LEVHADA BASINÇ ÖLÇÜMÜ

Transkript

1 LEVHADA BASINÇ ÖLÇÜMÜ DENEY SETİNİN MALZEMELERİ: 1-) 1,30 x 1,30 x 0,004 m3 ebatlarında bir su kontraplağı kesilmiştir. Bu plakanın özelliği, imal edildikten sonra yağlanmış olması ve artık su alıp şişmemesi, yani su nedeniyle şekil deformasyonlarının ortaya çıkmasına izin vermemesidir. 2-) (1,75 + 0,30 + 0,15 + 1,30) x 2 olmak üzere toplam 6,10 m uzunluğunda 30 luk profil. 30 luk profil dikdörtgen kesitli bir profildir. Kenarların her biri 30 mm uzunluğunda olduğundan 30 luk profil adını almaktadır. 3-) 2 adet 1,30 m uzunluğunda köşebent profil. Köşebent profil bir L-Profilidir. Üzerinde kendinden deliklidir. 4-) 12 adet 10 cm uzunluğunda, dış çapı 5 mm olan pirinç boru. Bu boru su içinde kalacağında korozyona dayanıklı malzemeden yapılmalıdır. Bu nedenle pirinç terich edilmiştir. 5-) 12 adet 8,5 cm uzunluğunda, dış çapı 4 mm olan pirinç boru. Bu boru su içinde kalacağında korozyona dayanıklı malzemeden yapılmalıdır. Bu nedenle pirinç terich edilmiştir. 6-) 10 adet havşa başlı 6 mm çapında 7 cm uzunluğunda civata ve bunlara ait somunlar 7-) 12 adet standart, küçük kelepçe. DENEY SETİNİN HAZIRLANMASI: 1. Su kontraplağı ve profiller yukarıda verilen uzunluklarda kesildikten sonra teknik resimdeki boyutlarla birleştirilirler. İşareti civataların geleceği delikleri gösterirken kırmızı işaretler 30 luk profili gösterirken yeşil çizgi ve rakamlar boyut çizgileri ve boyutlarını ifade etmektedirler. Kolları oluşturacak 30 luk profil yukarıda L şeklinde birleştirilmiş (kaynaklanmış) sonra L nin her iki yanı da küçük birer parça profil ile (yani lama profil) birbirlerine bağlanmıştırlar (kaynaklanmıştırlar). Küçük parçaların uçları 45 o C, ya da ona çok yakın bir açı olmalıdır, aksi takdirde kaynak tutmayacaktır. 2. Dış çapı 5 ve 4 er mm olan toplam 24 adet ufak borunun herbirinin uçları güzelce eğelenmelidir ki hortumlara ve ellerimize zarar vermesin. Eğeleme işlemi sırasında eğenin açısına bağlı olarak borunun dıştaki zarından kazınan metal borunun içine yönelebilir. Bu nedenle eğeleme işleminin ardından borunun her iki ağzı da bir iğne ile temizlenmelidir. Bu işlem ilkinin tersi gibi bir etki yapabileceği için uçlar elle tekrar kontrol edilmeli, ele hoş gelmeyen pürüzler eğe ile tekrar giderilmelidir.

2 3. Teknik resimde gösterilen deliklere dış çapları 5 mm olan borular profillerin olduğu yüzede yerleştirilir ve diğer yüzeyle profil ucu aynı düzleme gelinceye kadar profillerin olduğu yüzeyden hafif çekiç darbeleriyle sokulur. 4. Profillerin olduğu yüzeyde dışarıya bakan borulara teğet gelecek biçimde köşebent profiller yerleştirilir ve punto kaynağı ile sabitlenir. 5. İç çapı 4 mm olan silikon hortumlar [uzunluğu bağlanacak delikten itibaren kolların başına kadar olan mesafe (kolların oluşturdukları L köşesi uzunluğa dahil) olarak alınmalıdır] ısıl işlemle herbir boruya takılır. 6. Dış çapı 4 mm olan borular hemen dış çapı 5 mm olanların üzerine konulup kelepçe ile buraya tutturulur. Bu noktada kelepçenin tam sıkılmaması gerekir. Bu boruların uçlarına hemen altında yer alan boruya takılan silikon hortumla eşit uzunlukta bir silikon hortum takılır. Isıl işleme bu sefer gerek yoktur, zira iç içe geçirme sorun olmayacaktır. 7. Dış çapı 4 mm olan borular uçları kontraplağa 0,5 cm kalacak şekilde tutulup kelepçe ile sıkılır ki her iki boru da oynayıp deney sırasında basınç farkına neden olmasınlar (Şekil 1). Dikkat edilecek olursa dış çapları 5 mm olan borular kontraplağın bir ucundan girip diğerinden çıkarken dış çapı 4 mm olanlar sadece bir tarafta kalmışlardır. Bunun nedeni kullanacağımız basınç transistörlerinin sınırlarının azami 25 cm su sütununa izin vermesidir. Böylelikle biz bir delik ve bir de o noktanın hemen üstünden basınç alıp bunların farklarını basınç transistörlerine okutma şansını elde etmiş olacağız. Resim 1 Köşebent profil ve ona kelepçe ile tutturulan borular

3 8. Deney sırasında set suyun içinde olacağından hortumların bir ucu gözükmeyecektir. Oysa bizim ölçüm aldığımızda hangi hortumun nereye bağlı olduğunu bilmemiz şarttır. O nedenle her bir hortuma bir numara verilmiştir. Setin simetri eksenine göre bir tarafında kalan hortumlarla diğerleri ayrıldığı gibi delikten gelen basıncı gösteren hortum ile plakanın hemen ardındaki basıncı ölçen hortum da ayrılmıştır. Kullandığımız notasyona göre simetri ekseninin sol tarafı 1, sağ tarafı 2 olmuştur. Setin etiketlerinde 1 yazılmamıştır. Delikteki basıncı gösteren hortumlar A deliğin hemen üstünde, plakanın arkasındaki basıncı gösteren hortumlar B olarak işaretlenmiştir. Deliklerin numaraları ise yukarıdan başlanarak artar şekilde alınmıştır. Böylece örnegin 1-A veya 1-A1 simetri ekseninin sol tarafında üsttekin birinci, delikten basınç alan hortumu temsil ederken 2-B2 simetri ekseninin sağ tarafında, ikinci deliğin hemen üstündeki plakanın arkasından basınç alan hortumu temsil etmektedir. KULLANILAN DİĞER MALZEMELER: 1. Bir adet Notebook 2. Bir adet Analog dijital dönüştürücü 3. Bir adet dalga makinasına bağlı bilgisayar 4. Bir adet basınç algılayıcısı (transducer) (azami 0,25 m su sütunu ölçebilen) 5. Bir adet güç kaynağı (basınç algılayıcısı için deneyde kullanılan algılayıcı 8 V da çalışmaktadır)

4 DENEYİN HAZIRLANMASI: Deney setinin hazırlanması sırasında ortaya çıkan en büyük problemler lama profillerin 45 o C ye yakın bir açıyla kesilmesiydi. Lama profiller Resim 2 de görülebilmektedirler. Deney setinin hazırlanması, işe konsantre olunacak olunursa 8-10 saatlik bir işçilik ile yapılabilir. Resim 2 Deney Setinin havuzda bağlanmış hali Deney setinin İTÜ Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimlari Fakültesi - Ata Nutku Deney Havuzu ndaki büyük havuz içerisinde yer alan köprüye bağlanması sırasında köprü elemanlarının düşünüldüğü kadar kuvvetli olmadıkları görülmüştür. Set kollarının köprünün üst parmaklığına bağlandığında (işkence ile sıkılmıştırlar), bunların dönme mukavemetine istenilen düzeyde karşı koyamadıkları görülmüştür. Bu nedenle 2 adet 13 x 13 x 8 cm lik takoz, plaka ile ilk parmaklık arasına sıkıştırılmış ve işkence ile tutturulmuştur (bkz. Resim 2 ve Resim3). Bu şekilde dönme azaltılmış ve daha makul sonuçların elde edilmesi mümkün olmuştur.

5 Resim 3 Deney setinin hazu bağlandıktan sonra üstten görünüşü Güç kaynağı elektriğe bağlandıktan sonra 8 Volt çıkış verecek şekilde ayarlanmış, çıkışlardan çıkan kablolar basınç algılayıcısına iletilmiştir. Basınç algılayıcısının (Şekil 4) verdiği sinyalleri taşıyan kablo analog-dijital dönüştürücüye iletilmiştir. Bu kart kendisine gelen analog sinyali (burada basınç değişimi) dijitale çevirmektedir. Bu kartla notebook arasında yaptığımız bağlantı sonucu dijital sinaller bir program aracılığıyla (Anlab4) grafik sinyallere ya da değerlere dönüştürülür. Esasında buradaki değerler birtakım elektriksel sinyallerden ibarettir. Ancak şiddetleri kalibrasyon değerleriyle karşılaştırıldığında bize bir fikir verecektir.

6 Resim 4 Basınç Algılayıcısı ve ona analog sinyalleri getiren silikon hortumlar Söz konusu havuzdaki dalga makinasının oluşturduğu dalgaların yüksekliklerini okuyabilmek için deney setimizin hemen yanına dalga propları bağlanmıştır (yine işkenceler ile sıkılmıştır). Bunların çalışma sistemleri de basınç algılayıcılarıyla aynı olup, fark kalibrasyondan ibarettir. Bu çalışmada dalga proplarının kalibrasyonuna değinilmemiştir. Dalga makinasına bağlı ikinci bilgisayar bu propların bağlandıkları analog-dijital dönüştürücüden gelen sinayalleri değerlendirmek için kullanılmıştır. Deneyde kullanılan basınç algılayıcılarının kalibrasyonu küçük su tankında yapılmıştır. Burada 1 er cm aralıklarla artan su derinliklerindeki elektriksel sinyaller kaydedilmiştir. İlk değer su yüzeyinden alınmıştır. Deneyde güç kaynağı algılayıcıya bağlanmıştır. Algılayıcıdan çıkan sinyaller analog-dijital dönüştürücüe iletilmiş bu da notebooka bağlanmıştır. Bu bağlantıların aynı havuzdaki ölçümlerde de yapılmaktadır (Resim 5). Algılayıcının dış sinyali algılamak için üzerinde bulunan deliklerden birine silikon hortum takılmıştır. Hortumun diğer ucu su tankına batırılmıştır. Alınan her sinyal kaydedilmiştir. Bunların hidrostatik basınca karşı gelen değerleri bizim için söz konusu sinyallere karşı gelen basınçlar olacaktır. Bizim deney sırasında alacağımız basınçlar algılayıcının sınırları dışında kalabileceği için ilk deliğin hemen yanında bulunan delikten alınan sinyalleri de kalibre ederiz. Algılayıcının yapısı gereği bu iki delik arasında bir membran vardır. Alet bu membranın salınımını ölçmektedir esasında. Kalibrasyon sonucunda elde edilen değerler ve bunlara karşı gelen basınçlar aşağıdaki tablodan görülebilmektedir.

7 Resim 5 Algılayıcıdan gelen sinyalleri kaydetmek için kullanılan düzeneğin büyük havuz kenarına yerleştirilmiş halinden bir kesit Cm A B Basınç (kg/(m*s 2 ) , , , , , , , , ,9725 Kalibrasyonda A ve B aynı membranın şekil değiştirmesine sebep olduğu ve biz deneyimizde aynı anda ikisini de kullanacağımız için aradaki farkları almak gerekmektedir. Biz B den A yı çıkarttık. Bu durum grafik haline getirildiğinde 1 numaralı şekil ortaya çıkmaktadır.

8 Farklar Farklar ,02 0,04 0,06 0,08 0,1 Derinlik Şekil 1 B ve A daki değerlerin farkları Şekil 1 den de görüldüğü gibi yaklaşık olarak 0,03 metre derinlikten itibaren grafik lineer denilebilecek şekilde artmaktadır. Gerçekte olması gereken de budur. Aradaki ufak sapmalar ise ölçümdeki voltaj düşmesi, ortamdaki ses, sudaki hareket gibi titreşimlerden ve elektrik sinyallerini ileten kablo bağlantılarının zayıflığından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle Şekil 1 deki eğriden geçecek bir doğru kullanmak uygun bir seçenek oluşturacaktır. Söz konusu doğruyu Şekil 2 göstermektedir Farklar ,02 0,04 0,06 0,08 0,1 Derinlik Şekil 2 Kalibrasyon doğrusu Bu doğru iki nokta arasındaki farkı veren ortalama bir değere karşı gelmekte ve bize yeterince hassas bir sonuç vermektedir. Kalibrasyonu bu şekilde yaptıktan sonra artık sıra havuzda ölçüm almaya gelmiştir.

9 Havuzda yapılan ölçümlerde dalga makinasının çıkardığı sinyaller tam belirlenememektedir. Buna rağmen dalga frekansı ve dalga yüksekliği yaklaşık olarak verilmiştir. Aşağıda 4 ayrı basınç grafiği gösterilmiştir. Bu grafiklerin herbiri aşağıda gösterilmiştir. Şekil 3 dalga makinasında dalga yüksekliği (H) 2, frekans (f) 4 te oluşturlan dalgalardan elde edilirken Şekil 4 H=2 ve f=3, Şekil 5 H=2 ve f=2, Şekil 6 H=3 ve f=3 te elde edilmiştir. Basinç Basinç Şekil 3 H=2, f=4 için oluşturlan basınç grafiği Basinç Basinç Şekil 4 H=2, f=3 için oluşturlan basınç grafiği Basinç c Basinç Şekil 5 H=2, f=2 için oluşturlan basınç grafiği

10 Basinç Basinç Şekil 6 H=3, f=3 için oluşturlan basınç grafiği Şekil 3, 4, 5 ve 6 da yatay eksen alınan veri sayısını göstermekteyken dikey eksen algılayıcının bilgisayara ilettiği elektrik sinyalinin şiddetini göstermektedir. Söz konusu şiddette bizi ilgilendiren maksimum ve minimum arasındaki değişimdir. Grafikler 30 saniyelik bir zaman dilimini kapsamaktadır. Yani 30 saniye içerisinde toplam 1350 adet veri alınmıştır. Şekil 3 te basınç değerleri dalgalar oluşturulduktan sonra alınmış, ilk 350 veri nisbeten sakin olmuştur. Ondan sonraki değerler arasında değişmektedir. Şekil 2 deki doğru uzatılacak olursa bu değişim 48,6 61,2 t/ms 2 ye karşı gelmektedir. Şekil 4 ve 5 te ise sinyaller arasında değişmektedir. Yani basınç 48,6 57,6 t/ms 2 arasında bir değişim göstermektedir. Şekil 6 da ise sinyaller arasında değişmekte, yani basınç 54 70,2 t/ms 2 arasında bir değişim göstermektedir. Şekil 6 da yaklaşık 800üncü değerden sonrakiler ani bir azalma göstermektedirler. Deney setini tam anlamıyla statik yapamadığımızı dikkate alacak olursak (köprü elemanları dönme momentini engelleyememekte ve sistem dönmektedir), bu azalmanın beklenebileceğini ve dikkate alınmaması gerektiğini söyleyebiliriz. Bu düşüncemizi yaklaşık 600üncü veriden sonra izleyen düzgün azalma da desteklemektedir. Diğer şekiller için de benzer yorumlar yapılabilir. Ancak incelendiklerinde diğer şekillerde bu düşüşlerin çok az düzeyde oldukları görülmektedir. Bu nedenle bu şekillerdeki sinyal düşüşleri ihmal edilebilir. Diğer bir dikkat çekici nokta sinyallerin periyodik olarak azalıp artışlarıdır. Bunun nedeni dalgaların yapısında saklıdır. Biz düzenli sinüs dalgaları oluşturduk. Bu dalgalar düzenli aralıklarla sakin su seviyesinin üstüne çıkan ve altına düşen dalgalardır. Dalga sakin su seviyesinin üstündeyken bir dalga tepesi, altındayken dalga çukuru oluşur. Sistemimiz ölçülen noktanın üzerindeki suyun basıncını ölçtüğüne göre dalga tepesinde daha çok basınç, dalga çukurunda daha az basınç kaydedecektir. Bizim ölçüm aldığımız nokta suyun 32 cm altındadır. Yani ölçüm yaptığımız noktadaki hidrostatik basınç sakin su seviyesinde yaklaşık olarak 3,218 t/ms 2 dir. Yukarıdaki şekillerden yola çıkılarak elde edilen basınç değişimleri dikkate alındığında basıncın 10 kattan daha fazla artmış olmasına dikkat etmek gerekir.

11 Sonuç: Şekil 3, 4 ve 5 incelendiğinde dalga boyu değişmese de frekans arttıkça daha büyük bir basınç değişimi elde edilebileceği görülmektedir. Şekil 4 ve 6 incelendiğinde ise sabit frekanslarda dalga boyunun artmasıyla birlikte değişim miktarının da arttığı görülmektedir. Yani gerek dalga boyunun arttırılması, gerekse dalga frekansının arttırılması basınç değişimini arttırmaktadır. Yukarıdaki paragrafta açıkalanan maksimum ve minimum basınçlar arasındaki farklar alınıp karşılaştırıldığında dalga boyunun arttırılmasıyla daha büyük bir basınç değişimi elde edildiği görülmektedir. Bunun sonucunda basınç değişimi esasına dayalı sistemler söz konusu olduğunda sistemin konumlandırılacağı yerinin belirlenmesi esnasında o bölgedeki etkin dalga boyunun diğer bölgelerden daha büyük olması gerektiği ortaya çıkmaktadır.