonik temizleme sisteminde 4 adet invertör faz kontrolör
devresi, mikroişlemci, 4 adet transdüser ve temizleme (sıvı) tankı kullanılmıştır.
Şehir şebekesinden alacağımız 220 V 50Hz’lik alternatif gerilimler invertör faz
kontrolör devresine ve her bir invertör faz kontrolör devresi de mikroişlemciye
bağlanmıştır. İnvertör faz kontrolörlerin her birisinin çıkışları transdüserlere (piezo
aktuatör) bağlanarak ve transdüserler sıvı tankına temas ettirilmiştir.
İnvertör faz kontrolör devreleri 50 Hz’i 40,5 kHz çalışma rezonans frekansına
dönüştürerek bunu transdüserlere o şekilde aktaracaktır. Transdüserlere gelen sinyaller
ultrasonik dalgalar ile suda titreşimi sağlayacaktır. Öte yandan mikroişlemci ile
oluşturulacak olan yazılım ile her bir invertör faz kontrolör devresine farklı zamanlarda
tetikleme verilmektedir.
Şekil 7. Sistem genel tasarımı
14
Sistemin genel kurulum devresi Şekil 7’den de görülebileceği üzere her bir invertör
faz kontrolör devresinin iki giriş ve bir çıkışı olmak üzere girişlerden bir tanesi şehir
şebekesinden alınan gerilim ve frekans için diğeri ise mikroişlemciden gelecek olan
tetikleme için kullanılmaktadır. Çıkışlar ise doğrudan transdüserlere bağlanmaktadır.
15
3. TASARIM
3.1. Tasarım Devreleri
Ultrasonik temizleyicinin tasarlandığı şekilde pizeoların titreştirilmeleri için tam
köprü ile DA-AA dönüştürücü devresi, invertör faz kontrolör devresi ve sistemin akış
diyagramı yapılmıştır.
3.1.1. Tam Köprü ile DA-AA Dönüştürücü Devresi
Ultrasonik dönüştürücünün çalışma frekansını ve genliğini oluşturmak amacıyla
invertör devreleri kullanılmıştır. Bu devreleri kullanarak istediğimiz anahtarlama
frekansına da ulaştık. Çalışmamızda tam köprü dönüştürücüler kullanılmıştır ve
anahtarlama frekansı olarak da 40,5 Khz seçerek çalışmalarımızı bu frekansta
gerçekleştirilmiştir. Anahtarlama frekansında mosfetleri sürerek transformatör sayesinde
şebekeden gelen DC gerilimi anahtarlayarak AC gerilim elde edilmiştir.
Devremizde Şekil-8’den de görüleceği üzere tam köprü kullanmaktadır. Tam köprü
devresi iki tane yarım köprü devresinin birleşmesinden meydana gelmektedir. Tam
köprü devresinin yarım köprü devresine göre bir avantajı sıfır gerilim, pozitif gerilim ve
negatif gerilim elde edilebilmesidir, bu da kullandığımız anahtarların açma kapama
sürelerindeki değişimlerle mümkün olmaktadır. Çünkü rezonans anında çekilen yüksek
akımla anahtarlama elemanları veya devre elemanları bozulabilmektedir. Bu nedenle
çalışmamızda tam köprü invertör devresi kullanılmaktadır.
16
Şekil 8. Tam köprü ile DA-AA dönüştürücü devresi
İnvertör devresindeki FET’ leri kontrol edecek olan sistem IR2112 işlemcileridir.
Devrede kullandığımız ana işlemci FET’ leri direk kontrol edemediği için ayrıca tam
köprü devresiyle ana işlemci arasına IR2112 işlemcileri yerleştirildi.
Çıkış gerilimini oluşturmak için dört ayrı anahtarlama ve bir de belirsiz anahtarlama
olmak üzere beş farklı durum üzerinde çalışmalarımızı gerçekleştirdik. Her bir
anahtarlama durumlarına göre giriş gerilimleri tablo 1’de gösterilmiştir.
Çizelge 1. Anahtarlama durumlarına göre giriş gerilimleri
Durum Anahtarlama durumu Va Vb V
1 F1 ve F4 iletimde V/2 -V/2 V
2 F3 ve F2 iletimde -V/2 V/2 -V
3 F1 ve F3 iletimde V/2 V/2 0
4 F4 ve F2 iletimde -V/2 -V/2 0
5 Bütün anahtarlar kesimde -V/2
V/2
V/2
-V/2
-V
V
17
Belirsiz durumun gerçekleşmesi için bütün anahtarların kesimde olması gerekir. Birinci
ve ikinci durumlar sistemde AA çıkış gerilimini elde etmek için kullanılır. Kurduğumuz
bu sistemi kullanarak bize gerekli olan gerilimi elde etmiş olduk.
Kurduğumuz köprü devresinin anahtarlama frekansını IR2112 ile kontrol ederiz.
IR2112’ leri ise tek bir ana işlemci ile kontrolünü sağlarız. Transformatörler sayesinde
DA gerilimi anahtarlayarak AA 150-200V arasında yüksek genlikli bir sinyal ile
FET’ler sürülmektedir.
Şekil 9. Ölü zaman gecikmesi
İnvertörün çalışması ve anahtarların doğru sırayla açılmasını mikroişlemci
sağlamaktadır. Mikroişlemcinin PWM çıkışları senkronize olmuş bir şekilde invertöre
ulaşmalı ve eşleniğiyle beraber doğru sırayla invertördeki FET’leri anahtarlamalıdır.
Şekil 9’da da görülen ölü zaman gecikmesi olmadığında FET’ler aynı anda iletime
geçerek kısa olmaları sonucu yanarlar. Kullandığımız MSP430 mikroişlemcinin ve
PWM çıkışlarının terslenmiş halinin (komplementinin) bulunması invertör devresini
sürme işlemini kolaylaştırmaktadır.
18
3.1.2. İnvertör Faz Kontrolör Devresi
Şekil 10. İnvertör faz kontrolör devresi
Şekil 10 bu projenin gerçekleştirilmesi için oluşturulan invertör faz kontrolör
devresini göstermektedir. Şekil 10’da 1 no’lu kutuyla gösterilen kısım IR2112
entegrelerinin tetikleme girişleridir, 2 no’lu kutuyla gösterilen kısım devrenin 12V
besleme girişleridir. Şekil 10’da 3 no’lu kutuyla gösterilen kısım FET’lerin tetikleme
girişleridir, 4 no’lu kutuyla gösterilen kısım invertör devresin çıkışı ve transdüser
girişidir. 5 no’lu kutuyla gösterilen kısım ise FET’lerin ve soğutucuların bağlı
bulunduğu kısımdır.
19
Şekil 11. Sistemde kullanılan trafo, doğrultucu ve akım örnekleyici devreler
Şekil 11’de görüldüğü gibi sistemi beslemek için kullandığımız trafonun yüksek
sargı tarafı düşük gerilimi yüksek gerilime çevirmektedir. Çevrilen yüksek gerilim
doğrultucu yardımı ile Dc gerilimden Ac gerilime dönüştürülerek akım örnekleyiciye
iletilmektedir. Akım örnekleyici üzerindeki trafonun ilk kısmında yüksek gerilim, ikinci
kısmında ise düşük gerilim vardır. Akım örnekleyicinin çıkışı invertör devresinin
besleme girişine bağlıdır.
20
Şekil 12. Alt rezonans anında akım görüntüsü
Rezonansa gelmeden önce 38 kHz’deki alt rezonans durumda akımın maksimum
değere gelmeden önceki osiloskoptaki çıkış görüntüsü şekil 12’de görüldüğü gibidir.
21
Şekil 13. Rezonans frekansında akımın maksimumdaki görüntüsü
FET’leri sürdükten sonra sistemimizde rezonans frekansı olan 40.5 Khz’i yakalayıp,
akımın maksimum değerde olduğu noktada elde edilmiş olur. Bu noktada şekil 13’de
görüldüğü gibi bir grafik elde edilir. Dönüştürücü rezonans frekansında en yüksek akımı
çekerken piezolar sayesinde kazana yaydığı titreşimde bu noktada maksimum oldu. Bu
çalışma noktasında maksimum değerde verim elde ettik.
22
3.1.3. Sistemin Çalışma Akış Diyagramı
Şekil 14. Akış Diyagramı
Şekil 14’deki akış diyagramından da anlaşılacağı üzere kullandığımız 4 temel öğe ile
devreler arası uyum ile maksimum verim ve minimum hata ile çalışmasını
hedeflemekteyiz. Mikroişlemciden invertöre gönderilecek olan tetikleme ile
invertörlerden transdüserlere gönderilecek olan sinyaller ile sıvı tankındaki sıvı
titreştirilecektir.
23
3.2. Ultrasonik Temizleyicinin Kullanım Alanları
3.2.1. Endüstride
Kaynak ısıl işlem sonrası oksit tufal gibi atıkların temizlenmesinde kullanılmaktadır.
3.2.2. Tekstil Sanayide
İplik çekme ve taşıma makaralarının yataklarının temizliğinde, mekik ve iğnelerin
temizliğinde kullanılabilmektedir.
3.2.3. Elektronik Sanayisinde
Dvd sürücüsü, çipler, bilgisayar kartları, yazıcı kartuşlarının dolmadan önce
temizliğinde kullanılmaktadır.
3.2.4. Gözlük ve Saatçilikte
Optik merceklerin, organik ve mineral camların, saat parçalarındaki yağ ve tozların
temizliğinde, lenslerin temizliğinde kullanılmaktadır.
3.2.5. Kuyumculuk Sektöründe
Değerli mücevheratların cila sonrası kalıntılarının temizliğinde, mağazalarda
bulunan yüzük, kolye, bilezik gibi ürünlerin temizliğinde, saat parçaları gibi mekanik
ufak parçaların temizliğinde kullanılmaktadır.
3.2.6. Hastane ve Ameliyathanelerde
Cerrahi aletlerin ve protezlerin temizlenmesinde, endoskopik cihazların yıkanma
işlemlerinde, laboratuar aletlerinin temizlenmesinde, fırçalar ve filtrelerinin
temizlenmesinde kullanılmaktadır.
24
3.2.7. Otomotiv Sanayisinde
Kaplama işlemi öncesi yüzeylerin hassas bir şekilde temizlenmesinde,
derinlemesine temizlik gerektiren yaylar, dişliler, filtreler, borular, menteşeler ve fırça
temizliğinde kullanılabilmektedir. Taşıtların teknik servislerinde motor ve motor
parçalarının yenilenmesinde ve yıkanmasında, araç bakımında, yağ, toz, pas gibi kir
istenmeyen parçaların ve kullanılan aletlerinin temizlenmesinde faydalanılmaktadır.
3.2.8. Yüzey Kaplama ve Boyama Sanayisinde
Yüzey kaplama ve boyama yapılacak olan malzemelerin işlem öncesi yüzey
temizliğinde kullanılmaktadır.
25
4. SONUÇLAR
Ultrasonik temizleyici ile ilgili gerçekleştirilen bazı çalışmalar vardır. Bu
yöntemlerden farklı bir yöntem kullanılarak mikroişlemci ile ultrasonik düzeyde
kavitasyon gerçekleştirilerek ultrasonik temizleme sistemlerine farklı bir bakış açısı
getirilmiştir. Projemizde sıvı tankı, transdüserler ve invertör faz kontrolör devreleriyle
birlikte kablolu kapalı bir sistem üzerinden kavitasyon ve gözlem yapılmıştır. Bu
çalışma kapsamında kontrolör olarak MSP430 mikroişlemcisi kullanılıp sistem bu
denetleyici aracılığıyla kontrol edilmiştir.
Bu sistemi gerçekleştirirken MSP430 mikroişlemci seçmemizdeki asıl sebep tek bir
mikroişlemci kodu ile 4 adet invertör faz kontrolör devresinin tetiklenebilmesini,
sisteme ek bir donanım gerektirmeden bir ana ünite üzerinden çalıştırılabilmesi ve
programlamasında kullanılabilmesidir. Bu sistemin tercih edilmesindeki diğer bir sebep
ise alışılagelmiş sistemlere nazaran harmoniklerden daha az etkilenmesi ve yüksek
frekanslarda çalışabilmesidir. Başka işlemci ile kontrolü yapılan ultrasonik sistemlerde
gerek kavitasyon sırasında gerekse tetikleme sırasında oluşan harmonikler buna
örnektir. Ayrıca ultrasonik temizleme sistemlerinde eklenen her bir eleman sistemin
kontrolünü zorlaştırır ve daha karmaşık hale getirir.
Bu proje kapsamında yapılan tasarım, elektriksel ve elektroniksel devre çalışmaları
ve deneysel çalışmalar anlatılmıştır.
Bu çalışmada ultrasonik düzeyde temizleme yapılan sistemin mikroişlemci
yardımıyla nasıl kontrol edilebileceği, sistemde kullanılan devre elemanlarının
seçiminin nasıl yapılabileceği öğrenilmiştir.
Projenin çalışma takvimi EK-6’da verilmiştir.
26
5. YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME
Tasarlanan sistemin çalışmasını test etmek amacıyla, ilk olarak sistemin genel çizimi
autocad programında gerçekleştirilmiş, transdüserler invertör devreleriyle denenmiştir,
daha verimli invertör devreleri tasarlanmış ve daha sonra devre elemanları kullanılarak
laboratuvar ortamında devreler gerçekleştirilmiştir. Sistemin yazılımsal kısmı için
microişlemci kullanılarak assembly dilinde programlaması yapılmıştır. Tasarlanan
sistem üzerinde yapılan çalışmalar sonucunda sistemin yazılımsal ve donanımsal açıdan
uyumlu bir şekilde çalıştığı görüldükten sonra sistem gerçekleştirilmiştir.
Oluşturulan bu çalışmanın konuyla alakalı pek çok projeden farklı noktası gereği
ultrasonik temizleme sistemlerine yeni bir bakış açısı ve yeni bir uygulama alanı
getirmiştir, var olan uygulamalara da çeşitlilik katmıştır.
27
KAYNAKLAR
[1]. C. Tangel “Mikrodenetleyici Kontrollü Ultrasonik Temizleme Makinesi
Tasarımı” Yüksek Lisans Tezii, Kocaeli,2009.
[2]. D. Ensminger, “Ultrasonics: Fundamentals, Technology, Applications,” Marcel
Dekker(1998)
[3]. U.güvenç,”FGPA tabanlı çok fonksiyonlu ultrasonik temizleme makinesi ve
prototip üretimi, “yüksek lisans tezi Kocaeli,2011
[4]. F. J. Holler: Skoog, Douglas A; Crouch, Stanley R(2007). “Chapter1”, principles
of Instrumental Analysis
[5]. M.Yakut, A. Tangel, C. Tangel “ A microcontroller-based generator design for
ultrasonic cleaning machines” Istanbul University-Journal of electrical and
electronics engineers, Vol 9(1), pp. 853-860.2009.
[6]. U. Güvenç, M. Yakut, A. Tangel “Ultrasonik temizlik sistemlerinde rezonans
frekansı tespiti için yinelemeli frekans bandı tarama tekniği,” Gömülü Sistemler
ve uygulamaları Sempozyumu GOMSIS 2010, İstanbul Teknik Üniversitesi,
2010 İstanbul, sayfa 21.
[7]. A. Tangel, M. Yakut, A. Tangel, E Afacan, U. Güvenç, H. Şengül, “An FPGA-
based multiple-output PWM pulse generator for ultrasonic cleaning
machines,”İnternational Conference on Applied Electronics, 2010, pg.1-4
[8]. Ç. Aktaş, Elektrik ve Elektronik Ölçmelerinde Uyarlık Elemanları ve
Dönüştürücüler, sicil no: 37584, 1981.
[9]. B. K. Baysal, “Kavitasyon Olayı İçin Mevcut Pfleiderer Metodunun
Genişletilmesi ve Kaplan Türbinlerinde Boğaz Kavitasyonunun Etüdü.” Doktora
Tezi, 1964.
28
EKLER
EK-1 IEEE Etik Kuralları
IEEE Etik Kuralları IEEE Code of Ethics
IEEE üyeleri olarak bizler bütün dünya üzerinde teknolojilerimizin hayat standartlarını
etkilemesindeki önemin farkındayız. Mesleğimize karşı şahsi sorumluluğumuzu kabul ederek,
hizmet ettiğimiz toplumlara ve üyelerine en yüksek etik ve mesleki davranışta bulunmayı söz
verdiğimizi ve aşağıdaki etik kuralları kabul ettiğimizi ifade ederiz.
1. Kamu güvenliği, sağlığı ve refahı ile uyumlu kararlar vermenin sorumluluğunu kabul etmek ve kamu veya çevreyi tehdit edebilecek faktörleri derhal açıklamak;
2. Mümkün olabilecek çıkar çatışması, ister gerçekten var olması isterse sadece algı olması, durumlarından kaçınmak. Çıkar çatışması olması durumunda, etkilenen taraflara durumu bildirmek;
3. Mevcut verilere dayalı tahminlerde ve fikir beyan etmelerde gerçekçi ve dürüst olmak;
4. Her türlü rüşveti reddetmek;
5. Mütenasip uygulamalarını ve muhtemel sonuçlarını gözeterek teknoloji anlayışını geliştirmek;
6. Teknik yeterliliklerimizi sürdürmek ve geliştirmek, yeterli eğitim veya tecrübe olması veya işin zorluk sınırları ifade edilmesi durumunda ancak başkaları için teknolojik sorumlulukları üstlenmek;
7. Teknik bir çalışma hakkında yansız bir eleştiri için uğraşmak, eleştiriyi kabul etmek ve eleştiriyi yapmak; hatları kabul etmek ve düzeltmek; diğer katkı sunanların emeklerini ifade etmek;
8. Bütün kişilere adilane davranmak; ırk, din, cinsiyet, yaş, milliyet, cinsi tercih, cinsiyet kimliği, veya cinsiyet ifadesi üzerinden ayırımcılık yapma durumuna girişmemek;
9. Yanlış veya kötü amaçlı eylemler sonucu kimsenin yaralanması, mülklerinin zarar görmesi, itibarlarının veya istihdamlarının zedelenmesi durumlarının oluşmasından kaçınmak;
10. Meslektaşlara ve yardımcı personele mesleki gelişimlerinde yardımcı olmak ve onları desteklemek.
29
IEEE Code of Ethics
We, the members of the IEEE, in recognition of the importance of our technologies in affecting the quality of life throughout the world, and in accepting a personal obligation to our profession, its members and the communities we serve, do hereby commit ourselves to the highest ethical and professional conduct and agree:
1. to accept responsibility in making engineering decisions consistent with the safety, health and welfare of the public, and to disclose promptly factors that might endanger the public or the environment;
2. to avoid real or perceived conflicts of interest whenever possible, and to disclose them to affected parties when they do exist;
3. to be honest and realistic in stating claims or estimates based on available data;
4. to reject bribery in all its forms;
5. to improve the understanding of technology, its appropriate application, and potential consequences;
6. to maintain and improve our technical competence and to undertake technological tasks for others only if qualified by training or experience, or after full disclosure of pertinent limitations;
7. to seek, accept, and offer honest criticism of technical work, to acknowledge and correct errors, and to credit properly the contributions of others;
8. to treat fairly all persons regardless of such factors as race, religion, gender, disability, age, or national origin;
9. to avoid injuring others, their property, reputation, or employment by false or mlicious action;
10. to assist colleagues and co-workers in their professional development and to support them in following this code of ethics.
Approved by the IEEE Board of Directors August 1990
30
Mühendisler İçin Etik Kuralları
Code of Ethics for Engineers
Etik kuralları ile ilgili faydalı web adresleri
IEEE Code of Ethics
http://www.ieee.org/about/corporate/governance/p7‐8.html
NSPE Code of Ethics for Engineers
p: ww .nspe.org resources e cs co e‐e cs
American Society of Civil Engineers, UC Berkeley Chapter
http://courses.cs.vt.edu/professionalism/WorldCodes/ASCE.html
Engineering Ethics BY DENISE NGUYEN http://sites.tufts.edu/eeseniordesignhandbook/2013/engineering‐ethics‐2/
Code of Ethics of Professional Engineers Ontario http://www.engineering.uottawa.ca/en/regulations
Bir kitap: What Every Engineer Should Know about Ethics
Yazar: Kenneth K. Humphreys
CRC Press
EMO – Elektrik Mühendisleri Odası Etik Kütüphanesi http://www.emo.org.tr/genel/bizden_detay.php?kod=50871&tipi=46&sube=0#.U1QfyVV_tjs
31
EK-2 Disiplinler Arası Çalışma
Gerçekleştirilen sistemde sıvı tankının istenilen ebatlarda olması, içerisine
yerleştirilecek olan piezoların yüksekliğinin ayarlanması ve montajı için firmalarla
görüşmeler yapılmıştır. Firmaların önerileri doğrultusunda montaj işlemi
gerçekleştirilmiştir.
Autocad çizimlerinde Karadeniz Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği
Bölümü’nden Celal Özgül’ün deneyimlerinden yararlanılmıştır.
Projemizde kullandığımız malzemeler www.direnc.net ve www.ebay.com
adreslerinden temin edilmiş ve bunun dışında bazı Uzakdoğu firmaları ile irtibata
geçilmiştir.
32
EK-3 Standartlar ve Kısıtlar Formu
Bitirme Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki soruları
cevaplayınız.
1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız.
Bu çalışmada MSP430 G2211 mikroişlemci kullanılarak anahtarlama frekansını
kontrol ederek piezo dönüştürücüler ile mekanik titreşim verilmesi
gerçekleştirilmiştir.
2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü?
Evet. Bu sistemde programlama alt yapısı sayesinde daha da geliştirilebilmeye açık
bir yapı tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Birden fazla sistemin tek bir ana ünite
üzerinden gözlem ve kontrolü yapılarak kullanıcının zaman ve ekonomik yönden de
tasarruf etmesi sağlanmıştır.
3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız?
Bilgisayar Programlama, Devreler, Mikroişlemciler, Analog ve Sayısal Elektronik,
Otomatik Kontrol Sistemleri derslerinde görülen konulardan faydalanılmıştır.
4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir?
Projemizde; IEC 60559, IEC 60191, ISO 639, ISO/IEC TR 14543, VDI(3814), ve
ANSI C standartları dikkate alınmıştır.
5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir?
a) Ekonomi:
Diğer uygulamalara karşın bu projede kullandığımız yazılım programı sayesinde
daha az ekipman kullanılmakta ve bu da maliyeti azaltmaktadır.
b) Çevre sorunları:
Projemizin çevreyi olumsuz etkileyecek herhangi bir etkisi yoktur.
c) Sürdürülebilirlik:
Teknolojideki gelişmelere bağlı olarak temizlik sistemlerindeki çeşitlilik ve kullanım
konusundaki alternatifler giderek artmaktadır. Bu durum daha yüksek temizlik
seviyelerine olan ihtiyacı da beraberinde getirmiştir. Ultrasonik temizleyiciler sadece
33
insanların eşya ve aksesuarlarını temizleme gereksinimi karşılamakla kalmayıp
zaman tasarrufu da sağlayarak vakit kazanmak yönünden bir gereklilik olduğunu
kanıtlamaktadır. Ayrıca özellikle hassas ve küçük objelerin temizliğinde ulaşılması
zor olan yerlere ulaştığından mükemmel bir temizlik sağlar.
Ultrasonik temizleyici de bu sebeplerden dolayı gelişmektedir ve bu konuyla
alakalı birkaç proje yapıldığı gibi bundan sonra bu projelerde teknolojiyle beraber
daha da gelişecek ve yaygınlaşacaktır.
d) Üretilebilirlik:
Ülkemiz piyasasında var olan malzemeler ve yurt dışından verdiğimiz siparişler ile
projemiz gerçekleştirilmiştir.
e) Etik:
Etik kurallar göz önünde tutularak proje gerçekleştirilmiştir.
f) Sağlık:
Proje tasarlanırken temel alınan standartlara uyulduğunda sağlık sorunu oluşturacak
bir durum içermemektedir. Sistem düşük gerilimlerde çalıştığı için herhangi bir can
güvenlik tehdidi yoktur.
g) Güvenlik:
Projemizde sıvı tankıyla birlikte kablolu kapalı bir sistem üzerinden gözlem ve
kontrol hedeflenmektedir. Aynı zamanda sistem daha önceden yazılımda belirlenen
kodlarla çalışacaktır. Sistemde oluşacak herhangi bir arıza durumunda daha önceden
kullanmış olduğumuz elektriksel yalıtımlı malzemeler sayesinde sistemin ve
kullanıcının herhangi bir zarar görmesi engellenmiştir.
h) Sosyal ve politik sorunlar:
Projemizin sosyal ve politik sorunlara yol açmayacağı görülmüştür.
34
EK-4 Kontrol Devreleri İçin MSP430 mikroişlemci Kaynak Kodları
Strt mov #0280h,SP
Stp mov #WDTPW+WDTHOLD,&WDTCTL
bis.b #08h,&P1IE
bis.b #08h,&P1RES
bis.b #08h,&P1OUT
bis.b #08h,&P1IES
bic.b #08h,&P1IFG
eint
bis.b #03h,&P1DIR
clr &P1OUT
mov #020h,R5
tekrar mov.b #01h,&P1OUT
call wait_Ton
bic.b #01h,&P1OUT
nop ; ölü zaman için
nop ; ölü zaman için
mov.b #02h,&P1OUT
call wait_Ton
bic.b #02h,&P1OUT
nop
jump tekrar
ORG P1_portu_interrupt_vektörü
DW P1SIR
ORG RESET_interrupt_vektörü
DW strt
END
35
EK-5 Ultrasonik Temizleyici Projesi için Maliyet Analizi
Çizelge E5.1. Oluşturulan sistemin birim maliyet analizi
Parça Tipi Tür Değer Firma Adet Birim
Fiyat
(TL)
MSP430
G2211
Mikroişlemci - Texas
Instrument
1 30
IR2112 Fet sürücü 25V-
250mA
International
Elektronik
8 6,45
IRFPC50 FET 600V-11A International
Elektronik
16 4,59
Trafo Kademeli
transformatör
120W-48V International
Elektronik
1 47,20
Transdüser Piezo
aktivatör
50W-
110V(AC)
Ebay 4 44
2’li Klemens Yaylı - International
Elektronik
16 0,35
45AS Soğutucu 3cm(boy)
1cm(en)
International
Elektronik
16 1,19
2’li Klemens 0 numara - International
Elektronik
20 0,15
Soket 14’lü entegre - International
Elektronik
8 0,09
Plaka Board 13x13 cm International
Elektronik
4 5
Kondansatör Seramik 100nF-
63V
International
Elektronik
10 0,05
Diyot Schottky
(hızlı)
1.2A International
Elektronik
10 1
Direnç 33ohm-
0,5W
International
Elektronik
16 0,02
Kondansatör Polyester 22 µF-50V International
Elektronik
10 0,05
Kondansatör Elektrolitik 330µF-
400V
International
Elektronik
4 4,34
Kondansatör Yüksek
voltajlı
330nF-
630V
International
Elektronik
4 0,55
Sıvı Tankı Alüminyum 40-35cm - 2 100
Toplam Fiyat
245,03
Msp430 seçmemizin sebebi assembly dilinin kolay kullanılmasıdır. G2211 serisi
seçmemizin sebebi ise ultrasonik temizleme için vereceğimiz ölü zamanın bu seri ile
daha kolay olmasıdır. Alüminyum sıvı tankı seçmemizin sebebi ise sıvıya verilecek olan
titreşimin daha etkili bir şekilde gerçekleşmesidir.
Kademeli transformatörü şehir şebekesinden aldığımız 220V gerilimi 48W’a
dönüştürmekte kullandığımız için bu nominal değerlerde bulunan kademeli
36
transformatörü seçildi. 2’li klemensler normal klemenslere göre board üzerinde
kullanım açısından daha kolay olduğu için tercih edildi.
Çizelge E5.2. Oluşturulan sistemin 100 adet için maliyet analizi
Parça Tipi Tür Değer Firma Adet Birim
Fiyat
(TL)
MSP430
F5XX
Mikroişlemci - Texas
Instrument
1 300
IR2112 Fet sürücü 25V-
250mA
International
Elektronik
8 600
IRFPC50 FET 600V-11A International
Elektronik
16 429
Trafo Kademeli
transformatör
120W-48V International
Elektronik
1 4680
Transdüser Piezo
aktivatör
50W-
110V(AC)
Ebay 4 4000
2’li Klemens Yaylı - International
Elektronik
16 32
45AS Soğutucu 3cm(boy)
1cm(en)
International
Elektronik
16 115
2’li Klemens 0 numara - International
Elektronik
20 13
Soket 14’lü entegre - International
Elektronik
8 8
Plaka Board 13x13 cm International
Elektronik
4 490
Kondansatör Seramik 100nF-
63V
International
Elektronik
10 4,5
Diyot Schottky
(hızlı)
1.2A International
Elektronik
10 85
Direnç 33ohm-
0,5W
International
Elektronik
16 2,53
Kondansatör Polyester 22 µF-50V International
Elektronik
10 3,15
Kondansatör Elektrolitik 330µF-
400V
International
Elektronik
4 405
Kondansatör Yüksek
voltajlı
330nF-
630V
International
Elektronik
4 51
Sıvı Tankı Alüminyum 40-35cm - 2 5000
Toplam Fiyat
16.218
37
EK-6 Çalışma Takvimi
Çizelge E6.1. Ultrasonik Temizleyici projesinin çalışma takvimi
ŞUBAT MART NİSAN MAYIS
İlk dönem yapılan tasarım
projesi hakkında genel
değerlendirmenin
yapılması
X
Malzemelerin
belirlenmesi ve tedarik
için başvurunun
yapılması
X
Sistemin yazılımı için
mikroişlemci hakkında
bilgi edinilmesi
X
Mikroişlemcide
kullanılan kodların
araştırılması
X
Sistemi kontrol etmek
için kullanılacak
devrelerin belirlenmesi
X
İnvertör kontrol devreleri
hakkında araştırma
yapılması
X
Mikroişlemci ile sistemin
yazılımının yapılması X
Sistemde kullanılacak
devrelerin breadboard
üzerinde
gerçekleştirilmesi
X
Sistemde kullanılacak
devrelerin çıkış
frekansının osiloskopta
incelenmesi
X
İnvertör devrelerinin
transdüserler ile
denenmesi
X
Yapılan devrelerin test
edilmesi X
Sistemin dış
izolasyonunun
oluşturulması
X
Bitirme tezinin yazılması X
38
ÖZGEÇMİŞLER
Buğrahan KAYA
Buğrahan KAYA 04.09.1990 tarihinde Ankara'da doğdu. İlk, ortaokul ve lise
öğrenimini Ankara'da tamamladı. 2009 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü'nde
Lisans Programı'na başladı. Yabancı dil olarak, İngilizce bilmektedir.
Caner KALENDER
Caner KALENDER 14.04.1992 tarihinde İskenderun'da doğdu. İlk, ortaokul ve lise
öğrenimini İskenderun’da tamamladı. 2010 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi Elektrik- Elektronik Mühendisliği Bölümü'nde
Lisans Programı'na başladı. Yabancı dil olarak, İngilizce bilmektedir.
Çağlar REİSOĞLU
Çağlar REİSOĞLU 29.04.1991 tarihinde Trabzon'da doğdu. İlk ve ortaokul ve lise
öğrenimini İstanbul'da tamamladı. 2010 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü'nde Lisans
Programı’na başladı. Yabancı dil olarak, İngilizce bilmektedir.
Recommended