PDF Olarak Almak İçin Buraya Tıklayın

LEVHADA BASINÇ ÖLÇÜMÜ
DENEY SETİNİN MALZEMELERİ:
1-)
1,30 x 1,30 x 0,004 m3 ebatlarında bir “su kontraplağı” kesilmiştir. Bu plakanın
özelliği, imal edildikten sonra yağlanmış olması ve artık su alıp şişmemesi, yani su
nedeniyle şekil deformasyonlarının ortaya çıkmasına izin vermemesidir.
2-)
(1,75 + 0,30 + 0,15 + 1,30) x 2 olmak üzere toplam 6,10 m uzunluğunda 30’luk
profil. 30’luk profil dikdörtgen kesitli bir profildir. Kenarların her biri 30 mm
uzunluğunda olduğundan 30’luk profil adını almaktadır.
3-)
2 adet 1,30 m uzunluğunda köşebent profil. Köşebent profil bir L-Profilidir.
Üzerinde kendinden deliklidir.
4-)
12 adet 10 cm uzunluğunda, dış çapı 5 mm olan pirinç boru. Bu boru su içinde
kalacağında korozyona dayanıklı malzemeden yapılmalıdır. Bu nedenle pirinç terich
edilmiştir.
5-)
12 adet 8,5 cm uzunluğunda, dış çapı 4 mm olan pirinç boru. Bu boru su içinde
kalacağında korozyona dayanıklı malzemeden yapılmalıdır. Bu nedenle pirinç terich
edilmiştir.
6-)
10 adet havşa başlı 6 mm çapında 7 cm uzunluğunda civata ve bunlara ait
somunlar
7-)
12 adet standart, küçük kelepçe.
DENEY SETİNİN HAZIRLANMASI:
1. Su kontraplağı ve profiller yukarıda verilen uzunluklarda kesildikten sonra teknik
resimdeki boyutlarla birleştirilirler.
İşareti
civataların
geleceği
delikleri
gösterirken kırmızı işaretler 30’luk profili gösterirken yeşil çizgi ve rakamlar boyut
çizgileri ve boyutlarını ifade etmektedirler. Kolları oluşturacak 30’luk profil yukarıda
L şeklinde birleştirilmiş (kaynaklanmış) sonra L’nin her iki yanı da küçük birer parça
profil ile (yani lama profil) birbirlerine bağlanmıştırlar (kaynaklanmıştırlar). Küçük
parçaların uçları 45oC, ya da ona çok yakın bir açı olmalıdır, aksi takdirde kaynak
tutmayacaktır.
2. Dış çapı 5 ve 4’er mm olan toplam 24 adet ufak borunun herbirinin uçları güzelce
eğelenmelidir ki hortumlara ve ellerimize zarar vermesin. Eğeleme işlemi sırasında
eğenin açısına bağlı olarak borunun dıştaki zarından kazınan metal borunun içine
yönelebilir. Bu nedenle eğeleme işleminin ardından borunun her iki ağzı da bir iğne
ile temizlenmelidir. Bu işlem ilkinin tersi gibi bir etki yapabileceği için uçlar elle
tekrar kontrol edilmeli, ele hoş gelmeyen pürüzler eğe ile tekrar giderilmelidir.
3. Teknik resimde gösterilen deliklere dış çapları 5 mm olan borular profillerin olduğu
yüzede yerleştirilir ve diğer yüzeyle profil ucu aynı düzleme gelinceye kadar
profillerin olduğu yüzeyden hafif çekiç darbeleriyle sokulur.
4. Profillerin olduğu yüzeyde dışarıya bakan borulara teğet gelecek biçimde köşebent
profiller yerleştirilir ve punto kaynağı ile sabitlenir.
5. İç çapı 4 mm olan silikon hortumlar [uzunluğu bağlanacak delikten itibaren kolların
başına kadar olan mesafe (kolların oluşturdukları L köşesi uzunluğa dahil) olarak
alınmalıdır] ısıl işlemle herbir boruya takılır.
6. Dış çapı 4 mm olan borular hemen dış çapı 5 mm olanların üzerine konulup kelepçe
ile buraya tutturulur. Bu noktada kelepçenin tam sıkılmaması gerekir. Bu boruların
uçlarına hemen altında yer alan boruya takılan silikon hortumla eşit uzunlukta bir
silikon hortum takılır. Isıl işleme bu sefer gerek yoktur, zira iç içe geçirme sorun
olmayacaktır.
7. Dış çapı 4 mm olan borular uçları kontraplağa 0,5 cm kalacak şekilde tutulup kelepçe
ile sıkılır ki her iki boru da oynayıp deney sırasında basınç farkına neden olmasınlar
(Şekil 1). Dikkat edilecek olursa dış çapları 5 mm olan borular kontraplağın bir
ucundan girip diğerinden çıkarken dış çapı 4 mm olanlar sadece bir tarafta
kalmışlardır. Bunun nedeni kullanacağımız basınç transistörlerinin sınırlarının azami
25 cm su sütununa izin vermesidir. Böylelikle biz bir delik ve bir de o noktanın
hemen üstünden basınç alıp bunların farklarını basınç transistörlerine okutma şansını
elde etmiş olacağız.
Resim 1
Köşebent profil ve ona kelepçe ile tutturulan borular
8. Deney sırasında set suyun içinde olacağından hortumların bir ucu gözükmeyecektir.
Oysa bizim ölçüm aldığımızda hangi hortumun nereye bağlı olduğunu bilmemiz
şarttır. O nedenle her bir hortuma bir numara verilmiştir. Setin simetri eksenine göre
bir tarafında kalan hortumlarla diğerleri ayrıldığı gibi delikten gelen basıncı gösteren
hortum ile plakanın hemen ardındaki basıncı ölçen hortum da ayrılmıştır.
Kullandığımız notasyona göre simetri ekseninin sol tarafı 1, sağ tarafı 2 olmuştur.
Setin etiketlerinde 1 yazılmamıştır. Delikteki basıncı gösteren hortumlar A deliğin
hemen üstünde, plakanın arkasındaki basıncı gösteren hortumlar B olarak
işaretlenmiştir. Deliklerin numaraları ise yukarıdan başlanarak artar şekilde alınmıştır.
Böylece örnegin 1-A veya 1-A1 simetri ekseninin sol tarafında üsttekin birinci,
delikten basınç alan hortumu temsil ederken 2-B2 simetri ekseninin sağ tarafında,
ikinci deliğin hemen üstündeki plakanın arkasından basınç alan hortumu temsil
etmektedir.
KULLANILAN DİĞER MALZEMELER:
1.
2.
3.
4.
5.
Bir adet Notebook
Bir adet Analog dijital dönüştürücü
Bir adet dalga makinasına bağlı bilgisayar
Bir adet basınç algılayıcısı (transducer) (azami 0,25 m su sütunu ölçebilen)
Bir adet güç kaynağı (basınç algılayıcısı için – deneyde kullanılan algılayıcı 8 V ‘da
çalışmaktadır)
DENEYİN HAZIRLANMASI:
Deney setinin hazırlanması sırasında ortaya çıkan en büyük problemler lama profillerin
45oC’ye yakın bir açıyla kesilmesiydi. Lama profiller Resim 2’de görülebilmektedirler.
Deney setinin hazırlanması, işe konsantre olunacak olunursa 8-10 saatlik bir işçilik ile
yapılabilir.
Resim 2
Deney Setinin havuzda bağlanmış hali
Deney setinin “İTÜ – Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimlari Fakültesi - Ata Nutku Deney
Havuzu” ’ndaki büyük havuz içerisinde yer alan köprüye bağlanması sırasında köprü
elemanlarının düşünüldüğü kadar kuvvetli olmadıkları görülmüştür. Set kollarının
köprünün üst parmaklığına bağlandığında (işkence ile sıkılmıştırlar), bunların dönme
mukavemetine istenilen düzeyde karşı koyamadıkları görülmüştür. Bu nedenle 2 adet 13
x 13 x 8 cm’lik takoz, plaka ile ilk parmaklık arasına sıkıştırılmış ve işkence ile
tutturulmuştur (bkz. Resim 2 ve Resim3). Bu şekilde dönme azaltılmış ve daha makul
sonuçların elde edilmesi mümkün olmuştur.
Resim 3
Deney setinin hazu bağlandıktan sonra üstten görünüşü
Güç kaynağı elektriğe bağlandıktan sonra 8 Volt çıkış verecek şekilde ayarlanmış,
çıkışlardan çıkan kablolar basınç algılayıcısına iletilmiştir. Basınç algılayıcısının (Şekil 4)
verdiği sinyalleri taşıyan kablo analog-dijital dönüştürücüye iletilmiştir. Bu kart
kendisine gelen analog sinyali (burada basınç değişimi) dijitale çevirmektedir. Bu kartla
notebook arasında yaptığımız bağlantı sonucu dijital sinaller bir program aracılığıyla
(Anlab4) grafik sinyallere ya da değerlere dönüştürülür. Esasında buradaki değerler
birtakım elektriksel sinyallerden ibarettir. Ancak şiddetleri kalibrasyon değerleriyle
karşılaştırıldığında bize bir fikir verecektir.
Resim 4
Basınç Algılayıcısı ve ona analog sinyalleri getiren silikon hortumlar
Söz konusu havuzdaki dalga makinasının oluşturduğu dalgaların yüksekliklerini
okuyabilmek için deney setimizin hemen yanına dalga propları bağlanmıştır (yine
işkenceler ile sıkılmıştır). Bunların çalışma sistemleri de basınç algılayıcılarıyla aynı
olup, fark kalibrasyondan ibarettir. Bu çalışmada dalga proplarının kalibrasyonuna
değinilmemiştir. Dalga makinasına bağlı ikinci bilgisayar bu propların bağlandıkları
analog-dijital dönüştürücüden gelen sinayalleri değerlendirmek için kullanılmıştır.
Deneyde kullanılan basınç algılayıcılarının kalibrasyonu küçük su tankında yapılmıştır.
Burada 1’er cm aralıklarla artan su derinliklerindeki elektriksel sinyaller kaydedilmiştir.
İlk değer su yüzeyinden alınmıştır. Deneyde güç kaynağı algılayıcıya bağlanmıştır.
Algılayıcıdan çıkan sinyaller analog-dijital dönüştürücüe iletilmiş bu da notebooka
bağlanmıştır. Bu bağlantıların aynı havuzdaki ölçümlerde de yapılmaktadır (Resim 5).
Algılayıcının dış sinyali algılamak için üzerinde bulunan deliklerden birine silikon
hortum takılmıştır. Hortumun diğer ucu su tankına batırılmıştır. Alınan her sinyal
kaydedilmiştir. Bunların hidrostatik basınca karşı gelen değerleri bizim için söz konusu
sinyallere karşı gelen basınçlar olacaktır. Bizim deney sırasında alacağımız basınçlar
algılayıcının sınırları dışında kalabileceği için ilk deliğin hemen yanında bulunan delikten
alınan sinyalleri de kalibre ederiz. Algılayıcının yapısı gereği bu iki delik arasında bir
membran vardır. Alet bu membranın salınımını ölçmektedir esasında. Kalibrasyon
sonucunda elde edilen değerler ve bunlara karşı gelen basınçlar aşağıdaki tablodan
görülebilmektedir.
Resim 5
Cm
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Algılayıcıdan gelen sinyalleri kaydetmek için kullanılan düzeneğin büyük
havuz kenarına yerleştirilmiş halinden bir kesit
A
701
728
749
774
809
856
934
984
1023
1065
B
715
752
746
770
774
785
796
808
805
791
Basınç (kg/(m*s2)
0
100,5525
201,105
301,6575
402,21
502,7625
603,315
703,8675
804,42
904,9725
Kalibrasyonda A ve B aynı membranın şekil değiştirmesine sebep olduğu ve biz
deneyimizde aynı anda ikisini de kullanacağımız için aradaki farkları almak
gerekmektedir. Biz B’den A’yı çıkarttık. Bu durum grafik haline getirildiğinde 1
numaralı şekil ortaya çıkmaktadır.
Farklar
300
250
Farklar
200
150
100
50
0
-50
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
Derinlik
Şekil 1
B ve A’daki değerlerin farkları
Şekil 1’den de görüldüğü gibi yaklaşık olarak 0,03 metre derinlikten itibaren grafik lineer
denilebilecek şekilde artmaktadır. Gerçekte olması gereken de budur. Aradaki ufak
sapmalar ise ölçümdeki voltaj düşmesi, ortamdaki ses, sudaki hareket gibi titreşimlerden
ve elektrik sinyallerini ileten kablo bağlantılarının zayıflığından kaynaklanmaktadır. Bu
nedenle Şekil 1’deki eğriden geçecek bir doğru kullanmak uygun bir seçenek
oluşturacaktır. Söz konusu doğruyu Şekil 2 göstermektedir.
300
250
Farklar
200
150
100
50
0
-50
-100 0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
Derinlik
Şekil 2
Kalibrasyon doğrusu
Bu doğru iki nokta arasındaki farkı veren ortalama bir değere karşı gelmekte ve bize
yeterince hassas bir sonuç vermektedir. Kalibrasyonu bu şekilde yaptıktan sonra artık sıra
havuzda ölçüm almaya gelmiştir.
Havuzda yapılan ölçümlerde dalga makinasının çıkardığı sinyaller tam
belirlenememektedir. Buna rağmen dalga frekansı ve dalga yüksekliği yaklaşık olarak
verilmiştir. Aşağıda 4 ayrı basınç grafiği gösterilmiştir. Bu grafiklerin herbiri aşağıda
gösterilmiştir. Şekil 3 dalga makinasında dalga yüksekliği (H) 2, frekans (f) 4’te
oluşturlan dalgalardan elde edilirken Şekil 4 H=2 ve f=3, Şekil 5 H=2 ve f=2, Şekil 6
H=3 ve f=3 ‘te elde edilmiştir.
Basinç1
16000000
14000000
Basinç1
12000000
10000000
0
Şekil 3
250 500 750 1000 1250
H=2, f=4 için oluşturlan basınç grafiği
Basinç2
16000000
15000000
Basinç2
14000000
13000000
0
Şekil 4
250
500
750 1000 1250
H=2, f=3 için oluşturlan basınç grafiği
Basinç3
17000000
14500000
c
Basinç3
12000000
0
Şekil 5
250
500
750 1000 1250
H=2, f=2 için oluşturlan basınç grafiği
Basinç4
19500000
18000000
Basinç4
16500000
15000000
0
Şekil 6
250 500 750 1000 1250
H=3, f=3 için oluşturlan basınç grafiği
Şekil 3, 4, 5 ve 6’da yatay eksen alınan veri sayısını göstermekteyken dikey eksen
algılayıcının bilgisayara ilettiği elektrik sinyalinin şiddetini göstermektedir. Söz konusu
şiddette bizi ilgilendiren maksimum ve minimum arasındaki değişimdir. Grafikler 30
saniyelik bir zaman dilimini kapsamaktadır. Yani 30 saniye içerisinde toplam 1350 adet
veri alınmıştır. Şekil 3’te basınç değerleri dalgalar oluşturulduktan sonra alınmış, ilk 350
veri nisbeten sakin olmuştur. Ondan sonraki değerler 13500000-17000000 arasında
değişmektedir. Şekil 2’deki doğru uzatılacak olursa bu değişim 48,6– 61,2 t/ms2 ‘ye karşı
gelmektedir. Şekil 4 ve 5’te ise sinyaller 13500000-16000000 arasında değişmektedir.
Yani basınç 48,6 – 57,6 t/ms2 arasında bir değişim göstermektedir. Şekil 6’da ise sinyaller
15000000-19500000 arasında değişmekte, yani basınç 54 – 70,2 t/ms2 arasında bir
değişim göstermektedir. Şekil 6’da yaklaşık 800üncü değerden sonrakiler ani bir azalma
göstermektedirler. Deney setini tam anlamıyla statik yapamadığımızı dikkate alacak
olursak (köprü elemanları dönme momentini engelleyememekte ve sistem dönmektedir),
bu azalmanın beklenebileceğini ve dikkate alınmaması gerektiğini söyleyebiliriz. Bu
düşüncemizi yaklaşık 600üncü veriden sonra izleyen düzgün azalma da desteklemektedir.
Diğer şekiller için de benzer yorumlar yapılabilir. Ancak incelendiklerinde diğer
şekillerde bu düşüşlerin çok az düzeyde oldukları görülmektedir. Bu nedenle bu
şekillerdeki sinyal düşüşleri ihmal edilebilir. Diğer bir dikkat çekici nokta sinyallerin
periyodik olarak azalıp artışlarıdır. Bunun nedeni dalgaların yapısında saklıdır. Biz
düzenli sinüs dalgaları oluşturduk. Bu dalgalar düzenli aralıklarla sakin su seviyesinin
üstüne çıkan ve altına düşen dalgalardır. Dalga sakin su seviyesinin üstündeyken bir
dalga tepesi, altındayken dalga çukuru oluşur. Sistemimiz ölçülen noktanın üzerindeki
suyun basıncını ölçtüğüne göre dalga tepesinde daha çok basınç, dalga çukurunda daha az
basınç kaydedecektir. Bizim ölçüm aldığımız nokta suyun 32 cm altındadır. Yani ölçüm
yaptığımız noktadaki hidrostatik basınç sakin su seviyesinde yaklaşık olarak 3,218 t/ms2
dir. Yukarıdaki şekillerden yola çıkılarak elde edilen basınç değişimleri dikkate
alındığında basıncın 10 kattan daha fazla artmış olmasına dikkat etmek gerekir.
Sonuç:
Şekil 3, 4 ve 5 incelendiğinde dalga boyu değişmese de frekans arttıkça daha büyük bir
basınç değişimi elde edilebileceği görülmektedir. Şekil 4 ve 6 incelendiğinde ise sabit
frekanslarda dalga boyunun artmasıyla birlikte değişim miktarının da arttığı
görülmektedir. Yani gerek dalga boyunun arttırılması, gerekse dalga frekansının
arttırılması basınç değişimini arttırmaktadır. Yukarıdaki paragrafta açıkalanan maksimum
ve minimum basınçlar arasındaki farklar alınıp karşılaştırıldığında dalga boyunun
arttırılmasıyla daha büyük bir basınç değişimi elde edildiği görülmektedir.
Bunun sonucunda basınç değişimi esasına dayalı sistemler söz konusu olduğunda
sistemin konumlandırılacağı yerinin belirlenmesi esnasında o bölgedeki etkin dalga
boyunun diğer bölgelerden daha büyük olması gerektiği ortaya çıkmaktadır.