Geri Dön

Ice detection with coplanar capacitive sensor

Eş düzlemli kapasitif algılayıcı ile buz algılama

  1. Tez No: 517495
  2. Yazar: ARDA AĞAN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. SERHAT İKİZOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. 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

  1. 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

    İngilizce

    2005

    Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Havacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. ÇİNGİZ HACIYEV

    Y.DOÇ.DR. FİKRET ÇALIŞKAN

  2. 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

    Türkçe

    2017

    Biyolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NEVİN GÜL-KARAGÜLER

  3. 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

    Türkçe

    2019

    Meteorolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET DURAN ŞAHİN

  4. 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

    Türkçe

    2016

    Sivil HavacılıkErciyes Üniversitesi

    Sivil Havacılık Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. HAMDİ ERCAN

  5. 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

    İngilizce

    2022

    Makine MühendisliğiKarabük Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KAMİL ARSLAN

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ÜMİT TEPE