Temperature control of a system with small volume in heating and cooling process
Küçük hacimli bir sistemin yüksek ve düşük değerlerde ısıtılması ve soğutulmasında sıcaklık kontrolü
- Tez No: 463770
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ATİLLA BAYRAM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yüzüncü Yıl Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 113
Özet
Sıcaklık kontrol sistemleri birçok alanda özellikle geniş çalışma sıcaklığı aralıklarındaki endüstriyel işlemlerde oldukça önemli bir konu olmuştur. Sıcaklık kontrolünün diğer önemli bir kullanım alanı ise malzemelerin mekanik karakteristiklerinin tanımlanmasında kullanılmasıdır. Bu çalışma sıcaklık kontrollü bir ısıtma ve soğutma sisteminin tasarımını içermektedir. Çok geniş sıcaklık aralıklarında çalışmaya izin veren bu sistem bir çekme-basma test cihazı üzerinde kullanılacaktır. Sistemin ısıtma tarafı temel olarak yalıtılmış metal hazne, kuru rezistans, güç ayarlayıcı, ısıl çift, hava fanı, röle, yükselteç, mikro kontrolcü ve bilgisayardan oluşmaktadır. Haznenin içinin sıcaklığı bir geri besleme kontrolü ile kontrol edilmektedir. Bu geri besleme kontrol sistemi sıcaklığı bir K-tipi ısıl çift ile ölmekte olup hataları telafi etmek için PID kontrolcü kullanmaktadır. Soğutma işlemi elektrik-elektronik cihazların soğutulmasında, endüstriyel süreçlerde, gıda üretim süreçlerinde, ilaç endüstrisinde ve bilimsel laboratuarlarda oldukça önemli bir işlemdir. Eğer kriyojenik süreçler üzerine çalışıyorsanız çok düşük sıcaklıklar için en iyi metot sıvı azot kullanmak olacaktır. Bu sistem için ısıtma kısmındaki cihazlara ek olarak soğutma sistemi elektronik valf, DC motor sürücüsü ve sıvı azot tankını da içermektedir. Bu kısımda sıcaklık kontrolü valf karakteristiğine uygun olarak oransal kontrol işlemi ile yapılmaktadır. Bu sitemde basit, ucuz ve programlanması kolay olduğu için mikro kontrolcü olarak Arduino elektronik kartı kullanılmıştır. Bilgisayar ve deney düzeneği arasındaki tüm haberleşmeler bu kart aracılığı ile gerçekleştirilmiştir. Gerçek zamanlı uygulamalar için MATLAB yazılım paket programı üzerinde yazılan programlar hem haberleşmede hem de kontrolde büyük bir başarı göstermiştir.Bu deneysel çalışmada, ihtiyaca göre ısıtma ve soğutma işlemleri ayrı ayrı, bazen de her ikisi aynı anda gerçekleşebilmektedir. Önce, kullanıcı istenilen sıcaklık profilini MATLAB programı aracılığı ile bilgisayara yüklemektedir. Programın çalıştırılmasıyla sıcaklık kontrol sistemi çalışmaya başlar. Yalıtılmış haznenin içinin sıcaklığı K-tipi bir ısıl çift ile sürekli olarak ölçülmektedir. Isıl çift ile ölçülen sıcaklık mikro volt seviyesinde bir analog sinyaldir. Bu sinyal Arduino'ya takılan MAX31855 yükselticisi ile mili volt seviyesine yükseltilmektedir. Aynı zamanda bu yükseltici analog sinyali dijitale de çevirmektedir. Arduino'ya aktarılan bu sinyal USB aracılığı ile Arduino ile uyumlu çalışan MATLAB ortamında yazılan bir programa santigrat derece cinsinden sıcaklık olarak aktarılmaktadır. Bu program aynı zamanda yazılım olarak PID, P ve On/Off kontrolcüleri ihtiva edip işlemin türüne göre bunlardan birini kullanarak ölçüm ve referans arasındaki sıcaklık hatasını en aza indirmeye çalışmaktadır. Bu amaç için kontrolcüde düzeltilmiş çıkış yine USB aracılığı ile Arduino'ya iletilmektedir. İşlemin türüne göre eğer ısıtma işlemi gerekiyorsa Arduino 0-5V arası DC sinyali güç ayarlayıcıya göndererek ısıtıcı üzerindeki AC voltajın yükünü değiştirerek sıcaklığı ayarlamaktadır. Eğer soğutma işlemine ihtiyaç duyuluyorsa Arduino elektrik valfına motor sürücüsü aracılığı ile hesaplanan bir zaman için +5, 0 veya –5 V sabit DC voltajı göndererek sıvı azotun miktarını ayarlayarak soğutma işlemini yapılmaktadır. Bazı durumlarda soğutma ve ısıtma işlemi aynı anda gerçekleşebilmektedir. Bu çalışmada, yalıtılmış haznenin sıcaklığı 0 400 C ila 0 100 C arasında kolay bir şekilde tutulabilmiştir. Bazı deneysel çalışmaların uygulanmasıyla, kullanıcı tanımlı değişik sıcaklık profilleri başarılı bir şekilde test cihazı üzerinde gerçekleştirilmiş ve sonuçlar ısıtma ve soğutma sisteminin matematiksel modelinden elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Oluşan hataların kabul edilebilir bir seviyede oldukları görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Temperature control of systems has become an important subject in many areas, especially, in industrial operations at wide range of operating temperature. Another important field of the temperature control is the identification of mechanic characteristics of materials. This study consists of a design of temperature controlled heating and cooling system. This system, which allows operations over wider temperature ranges, will be used in a tension-compression testing machine. The heating side of the system involves basically an isolated metal box, dry resistance, voltage regulator, thermocouple, air fun, relay, amplifier, microcontroller and computer. The temperature inside the box is controlled by a feedback control. This feedback control system measures the temperature via a K-type thermocouple and uses a PID controller to compensate the errors. The cooling process is very important for cooling the electric and electronic devices, industrial process, food production process, pharmaceutical industry and scientific laboratory. If you work on the cryogenic processes, the best method for quite lower temperatures is to use liquid nitrogen. For this system, in addition to the heating part devices, the cooling system involves an electronic valve, DC motor driver and a liquid nitrogen tank. In this side, a proportional control is used to control the temperature in accordance with the valve characteristics. The Arduino board is used as microcontroller because it is simple, cheaper, and easy to program. All communications between the computer and the setup are made via the Arduino card. For real time implementations, the programs written on MATLAB software have shown a great success for both the communication and the control. In this experimental study, based on the requirement, the heating and cooling processes are performed separately or sometimes both at the same time. At first, the user uploads the desired temperature profile to the computer via a program written in MATLAB. By running the program, the temperature control system starts to work. The temperature of the inside of the isolated box is measured continuously with a type-K thermocouple. This temperature measured by the thermocouple is converted to an analog signal at a voltage of microvolt level. This analog signal is boosted to a millivolt level via MAX31855 amplifier plugged into Arduino. At the same time, this amplifier converts the analog signal to the digital one. This signal is transferred via USB to a program written in MATLAB environment compatible with Arduino and converted a temperature in degrees Celsius. The program also includes PID, P, and on / off controllers as software, and tries to minimize the temperature error between measurement and reference using one of them according to the process. For this aim, the output modified on the controller is transmitted with USB to Arduino again. If heating of the system is required, Arduino adjusts the temperature by changing the load of AC voltage on the heater by sending 0 to 5V DC signal to the power regulator. The cooling process is performed by adjusting the amount of liquid nitrogen by Arduino sending +5, 0 or –5 V constant DC voltage to the electric valve via the motor driver for a calculated time. In some cases, cooling and heating processes can occur simultaneously to supply the desired temperature reference. In this study, the temperature of the isolated box can be held easily between 0 400 C and 0 100 C . Implementing some experiments, the user defined different reference temperature profiles are achieved on the test machine and are compared with that of the mathematical modeling of the cooling and heating system. It is seen that the errors are acceptable level.
Benzer Tezler
- Bacalar ve baca hesabının bilgisayar programlanması
Chimneys and the computer programming of the chimney calculations
KEMAL GANİ BAYRAKTAR
- Gemi kargo tanklarında doğal taşınımla olan ısı geçişinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Numerical and experimental investigation of natural convection heat transfer in ship cargo tanks
KORAY ŞAHİN
Doktora
Türkçe
2022
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN
- Doğal dolaşımlı, kendinden depolu güneş toplayıcısının ısıl analizi
The Thermal analysis of a novel built-in-stroge solar water heater
İ.NECMİ KAPTAN
- Gemilerde artık ısı sistemlerinin optimum işletilmesi
Optimum operation of waste heat recovery systems
ERDAL GÜLLÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN KAMİL SAĞ
- Dövme ürünlerinin kalitesinin geliştirilmesinde olası hata türü ve etkisi analizi tekniğinin uygulanması
Başlık çevirisi yok
LEVENT KÖSEOĞLU