T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ İĞİ BÖLÜMÜ LABVİEW DENETİMLİ PELTİERLİ ORTAM SOĞUTUCUSU BİTİRME ÇALIŞMASI Zekeriya ŞENTÜRK 164003 R. Kaan CEBECİ 179948 BAHAR 2011 TRABZON
T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ LABVİEW DENETİMLİ PELTİERLİ ORTAM SOĞUTUCUSU BİTİRME ÇALIŞMASI Zekeriya ŞENTÜRK 164003 R. Kaan CEBECİ 179948 Tez Danışmanı: Prof. Dr. Sefa AKPINAR BAHAR 2011 TRABZON
II ÖNSÖZ Bu çalışmada peltier elemanı kullanılarak ortam soğutucusu tasarlanmış ve Labview görsel grafik programı ile bu soğutucunun denetimi gerçekleştirilmiştir. Hayatımız boyunca her türlü maddi ve manevi desteklerini üzerimizden hiçbir zaman esirgemeyen ailelerimize şükranlarımızı sunarız. Çalışmalarımız boyunca bize değerli zamanını ayıran ve verdiği fikirler ile bizi yönlendiren hocamız Prof. Dr. Sefa AKPINAR a teşekkür ederiz. Ayrıca çalışmamız sırasında bize yardımlarını esirgemeyen Araştırma Görevlisi Mehmet EKİCİ ye teşekkürü bir borç biliriz. Zekeriya ŞENTÜRK, Ramazan Kaan CEBECi TRABZON, 2011
İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ. II İÇİNDEKİLER.... III ÖZET... IV ŞEKİLLERDİZİNİ...... V 1. GENEL BİLGİLER...1 1.1. GİRİŞ.1 1.1.1. Termoelektrik Modüllerle Soğutma...1 1.1.2. Soğuk Eklemdeki Isı Hareketi...2 1.1.3. Sıcak Eklemdeki Isı Hareketi.2 1.1.4. Termoelektrik Modüllerin Çalışma Prensibi ve Soğutma..3 1.1.5. Isı Transferi...3 1.1.5.1. İletim...4 1.1.5.2. Taşınım..4 1.1.5.3. Işınım.4 1.2. Peltier Etkisi ve TEC Modül..5 1.3. Labview Yazılımı...6 1.3.1. Veri Akışı ve Grafiksel Programlama Dili.7 1.3.2. Labview Ortamının Tanımı....8 1.3.2.1. Ön Panel ( Front Panel )...8 1.3.2.2. Blok Diyagram ( Block Diagram )...9 1.3.3. Labview Araç Çubuklarının Tanımı.10 1.3.3.1. Ön Panel ( Front Panel ) Araç Çubuğu...10 1.3.3.2. Blok Diyagram ( Block Diagram ) Araç Çubuğu..11 1.3.4. Paletler.....12 1.3.4.1. Araç Paleti...12 1.3.4.2. KontrolPaleti......14 1.3.4.3. Fonksiyon Paleti......15 1.3.5. Bağlantı Hatları...16 2. YAPILAN ÇALIŞMALAR, BULGULAR VE TARTIŞMA 17 2.1. Giriş...17 2.2. Vantilatör Motoru...18 2.3. Pompa Motoru...18
2.4. Peltier......19 2.5. Soğutucu Fan......19 2.6. Sürücü Devreler..20 2.7. Sıcaklık Sensörleri..20 2.8. Labview Programlama...21 3. SONUÇLAR...23 4. ÖNERİLER.24 5. KAYNAKLAR...25
IV ÖZET Bilim ve teknolojinin hızla ilerlediği günümüz dünyasında insanların hayat standartları daha önce hiç olmadığı kadar yükselmektedir. Bilim ve teknolojinin bu hızlı ilerlemesi çok faydaları getirmekle birlikte bir takım sıkıntıları da beraberinde getirmektedir. Bu projemizde teknolojinin ilerlemesiyle günümüzde artık lüks olmaktan çıkıp zorunlu bir ihtiyaç haline gelen klimaların çevreye yaydıkları xxx gazının ozon tabakasına olan zararlı etkisini göz önünde bulundurarak peltier etkili sıvı soğutmalı bir sistem tasarlanmıştır. Bu çalışmada strafor kabın içinde bulunan metal kaptaki sıvının peltier aletinin soğuk yüzeyinin bu metal kaba teması ile soğutularak, düzenekteki pompa motoru vasıtasıyla bu soğuk suyun çalışan bir vantilatörün ön kısmına monte edilmiş olan bakır borunun içerisinden dolandırılmasıyla ortamın soğutulması sağlanmıştır. Peltier cihazının sıcak tarafı yüksek sıcaklıklara dayanamadığından dolayı bu aletin sıcak yüzeyine soğutucu alüminyum plaka ve fan ilave edilmiştir. Kurulan bu düzeneğin denetimi LabVIEW görsel grafik programı ile yapılarak istenilen değerlerde, istenilen çalışma şekli belirlenmiştir. Ayrıca kullanılan sıcaklık sensörleri ile ortam sıcaklığı, peltierin sıcak yüzeyinin sıcaklığı ve soğutulan suyun sıcaklığının monitörden an ve an takip edilebilme ve otomasyonun referans değerlerini anında değiştirebilme imkanı sağlanmıştır. VI
ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 1. Modül İçindeki Elektronların Akışı...2 Şekil 2. Peltiere Peltiere Enerji Uygulandığında Akım Akışı...3 Şekil 3. Termoelektrik Soğutucuda p Tipi ve n Tipi Yarı İletken...4 Şekil 4. Isı İletim Katsayısı..5 Şekil 5. Peltier Modül..5 Şekil 6. LW Programı İle Geleneksel Program Kodu Karşılaştırması...7 Şekil 7. Labview Programı Ön Panel Görünümü...8 Şekil 8. Labview Programı Blok Diyagram Görünümü...9 Şekil 9. Ön Panel Araç Çubuğu..10 Şekil 10. Blok Diyagram Araç Çubuğu...11 Şekil 11. Araç Paleti...13 Şekil 12. Kontrol Paleti...15 Şekil 13. Fonksiyon Paleti....15 Şekil 14. Blok Diyagramda Bağlantı Hatları...16 Şekil 15. Vantilatör...18 Şekil 16. Peltier..18 Şekil 17. Soğutucu Fan..19 Şekil 18. Sürücü Devreler..19 Şekil 19. Sıcaklık Sensörleri..20 Şekil 20. Labview Ön Panel Görünümü...20 Şekil 21. Labview Blok Diyagram Görünümü...21
1 1. GENEL BİLGİLER 1.1. GİRİŞ 1.1.1. Termoelektrik Modüllerle Soğutma Termoelektrik soğutucular, hem bir maddenin sıcaklığını ortam sıcaklığının altına düşürürken, bir taraftan çevredeki sıcaklık ne olursa olsun, madde sıcaklığını dengede tutma özelliğine sahiptirler. Termoelektrik soğutucu modül, yüzey alanına göre 3-6 watt/cm² lik bir pompalama yapma kapasitesine sahiptir. Bu sözü edilen termoelektrik soğutucular, bazen termoelektrik modül veya Peltier soğutucusu olarak da adlandırılabilir. Termoelektrik soğutucular, küçük bir ısı pompası gibi çalışan yarı iletkenlerden yapılmışlardır. Bir güç kaynağından sağlanan küçük bir gerilimin etkisiyle, ısı, modülün bir tabakasından diğer tabakasına doğru hareket eder. Bu şekilde modülün bir yüzü ısınırken, diğeri de ısınan yüze ters orantılı olarak soğumaya başlar. Isınan ve soğuyan yüzeylerin yer değiştirmesi için sadece güç kaynağının artı ve eksi uçları yer değiştirilmesiyle sağlanabilir. Bir termoelektrik modülü, kullanım amacına göre ısıtıcı veya soğutucu olarak kullanılabilir. Termoelektrik soğutucular ısı transfer elemanlarının aktif bir soğutma sistemi olup, miliwatt tan kilowatt a kadar değişen bir yelpazedeki uygulamalar için kullanılabilir.[1] Termoelektrik modülün soğuk yüzeyi 40 Cye ulaştığında, ısı akışı kesilir ve modül ısı pompası özelliğini kaybeder, verim sıfıra düşer. En verimli çalışmasını 5 ila 15 C arasında gerçekleştirir. Sıcaklık bu noktada en yüksek değere ulaşır. Eğer soğuk tabakaya azar azar ısı aktarılmaya başlanırsa, bu yüzeyin sıcaklığı, ısı musluğunun sıcaklığına eşitlenene kadar yükselir. Böylece termoelektrik soğutucular, en yüksek ısı iletim kapasitelerine ulaşırlar. Termoelektrik soğutucular, günlük hayatta kullanılan buzdolaplarıyla aynı termodinamik çalışma presibine göre çalışır fakat aralarında bazı farklılıklar vardır. [1] Soğutucu modüllerde, buzdolabında kullanılan dondurucu sıvının yerini, bir yarı iletken alır. Buzdolabındaki yoğuşturucuya karşılık modülde bir ısı transfer elemanı vardır. [2] Ayrıca modülde, kompresörün yerine de doğru akım kaynağı bulunur. Doğru akım kaynağının bağlanması, elektronların yarı iletken nesneden geçmesini sağlar. Modülün
2 soğuk tarafında, elektron hareketi nedeniyle ısı soğurularak ve sıcak yüzeye gönderilir. Sıcak olan yüzeye de ısı transfer elemanı bağlandığı için, ısı transfer elemanından çevreye ısı akışı sağlanır. [1] Termoelektrik soğutucuların başlıca kullanım alanları mikroişlemciler, buzdolapları, gece görüş teçhizatları vb. olarak verilebilir. Termoelektrik soğutucular (Peltier modülleri) genellikle küçük hacimlerin soğutulması uygulamalarında güvenilir, sessiz ve düzgün çalışır, çevre dostudur ve sıcaklık kontrolünün önemli olduğu çalışmalar için uygundurlar. Termoelektrik soğutucuların en önemli sakıncaları soğutma tesir katsayılarının (STK) kompresörlü soğutma sistemlerinden düşük olması ve pahalı olmalarıdır. Teknolojideki gelişmelerle termoelektrik modül fiyatlarında azalma görülmektedir 1.1.2. Soğuk Eklemdeki Isı Hareketi Şekil 1 de güç kaynağı sistem elektronların akışını sağlamak için gereken enerjiyi verir. Soğuk tabakada (jonksiyonda) haznedilen ısı enerjisi elektronlar aracılığıyla düşük enerji seviyesinde olan p-tipi yarıiletken elementten daha yüksek bir enerji seviyesindeki n-tipi yarıiletken element seviyesine geçiş yapar. Aşağıdaki şekilde bahsedilen elektron akışı gösterilmiştir. [3] Şekil 1. Modül içindeki elektronların akışı Şekil 1 de termoelektrik modülün elektron akışı ve n tipi yarı iletkenle p tipi yarı iletken lerin içindeki elektron akışlarının yönü görülmekltedir. 1.1.3. Sıcak Eklemdeki Isı Hareketi
3 Sıcak tabakada, elektronların yüksek enerji seviyesindeki n-tipi yarı iletken elementten daha düşük bir enerji seviyesindeki p-tipi yarı iletken element üzerinde akmasıyla bir ısı düşüşü olur, ve böylece ısı enerjisi atılmış olur. Termoelektrik soğutucular bir ısı pompası görevi görürler; hareketli parça, akışkan veya gaz içermez. Sıradan bir ısı pompası gibi çalışırlar. Tabaka üzerindeki soğuğu emerek diğer cihazların yaptığı gibi ısıyı diğer tarafa transfer ederler. [2] 1.1.4. Termoelektrik Soğutucuların Çalışma Prensibi ve Soğutma Termoelektrik soğutma sisteminin iyi anlaşılması için sıcaklık ölçümü için sıkça kullanılan standart bir termokupl kullanılması bize yardımcı olacaktır. Bu tip termokupllar birbirine benzemeyen iki telin birmirine bağlantısıyla oluşturulmuştur.[2] İki eklemin sıcaklığı sabit tutulmak zorundadır. Bunun nedeni belli bir sıcaklık değerini aşıldığında malzemenin özelliğini yitirmesidir. Diğer eklem ölçüm yapılacak nesnenin üzerine yerleştirilmiştir. Bu zincirleme düşünceyi ters çevirirsek, tasarlanan bu bir çift eklem, üzerine uygulanan elektrik enerjisi ile peltierin bir yüzeyini soğuturken, diğer yüzeyinin ısınmasına yol açmaktadır. Şekil 2 de bu durum gösterilmiştir. [2] Şekil 2. Peltiere enerji uygulandığında akım akışı Şekil 2 de peltiere dc gerilim kaynağından enerji uygulandığında enerji akışı gösterilmiştir. Soğuk eklem ve sıcak eklem arasında elektriksel yalıtkan ve onun da altında elektriksel iletken madde bulunur. Bu iletken malzemeye bağlı p ve n tipi iletkenler arasında Şekil 1. de de bahsedildiği yönde bir elektron akışı olup üst yüzeyin ısınmasını alt yüzeyin soğumasını sağlar. 1.1.5. Isı Transferi
4 Şekil 3.Termoelektrik soğutucuda p tipi ve n tipi yarı iletken Şekil 3. te standart bir termoelektrik modülün içerisindeki p-n jonksiyonları gösterilmiştir. Isı geçiş şekilleri aşağıdaki gibidir: 1.1.5.1. İletim Bu ısı geçişi türünde, ısı bir katı ya da durgun bir akışkan içinde iletilir. İletim katılarda moleküllerin titreşim ve serbest elektronların hareketi ile olurken akışkanlarda moleküler difüzyon yolu ile meydana gelir. Isı iletimi temel kanunu fourier tarafından verilmiştir. Bu kanuna göre iletilen ısı miktarı, ısı akışına dik doğrultudaki ısı akış alanı ve ısı akışı doğrultusundaki sıcaklık gradyanı ile doğru orantılıdır. Bu kanunla kapalı bir şekilde ortaya çıkan orantı sabiti ise ısı iletim katsayısı adını alır. [3] 1.1.5.2. Taşınım Bu tür ısı geçişinde ısı bir akışkanın hareketi yardımıyla taşınır. İçinde durgun hava bulunan bir ortama yüzeyleri sıcak olan bir cisim konduğunda bir hava hareketi oluşur. Bu hareket dünyanın çekim alanında yoğunluk farklarından doğar. Bu akışa ve buradaki ısı taşınımına doğal taşınım denir. [3] 1.1.5.3. Işınım Eğer farklı sıcaklıklardaki iki cisim içinde mutlak vakum olan bir ortamla birbirinden ayrılmış olsalar ve bu cisimlerin birbirini gören yüzeyleri dışındaki diğer yüzeyleri adyabatik olarak yalıtılmış olsa bile zamanla bu cisimlerin sıcaklığının birbirine eşitlendiği yani aralarında bir enerji alışverişi olduğu gözlenir. Bu ısı geçişi türüne ısı ışınımı denir. Isı
5 ışınımı elektromanyetik ışınım olayının bir parçasıdır. Burada enerji atomaltı parçacıklarının yayınımı ile taşınır. [3] Bu yayınım cismin sıcaklık düzeyinin yükseltilmesi ile artar. Mutlak sıfır sıcaklığının üzerinde her sıcaklıkta cisimlerin ışınım yaptığı bilinmektedir. Şekil 4. Isı iletim katsayısı Şekil 4. te ısı iletim katsayısının matematiksel olarak hesaplanması gösterilmiştir. 1.2. Peltier Etkisi ve TEC Modüle Peltier, 1834 te iki metalin ekleminde bir akım geçirildiği zaman, akım bir yönde akarken eklemde ısının yutulduğunu, akımın ters yöne çevrildiğinde ise ısının açığa çıktığını bulmuştur. Yarı iletken halinde elektron enerji farkı daha fazla olabilir ve eklemde daha yüksek bir e.m.k meydana getirebilir. Oluşturulan bu e.m.k in boyutu sadece eklemi meydana getiren malzemeye değil, eklemin sıcaklığına da bağlıdır. Peltier etkisinden (Peltier effect) de faydalanılarak p-n eklemlerininin seri olarak bağlanmasıyla TEC Termo elektrik soğutucu modül oluşturulur. [4]
6 Şekil 5. Peltier modül Şekil 5 te peltier modülünün görünümü verilmiştir. TEC özellikle yeni nesil bilgisayar işlemcilerinin soğutulmasında ve araç tipi buzdolaplarının yapımında kullanılır. Bağlantı uçlarına DC akım uygulandığı zaman, yüzey soğurken diğer yüzey ısınır. Watt olarak güçlerine ve boyutlarına göre çeşit modellerde üretilir. [4] 1.3. Labview Yazılımı LABVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) yazılımı National Instruments firması tarafından geliştirilmiş, grafiksel ara yüz oluşturmada, veri elde etmede kullanılan birçok yazılımın özelliklerini tek bir pakette toplayan bir yazılımdır. Labview programı veri elde etmede ve elde edilen verilerin incelenmesinde ve sunulmasında sıklıkla kullanılmaktadır. Osiloskop, multimetre, spectrum analyzer gibilaboratuar ölçüm aletlerinin görünümünü ve çalışmasını taklit etmekte ve tüm bu aletleri yazılımla bilgisayar ortamında oluşturabilmektedir.[5] LW (Labview) programı sayesinde hazırlanan sistem üzerinde her türlü değişiklik ve ayarlama yapılabilmektedir. LW çok güçlü bir grafik ara yüzlü programlama dilidir. Geleneksel programlama dilleri ile haftalar hatta aylar sürecek bazı çalışmalar, LW kullanılarak birkaç saatte bitirilebilmektedir. LW de program, grafikler kullanılarak geliştirilmektedir. Programlama ortamı geleneksel programlama dillerinden farklıdır. Ancak LW programlama dillerinden daha fazlasını sunmaktadır. Mühendisler, bilim adamları ve diğer kullanıcılar için program geliştirme ve sistem tasarlanmasını sağlamaktadır. LW Windows, Mac OS,Linux, Solaris ve HP-UX ortamlarında çalışabilmektedir. LW programcıların istekleri için çok geniş bir fonksiyon ve alt program kütüphanesine sahiptir. LW özel uygulamalar için kod ve veri toplama (DAQ) genel amaçlı ara yüz yolu (General Purpose Interface Bus-GPIB) seri haberleşme ile aygıt kontrolü veri analizi, veri sunumu ve bilgilerin depolanması ve internet üzerinden haberleşme hizmetlerinin kolaylıkla gerçeklenmesini sağlamaktadır. Analiz kütüphanesi çok sayıda kullanışlı fonksiyonlar (sinyal üretme, sinyal işleme, filtreler, istatistik, regresyon, lineer cebir ve
7 aritmetik fonksiyonlar) içermektedir. LW nin grafiksel doğasından dolayı veri sunumu istendiği şekilde grafik, kart, kullanıcı tanımlı grafik olabilmektedir. LW programları değişik ortamlara taşınabilmektedir. Böylece Macintosh ta yazılan bir program Windows çalışan bir bilgisayara yüklenebilir ve çoğu uygulama hiçbir değişiklik yapılmadan kullanılabilir.[5] 1.3.1. Veri Akışı ve Grafiksel Programlama Dili LW programı geliştirme ortamı C veya Java gibi diğer ticari programlardan oldukça farklı görülmektedir. Diğer programlama dilleri yazı tabanlıdır ve kodlar yazılarak program oluşturulmaktadır. LW de grafiksel programlama dili kullanılır. program oluşturmak için bir takım küçük resimlerin birleştirilmesiyle blok diyagram oluşturulur. Bu durum program oluşturmada karşılaşılan yazılım hatalarını tamamıyla ortadan kaldırmaktadır. Bu yöntemle uygulamadaki veri akışı üzerine yoğunlaşılmaktadır. Bu durumun, programda ne olduğu belirsiz olan yazılım programlarından daha kolay olduğu söylenebilir. [5] Sekil 6. LW programı ile geleneksel program kodu karşılaştırması Şekil 6 da Labview programıyla herhangi bir geleneksel programlama kodu karşılaştırılmıştır. Labview arayüzünde grafiksel olarak görülen bu değerler C++
8 programlama dilinde kodlama olarak yazılmak zorundadır. Bu da zaman zaman hatalara sebep olabilmektedir. Labivew yazılımının bu yüzden kullanımı daha basittir. 1.3.2. Labview Ortamının Tanımı LW programı, sanal araçlar (Virtual Instruments-VI) olarak adlandırılmakta ve ön panel (front panel) ve blok diyagram (block diagram) olmak uzere iki ana bölümden oluşmaktadır. [6] 1.3.2.1. Ön Panel (Front Panel) Ön panel, Labview programının kullanıcı ara yüzüdür. Gerçek aygıtların benzetimidir. Ön panelde kademeli anahtar, bas-bırak butonlar, grafikler ve daha birçok kontroller ve çıkış için kullanılan göstergeler bulunabilir. Kullanıcı bilgisayardaki tuş takımı ve fare yardımıyla bilgileri girmekte ve sonuçları ekranda izlemektedir. [6] Şekil 7. Labview programı ön panel görünümü Şekil 7. de Labview ön panel panel gösterilmiş olup çeşitli göstergeler yerleştirilmiştir. Bu göstergelerle verilerin değişimini ekran üzerinde rahat bir şekilde gözlemleyebilme olanağına sahibiz.
9 1.3.2.2. Blok Diyagram ( Block Diagram) Blok diyagram VI ın kaynak kodudur. LW proramlarında grafik programlama dili G kullanılmaktadır. Blok diyagram gerçekte uygulama programıdır. Blok diyagram bileşenleri düşük seviyedeki VI lar, fonksiyonlar, sabitler ve program işleyişini kontrol eden uygun nesnelerden oluşmaktadır. Kullanılan araçlar bağlantı hatları ile birleştirilerek veri akışı belirlenmektedir. Sekil 8. Labview programı blok diyagram görünümü Şekil 8 de projede yazılan Labview programının blok diyagramı gösterilmiştir. İlk olarak Front panele koyduğumuz göstergelerin blok halindeki şekilleri blok diyagram
10 olarak görünür. Ve bu blok diyagram üzerinde bağlantıları birleştirerek istediğimiz programı yazabiliriz. 1.3.3. Labview Araç Çubuklarının Tanımı Labview programında kullanılan iki temel araç çubuğu vardır. Bunlar on panel araç çubuğu ve arka panel araç çubuğu olarak adlandırılmaktadır.[6] 1.3.3.1. Ön Panel (Front Panel) Araç Çubuğu Ön panel araç çubuğu LW programının hem çalısma durumunda hem de düzenleme durumunda ekranda görülmektedir.[5] Sekil 9. Ön panel araç çubuğu Şekil 9. de projemizde kullandığımız labview programı ön panel araç çubuğu gösterilmiş olup aşağıda yazılım içerisinde kullandığımız ve genel olarak kullanılan bazı simgelerin program içindeki görevleri açıklanmıştır. İçi dolu beyaz olarak görünür. VI ı çalıştırmak için kullanılır. VI çalışırken Run butonu bu şekilde görünür. görünür. VI bir alt program (subvi) içeriyorsa çalışırken Run butonu şekildeki gibi Run butonu kırık ok şeklinde görünürse, program çalışmasında hata var demektir. Blok diyagram doğru hale getirilinceye kadar Run butonu kırık ok şeklinde gürünür veve VI çalıştırılamaz.
11 Bu butona basıldığında VI çalışması durdurulana kadar sürekli çalışır durumdadır. Bu butona basılırsa VI çalışması derhal durdurulur. Bu butona basıldığında çalışma durdurulur, çalışmanın hangi aşamada durdurulduğu blok diyagramda vurgulanmaktadır. Pause butonuna basıldığında kırmızı olarak görülür ve butona tekrar basıldığında sürekli çalışma devam etmektedir. Yazı özelliklerini seçmek için kullanılır. Nesnelerin sol, üst, sağ, alt kenarlarının aynı hizaya getirilmesini icin kullanılır. sağlamaktadır. Düzgün dağıt butonu, nesnelerin arasındaki boşlukların eşit şekilde olmasını Nesnelerin aynı boyuta getirilmesi icin kullanılır. Üst Üste gelen nesnelerin sıralanması icin kullanılır. İçerik yardım penceresinin görülmesi için kullanılır. 1.3.3.2. Blok Diyagram ( Block Diagram ) Araç Çubuğu LW programı calıstığında blok diyagram araç çubuğu görülür. Bu araç çubuğu ile program çalıştırılıp varsa hata ayıklama yapılabilir. [5] Şekil 10. Blok diyagram araç çubuğu
12 Şekil 10. da blok diyagram araç çubuğu görünümü verilmiştir ve aşağıda genel olarak kullanılan ve yazılım esnasında kullandığımız bazı program simgelerinin görevleri verilmiştir. Bu butona basıldıktan sonra VI çalıstırılırsa bilgi akışı izlenebilir. Butona tekrar basıldığında vurgulama iptal edilir. Bu butona basıldığında düğüm açılır ve çalışma durur. Butona tekrar basıldığında alt program veya yapı bir kez çalışır sonra çalışma durur. Bu buton ile VI çalışması adım adım yürütülebilir. Bu butona basıldığında bir düğüm icin çalışma olur, sonraki çalışma durdurulur. Bu butona basarak döngü veya alt-vi çalışması atlanarak sonraki düğümden çalışma sağlanabilir. Bu butona basıldığında geçerli düğüm işlenir, sonraki düğümde çalışma durmaktadır. Çalışma durduğunda buton soluktur, bu buton ile düğüm boyunca tek tek adımlama tamamlanabilir. durdurulmaz. Eğer VI potansiyel bir problem içeriyorsa yandaki uyarı görülür ancak çalışma 1.3.4. Paletler Labview de yeni bir VI oluştururken üç tane yüzer paletten yararlanılmaktadır. Bunlar Araçlar, Kontroller ve Fonksiyonlar paletleridir. Bu paletler ekranın herhangi bir yerine yerleştirilebilir. [6] 1.3.4.1. Araç Paleti Yeni VI oluşturma, değiştirme, hata ayıklamak için Sekil 6.6 da görülen araçlar paleti
13 kullanılmaktadır. Bu palete hem blok diyagram hem de on panelde erişilebilir. İmleç buradan seçilen araca göre şekil almaktadır. Sekil 11. Araç paleti Şekil 11 de araç paleti gösterilmiş olup aşağıdaki şekiller de bazı genel simgelerin ve program içinde kullanılan araçları görevleri verilmiştir. Sekme (Tab) tusu, bu tus ile otomatik arac secimi aktif veya pasif yapılabilir. Tab tusu bir kez tıklandığında otomatik arac secimi aktif tekrar tıklandığında pasif duruma gelmektedir. İşletim tuşu, bir kontrolün değerini ve kontrolün icindeki yazıyı değistirmek icin kullanılmaktadır. İşletim tuşu yazı üzerine veya bir kontrol üzerine sürüklendiğinde şekli yandaki gibi değismektedir. Konumlandırma aracı ile seçim, taşıma, objelerin boyutlandırması işlemi yapmak için kullanılmaktadır. kullanılmaktadır. Etiket aracı, yazıları düzenlemek için yeni etiketler oluşturmak için kullanılmaktadır. Bağlantı aracı, blok diyagramdaki nesneleri birbirine bağlamak icin
14 tıklanmaktadır. Nesne kısa yol menüsü, bir objenin araçlarına erismek icin bu menü fare ile Kaydırma araçları, pencereyi kaydırma çubuklarını kullanmaksızın kaydırmak için kullanılmaktadır. Kesme noktası hazırlanan VI larda, fonksiyonlarda, düğümlerde, bağlantı kablolarında çalışmayı durdurmak için kullanılmaktadır. Blok diyagramdaki bağlantı kabloları üzerinde ölçüm ucu oluşturabilir. Ölçüm ucu oluşturulan noktadaki ara değerleri incelememizi sağlamaktadır. Boyama aracı, objeleri boyamak için, geçerli on plan ve arka plan rengini değistirmek icin kullanılmaktadır. 1.3.4.2. Kontrol Paleti Kontrol ve Fonksiyon Paletleri VI oluştururken kullandığımız obje alt paletlerini içermektedir. Bir alt palet simgesini tıkladığımızda seçtiğimiz alt palet icin tüm palet değismektedir. Paletlerdeki bir nesne kullanılmak istendiğinde nesne tıklanıp on panel veya blok diyagrama yerleştirilebilir.[7] Kontrol paleti Sekil 12. de görülmektedir. Sadece ön panelden erişilebilir. Kontrol paleti, ön paneli oluşturmak için kullanılan kontroller ve göstergeleri içermektedir.
15 Sekil 12. Kontrol paleti 1. Num Ctrls: Numarator, kademeli anahtar, çevirmeli anahtar v.b kontroller, 2. Num. Inds: Dairesel dizge, numarator, seviye v.b göstergeler, 3. İki konumlu, bas bırak v.b butonlar, 4. Led (Isıklı) göstergeler, 5. Yazı kutuları, 6. Yazı göstergeler, 7. Grafik göstergeler, 8. Kullanıcı kontrolleri, 9. LW de kullanılan tüm kontroller, 1.3.4.3. Fonksiyon Paleti Fonksiyon paleti Sekil 12 te görülmektedir. Sadece blok diyagramdan erişilebilir. bu palet, blok diyagramı yaparken kullanacağımız fonksiyon ve VI ları içermektedir.
16 Şekil 13. Fonksiyon paleti 1.3.5. Bağlantı Hatları Blok diyagramlarda objeler arasında veri transferi bağlantı hatları aracılığı ile olmaktadır. Bağlantı hatları yazı tabanlı programlama dillerindeki değişkenlere benzetilebilir. Sekil 14 te toplama ve fark fonksiyonları kontrol ve göstergeler hatlar ile birbirlerine bağlanmıstır.[7] 1.Düğümler, 2. Göstergeler, 3. Bağlantı hatları, 4. Kontrol terminalleri Şekil 14. Blok diyagramda bağlantı hatları
17 Her kablo tek bir veri kaynağını temsil etmektedir; ancak, birçok VI ve fonksiyonlar okuma ve yazma icin hatlarla birleştirilebilinir. Hatlar taşıdıkları veriye gore değişik renk ve kalınlıkta gözükmektedirler. Kırık bir ok, kesik kesik siyah bir hat şeklinde ortasında kırmızı X ile gösterilmektedir. Aşağıdaki bağlantı hatları, türleri görülmektedir. [7] LW de bilgi geçişi için birçok bağlantı noktasını birleştiren bağlantı hatları kullanılmaktadır. Bağlantı hatlarının taşıdıkları bilgiye uyumlu olarak giriş ve çıkış noktalarına bağlanması gerekmektedir. Örneğin, bir dizi çıkışının sayısal girise bağlantısı mümkün değildir. Ek olarak bağlantı hatlarının yönünün de doğru olması gerekmektedir. Her hattın sadece bir girişi ve en az bir çıkışı birleştirmesi gerekmektedir. Örneğin, iki göstergenin birbirine bağlantısı mümkün olmamaktadır. 2. YAPILAN ÇALIŞMALAR, BULGULAR VE TARTIŞMA 2.1.Giriş Bu çalışmada, strafor kabın içinde bulunan metal kaptaki sıvının peltier aletinin soğuk yüzeyinin bu metal kaba teması ile soğutularak, düzenekteki pompa motoru vasıtasıyla bu soğuk suyun çalışan bir vantilatörün ön kısmına monte edilmiş olan bakır borunun içerisinden dolandırılmasıyla ortamın soğutulması sağlanmıştır. Kullanılan pompa motoru 12 V DC seim tipi universal motor, vantilatör motoru 220 V AC (80 Watt), soğutucu fan 12 V DC, peltier aleti ise 12V DC(92 Watt) seçilmiştir. Vantilatör motoruna bakır boru sarılmış ve pompa motoruyla bağlantısı plastik boru vasıtasıyla yapılmıştır. Daha sonra pompa motoru metal kaba monte edilmiştir. Peltier aletinin soğuk yüzeyi strafor kutunun altından metal kaba dokundurulmuş ve dışarıda kalan sıcak yüzeyine soğutucu alüminyum demir ve fan tutturulmuştur. Strafor kabın altındaki ısının dışarıya daha rahat verilebilmesi için, kabın altına 4 adet tahta ayak eklenmiştir.
18 Sıcaklıklarını ölçmek istenilen noktalara LM35 sıcaklık sensörü uygun şekilde yerleştirilmiştir. Daha sonra aktif elemanların sürülmesi için sürücü devreler oluşturulmuş ve DAQ giriş birimleri ile bağlantıları sağlanmıştır. Sıcaklık sensörlerinin de DAQ çıkış birimleri bağlantıları sağlanıp LabVIEW programı ile programlama işlemi gerçekleştirilmiştir. 2.2. Vantilatör motoru Şekil 15. Vantilatör Vantilatör motorumuz 220 V AC şebeke gerilimiyle çalışan 80 Watt gücünde bir motor seçilmiştir. Bu motorumuzu kontrol edebilmek amacıyla kablosu kesilerek uygun şekilde röleli kontrol devremize bağlanmıştır. Daha sonra vantilatörümüzun ön kısmına şekilde de görüldüğü gibi bakır boru uygun şekilde sarılıp tutturulmuştur. 2.3. Pompa Motoru Pompa motorumuz 12 V DC gerilimle çalışan üniversal tip bir motordur. Aynı zamanda arabalarda silecek motoru olarak da kullanılmaktadır. Soğutulan suyun vantilatörün ön kısmına tutturulmuş olan bakır borudan geçmesi için pompalama vazifesi yapan pompa motorumuz, şekilde görüldüğü gibi metal kabın üst kısmına uygun biçimde monte edilmiştir. Bu amaçla pompa motorumuzun girişine kaptaki soğuk su verilmiş, çıkış kısmı vantilatörün önüne monte edilmiş olan bakır borudan dolaşarak tekrar kaba boşaltılmıştır.
19 2.4. Peltier Şekil 16. Peltier Peltier aletimiz 12V DC gerilimle çalışan 7 Ampere yakın akım çeken ve 92 güç harcayan bir alettir. Şekilde görüldüğü gibi peltier aletimiz strafor kabın tabanına sıfır olacak şekilde monte edilmiştir. Peltier aletininin soğuk kısmının üst tarafa gelmesine dikkat edilmiştir. Bu şekilde üstüne konulan metal kabı soğuk tutmaya yarayacaktır. 2.5. Soğutucu Fan Şekil 17. Soğutucu fan Soğutucu fan, motoru 12 V DC gerilimle çalışan ve yaklaşık olarak 0.15 Amper akım çeken bir alettir. Piyasada bilgisayar kasalarını soğutma amacı ile kullanılmaktadır. Soğutucu fan, peltier aletinin sıcak yüzeyinin çok ısınmasını önleyip hem aletin zarar görmesini engellemek hem de sıcak yüzeyin sıcaklığını düşürmesi sayesinde soğuk yüzeyinin daha da soğumasına yardımcı olmaktadır. Bu amaçla şekilde görüldüğü gibi
20 peltierin sıcak kısmına dokundurulan ısı dağıtıcı alüminyum demirin hemen altına monte edilmiştir ve gerilim uçları sürücü devresine uygun şekilde bağlanmıştır. 2.6. Sürücü Devreler Şekil 18. Sürücü devreler Sürücü devreler, LabVIEW programından gelen tetikleme işaretiyle kendisine bağlı olan aktif yükün sürülmesi amacıyla tasarlanmışltır. DAQ çıkış olarak +5 Volt verdiği için bu devrelerin çalışması için gerekli tetikleme gerilimi +5 Volt seçilmiştir. Şekilde 1 tanesini gördüğümüz devrelerin hepsi aynı çalışma mantığına sahiptir. Bu devrede optokuplör(4n25), transistör(bc337), röle, 220 ve 1000 ohm dirençler kullanılmışır. Optokuplor devremizde herhangi bir yalıtım sorununa karşı bilgisayarımızı koruma adına kullanılmır. Transistör ise NPN tipi, anahtarlamaya uygun bir transistör çeşitidir. Bu transistor ün bazına tetikleme işareti verildiğinde rölenin beslemsi devresini tamamlıyor ve röle atıyor. Bu sayede röleye uygun şekilde bağlanmış olan aktif eleman sürülmüş olur. 2.7. Sıcaklık Sensörleri Şekil 19. Sıcaklık sensörleri
21 Sıcaklık sensörleri lm35 tipi NTC olarak seçilmiştir. Sıcaklıkları ölçülmek istenen bölgelere uygun şekilde monte edilmiştir. Şekilde peltierin sıcak yüzeyinin sıcaklık değerini gözlemlemek için yerleştirilen sensör görülmektedir. Bu sensörün bacaklarına iletken kablolar bağlanarak ölçüm yapabilme imkanı sağlanmıştır. 2.8. LabVIEW programlama Şekil 20. Labview ön panel görünümü Labview programıyla, yapılacak çalışmayla alakalı front panel şekil 1 deki gibi oluşturulmuştur. Bu panel vasıtasıyla sıcaklık değerlerini anında görebilme ve istenmeyen bir durum oluştuğunda sistemin çalışmasına müdahale edebilme imkanı sağlanmıştır. Aynı zamanda referans değerlerini de bu panel sayesinde anında değiştirilebilmektedir.
22 Şekil 21 Labview blok diyagram görünümü Biz front diyagramda işlem yaparken, arka planda her eklediğimiz görsel şemaya karşılık bir blok diyagram gelmiştir. Bu blog diyagramlar şekil 1 deki gibi bağlantıları yapılarak birleştirilmiş ve front panelde görülecek olan değerlerin matematiksel verileri girilmiştir.
3. SONUÇLAR Bu çalışmada, peltier aleti kullanılarak ortam soğutucusu tasarlanmıştır. Tasarlanan bu sistem LabVIEW programı ile programlanıp, bu programın giriş ve çıkış ünitelerinin bağlı olduğu DAQ sayesinde sistemin aktif elemanları sürülmüş ve sensörlerden gelen işaretler de yine bu kart sayesinde bilgisayar ortamına bilgi olarak aktarılmıştır.
4. ÖNERİLER 1. Ek bir metal kap kullanarak peltierin her iki yüzeyini bu kaplara temas ettirmek suretiyle istenildiğinde ortamı ısıtma, istenildiğinde ise soğutma işlemi yapılabilir. Bunun için hangi sıcaklar arasında çalışılmak isteniliyorsa o sıcaklık değerlerine uygun sıvı seçilerek ve otomasyonu herhangi bir denetleyici kullanılarak kolayca uygulanabilir. 2. Kullandığımız bakır boru yerine yüzey alanı çok daha geniş bir düzenek kullanılmasıyla ortam soğutma hızı hissedilir derecede arttırılabilir. 3. Projede kullanılan 92 Watt peltier yerine, daha büyük bir soğutucu sistem kullanılmak kaydı ile, daha yüksek güç değerlerine sahip peltier kullanılarak soğutma daha hızlı ve etkin bir hale getirilebilir. 4. Sistem uzaktan kumanda ile kontrol edilebilir. 5. Sistemde kullanılan su yerine donma sıcaklığı daha düşük seviyede olan ısıl iletkenliği yüksek bir sıvı kullanılarak ortam sıcaklığı çok düşük değerlere düşürülebilir. Bu da soğuk hava depoları gibi mekanlar için kullanılabilecek bir alternatif bir soğuma şekli olabilir.
KAYNAKLAR [1] İnan, S. A., Kara, İ., Koyun, A., Peltier termoelektrik soğutucu kullanılarak katı cisimlerin ısı iletim katsayısının ölçülmesine yönelik cihaz tasarımı yapılması ve endüstriyel uygulaması, Süleyman Demirel Üniversitesi-Pamukkale Üniversitesi Eğitim Fakültesi, 23, 913-935 s. 2005 [2] Usta, H., Kırmacı, V., Termoelektrik etkiler ve soğutma etkinliğinin uygulanması, Teknoloji, 5, 3-4, 65-71 s. 2002 [3] Huang, B.J., Chin C.J., Duang, C.L., A design method of thermoelectric cooler. International Journal of Refrigeration, 23,208-218 p. 2000 [4] Abadie, J., N. Chaillet, N. and Lexcellent, C. An integrated shape memory alloy micro-actuator controlled by thermoelectric effect, Sensors and ActuatorsA:Physical, 31, 9-16 s. 2002 [5] Bodur A., Dinçer G., Gerçek C.; Otomasyon Sürecinde Her Yönüyle LabVIEW ve Matlab ile Enstrümantasyon ve Ölçme, İstanbul. 31, 9-16 s. 2001 [6] Godfrey, S., An introduction to thermoelectrik coolers. Electronics cooling, 2, 3. 25-28 s. 1996 [7] Gündüz F., Tokgöz H. ; LabVIEW Programının Elektrik Teknolojisinde Kullanılması, Marmara Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Elektrik Eğitimi Bölümü Lisans Tezi; 4. 65-70 s. 1998