Mikrodalga rezonatör tabanlı sensor kullanarak bitkisel yağların dielektrik katsayılarının ısı değişimine ve kullanım sıklığına göre karakterizasyonu

Yağ günlük hayatımızda önemli bir yer eden akışkanlardan birisidir. Yağların, akışkanlık, baz sayısı, kırılma indisi, asit sayıları, yoğunluk, içerdiği su miktarı vb. gibi parametrelerini ölçmek için karmaşık laboratuar ekipmanları gerekmektedir. Bahsi geçen bu karmaşık laboratuar ekipmanları kullanılmadan dielektrik sabitinin reel ve sanal kısımları doğrudan ölçülebilmektedir. Ayrıca, mikrodalga ölçümleriyle de yağlar karakterize edilebilmektedirler ve bunun yanında mikrodalga ölçümleri kolaylığı ve net sonuçlar sunmasıyla yağ kalitesi belirlenmesinde tercih edilmektedir. Mikrodalga ölçümlerinde yansıma ve iletim parametreleri elde edilmekte, bu parametreler kullanılarak dielektrik sabitinin reel ve sanal kısımları hesaplanabilmektedir. Dielektrik sabitinin sanal ve reel kısımlarının oranı ise kayıp tanjantı tanδ olarak bilinmektedir. Kızartma yağı olarak kullanılan ayçiçeği yağının dielektrik sabiti kullanım süresi, kullanım sayısı, sıcaklığı ve içerisinde kızartılan malzemenin özelliğine göre değişim göstermektedir. Bu değişimin sebebi kızartılan maddenin içerdiği su ve diğer parçacıklar gibi kirletici maddelerin varlığı veya yağın kimyasındaki değişikliklerdir. Bu çalışmada, kızartma yağı olarak ayçiçek yağı kullanım miktarını belirlemek için iki farklı sensör yapısı önerilmiştir. İlk olarak, ısının yağın dielektrik parametresi üzerindeki etkilerini görmek için patates örnekleri kullanmadan saf ayçiçeği yağı 16 kez ısıtıldı ve her ısıtma işleminden sonra yeterli miktarda yağ örneği alındı. Sonra, saf ayçiçeği yağı aynı miktarda patates numuneleriyle 16 kez kızartıldı ve benzer şekilde her kızartma işleminden sonra dielektrik ölçümleri için yeterli miktarda yağ numunesi alındı. Daha sonra, ayçiçeği yağı numunelerinin dielektrik sabitinin reel ve sanal kısımları mikrodalga laboratuvarında ağ analizörü tarafından ölçülmüştür. Ayçiçeği yağı karakterizasyonunun bir sonucu olarak, dielektrik sabiti 4-8 GHz bandında, 2,9 dan 3,3'e kadar kullanım sayısına bağlı olarak doğrusal bir artış göstermiştir. Dielektrik sabitindeki bu değişime, kızartma işlemi sırasında patates numunelerinden yağa karışan su ve diğer partiküller neden olmaktadır. Ayrıca, ölçülen dielektrik sabit değerleri yağ kullanım ömrünü belirlemek üzere sensör yapılarını tasarlamak için sonlu entegrasyon tekniğine dayalı mikrodalga simülatörüne eklenmiştir. Bu çalışmada iki farklı iletim hattı sensörü tasarlanmış ve sunulmuştur. İlk iletim hattı sensörünün iki avantajı vardır; geri yansıma-S11 üzerinde yaklaşık 5,45GHz'de rezonans kayması ve iletim-S21'de 4,5GHz, 5,3GHz ve 7,5GHz değerlerinde rezonans kaymaları oluşmuştur. İkinci iletim hattı sensörü, S21'de yaklaşık 5,4 GHz'de rezonans kaymalarına sahiptir. Son olarak, tasarlanmış sensör yapıları üretilmiştir ve vektör ağ analizörü kullanılarak deneysel ölçümler yapılmıştır. Deneysel sonuçlara göre, tasarlanmış iki sensör yapısının kızartma yağı numunesinin parametrelerini belirlemek amacıyla kullanılabileceği görülmüştür.