T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

ULTRASONİK TEMİZLEYİCİ

BİTİRME PROJESİ

228450 Buğrahan KAYA

243422 Caner KALENDER

243437 Çağlar REİSOĞLU

Danışman

Doç. Dr. İsmail KAYA

Mayıs, 2014

TRABZON

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Mühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

ULTRASONİK TEMİZLEYİCİ

BİTİRME PROJESİ

228450 Buğrahan KAYA

243422 Caner KALENDER

243437 Çağlar REİSOĞLU

Danışman

Doç. Dr. İsmail KAYA

Mayıs, 2014

TRABZON

LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU

Buğrahan KAYA, Caner KALENDER ve Çağlar REİSOĞLU tarafından

Doç. Dr. İsmail KAYA yönetiminde hazırlanan “Ultrasonik Temizleyici”

başlıklı lisans bitirme projesi tarafımızdan incelenmiş, kapsamı ve niteliği

açısından bir Lisans Bitirme Projesi olarak kabul edilmiştir.

Danışman : Doç. Dr. İsmail KAYA ………………………………

Jüri Üyesi 1 : Doç. Dr. Salim KAHVECİ ………………………………

Jüri Üyesi 2 : Yrd. Doç. Dr. Kadir TÜRK ………………………………

Bölüm Başkanı : Prof. Dr. İ. Hakkı ALTAŞ ………………………………

III

ÖNSÖZ

Bu bitirme projesi çalışması Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik

Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Lisans Programı’nda

yapılmıştır.

Bu çalışma mikroişlemci kontrollü ultrasonik temizleyiciyi hedef

almaktadır. Projede çeşitli maddelerde ultrasonik düzeyde temizleme

gerçekleştirilecektir.

Bitirme projesi çalışmaları sırasında desteğini gördüğümüz Doç. Dr.

İsmail KAYA ve Arş. Gör. Oğuzhan ÇAKIR’a teşekkür ederiz. Ayrıca bu

çalışmayı destekleyen Karadeniz Teknik Üniversitesi Rektörlüğüne,

Mühendislik Fakültesi Dekanlığına ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği

Bölüm Başkanlığına içten teşekkürlerimizi sunarız.

Ayrıca eğitim hayatımız boyunca desteklerini üzerimizden esirgemeyen

ailelerimize de teşekkürlerimizi sunmayı bir borç biliriz.

Buğrahan KAYA

Caner KALENDER

Çağlar REİSOĞLU

Trabzon 2014

IV

İÇİNDEKİLER

Sayfa No

LİSANS BİTİRME PROJESİ ONAY FORMU .......................................................... II

ÖNSÖZ ...................................................................................................................... III

İÇİNDEKİLER .......................................................................................................... IV

ÖZET ........................................................................................................................ VI

ŞEKİLLER DİZİNİ .................................................................................................. VII

TABLOLAR DİZİNİ ............................................................................................... VIII

SEMBOLLER VE KISALTMALAR ........................................................................ IX

1. GİRİŞ ....................................................................................................................... 1

1.1. Ultrasonik Temizleyicinin Avantajları ve Dezavantajları ................................. 2

1.2. Ultrasonik Temizleyicinin Kısımları ................................................................ 2

1.2.1. Ultrasonik Jeneratör ...................................................................... 2

1.2.2. Transdüser ..................................................................................... 3

1.2.2.1. Elektrik Esaslı (Piezoelektrik) Transdüserler ................ 3

1.2.2.2. Manyetik Esaslı Transdüserler ...................................... 5

1.2.3. Sıvı (Temizleme) Tankı ................................................................ 6

1.3. Ultrasonik Temizlemede Kavitasyon Yöntemi ................................................. 6

1.3.1. Kavitasyon Nedir? ................................................................................... 6

1.3.2. Kavitasyonun Avantajları ve Dezavantajları ........................................ 11

2. TEORİK ALTYAPI ................................................................................................ 13

2.1. Sistemin Genel Yapısı .................................................................................... 13

3. TASARIM .............................................................................................................. 15

3.1. Tasarım Devreleri ........................................................................................... 15

3.1.1. Tam Köprü ile DA-AA Dönüştürücü Devresi ...................................... 15

3.1.2. İnvertör Faz Kontrolör Devresi .............................................................. 18

3.1.3. Sistemin Çalışma Akış Diyagramı ........................................................ 22

3.2. Ultrasonik Temizleyicinin Kullanım Alanları ................................................. 23

3.2.1. Endüstride .............................................................................................. 23

3.2.2. Tekstil Sanayisinde ............................................................................... 23

3.2.3. Elektronik Sanayisinde .......................................................................... 23

3.2.4. Gözlük ve Saatçilikte ............................................................................ 23

3.2.5. Kuyumculuk Sektöründe ...................................................................... 23

3.2.6. Hastane ve Ameliyathanelerde ............................................................. 23

3.2.7. Otomotiv Sanayisinde ........................................................................... 24

3.2.8. Yüzey Kaplama ve Boyama Sanayisinde .............................................. 24

4. SONUÇLAR ........................................................................................................... 25

5. YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME ................................................................ 26

KAYNAKLAR ........................................................................................................... 27

EKLER ........................................................................................................................ 27

EK-1 IEEE Etik Kuralları .......................................................................................... 28

EK-2 Disiplinler Arası Çalışma .................................................................................. 31

EK-3 Standartlar ve Kısıtlar Formu ............................................................................ 32

V

EK-4 Kontrol Devreleri İçin MSP430 Kaynak Kodları ............................................. 34

EK-5 Ultrasonik Temizleyici Projesi için Maliyet Analizi ........................................ 35

EK-6 Çalışma Takvimi .............................................................................................. 37

ÖZGEÇMİŞLER ....................................................................................................... 38

VI

ÖZET

Teknolojideki gelişmelere bağlı olarak temizlik sistemlerindeki çeşitlilik ve kullanım

konusundaki alternatifler giderek artmaktadır. Ultrasonik temizleyiciler sadece

insanların eşya ve aksesuarlarını temizleme gereksinimini karşılamakla kalmayıp zaman

tasarrufu da sağlayarak vakit kazanmak yönünden de bir gereklilik olduğunu

kanıtlamaktadır.

Bu proje; gündelik hayatta temizlenen birçok eşyanın ve aksesuarların, harmonikli ve

verimsiz güç kaynağı yerine oluşturulan ultrasonik temizleme tankı, mikroişlemci,

invertör devreleri ile transdüserler ve yüksek frekans trafoları yardımıyla kavitasyon

yöntemiyle derinlemesine, hassas ve kısa süreli temizliğin gerçekleştirilmesi amacıyla

yaşamımızdaki temizlik unsurunu kolaylaştırmaya yönelik bir çalışmadır.

Kullanıcı bu sistemle mikroişlemci ve transdüserler ile dizayn ettiğimiz sıvı tankıyla

farklı türde aksesuarları temizleyebilme şansına sahip olmuştur. Bu projede bu

temizleme tekniği ve bunun altındaki konu başlıkları incelenmiştir.

VII

ŞEKİLLER DİZİNİ

Sayfa No

Şekil 1 : Piezoelektrik dönüştürücü ........................................................................... 5

Şekil 2 : Baloncukların hacimce genişlemesi ............................................................. 8

Şekil 3 : Baloncukların maksimum büyüklüğe ulaşması ........................................... 8

Şekil 4 : Baloncukların büzülmesi ............................................................................. 9

Şekil 5 : Baloncukların patlaması .............................................................................. 9

Şekil 6 : Kavitasyonun tekrarlanması ...................................................................... 10

Şekil 7 : Sistemin genel tasarımı .............................................................................. 13

Şekil 8 : Tam köprü ile DA-AA dönüştürücü devresi .............................................. 16

Şekil 9 : Ölü zaman gecikmesi ................................................................................. 17

Şekil 10 : İnvertör faz kontrolör devresi ..................................................................... 18

Şekil 11 : Sistemde kullanılan trafo, doğrultucu ve akım örnekleyici devreler .......... 19

Şekil 12 : Alt rezonans anında akım görüntüsü .......................................................... 20

Şekil 13 : Rezonans frekansında akımın maksimumdaki görüntüsü .......................... 21

Şekil 14 : Sistemin akış diyagramı ............................................................................. 22

VIII

ÇİZELGELER DİZİNİ

Sayfa No

Çizelge 1: Anahtarlama durumlarına göre giriş gerilimleri ........................................ 16

IX

SEMBOLLER VE KISALTMALAR

A Amper

AC Alternating Current (Alternatif Akım)

⁰C Celsius

DC Direct Current (Doğru Akım)

Hz Hertz

I/O Input/Output (Giriş/Çıkış)

kW kilowatt

kHz kiloHertz

km/sa kilometre/saat

MHz MegaHertz

MSP Micro Processor (Mikro İşlemci)

mV miliVolt

PWM Pulse Width Modulation (Darbe Genişlik Modülasyonu)

V Volt

1. GİRİŞ

İnsanoğlunun temizliğe olan ihtiyacı vazgeçilemez bir unsurdur. Bu ihtiyacını

karşılamak için kullandığı yöntemler ise sürekli farklılaşmaktadır. Teknolojik gelişmeler

hayatın her alanına yenilikler ve kolaylıklar getirmiştir. Bu yeniliklere bağlı olarak

günümüzde çok çeşitli temizleme yöntemleri kullanılmaktadır. Bu yöntemlerin çoğu ya

çok pahalı ya da çok zahmetli olabilmektedir.

Ekonomik ve kolaylık açısından uygun olan temizleme yöntemleri ise detaylı bir

şekilde temizlenecek olan cisme nüfuz edemez ve etkili bir temizlik gerçekleştiremez.

Öte yandan kullanılan temizleme yöntemi içerisindeki kimyasal olaylar sonucu oluşan

çevre kirliliği de oldukça kötü sonuçlara neden olmaktadır. Bütün bu kriterler göz önüne

alındığında ultrasonik enerji yaygın olarak kritik temizleme uygulamalarında hız artışı

ve alternatif kimyasalların temizlik etkinliği geliştirmek amacıyla kullanılmaktadır.

Ultrasonik temizleme RCA (Radio Corporation Of America) adlı firmanın araştırma

laboratuarında bulunmuştur. Freon gazı kullanarak soğutma işlemi yaparken 300 kHz de

çalışan bir kristalin etrafında dalga hareketinin ortaya çıktığı fark edildi. Tesadüfen fark

edilen bu ilginç dalga hareketinin bir temizleme metodu olduğu uzun süre anlaşılamadı.

Ultrasoniğin temizlik amacıyla kullanımında seçilen frekans 18-40 kHz arasındadır.

Bugün hala endüstride 18 kHz rutin olarak kullanılmaktadır [1].

Ultrasoniğin temizlemede kullanılmasının amaçlarının başında daha hassas ve daha

kısa süreli bir temizleme, kullanım kolaylığı ve enerji tasarrufu sağlaması gelmektedir.

Ultrasonik temizlemelerde çeşitli uygulamalar gerçekleştirilebilir, bunlardan bazıları

temizlik ihtiyacına göre sayısı belirlenen (iki ya da daha fazla) transdüser ile temizlik,

uzaktan kontrol, sıcaklık kontrolü ile hassas maddeleri belirli bir sıcaklıkta temizleme

sistemi, sıvı (temizleme) tankı boyutuna göre çoklu temizleme sistemleri ve

benzerleridir.

Bu çalışmada MSP430 launch pad mikroişlemci kullanılarak daha etkin bir

temizleme ile ilgili gözlem ve kontrol yapılmaktadır.

2

1.1. Ultrasonik Temizleyicinin Avantajları ve Dezavantajları

Her sistemin avantaj ve dezavantajı olduğu gibi ultrasonik temizleme sisteminin de

avantaj ve dezavantajları vardır. Bunlar aşağıda sıralanmıştır.

Ultrasonik temizlemenin avantajları:

Ucuz ve az zahmetli bir temizlik sağlar.

Temizleme yöntemine bağlı olarak çevre kirliliğine neden olmaz.

Kör delikleri, yarıkları, çatlakları ve küçük menfezleri temizleyebilir

Temizleme süreçlerinin hissedilir derecede kısa olması.

Temizlenecek olan malzemeye kimyasal ve fiziksel olarak zarar vermez.

Birçok sektörde çok geniş kullanım alanına sahiptir.

Ultrasonik temizlemenin dezavantajları:

Çalışma şartları uygun olmadığında temizlenecek olan parça ile tankın yüzeyi

pütürlü bir hal alabilir.

Belirlenen frekans aralığından daha düşük frekanslar kavitasyon oluşumu

açısından daha etkilidir fakat gürültü üretir.

Frekans arttıkça daha fazla enerjiye gereksinim duyulur.

1.2. Ultrasonik Temizleyicinin Kısımları

Bir ultrasonik temizleyici temel olarak jeneratör, transdüser ve temizleme (sıvı)

tankından oluşur. Ultrasonik temizleme de optimum düzeyde verim alabilmek için bu

parçaların uygun parametrelere ayarlanması ve uygun şekilde monte edilmesi gerekir.

.2.1. Ultrasonik Jeneratör

Ultrasonik sinyal jeneratörleri düşük frekansta bulunan şebeke akımını, yüksek

frekanstaki elektrik enerjisine dönüştürmek için kullanılan bir elemandır.

Uygulamada 18 kHz ile 120 kHz arasında kullanılmakla birlikte, 30W’lık başlangıç

3

gücüne sahiptir. Bu güç kW’lara kadar çıkabilir. Jeneratörleri kullanma sebebimiz

teknolojik olarak ilerlemiş olmasıdır. Merkez frekansını koruyan otomatik bir izleme

devrelerine sahiptir. Merkezdeki frekans dışarıdan gelen farklı yüklerin baskısına

maruz kaldığında otomatik olarak koruma altına alınır. Teknolojik olarak ileri derece

sensörleri kullanarak eski tip jeneratörlerin kullanımı sonucu yıkama tankı içerisinde

oluşan sabit dalgaları ortadan kaldırır.

1.2.2. Transdüser

Transdüserler ölçtükleri elektriksel sinyali ölçüm ciharlarında algılayacakları bir

biçime sokup düşük elektriksel sinyal olarak çeviren ekipmanlardır. Ultrasonik

temizlemede temelimizi oluşturan transdüserlerdir. Başka bir değişle titreşim

elemanıdır.

Sinyal jeneratöründen gelen sinyalleri, yıkama tankı içerisinde ultrasonik dalgalara

dönüştürüp temizleme olayının gerçekleşmesini sağlar.

Piezoelektrik dönüştürücü ve elektromanyetik dönüştürücü olmak üzere iki tür

ultrasonik dönüştürücü kullanılmaktadır. Bu dönüştürücüler alternatif elektrik enerjisini

manyetik enerjiye ya da tam tersi işlevi yaparlar. Ultrasonik dönüştürücü için

dönüştürücünün üreteceği kavitasyon ön plandadır [2]. Ayrıca ultrasonik

dönüştürücüler için dönüştürücünün tipi değil üreteceği kavitasyon en önemli faktördür

[3].

1.2.2.1. Elektrik Esaslı (Piezoelektrik) Transdüserler

Elektrik enerjisini, ses enerjisine dönüştürmek için kullanılırlar. Yapısında kurşun

zirkanyum titanat veya seramiklerden üretilirler. Verimleri %70 ile %90 arasında

değişim gösterir. Bu malzemeler değişen voltajlı elektrik ortamlarında bulundukları

zaman, kristalde yer değişmeler meydana gelir. Bu etki de “piezoelektrik etki” olarak

adlandırılır.

4

Piezoelektrikler, komplementer iki özelliğe sahiptir;

Direkt etki: Bir kesitin yüzeyine basınç uyguladığımızda, yüzeylerde eşit fakat

ters işaretlerde yükler oluşturulur. Yüzeyler boyunca gerilim uygulanırsa bu

polarite ters çevrilir.

Ters etki : Bir yükü kesi t in bir yüzeyine eşik uyguladığımız zaman,

diğer yüzeyine de karşı yükte ve eşit uyguladığımızda kristal kesit, yükün polarite

cinsine bağlı olarak daralıp genişleyecektir.

Bir piezoelektriğe zıt yükleri hızlı uyguladığımızda boyutunda değişmelere sebep

olacaktır. Bu etki sonucu kristal kesitinin temas ettiği ortamda içerisinde ultrasonik

titreşimleri iletmesini sağlayacaktır. Bu etki de “piezoelektrik etki” olarak adlandırılır.

Piezoelektrik özelliği bazı malzemelere uygulanan mekanik basınç sonucunda,

malzemenin elektrik ya da elektrik alan oluşturmasıdır [4].

Transdüserler yıkama tankının alt ya da yan tarafına monte edilir. Kristallerdeki yer

değiştirme tankın hareket etmesini sağlar. Burada basınç dalgaları oluşur.

Transdüserlerin kütlesi, tankın kütlesi ile aynı değildir.

Tanka, titreştiriciyi verimli bir şekilde taşımak için orta seviyede alüminyum bloklar

kullanılır. Piezoelektrik transdüserlerin montajlarının, işçiliğinin, malzemesinin ucuz

olması nedeniyle ultrasonik temizleme cihazları için tercih edilebilirler.

Tabi bu özelliklerin yanında çeşitli kusurları da vardır. En önemlisi aşırı çalıştıkları

zaman performanslarının bozulmasıdır. Bunun nedeni olarak da kristal fazla çalıştığı

zaman kendi kendini depolarize etmeyi sağlar. Bu da kristalin yer değiştirmesinde

oldukça azalmalara neden olur. Kristal ve tank arasında genişlemeden dolayı

yer değiştirme farkı oluşur. Kristal daha az titreştirici enerji üretir ve kavitasyonda

azalma meydana gelir. Bu da tankta düşüşe neden olur.

Bir başka kusur piezoelektrik kristaller, epoksi adlı bir yapıştırıcı ile tanka monte

edildiğinde, yüksek ısı ve frekans sonucu epoksi bant gevşer. Transdüseri kullanılmaz

hale getirir.

5

Ayrıca kristali kapasitansı fazla çalışma sonucu olumsuz etkilenir rezonans frekansı

değişmesine neden olur ve jeneratörde düzensiz çalışma meydana getirir.

Bizim tasarımımızda kullanacağımız transdüser Şekil 1’de de görülen piezoelektrik

transdüserdir.

Şekil 1. Piezoelektrik dönüştürücü

1.2.2.2. Manyetik Esaslı Transdüser

Dayanıklı ve karışık bir yapıya sahiptirler. Manyetik alandaki uygulama ile uygun

nikel ve nikel alaşımları boyutundaki değişime aittir. 180 °C’ ye kadar işlem

yapabilirler. Bu transdüserlerin kötü yanı 100 kHz’ in üzerindeki frekanslarda

çalışmamasıdır. %20 ile %50 arası verimleri vardır.

Manyetik transdüserlerin kütlesi daha ağırdır. Bu durumda ultrasonik tank içerisinde

enerjinin taşınması olayında önemli rol oynar. Kütlelerinin ağır olması sebebiyle tanka

6

daha fazla güç iletilmiş olur. Bu da piezoelektrik sistemden daha az hassas olmalarını

sağlar.

Manyetik transdüserler, piezoelektrik transdüserler kadar verimli değildir.

Verilen akım veya voltaj sonucu piezoelektrik transdüserler daha fazla sapma

gösterirler.

1.2.3. Sıvı (Temizleme) Tankı

Ultrasonik temizleme cihazı transdüser ile jeneratörün bağlı olduğu tanktan oluşur.

Tanklar optimum temizleme ve 50 °C ile 70 °C arasında sıcaklığa sahip termostat

kontrollü ısıtıcılara sahip olması gerekir. Isıtma işleminde tankın içindeki sıvının,

zehirli gazlardan arıtılmasın da önemli rol oynar. Tank içerisinde gaz ve buhar seviyesi

yüksek olursa, bunları içeri doğru çökmeden azaltacaktır.

Şekil olarak dikdörtgen şekle benzerler ve paslanmaz çelikten imal edilirler.

Paslanmaz çelik ince ve dayanıklı malzemelerden oluşmaktadır. Transdüserler tankın

yanına veya altına yerleştirilebilir.

.3. Ultrasonik Temizlemede Kavitasyon Yöntemi

1.3.1. Kavitasyon Nedir?

Ultrasonik temizleme işleminde temizlenmek istenen madde sıvı tankının içerisine

konulur. Daha sonra ultrasonik transdüsere enerji verildiğinde transdüser 40 kHz

frekansta ultrasonik ses dalgası üretmeye başlar. 40 kHz frekansın altında kavitasyon

oluşumu açısından daha etkilidir ancak bu frekanslarda gürültü ortaya çıkar. Hem

gürültünün çıkmadığı hem de kavitasyonun en iyi şekilde oluştuğu frekans 40 kHz’dir.

Transdüserler elektrik enerjisini ses enerjisine çeviren ve kulağın duyma sınırının çok

üstünde ses dalgaları üreten cihazdır.

7

Bu transdüser eğer bir sıvıyla temas halinde olursa o sıvıda aynı frekansta

titreşmeye başlar. Ultrasonik temizleyicide su tankına bağlı olduğu için suda aynı

frekansta titreşmeye başlar. Bu titreşim ise sıvıda milyonlarca mikroskobik hava

kabarcıklarının oluşmasına sebep olur. Bu kabarcıklara vakum kabarcığı da adı verilir.

Bu kabarcıklar yüksek enerjilidir ve hızları 500 km/saat ‘i bulabilir. Aslında bu mikron

boyutunda kabarcık oluşma işlemini suyun içerisinde bir levhayı hareket ettirdiğimizde

oluşan kabarcıklara benzetebiliriz. Burada tek fark levhanın 1 saniyede 40.000 defa

hareket ettiriliyor olmasıdır. Bu ultrasonik yöntemle oluşturulan kabarcıklara ultrasonik

kavitasyon denilir.

Yüksek frekanslı ultrasonik ses dalgaları saniyede yaklaşık olarak 30.000 defa

yüksek ve alçak basınç değişimlerine neden olur. Yüksek frekansın oluşturduğu bu

mikron boyutundaki kabarcıklar ise bu basınç değişimlerinde farklı hareket

ederler. Hava kabarcıkları önce ultrasonik ses dalgaları ile hacimleri artmaya başlar ve

çok kısa süre içerisinde maksimum hacimlerine ulaşırlar. Bu hava kabarcıkları sıvı

içerisinde çok hızlı hareket ederler bu yüzden ani basınç değişimleri olur. Mikron

boyutundaki kabarcıklar yüksek basınç altına girdiklerinde zamanla içeriye doğru

büzülmeye başlarlar yani hacimleri azalır ve en son içeriye doğru patlarlar.

Baloncukların patlamasıyla yok olması sırasında boşalan hacme temizleme sıvısının

molekülleri hızla hareket eder [5], [6], [7]. Bu süreç defalarca tekrarlanır ve temizlik

böyle sağlanır.

8

1. Aşama

Baloncuklar şekil 2’de görüldüğü üzere ultrasonik ses

dalgaları ile hacim kazanır.

Şekil 2. Baloncukların hacimce genişlemesi

2. Aşama

Şekil 3’de gösterildiği gibi baloncuklar kısa sürede

maksimum büyüklüğüne ulaşır.

Şekil 3. Baloncukların maksimum büyüklüğe ulaşması

9

3. Aşama

Daha sonra baloncuklar şekil 4’deki gibi yüksek basınç

altında büzülmeye başlar.

Şekil 4. Baloncukların büzülmesi

4. Aşama

Hacimleri azalan baloncuklar şekil 5’de gözüktüğü gibi

içeriye doğru patlarlar.

Şekil 5. Baloncukların patlaması

10

5. Aşama

Baloncuklar maksimum boyuta ulaşır

Yüksek basınç altında

hacimleri azalmaya

başlar

Şekil 6’da

gösterildiği üzere

bu olay aynı

şekilde defalarca

tekrarlanır.

Baloncuklar ultrasonik ses dalgalarıyla hacim kazanır

Hacimleri azalan

baloncuklar içe doğru patlarlar

Şekil 6. Kavitasyonun tekrarlanması

Kabarcıkların patlaması esnasında çok büyük enerji açığa çıkar ve ciddi ölçüde

sıcaklık ile basınç değişimleri ortaya çıkar. Patlamanın olduğu yerde sıcaklık 4000

derece civarına basınç ise onlarca atmosfer basıncına kadar çıkar. Bu ani değişimlerin

olması sebebiyle sıvıda şok dalgaları oluşur. Bu şok dalgaları sıvı içerisindeki

materyale büyük hızla çarpmaya başlar ve cisme fırçalama etkisi yapar, cisimler bu

şekilde temizlenir. “Bu yöntemde sonuçta bu ani sıcaklık değişimleri ve kabarcıkların

11

patlaması cismin yüzeyinde aşınmaya sebep olmaz mı?” sorusu akla gelebilir.

Kesinlikle böyle bir şey söz konusu değildir. Temizleme kabarcıkların patlaması ile

olduğundan ve bu kabarcıklarda mikron boyutunda olduğundan en küçük yerlere

normal elle yıkamalara göre ulaşılamayacak yerlere ulaşılır. Ultrasonik temizlemede

temizlenmek istenen materyalin geometrisi ve karışıklığı ne olursa olsun yüzeyindeki

kir tabakası tamamen ortadan kalkar. Diğer temizleme yöntemleri ile temizlenmesi

mümkün olmayan çatlak diplerine, çukurlara ve ulaşılamayan bölgelere ulaşarak, kısa

sürede ve derinlemesine, hassas bir temizlik sağlar.

Ultrasonik temizlemede kavitasyona etki eden faktörleri şöyle sıralayabiliriz;

Sıvı tankının malzemesi ve kalınlığı

Transdüserin çalışma frekansı

Suyun fiziki özellikleri [8]

Bu maddeleri kısaca açıklayacak olursak sıvı tankının malzemesi önemlidir çünkü

sonuçta temizleme titreşimle oluşan baloncuklarla sağlandığı içim sıvı tankı titreşimi

mümkün olduğu kadar iyi bir şekilde sıvıya aktarması gerekir. Kalınlıkta titreşimi

etkileyebilecek faktörlerden biridir. Transdüserin çalışma frekansı arttıkça hem suda

oluşan baloncuk sayısı artar hem de boyutları biraz daha küçülür. Baloncuk sayısının

artması ile daha hızlı temizlik, boyutlarının küçülmesiyle de daha ayrıntılı bir temizlik

sağlayabiliriz. Çünkü sonuçta daha küçük baloncuk temizlenecek olan materyalin

üzerinde daha küçük yerlere ulaşabilir. Suyun fiziki özellikleri ise içerisinde

erimiş halde bulunan hava ve gaz karışımlarına bağlıdır [9].

1.3.2. Kavitasyonun Avantajları ve Dezavantajları

Ultrasonik temizlemede kavitasyonun her sistemde olduğu gibi avantajları ve

dezavantajları vardır. Kavitasyon yönteminde akla gelecek ilk soru “Bu baloncuklar

temizleyici içine konulan maddelere zarar verir mi?” olacaktır. Baloncuklar mikron

boyutunda olduğundan temizleyicinin kendi yüzeyine bile zarar veremeyecek kadar

12

etkisizlerdir ancak bunlar optimum şartlar için geçerlidir. Daha farklı şartlar altında

istenmeyecek sonuçlar elde edilebilir bunları aşağıda daha ayrıntılı inceleyeceğiz.

Ultrasonik temizlemede kavitasyon sıvı içerisinde bir karıştırma etkisi yapar çünkü

yukarıda da anlattığımız gibi kabarcıkların patladığı yerlere sıvı molekülleri hızlıca

hareket eder bu da sıvıda tesirli bir karıştırma etkisi yapar. Katı parçalardan oluşan

kirlerin sökülmesinde mükemmeldir. Kavitasyon olayı mikron boyutunda baloncuklarla

olduğundan normal temizlikle (fırça veya sünger) ulaşılamayacak yerlerin

temizlenmesinde çok iyi bir yöntemdir. Normal yöntemlerle yıkanamayacak narin

parçaların yıkanmasında çok iyidir. Yumuşak fırçayla veya bezle parlatılmış yüzeylerin

temizlenmesinde ve mükemmele yakın temizlik gerektiren elektronik uygulamalarında

çok iyi yöntemdir. Ayrıca kuyumculukta ve sanayide fiziki karmaşıklıkları yüksek

parçaların temizlenmesinde de çok etkilidir. Birçok durumda temizleme işlemini son

derece hızlandırır.

Kavitasyon yöntemi temizleme işleminde diğer normal yıkamalara göre avantajları

çok fazla olan yöntemdir ancak bu yönteminde dezavantajları vardır. Örneğin yukarıda

bahsettiğimiz kavitasyon baloncuklarının temizlenecek maddelerin yüzeyine zarar

verip vermeyeceği. Eğer çalışma şartları uygun değilse tankın iç yüzeyinde ve

temizlenecek parçanın yüzeyinde aşınmalar olabilir. Kauçuk, plastik, cam ve diğer

ametal katılar kavitasyon zararlarına karşı dayanıklı parçalardır.

Şimdiye kadar temizleme işlemleri için küçük parçalardan bahsettik, büyük parçalar

büyük tanklarda temizlenmelidir. Bu durumda kullanılacak elektrik gücü aşırı

miktarda artar. Parçalar hem büyük hem de eğri hatlara sahipse yüksek frekanslı

ses dalgalarıyla iyi şekilde temizlenemezler çünkü diğer bütün kısa dalgalarda olduğu

gibi düz bir hat şeklinde ilerler ve köşelerin etrafından dönemezler. Eğer büyük

parçalar bu iş için özel olarak tasarlanmış bir tankta ve özel bir transdüser düzeneği

ile temizlenmezse lekeli ve benekli temizleme elde ederiz.

13

2. TEORİK ALTYAPI

2.1. Sistemin Genel Yapısı

Oluşturduğumuz ultrasonik temizleme sisteminde 4 adet invertör faz kontrolör

devresi, mikroişlemci, 4 adet transdüser ve temizleme (sıvı) tankı kullanılmıştır.

Şehir şebekesinden alacağımız 220 V 50Hz’lik alternatif gerilimler invertör faz

kontrolör devresine ve her bir invertör faz kontrolör devresi de mikroişlemciye

bağlanmıştır. İnvertör faz kontrolörlerin her birisinin çıkışları transdüserlere (piezo

aktuatör) bağlanarak ve transdüserler sıvı tankına temas ettirilmiştir.

İnvertör faz kontrolör devreleri 50 Hz’i 40,5 kHz çalışma rezonans frekansına

dönüştürerek bunu transdüserlere o şekilde aktaracaktır. Transdüserlere gelen sinyaller

ultrasonik dalgalar ile suda titreşimi sağlayacaktır. Öte yandan mikroişlemci ile

oluşturulacak olan yazılım ile her bir invertör faz kontrolör devresine farklı zamanlarda

tetikleme verilmektedir.

Şekil 7. Sistem genel tasarımı

14

Sistemin genel kurulum devresi Şekil 7’den de görülebileceği üzere her bir invertör

faz kontrolör devresinin iki giriş ve bir çıkışı olmak üzere girişlerden bir tanesi şehir

şebekesinden alınan gerilim ve frekans için diğeri ise mikroişlemciden gelecek olan

tetikleme için kullanılmaktadır. Çıkışlar ise doğrudan transdüserlere bağlanmaktadır.

15

3. TASARIM

3.1. Tasarım Devreleri

Ultrasonik temizleyicinin tasarlandığı şekilde pizeoların titreştirilmeleri için tam

köprü ile DA-AA dönüştürücü devresi, invertör faz kontrolör devresi ve sistemin akış

diyagramı yapılmıştır.

3.1.1. Tam Köprü ile DA-AA Dönüştürücü Devresi

Ultrasonik dönüştürücünün çalışma frekansını ve genliğini oluşturmak amacıyla

invertör devreleri kullanılmıştır. Bu devreleri kullanarak istediğimiz anahtarlama

frekansına da ulaştık. Çalışmamızda tam köprü dönüştürücüler kullanılmıştır ve

anahtarlama frekansı olarak da 40,5 Khz seçerek çalışmalarımızı bu frekansta

gerçekleştirilmiştir. Anahtarlama frekansında mosfetleri sürerek transformatör sayesinde

şebekeden gelen DC gerilimi anahtarlayarak AC gerilim elde edilmiştir.

Devremizde Şekil-8’den de görüleceği üzere tam köprü kullanmaktadır. Tam köprü

devresi iki tane yarım köprü devresinin birleşmesinden meydana gelmektedir. Tam

köprü devresinin yarım köprü devresine göre bir avantajı sıfır gerilim, pozitif gerilim ve

negatif gerilim elde edilebilmesidir, bu da kullandığımız anahtarların açma kapama

sürelerindeki değişimlerle mümkün olmaktadır. Çünkü rezonans anında çekilen yüksek

akımla anahtarlama elemanları veya devre elemanları bozulabilmektedir. Bu nedenle

çalışmamızda tam köprü invertör devresi kullanılmaktadır.

16

Şekil 8. Tam köprü ile DA-AA dönüştürücü devresi

İnvertör devresindeki FET’ leri kontrol edecek olan sistem IR2112 işlemcileridir.

Devrede kullandığımız ana işlemci FET’ leri direk kontrol edemediği için ayrıca tam

köprü devresiyle ana işlemci arasına IR2112 işlemcileri yerleştirildi.

Çıkış gerilimini oluşturmak için dört ayrı anahtarlama ve bir de belirsiz anahtarlama

olmak üzere beş farklı durum üzerinde çalışmalarımızı gerçekleştirdik. Her bir

anahtarlama durumlarına göre giriş gerilimleri tablo 1’de gösterilmiştir.

Çizelge 1. Anahtarlama durumlarına göre giriş gerilimleri

Durum Anahtarlama durumu Va Vb V

1 F1 ve F4 iletimde V/2 -V/2 V

2 F3 ve F2 iletimde -V/2 V/2 -V

3 F1 ve F3 iletimde V/2 V/2 0

4 F4 ve F2 iletimde -V/2 -V/2 0

5 Bütün anahtarlar kesimde -V/2

V/2

V/2

-V/2

-V

V

17

Belirsiz durumun gerçekleşmesi için bütün anahtarların kesimde olması gerekir. Birinci

ve ikinci durumlar sistemde AA çıkış gerilimini elde etmek için kullanılır. Kurduğumuz

bu sistemi kullanarak bize gerekli olan gerilimi elde etmiş olduk.

Kurduğumuz köprü devresinin anahtarlama frekansını IR2112 ile kontrol ederiz.

IR2112’ leri ise tek bir ana işlemci ile kontrolünü sağlarız. Transformatörler sayesinde

DA gerilimi anahtarlayarak AA 150-200V arasında yüksek genlikli bir sinyal ile

FET’ler sürülmektedir.

Şekil 9. Ölü zaman gecikmesi

İnvertörün çalışması ve anahtarların doğru sırayla açılmasını mikroişlemci

sağlamaktadır. Mikroişlemcinin PWM çıkışları senkronize olmuş bir şekilde invertöre

ulaşmalı ve eşleniğiyle beraber doğru sırayla invertördeki FET’leri anahtarlamalıdır.

Şekil 9’da da görülen ölü zaman gecikmesi olmadığında FET’ler aynı anda iletime

geçerek kısa olmaları sonucu yanarlar. Kullandığımız MSP430 mikroişlemcinin ve

PWM çıkışlarının terslenmiş halinin (komplementinin) bulunması invertör devresini

sürme işlemini kolaylaştırmaktadır.

18

3.1.2. İnvertör Faz Kontrolör Devresi

Şekil 10. İnvertör faz kontrolör devresi

Şekil 10 bu projenin gerçekleştirilmesi için oluşturulan invertör faz kontrolör

devresini göstermektedir. Şekil 10’da 1 no’lu kutuyla gösterilen kısım IR2112

entegrelerinin tetikleme girişleridir, 2 no’lu kutuyla gösterilen kısım devrenin 12V

besleme girişleridir. Şekil 10’da 3 no’lu kutuyla gösterilen kısım FET’lerin tetikleme

girişleridir, 4 no’lu kutuyla gösterilen kısım invertör devresin çıkışı ve transdüser

girişidir. 5 no’lu kutuyla gösterilen kısım ise FET’lerin ve soğutucuların bağlı

bulunduğu kısımdır.

19

Şekil 11. Sistemde kullanılan trafo, doğrultucu ve akım örnekleyici devreler

Şekil 11’de görüldüğü gibi sistemi beslemek için kullandığımız trafonun yüksek

sargı tarafı düşük gerilimi yüksek gerilime çevirmektedir. Çevrilen yüksek gerilim

doğrultucu yardımı ile Dc gerilimden Ac gerilime dönüştürülerek akım örnekleyiciye

iletilmektedir. Akım örnekleyici üzerindeki trafonun ilk kısmında yüksek gerilim, ikinci

kısmında ise düşük gerilim vardır. Akım örnekleyicinin çıkışı invertör devresinin

besleme girişine bağlıdır.

20

Şekil 12. Alt rezonans anında akım görüntüsü

Rezonansa gelmeden önce 38 kHz’deki alt rezonans durumda akımın maksimum

değere gelmeden önceki osiloskoptaki çıkış görüntüsü şekil 12’de görüldüğü gibidir.

21

Şekil 13. Rezonans frekansında akımın maksimumdaki görüntüsü

FET’leri sürdükten sonra sistemimizde rezonans frekansı olan 40.5 Khz’i yakalayıp,

akımın maksimum değerde olduğu noktada elde edilmiş olur. Bu noktada şekil 13’de

görüldüğü gibi bir grafik elde edilir. Dönüştürücü rezonans frekansında en yüksek akımı

çekerken piezolar sayesinde kazana yaydığı titreşimde bu noktada maksimum oldu. Bu

çalışma noktasında maksimum değerde verim elde ettik.

22

3.1.3. Sistemin Çalışma Akış Diyagramı

Şekil 14. Akış Diyagramı

Şekil 14’deki akış diyagramından da anlaşılacağı üzere kullandığımız 4 temel öğe ile

devreler arası uyum ile maksimum verim ve minimum hata ile çalışmasını

hedeflemekteyiz. Mikroişlemciden invertöre gönderilecek olan tetikleme ile

invertörlerden transdüserlere gönderilecek olan sinyaller ile sıvı tankındaki sıvı

titreştirilecektir.

23

3.2. Ultrasonik Temizleyicinin Kullanım Alanları

3.2.1. Endüstride

Kaynak ısıl işlem sonrası oksit tufal gibi atıkların temizlenmesinde kullanılmaktadır.

3.2.2. Tekstil Sanayide

İplik çekme ve taşıma makaralarının yataklarının temizliğinde, mekik ve iğnelerin

temizliğinde kullanılabilmektedir.

3.2.3. Elektronik Sanayisinde

Dvd sürücüsü, çipler, bilgisayar kartları, yazıcı kartuşlarının dolmadan önce

temizliğinde kullanılmaktadır.

3.2.4. Gözlük ve Saatçilikte

Optik merceklerin, organik ve mineral camların, saat parçalarındaki yağ ve tozların

temizliğinde, lenslerin temizliğinde kullanılmaktadır.

3.2.5. Kuyumculuk Sektöründe

Değerli mücevheratların cila sonrası kalıntılarının temizliğinde, mağazalarda

bulunan yüzük, kolye, bilezik gibi ürünlerin temizliğinde, saat parçaları gibi mekanik

ufak parçaların temizliğinde kullanılmaktadır.

3.2.6. Hastane ve Ameliyathanelerde

Cerrahi aletlerin ve protezlerin temizlenmesinde, endoskopik cihazların yıkanma

işlemlerinde, laboratuar aletlerinin temizlenmesinde, fırçalar ve filtrelerinin

temizlenmesinde kullanılmaktadır.

24

3.2.7. Otomotiv Sanayisinde

Kaplama işlemi öncesi yüzeylerin hassas bir şekilde temizlenmesinde,

derinlemesine temizlik gerektiren yaylar, dişliler, filtreler, borular, menteşeler ve fırça

temizliğinde kullanılabilmektedir. Taşıtların teknik servislerinde motor ve motor

parçalarının yenilenmesinde ve yıkanmasında, araç bakımında, yağ, toz, pas gibi kir

istenmeyen parçaların ve kullanılan aletlerinin temizlenmesinde faydalanılmaktadır.

3.2.8. Yüzey Kaplama ve Boyama Sanayisinde

Yüzey kaplama ve boyama yapılacak olan malzemelerin işlem öncesi yüzey

temizliğinde kullanılmaktadır.

25

4. SONUÇLAR

Ultrasonik temizleyici ile ilgili gerçekleştirilen bazı çalışmalar vardır. Bu

yöntemlerden farklı bir yöntem kullanılarak mikroişlemci ile ultrasonik düzeyde

kavitasyon gerçekleştirilerek ultrasonik temizleme sistemlerine farklı bir bakış açısı

getirilmiştir. Projemizde sıvı tankı, transdüserler ve invertör faz kontrolör devreleriyle

birlikte kablolu kapalı bir sistem üzerinden kavitasyon ve gözlem yapılmıştır. Bu

çalışma kapsamında kontrolör olarak MSP430 mikroişlemcisi kullanılıp sistem bu

denetleyici aracılığıyla kontrol edilmiştir.

Bu sistemi gerçekleştirirken MSP430 mikroişlemci seçmemizdeki asıl sebep tek bir

mikroişlemci kodu ile 4 adet invertör faz kontrolör devresinin tetiklenebilmesini,

sisteme ek bir donanım gerektirmeden bir ana ünite üzerinden çalıştırılabilmesi ve

programlamasında kullanılabilmesidir. Bu sistemin tercih edilmesindeki diğer bir sebep

ise alışılagelmiş sistemlere nazaran harmoniklerden daha az etkilenmesi ve yüksek

frekanslarda çalışabilmesidir. Başka işlemci ile kontrolü yapılan ultrasonik sistemlerde

gerek kavitasyon sırasında gerekse tetikleme sırasında oluşan harmonikler buna

örnektir. Ayrıca ultrasonik temizleme sistemlerinde eklenen her bir eleman sistemin

kontrolünü zorlaştırır ve daha karmaşık hale getirir.

Bu proje kapsamında yapılan tasarım, elektriksel ve elektroniksel devre çalışmaları

ve deneysel çalışmalar anlatılmıştır.

Bu çalışmada ultrasonik düzeyde temizleme yapılan sistemin mikroişlemci

yardımıyla nasıl kontrol edilebileceği, sistemde kullanılan devre elemanlarının

seçiminin nasıl yapılabileceği öğrenilmiştir.

Projenin çalışma takvimi EK-6’da verilmiştir.

26

5. YORUMLAR VE DEĞERLENDİRME

Tasarlanan sistemin çalışmasını test etmek amacıyla, ilk olarak sistemin genel çizimi

autocad programında gerçekleştirilmiş, transdüserler invertör devreleriyle denenmiştir,

daha verimli invertör devreleri tasarlanmış ve daha sonra devre elemanları kullanılarak

laboratuvar ortamında devreler gerçekleştirilmiştir. Sistemin yazılımsal kısmı için

microişlemci kullanılarak assembly dilinde programlaması yapılmıştır. Tasarlanan

sistem üzerinde yapılan çalışmalar sonucunda sistemin yazılımsal ve donanımsal açıdan

uyumlu bir şekilde çalıştığı görüldükten sonra sistem gerçekleştirilmiştir.

Oluşturulan bu çalışmanın konuyla alakalı pek çok projeden farklı noktası gereği

ultrasonik temizleme sistemlerine yeni bir bakış açısı ve yeni bir uygulama alanı

getirmiştir, var olan uygulamalara da çeşitlilik katmıştır.

27

KAYNAKLAR

[1]. C. Tangel “Mikrodenetleyici Kontrollü Ultrasonik Temizleme Makinesi

Tasarımı” Yüksek Lisans Tezii, Kocaeli,2009.

[2]. D. Ensminger, “Ultrasonics: Fundamentals, Technology, Applications,” Marcel

Dekker(1998)

[3]. U.güvenç,”FGPA tabanlı çok fonksiyonlu ultrasonik temizleme makinesi ve

prototip üretimi, “yüksek lisans tezi Kocaeli,2011

[4]. F. J. Holler: Skoog, Douglas A; Crouch, Stanley R(2007). “Chapter1”, principles

of Instrumental Analysis

[5]. M.Yakut, A. Tangel, C. Tangel “ A microcontroller-based generator design for

ultrasonic cleaning machines” Istanbul University-Journal of electrical and

electronics engineers, Vol 9(1), pp. 853-860.2009.

[6]. U. Güvenç, M. Yakut, A. Tangel “Ultrasonik temizlik sistemlerinde rezonans

frekansı tespiti için yinelemeli frekans bandı tarama tekniği,” Gömülü Sistemler

ve uygulamaları Sempozyumu GOMSIS 2010, İstanbul Teknik Üniversitesi,

2010 İstanbul, sayfa 21.

[7]. A. Tangel, M. Yakut, A. Tangel, E Afacan, U. Güvenç, H. Şengül, “An FPGA-

based multiple-output PWM pulse generator for ultrasonic cleaning

machines,”İnternational Conference on Applied Electronics, 2010, pg.1-4

[8]. Ç. Aktaş, Elektrik ve Elektronik Ölçmelerinde Uyarlık Elemanları ve

Dönüştürücüler, sicil no: 37584, 1981.

[9]. B. K. Baysal, “Kavitasyon Olayı İçin Mevcut Pfleiderer Metodunun

Genişletilmesi ve Kaplan Türbinlerinde Boğaz Kavitasyonunun Etüdü.” Doktora

Tezi, 1964.

28

EKLER

EK-1 IEEE Etik Kuralları

IEEE Etik Kuralları IEEE Code of Ethics

IEEE üyeleri olarak bizler bütün dünya üzerinde teknolojilerimizin hayat standartlarını

etkilemesindeki önemin farkındayız. Mesleğimize karşı şahsi sorumluluğumuzu kabul ederek,

hizmet ettiğimiz toplumlara ve üyelerine en yüksek etik ve mesleki davranışta bulunmayı söz

verdiğimizi ve aşağıdaki etik kuralları kabul ettiğimizi ifade ederiz.

1. Kamu güvenliği, sağlığı ve refahı ile uyumlu kararlar vermenin sorumluluğunu kabul etmek ve kamu veya çevreyi tehdit edebilecek faktörleri derhal açıklamak;

2. Mümkün olabilecek çıkar çatışması, ister gerçekten var olması isterse sadece algı olması, durumlarından kaçınmak. Çıkar çatışması olması durumunda, etkilenen taraflara durumu bildirmek;

3. Mevcut verilere dayalı tahminlerde ve fikir beyan etmelerde gerçekçi ve dürüst olmak;

4. Her türlü rüşveti reddetmek;

5. Mütenasip uygulamalarını ve muhtemel sonuçlarını gözeterek teknoloji anlayışını geliştirmek;

6. Teknik yeterliliklerimizi sürdürmek ve geliştirmek, yeterli eğitim veya tecrübe olması veya işin zorluk sınırları ifade edilmesi durumunda ancak başkaları için teknolojik sorumlulukları üstlenmek;

7. Teknik bir çalışma hakkında yansız bir eleştiri için uğraşmak, eleştiriyi kabul etmek ve eleştiriyi yapmak; hatları kabul etmek ve düzeltmek; diğer katkı sunanların emeklerini ifade etmek;

8. Bütün kişilere adilane davranmak; ırk, din, cinsiyet, yaş, milliyet, cinsi tercih, cinsiyet kimliği, veya cinsiyet ifadesi üzerinden ayırımcılık yapma durumuna girişmemek;

9. Yanlış veya kötü amaçlı eylemler sonucu kimsenin yaralanması, mülklerinin zarar görmesi, itibarlarının veya istihdamlarının zedelenmesi durumlarının oluşmasından kaçınmak;

10. Meslektaşlara ve yardımcı personele mesleki gelişimlerinde yardımcı olmak ve onları desteklemek.

29

IEEE Code of Ethics

We, the members of the IEEE, in recognition of the importance of our technologies in affecting the quality of life throughout the world, and in accepting a personal obligation to our profession, its members and the communities we serve, do hereby commit ourselves to the highest ethical and professional conduct and agree:

1. to accept responsibility in making engineering decisions consistent with the safety, health and welfare of the public, and to disclose promptly factors that might endanger the public or the environment;

2. to avoid real or perceived conflicts of interest whenever possible, and to disclose them to affected parties when they do exist;

3. to be honest and realistic in stating claims or estimates based on available data;

4. to reject bribery in all its forms;

5. to improve the understanding of technology, its appropriate application, and potential consequences;

6. to maintain and improve our technical competence and to undertake technological tasks for others only if qualified by training or experience, or after full disclosure of pertinent limitations;

7. to seek, accept, and offer honest criticism of technical work, to acknowledge and correct errors, and to credit properly the contributions of others;

8. to treat fairly all persons regardless of such factors as race, religion, gender, disability, age, or national origin;

9. to avoid injuring others, their property, reputation, or employment by false or mlicious action;

10. to assist colleagues and co-workers in their professional development and to support them in following this code of ethics.

Approved by the IEEE Board of Directors August 1990

30

Mühendisler İçin Etik Kuralları

Code of Ethics for Engineers

Etik kuralları ile ilgili faydalı web adresleri

IEEE Code of Ethics

http://www.ieee.org/about/corporate/governance/p7‐8.html

NSPE Code of Ethics for Engineers

p: ww .nspe.org resources e cs co e‐e cs

American Society of Civil Engineers, UC Berkeley Chapter

http://courses.cs.vt.edu/professionalism/WorldCodes/ASCE.html

Engineering Ethics BY DENISE NGUYEN http://sites.tufts.edu/eeseniordesignhandbook/2013/engineering‐ethics‐2/

Code of Ethics of Professional Engineers Ontario http://www.engineering.uottawa.ca/en/regulations

Bir kitap: What Every Engineer Should Know about Ethics

Yazar: Kenneth K. Humphreys

CRC Press

EMO – Elektrik Mühendisleri Odası Etik Kütüphanesi http://www.emo.org.tr/genel/bizden_detay.php?kod=50871&tipi=46&sube=0#.U1QfyVV_tjs

31

EK-2 Disiplinler Arası Çalışma

Gerçekleştirilen sistemde sıvı tankının istenilen ebatlarda olması, içerisine

yerleştirilecek olan piezoların yüksekliğinin ayarlanması ve montajı için firmalarla

görüşmeler yapılmıştır. Firmaların önerileri doğrultusunda montaj işlemi

gerçekleştirilmiştir.

Autocad çizimlerinde Karadeniz Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği

Bölümü’nden Celal Özgül’ün deneyimlerinden yararlanılmıştır.

Projemizde kullandığımız malzemeler www.direnc.net ve www.ebay.com

adreslerinden temin edilmiş ve bunun dışında bazı Uzakdoğu firmaları ile irtibata

geçilmiştir.

32

EK-3 Standartlar ve Kısıtlar Formu

Bitirme Projesinin hazırlanmasında Standart ve Kısıtlarla ilgili olarak, aşağıdaki soruları

cevaplayınız.

1. Projenizin tasarım boyutu nedir? Açıklayınız.

Bu çalışmada MSP430 G2211 mikroişlemci kullanılarak anahtarlama frekansını

kontrol ederek piezo dönüştürücüler ile mekanik titreşim verilmesi

gerçekleştirilmiştir.

2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü?

Evet. Bu sistemde programlama alt yapısı sayesinde daha da geliştirilebilmeye açık

bir yapı tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Birden fazla sistemin tek bir ana ünite

üzerinden gözlem ve kontrolü yapılarak kullanıcının zaman ve ekonomik yönden de

tasarruf etmesi sağlanmıştır.

3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız?

Bilgisayar Programlama, Devreler, Mikroişlemciler, Analog ve Sayısal Elektronik,

Otomatik Kontrol Sistemleri derslerinde görülen konulardan faydalanılmıştır.

4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları nelerdir?

Projemizde; IEC 60559, IEC 60191, ISO 639, ISO/IEC TR 14543, VDI(3814), ve

ANSI C standartları dikkate alınmıştır.

5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar nelerdir?

a) Ekonomi:

Diğer uygulamalara karşın bu projede kullandığımız yazılım programı sayesinde

daha az ekipman kullanılmakta ve bu da maliyeti azaltmaktadır.

b) Çevre sorunları:

Projemizin çevreyi olumsuz etkileyecek herhangi bir etkisi yoktur.

c) Sürdürülebilirlik:

Teknolojideki gelişmelere bağlı olarak temizlik sistemlerindeki çeşitlilik ve kullanım

konusundaki alternatifler giderek artmaktadır. Bu durum daha yüksek temizlik

seviyelerine olan ihtiyacı da beraberinde getirmiştir. Ultrasonik temizleyiciler sadece

33

insanların eşya ve aksesuarlarını temizleme gereksinimi karşılamakla kalmayıp

zaman tasarrufu da sağlayarak vakit kazanmak yönünden bir gereklilik olduğunu

kanıtlamaktadır. Ayrıca özellikle hassas ve küçük objelerin temizliğinde ulaşılması

zor olan yerlere ulaştığından mükemmel bir temizlik sağlar.

Ultrasonik temizleyici de bu sebeplerden dolayı gelişmektedir ve bu konuyla

alakalı birkaç proje yapıldığı gibi bundan sonra bu projelerde teknolojiyle beraber

daha da gelişecek ve yaygınlaşacaktır.

d) Üretilebilirlik:

Ülkemiz piyasasında var olan malzemeler ve yurt dışından verdiğimiz siparişler ile

projemiz gerçekleştirilmiştir.

e) Etik:

Etik kurallar göz önünde tutularak proje gerçekleştirilmiştir.

f) Sağlık:

Proje tasarlanırken temel alınan standartlara uyulduğunda sağlık sorunu oluşturacak

bir durum içermemektedir. Sistem düşük gerilimlerde çalıştığı için herhangi bir can

güvenlik tehdidi yoktur.

g) Güvenlik:

Projemizde sıvı tankıyla birlikte kablolu kapalı bir sistem üzerinden gözlem ve

kontrol hedeflenmektedir. Aynı zamanda sistem daha önceden yazılımda belirlenen

kodlarla çalışacaktır. Sistemde oluşacak herhangi bir arıza durumunda daha önceden

kullanmış olduğumuz elektriksel yalıtımlı malzemeler sayesinde sistemin ve

kullanıcının herhangi bir zarar görmesi engellenmiştir.

h) Sosyal ve politik sorunlar:

Projemizin sosyal ve politik sorunlara yol açmayacağı görülmüştür.

34

EK-4 Kontrol Devreleri İçin MSP430 mikroişlemci Kaynak Kodları

Strt mov #0280h,SP

Stp mov #WDTPW+WDTHOLD,&WDTCTL

bis.b #08h,&P1IE

bis.b #08h,&P1RES

bis.b #08h,&P1OUT

bis.b #08h,&P1IES

bic.b #08h,&P1IFG

eint

bis.b #03h,&P1DIR

clr &P1OUT

mov #020h,R5

tekrar mov.b #01h,&P1OUT

call wait_Ton

bic.b #01h,&P1OUT

nop ; ölü zaman için

nop ; ölü zaman için

mov.b #02h,&P1OUT

call wait_Ton

bic.b #02h,&P1OUT

nop

jump tekrar

ORG P1_portu_interrupt_vektörü

DW P1SIR

ORG RESET_interrupt_vektörü

DW strt

END

35

EK-5 Ultrasonik Temizleyici Projesi için Maliyet Analizi

Çizelge E5.1. Oluşturulan sistemin birim maliyet analizi

Parça Tipi Tür Değer Firma Adet Birim

Fiyat

(TL)

MSP430

G2211

Mikroişlemci - Texas

Instrument

1 30

IR2112 Fet sürücü 25V-

250mA

International

Elektronik

8 6,45

IRFPC50 FET 600V-11A International

Elektronik

16 4,59

Trafo Kademeli

transformatör

120W-48V International

Elektronik

1 47,20

Transdüser Piezo

aktivatör

50W-

110V(AC)

Ebay 4 44

2’li Klemens Yaylı - International

Elektronik

16 0,35

45AS Soğutucu 3cm(boy)

1cm(en)

International

Elektronik

16 1,19

2’li Klemens 0 numara - International

Elektronik

20 0,15

Soket 14’lü entegre - International

Elektronik

8 0,09

Plaka Board 13x13 cm International

Elektronik

4 5

Kondansatör Seramik 100nF-

63V

International

Elektronik

10 0,05

Diyot Schottky

(hızlı)

1.2A International

Elektronik

10 1

Direnç 33ohm-

0,5W

International

Elektronik

16 0,02

Kondansatör Polyester 22 µF-50V International

Elektronik

10 0,05

Kondansatör Elektrolitik 330µF-

400V

International

Elektronik

4 4,34

Kondansatör Yüksek

voltajlı

330nF-

630V

International

Elektronik

4 0,55

Sıvı Tankı Alüminyum 40-35cm - 2 100

Toplam Fiyat

245,03

Msp430 seçmemizin sebebi assembly dilinin kolay kullanılmasıdır. G2211 serisi

seçmemizin sebebi ise ultrasonik temizleme için vereceğimiz ölü zamanın bu seri ile

daha kolay olmasıdır. Alüminyum sıvı tankı seçmemizin sebebi ise sıvıya verilecek olan

titreşimin daha etkili bir şekilde gerçekleşmesidir.

Kademeli transformatörü şehir şebekesinden aldığımız 220V gerilimi 48W’a

dönüştürmekte kullandığımız için bu nominal değerlerde bulunan kademeli

36

transformatörü seçildi. 2’li klemensler normal klemenslere göre board üzerinde

kullanım açısından daha kolay olduğu için tercih edildi.

Çizelge E5.2. Oluşturulan sistemin 100 adet için maliyet analizi

Parça Tipi Tür Değer Firma Adet Birim

Fiyat

(TL)

MSP430

F5XX

Mikroişlemci - Texas

Instrument

1 300

IR2112 Fet sürücü 25V-

250mA

International

Elektronik

8 600

IRFPC50 FET 600V-11A International

Elektronik

16 429

Trafo Kademeli

transformatör

120W-48V International

Elektronik

1 4680

Transdüser Piezo

aktivatör

50W-

110V(AC)

Ebay 4 4000

2’li Klemens Yaylı - International

Elektronik

16 32

45AS Soğutucu 3cm(boy)

1cm(en)

International

Elektronik

16 115

2’li Klemens 0 numara - International

Elektronik

20 13

Soket 14’lü entegre - International

Elektronik

8 8

Plaka Board 13x13 cm International

Elektronik

4 490

Kondansatör Seramik 100nF-

63V

International

Elektronik

10 4,5

Diyot Schottky

(hızlı)

1.2A International

Elektronik

10 85

Direnç 33ohm-

0,5W

International

Elektronik

16 2,53

Kondansatör Polyester 22 µF-50V International

Elektronik

10 3,15

Kondansatör Elektrolitik 330µF-

400V

International

Elektronik

4 405

Kondansatör Yüksek

voltajlı

330nF-

630V

International

Elektronik

4 51

Sıvı Tankı Alüminyum 40-35cm - 2 5000

Toplam Fiyat

16.218

37

EK-6 Çalışma Takvimi

Çizelge E6.1. Ultrasonik Temizleyici projesinin çalışma takvimi

ŞUBAT MART NİSAN MAYIS

İlk dönem yapılan tasarım

projesi hakkında genel

değerlendirmenin

yapılması

X

Malzemelerin

belirlenmesi ve tedarik

için başvurunun

yapılması

X

Sistemin yazılımı için

mikroişlemci hakkında

bilgi edinilmesi

X

Mikroişlemcide

kullanılan kodların

araştırılması

X

Sistemi kontrol etmek

için kullanılacak

devrelerin belirlenmesi

X

İnvertör kontrol devreleri

hakkında araştırma

yapılması

X

Mikroişlemci ile sistemin

yazılımının yapılması X

Sistemde kullanılacak

devrelerin breadboard

üzerinde

gerçekleştirilmesi

X

Sistemde kullanılacak

devrelerin çıkış

frekansının osiloskopta

incelenmesi

X

İnvertör devrelerinin

transdüserler ile

denenmesi

X

Yapılan devrelerin test

edilmesi X

Sistemin dış

izolasyonunun

oluşturulması

X

Bitirme tezinin yazılması X

38

ÖZGEÇMİŞLER

Buğrahan KAYA

Buğrahan KAYA 04.09.1990 tarihinde Ankara'da doğdu. İlk, ortaokul ve lise

öğrenimini Ankara'da tamamladı. 2009 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi

Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü'nde

Lisans Programı'na başladı. Yabancı dil olarak, İngilizce bilmektedir.

Caner KALENDER

Caner KALENDER 14.04.1992 tarihinde İskenderun'da doğdu. İlk, ortaokul ve lise

öğrenimini İskenderun’da tamamladı. 2010 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi

Mühendislik Fakültesi Elektrik- Elektronik Mühendisliği Bölümü'nde

Lisans Programı'na başladı. Yabancı dil olarak, İngilizce bilmektedir.

Çağlar REİSOĞLU

Çağlar REİSOĞLU 29.04.1991 tarihinde Trabzon'da doğdu. İlk ve ortaokul ve lise

öğrenimini İstanbul'da tamamladı. 2010 yılında Karadeniz Teknik Üniversitesi

Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü'nde Lisans

Programı’na başladı. Yabancı dil olarak, İngilizce bilmektedir.