Ice detection with coplanar capacitive sensor
Eş düzlemli kapasitif algılayıcı ile buz algılama
- Tez No: 517495
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SERHAT İKİZOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 71
Özet
Soğutucu cihazlarda oluşan istenmeyen buzlanma, cihazın soğutma performansı ve verimli çalışması açısından oldukça önemlidir. Dondurucuda biriken buz kütlesi cihazın soğuk kısmı ile hava akışının temasını keserek, ısı transferini azaltır. Cihazın evaporator olarak adlandırılan en soğuk bölgenin buzla kaplanması, enerji verimliliğini olumsuz yönde etkilemektedir. Evaporator bölgesinin buz ile kaplanmasını engellemek için, bir ısıtıcı devreye girerek evaporator bölgesini ısıtır ve buzları eritir. Defrost olarak adlandırılan bu algoritmada, ısıtıcının aktif hale gelmesi zaman, sıcaklık ve cihaz kullanım parametrelerine bağlıdır. Kullanıcının cihazı kullanım sıklığına bağlı olarak, defrost algoritmasının aktifleşme zamanı ve aktif kalma süresi değişmektedir. Bu süreler algoritmanın tahmini olarak hesaplanıp, her buzlanma durumunu doğru olarak tespit edememektedir. Bu sebeple, bazı durumlarda evaporator bölgesi buzlanmadığı halde defrost algoritması, evaporator bölgesi sanki buzluymuş gibi ısıtıcıyı aktifleştirerek enerji tüketimini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu çalışmada, buzlanmayı algılayabilecek bir algılayıcı tasarımı ele alınmıştır. Farklı geometrilerde eş düzlemli kapasitif algılayıcı tasarımları ANSYS Maxwell yazılımı ile simulasyon ortamında tasarlanmış ve buz algılama durumu simüle edilmiştir. Algılayıcının yüzeyinde oluşan buzlanmayı algılamak için saçak etkisi alanları kullanılmıştır. Algılayıcıya çevre etmenlerden gelen gürültünün etkisini azaltmak ve gerçekçi buzlanmayı algılayabilmek için algılayıcının için arka yüzeyine kalkan (shield) uygulanmıştır. ANSYS Maxwell Yazılım'ı sonuçlarına göre belirlenen optimum algılayıcı geometrisi gerçeklenip, sinyal koşullama devresi ile ölçüm yapılmıştır. Algılayıcı ile sinyal koşullama devresi arasındaki kablonun, çevre etmenlerden gelen gürültüden etkilenmemesi için çift katmanlı ortak eksenli (coaxial) bir kablo grubu tasarlanmıştır. Sinyal koşullama devresinde, LM555 zamanlayıcı kullanılarak algılayıcının dolum süresi ölçülüp, zaman sabiti ile anlık kapasitans değeri ölçülmüştür. İstenmeyen durumları ortadan kaldırmak ve buzlanmanın yanlış algılanmasını önlemek için bir algoritma oluşturulmuştur. Sinyal koşullama devresinde kullanılan elemanların (direnç, zamanlayıcı vs.) toleranslarından kaynaklanan ölçüm belirsizliği göz önüne alınarak ve ölçüm modellemesine göre, ölçüm belirsizliği analizi yapılmıştır. Ayrıca, sinyal koşullama devresi tarafından yapılan her ölçüm sonucu, ardarda yapılan 30 adet ölçümün ortalaması olarak hesaplanmıştır.
Özet (Çeviri)
Unwanted icing on the cooling appliances is very important in view of cooling performance and energy efficiency. Accumulated ice mass on the freezer decreases the cooling transfer by prevent the air flow contact with cold side of the evaporator. Covering by ice of the coldest zone as called evaporator of the appliance is effect to energy efficiency negatively. A kind of heater is activated for prevent the ice accumulation on the evaporator and it melts the ice by heats the evaporator. In this algorithm as called Defrost, activation of the heater depends on the time, temperature and appliance usage parameters. Activation time and activation duration of the defrost algorithm changes by appliance usage period by user. These durations are calculated by estimation of the algorithm and not be able to detect icing correctly. Therefore, in some cases, even if evaporator zone is not covered by ice, defrost algorithm activates the heater just like evaporator zone is covered by ice and effects the energy efficiency negatively. In this study, dealed to designing of a sensor which detect the icing. A lot of different coplanar capacitive sensor designs have been designed in simulation tool ANSYS Maxwell Software and ice detection state has been simulated. Fringe effect fields have been used for detecting the icing on the sensor surface. For decreasing the effect of the parasite from environmental factors on sensor and detecting the realistic icing, shield has been applied to rear surface of the sensor. The determined optimum sensor geometry according to ANSYS Maxwell Software results has been realized and measurements have been done with signal conditioning circuit. Protection layered coaxial wire harness has been designed for decrease the parasite effect of the environmental factors to cable which between sensor and signal conditioning circuit. In signal conditioning circuit, LM555 timer has been used for measuring the sensor charging time and instant capacitance has been determined by time constant instantaneously. An algorithm was created for eliminating the unwanted situations and preventing the misdetection of the icing. Measurement uncertainty analysis has been done according to measurement modeling and considering the uncertainty sourced from components (resistance, timer, etc.) which used in signal conditioning circuit. Besides, each measurement result in signal conditioning circuit has been determined by average of the 30 consecutive measurements.
Benzer Tezler
- Aircraft icing detection, identification and reconfigurable control based on Kalman filtering and neural networks
Kalman filtresi ve yapay sinir ağları ile uçak buzlanmalarının tespiti, teşhisi ve yeniden şekilllendirilebilir kontrol
RAHMİ AYKAN
Doktora
İngilizce
2005
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiHavacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ÇİNGİZ HACIYEV
Y.DOÇ.DR. FİKRET ÇALIŞKAN
- Empedans değişimi üzerinden mikroorganizma tayini yapmayı hedefleyen sensör sistemi çalışması
Sensor system study targeted to microorganism detection under impedance change
SEVİLAY BURCU ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Biyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN GÜL-KARAGÜLER
- Uçaklarda buzlanmanın nümerik olarak incelenmesi ve uçuş profili boyunca hava tahmin modeli uygulaması
Numerical investigation of aircraft icing and practice of weather forecast model along flight profile
ÖMER AKBAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Meteorolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMeteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET DURAN ŞAHİN
- Uçaklarda uçuş esnasında meydana gelebilecek buzlanma risk derecesinin ysa kullanılarak tahmin edilmesi
Estimation of the degree of icing that may occur during flight in airplanes using ann
SERHAT FENAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Sivil HavacılıkErciyes ÜniversitesiSivil Havacılık Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HAMDİ ERCAN
- Effect of circular and slot jet impingement design on anti-icing system of an aircraft wing leading edge
Bir uçağın kanat hücum kenarının buz çözme sistemi üzerinde dairesel ve slot jet çarpma tasarımının etkisi
HAYATİ KADİR PAZARLIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KAMİL ARSLAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ÜMİT TEPE