Sıcaklık sensörü ve iletkenlik hücresi gömülü basınç probu tasarımı ve prototipin gerçeklenmesi

Bu tezde herhangi bir sıvının basınç, Elektriksel İletkenlik (EC), ve sıcaklık değerlerini ölçebilen ve ölçtüğü değerleri evrensel veri çıkışları ile gönderebilen yekpare bir üç parametreli sensör tasarlanmış ve prototipi gerçekleştirilmiştir. Bu bağlamda farklı basınç ölçüm yöntemleri araştırılmış ve gauge ölçüm methodunu kullanan piezorezistif basınç sensörlerinin kullanılması uygun bulunmuştur. Sıcaklık ölçümü için yine farklı sıcaklık sensörleri denenmiş ve PT-100 sıcaklık sensörünin prototip sensörde kullanılmasına karar verilmiştir. Elektriksel iletkenlik ölçümü için gerekli olan hücre tasarımında farklı materyaller ve farklı modellemeler denenmiştir. Elektriksel iletkenlik ölçümünü için 2 aktif 2 pasif grafit elektrotlar kullanılarak daha geniş EC ölçüm aralığına sahip hücre elde edilmiştir. Ayrıca aktif elektrotlara düzgün kare dalgalar gönderilebilmesi için single-pole / double-throw (SPDT) anahtarları kullanılmıştır. Mikroişlemci yardımı ile aktif uçlara uygulanan Eksitasyon kare dalga voltajı (±VEXC) yazılım vasıtası ile ayarlanabilir hale getirilmiştir. Ayrıca yine uygulanacak voltajın frekansı mikroişlemci vasıtasıyla kontrol edilebilmektedir. Bu kontroller sensörün farklı sıvılarda da kullanılabilmesine olanak sağlamıştır. Mikroişlemcinin iki ADC'si, basınç ve EC ile birlikte sıcaklığı ölçmek için kullanılmıştır. İki farklı ADC kullanılması ile veri akışındaki zaman kaybı azalacağından sıcaklığın, EC ve basınç ölçümü üzerindeki etkisinin azaltılması planlanmıştır. Tez konusu üç parametreli sensör endüstriyel normlarda tasarlanmıştır. Bu bağlamda sızdırmazlık için PCB ve sensörlerin suya temas etmeyen kısımları elektronik jel ile kaplanmıştır. Sürekli olarak sıvı içerisinde kalacak olan sensörün dış kılıfı korozyona dayanıklı 316 paslanmaz çelikten üretilmiştir. Prototip sensörün 22 mm. çapta olması sebebiyle 4 katmanlı bir PCB tasarlanmıştır. PCB'nin kullanılabilir alanının az olmasından dolayı, tasarım her iki yüzeyede entegreler yerleştirilebilecek şekilde tasarlanmıştır. Sensör basınç, sıcaklık ve EC ham değerlerini içerisinde barındırdığı mikroişlemci ile okuyarak flash memorye istenilen aralıkta kayıt yapabilmektedir. Veri okuma isteği geldiğinde ham değerleri okunabilir hale dönüştürerek RS-485 üzerinden gönderebilmektedir. Tamamlanmış olan prototip sensör deneme havuzunda 20 gün süre ile bekletilmiş ve sonuçların doğruluğu gözlemlenmiştir. Ayrıca sensör bağımsız bir akredite laborotuvara gönderilierek teste tabii tutulmuş ve ölçüm değerlerinin doğruluğu ispatlanmıştır. Tasarlanan sensörün aynı tipteki çoğu sensörden daha doğru çalışabildiği gözlemlenmiştir. Anahtar Kelimeler: basınç ölçümü, elektriksel iletkenlik ölçümü, sıcaklık ölçümü, MEMS, 4 kutuplu EC hücre tasarımı, su kalitesi