PROJENİN AMACI:

Projemizin amacı deniz suyunun sıcaklık, fosfat oranı, tuz oranı ve iletkenlik gibi özelliklerinin laboratuvara gitmeye ve pahalı aletlere ihtiyaç duyulmadan ucuz ve otomatik bir şekilde ölçülmesini sağlamaktır. Bunun yanında günümüzde önemi giderek artan suyun kalitesini anlamak ve bu konuda kendi ölçümlerimizi yapmak bir diğer amacımızdır.

GİRİŞ:

Deniz suyu farklı bölgelerde kurulan çeşitli su enstitülerinde analiz edilmektedir. Bu enstitülerde deniz suyunun içindeki kimyasallar (fosfat, nitrit, klor, karbonat vb.), sıcaklık, pH, yoğunluk gibi parametreler ayrıntılı bir biçimde analiz edilebilmektedir; fakat bu analizler için belirli bir akademik seviyedeki insan gücüne ve çok pahalı, büyük makinelere ihtiyaç  duyulmaktadır. Bizim çalışmamızı enstitülerin çalışmasından ayıran nokta ise bazı küçük sensörlerle ve bir mikrodenetleyiciyle parametreleri otomatik olarak analiz edebilmemizdir.

Yöntem:

Tasarladığımız geminin, ölçümleri otomatik olarak yapabilmesi için üzerinde 8 bitlik ‘ATmega32’ mikrodenetleyicisi bulunan bir anakart kullandık. Kartımız hem ölçme işleminin başlaması için suyu ölçüm hücresine pompalama komutunu verme hem de gelen gerilimi ölçme ve ölçüm sonuçlarını SD kartta saklamak için kullanılmıştır. Bu amaçla kartımızın üzerindeki motor sürücülerini ve LCD ekranını proglamamız gerekmekteydi. Bu motor sürücülerini ve LCD ekranı kullanabilmek için internette bulunan ‘C kütüphaneleri’ni kullandık. C kütüphanelerini kullanabilmek için basit bir C bilgisi yeterlidir.

Programı yazmak için bilgisayarda ‘WinAVR’ programının ‘Programmer’s Notepad’ adlı aracını, programlamak için ise ‘Ponyprog’ programını kullandık. Bilgisayardan anakarta aktarımı ise seri porttan sağladık.

İlk başta programlarımızı derlemekte sorunlar yaşadık. Bu sorunları da uygun ‘Makefile’ dosyasını hazırlayarak giderdik. Makefile dosyasının görevi, derleyiciye mikrodenetleyici hakkında ön bilgileri vermek ve kütüphaneleri göstermektir.

Kütüphaneleri kullandıkça kütüphanelerin içeriğinde bazı sorunlar olduğunu gördük. Karşılaştığımız bu sorunları çözebilmek için farklı kaynaklardan yararlandık.^[1]Kaynakların yetersiz olduğu durumlarda, sorunların çözümünde sistematik bir yöntem kullandık; problem tespiti yapmak ve bu problem hakkında çözüm önerileri üretmek yolunu izledik.

Araştırmaya ölçtüğümüz gerilimleri LCD ekranda göstermeyi deneyerek başladık. Bu sırada gelen gerilimi, 0,01 V’a kadar, mümkün olduğunca doğru olarak ölçebilmek için -mikrodenetliyicinin kullanma kılavuzundan öğrendiğimiz bir yöntemle- işlemcinin bir  eksiğini de tamamlamamız gerekti. İşlemcinin belirli bir pinine (AREF) sabit 4,46 V vererek bu eksiği tamamladık. Sabit gerilimi, Zenerdiyod (5,6 V) ve Transistörle (BC548) bir devre kurarak elde edip (Şekil 1), yaptığımız kartı pine lehimledik. Doğru değere en yakın sonucu bulabilmek için 100 kere art arda yapılan ölçümlerin aritmetik ortalamasını kayıt ettirdik. Bu sayede gerilimi yüzde birler basamağına kadar, mümkün olduğunca küçük bir sapmayla ölçebilmeyi başardık.

Şekil 1: Gerilim sabitleyici devre

Ölçtüğümüz değerleri herhangi bir kilitlenme ya da istenmeyen yeniden başlama durumlarında kaybetmemek için SD karta kaydettirdik. SD karta kaydetmek için SD kartın pinlerini kütüphanelere uygun olarak karta bağladık ve kütüphanelerdeki fonksiyonları kullandık.

İletkenlik için gereken sinüs grafiği şeklindeki frekansı mikrodenetleyicinin üzerindeki OCD pinlerinden aldık. Gereken frekansı kılavuzda verilen formül yardımıyla bulduk.

Tasarladığımız geminin otomatik ve sürekli olarak ölçüm yapabilmesi için pompaların çalışma zamanlamalarını ve sıralamalarını ayarlamamız gerekmekteydi. Suyun pompalanması ve ölçümler için bazı zamanlarda mikrodenetleyiciyi bekletmemiz gerekiyordu. Ama kütüphanelerdeki sorunlar nedeniyle bekletme fonksiyonlarını çalıştırmakta zorluk çektik. En sonunda daha kararlı ve doğru zamana en uygun olan ‘TimerPause’ fonksiyonunu kullandık.

Suyun  ölçüm hücrelerine alınması için silecek fıskiye pompaları kullandık. Bu pompaların çalışma sıralamaları şekildeki gibidir.

Pompa 1

Pompa 3            =>            Pompa 4           =>                    Pompa 2                            =>             Pompa 5

            30 Saniye bekleme                 90 Saniye bekleme                             250 Saniye bekleme

Şekil 2: Pompaların çalışma sırası ve bekleme süreleri

A-) İletkenlik ve Tuz Oranının Ölçümü:

Deniz suyu birbiri ile orantılı tuzların yer aldığı bir çözelti olarak tanımlanabilir. Böyle bir çözeltiden geçirilecek elektrik akımı, iyonları harekete geçirerek suya iletkenlik özelliğini kazandırır. İletkenliği arttıran diğer bir etken de suyun sıcaklığıdır. Başka bir deyişle bu özellik elektriksel direncin tersidir. Deniz suyunun elektrik geçirgenliği (konduktivitesi), tuzluluk ve sıcaklığın fonksiyonudur. Bu özellikten yararlanarak, sıcaklığı bilinen bir su kütlesindeki elektriksel iletkenliğin yardımıyla tuzluluğu ölçebiliriz. Deniz tekniğinde iletkenliğin ölçülmesi için kullanılan en yaygın yöntem ise elektrod yöntemidir. Bu yöntemde elektrodların üzerindeki elektrik akımı ölçülerek suyun iletkenliği hesaplanır. Fakat bu elektrodlar kullanıldıkça tuzlu suyun etkisi ve bu işlemin aynı zamanda bir elektroliz olması nedeniyle aşınıp yıpranmaktadır. Bu yüzden de bu yöntemle yanlış değerler elde edilebilmektedir. Bu aşınmayı engellemenin en pratik yolu elektrodların platinle kaplanması ya da platin elektrodlar kullanılmasıdır. Ancak platinin hem pahalı olması  hem de tuzlu suyun etkisiyle meydana gelen kimyasal kirlenme dolayısıyla belli bir süreden sonra yanlış değerler gösterebilmesi nedeniyle başka metodlar araştırdık. Günümüzde üniversitelerde (Örneğin; Karlsruhe Üniversitesi, Almanya) hâlâ araştırma konusu olan tuzlu sudaki iletkenliğin elektrodları kullanmadan nasıl ölçülebileceği konusunu bulduk. Bu araştırmalar sürecinde daha önce bu amaçla denenmiş fakat tam olarak istenen sonuç alınamamış deneyleri inceledik. ^[2] Bu incelemeden sonra sarım sayıları farklı bobinlerle yapılan deneyi geliştirmeye çalışıp daha doğru sonuçları (doğrusal bir grafik) elde etmeye çalıştık. Bu bobinler ‘ferrid’ denilen karbon ve demir bileşiminin preslenmesiyle elde edilmiş maddelere sarılarak yapılmıştır. Bu bobinleri bakır tel ile 140 ve 200 sarım sayısı olacak biçimde, şekildeki gibi sararak ve bu iki farklı sarım sayısına sahip bobinleri dikey olarak sabitleyerek bir deney düzeneği oluşturduk.

Şekil 3: Bobinler

Şekil 4: Bobinlerin oluşturduğu Manyetik Alan Çizgileri

İlk önce eşit gerilim verdiğimiz saf su ve 1 Molarlık tuzlu suyun hangi frekansta en büyük gerilim farkına sahip olduğunu tespit ettik. 3000 Hz’de en yüksek gerilim farkını bulduk. Ama frekansı 3000 Hz’de sabit tutup, farklı moleritedeki tuzlu sularda ölçümler yaptığımızda gerilim farkının istediğimiz kadar yüksek olmadığını farkettik. Daha düşük frekanslarda (800 Hz gibi) gerilimlerin nasıl değiştiğine baktık ve 800 Hz’in daha verimli olduğunu görüp bu frekansta karar kıldık.

 
Vereceğimiz frekansı belirledikden sonra bobinleri yere dik olarak yerleştirdik ve frekans jenaratöründe ilk (primer) bobine giden gerilimi 2,5 V’ta ve frekansı 800 Hz’de sabitleyip, farklı derişimlerdeki tuzlu sularda ikinci (sekunder) bobinde oluşan gerilimi osiloskop yardımıyla ölçtük. Daha sonra frekans jenaratöründen hep 2,5 V ve 800 Hz frekans verip, bobinlerin dikey olarak yerleştirdiğimiz düzenekte belli molardaki 100 ml tuzlu sularla deneylere başladık. İkinci bobinden gelen akımları osiloskop yardımıyla okuduk. Ulaştığımız değerleri grafiğe yansıttığımızda ise logaritmik bir grafik elde ettik. Fakat bu ölçümün sınır değeri yaklaşık olarak 0,02 Molar’da kaldığı için aradaki manyetik alanı arttırmayı planladık. Bunun için bu bobinleri yere dikey olarak sabitlemek yerine yatay olarak sabitledik. Yatay olarak sabitlediğimiz bobinlerle yaptığımız ölçümlerde manyetik alanın  arttığını ve sınır değerinin 0,002 Molar’a kadar indiğini gördük. Yaptığımız ölçümlerin sağlıklı olabilmesi için hazırladığımız farklı molar değerlerine sahip tuzlu su çözeltilerini bir ‘Magnet Karıştırıcı’ yardımıyla eşit sürede (iki dakika) karıştırdık ve osiloskoptaki değerleri okurken bütün çözeltiler için iki dakika bekledik. Fakat denizde yapılacak ölçümler için karıştırma süresine ihtiyaç yoktur; ölçümü yapabilmek için iki dakikalık bir bekleme süresi yeterlidir. Osiloskopta okunabilen ve bizim ölçümlerimizi etkileyebilecek olan radyo dalgalarını engellemek için ise Faraday kafesli anten kablosu kullandık. Oluşan değerlerle sinüs fonksiyonu şeklindeki grafik elde ediyorduk; ama işlemcimiz bu grafikleri okuyamadığı için ve gereken düz akımı alternatif akımdan elde edebilmek için 4 adet diyod kullandık.

B-) Fosfat Oranın Ölçümü:
Sudaki en önemli besi elementleri azot ve fosfattır. Bitkisel üretim ve besin zincirlerinin normal dengesi, besi elementlerinin miktarına bağlıdır ve onlarla sınırlıdır. Bu maddelerin normalden fazla olması dengeyi bozar. Sonuç olarak tüketilmesi kolay olmayan Mavi-Yeşil Algler’in birdenbire çoğalmasına yol açar. Bu nedenle su bulanıklaşır, çözünmüş oksijen oranı ciddi miktarlarda düşer. Sudaki fosfat oranı aşırı derecede artacak olursa, denizlerde şekildeki gibi bir besin döngüsü ortaya çıkacaktır.^[3]

Şekil 5: Aşırı Fosfat ve Azot döngüsü

Fosfat, denizdeki bitkiler için önemli bir besin kaynağıdır; ama aynı zamanda canlılara ve suda yaşayan hayvanlara dolaylı yoldan zarar verdiği için bir kirlilik göstergesidir. Sudaki fosfat, su bitkilerinin çoğalmasına, sudaki oksijenin tükenmesine ve hayvanların ölümüne neden olur. Fosfat denize sadece kendi doğal döngüsüyle değil, aynı zamanda atık sularla da gelir. Günümüzde kullanılan deterjanların belli miktarlarda fosfat içermesi ve bu kullanılan suların daha sonra atık su olarak denize dökülmesi de denizde kirlenmeye, birçok canlı ve hayvanın ölümüne yol açar. Biz de denizdeki kirliliğin büyük göstergesi olan fosfatı ölçebilmek için birçok farklı yöntem bulduk. Ama bizim için önemli olan bu yöntemlerden hangisinin bizim işlemcimiz tarafından, otomatik bir biçimde, en iyi olarak gerçekleştirilebileceğiydi. Biz de fotometrik yöntemi seçtik ve kendimize preslenmiş bir kauçuk küp aldık ve bu preslenmiş kauçuk küpün içini, matkapla, 11 ml boşluk olacak biçimde deldik. Daha sonra bu kauçuk küpün iki yanına, sensörler girecek şekilde ufak delikler açtık. Kauçuk küpü hazırladıktan sonra fosfat tayini için gerekli olan reaktifleri hazırladık.^[4] Bu reaktifler şunlardır:

 
1) Amonyum Molibdat Çözeltisi: 15 gr’ı 500 ml saf suda çözünür.

RS Güvenlik Kuralları:R 22, 36/37/38 S 26, 36

Yoğunluk:2,5g/cm³

Molekül Ağırlığı:1235,86 g/mol

Sudaki Çözünürlüğü: 20^oC da 400 g/l

 
2) Sülfirik Asit Çözeltisi: 140 ml H₂SO₄ 900 ml saf suda çözülerek hazırlanır.

RS Güvenlik Kuralları: R 35 S 26, 30, 45

Molekül Ağırlığı: 98,08 g/mol

Yoğunluk: 1,84 g/cm³

Sudaki Çözünürlüğü: Bütün oranlarda karıştırılabilir.

 
3) Askorbik Asit Çözeltisi: 27 gr’ı 50 ml saf suda çözülür.

RS Güvenlik Kuralları:Yok

Molekül Ağırlığı:176,13 g/mol

Yoğunluk:1,65 g/cm³

Sudaki Çözünürlüğü: 20^oC da 330 g/l

 
4) Potasyum Antimuan Tartarat Çözeltisi: 0,34 gr’ı 250 ml saf suda çözülerek hazırlanır.

RS Güvenlik Kuralları: R 20/22/51/53 S 61

Moleküler Ağırlık: 333,93 g/mol

Yoğunluk: 2,607 g/cm³

Sudaki Çözünürlüğü: 20^oC da 35 g/l

Ölçümlerimizi yapabilmemiz için gereken standart fosfat çözeltisi ise şu şekilde hazırlanır:

0,816 gr KH₂PO₄ bir miktar saf suda çözülür ve saf su ile 1 litreye tamamlanır.

RS Güvenlik Kuralları: S 24/25

Molekül Ağırlığı: 136,09 g/mol

Yoğunluk: 2,340 g/cm³

Sudaki Çözünürlüğü: 220 g/l

 
Kullanılacak örnek sayısına göre reaktif karışımı şöyle olmalıdır:

Amonyum Molibdat çözeltisi:                                   10cc

Sülfirik Asit çözeltisi:                                                25cc

Askorbik Asit çözeltisi:                                             10cc

Potasyum Antimuan Tartarat çöz:                             5cc

                                                           Toplam:           50cc

 
1 ml lik reaktif karışımına 10 cc’lik fosfat içeren karışım ekleyerek, reaksiyona soktuğumuzda fosfat oranına göre farklı tonlarda mavi renkler elde ettik. Reaktifleri ilk önce kauçuk küpte denemek yerine becherglaslarda denedik ve sensörlerle okuduğumuz değerler gayet iyi çıktı. Daha sonra bu işlemi kauçuk küpte deneyince de aynı değerleri elde ettik. Ancak ulaştığımız değerlerin alt ve üst sınırları vardı. Bu sınırlar: 0,5 mg- 5,5 mg arasıdır.

 
C-) Sıcaklık Ölçümü:
Sıcaklık deniz suyunun değişmez ve önemli bir özelliğidir. Denizlerde görülen bir çok fiziksel ve kimyasal olayın sıcaklıkla yakından ilgisi vardır. Su ortamında sıcaklık değişimini etkileyen temel faktörler güneş radyasyonu ve atmosferle olan ısı alışverişleridir. Atmosferle ısı alışverişinin etkili olduğu yüzey tabakaları dışındaki suların ısısı, hiçbir şekilde hissedilir derecede değişmez. Sıcaklık, termometre kullanılarak ya da  digital pH-Metre, digital multimetreler ile birlikte bulunan sıcaklık sensörleri vasıtasıyla kolaylıkla kaydedilebilir. Suyun sıcaklığını ölçebilmek için herhangi bir kap kullanamazdık. Çünkü elde edeceğimiz değerlerde kabın kendi sıcaklığı da etkili olacaktı. Bu yuzden sensörümüzü suya direkt olarak temas etmesini sağladık. Biz projemiz için birkaç sensör denedik ve bir gerilim yükselticiye ihtiyaç duymadığı için LM35DZ’de karar kıldık.

LM35DZ, entegre ve kapalı devre hâlindedir. Bu sensörün çıkış voltajı ile sıcaklık (°C) arasında doğru bir orantı vardır. Bu sensörün çalışabilmesi için 4 ila 30 V’luk bir gerilime ihtiyaç vardır. Bu sensörde yaklaşık %0,5 °C lik bir hata payı vardır ve bu sensör ölçümlerini –55 °C ile +155 °C arasında gerçekleştirebilir. LM35DZ sıcaklık sensörü daha güvenilir olmasının dışında, ortamın sıcaklığı 1ºC arttığında 0,01V daha fazla gerilim vermesiyle, gerilim yükseltme ihtiyacını ortadan kaldırıyordu. Ancak bu sensör sabit bir devrede kullanılmak için üretilmişti. Bu yüzden bu sensörü kablolarla hareketli hâle ve sıcak silikonla su geçirmez hâle getirdik. Bir başka sorun ise sensörü doğru şekilde çalıştırabilmek ve sürekli kullanabilmek için sabit bir gerilime ihtiyaç duymamızdı. Bunu da bir adet Zenerdiyod (5,1V) ile bir Transistör (BC548) yardımıyla şekildeki devreyi kurduk:

Bu devre sayesinde voltajı 5,35 V’ta sabitledik ve ölçümlerimizi yaptık. Sensörden  farklı sıcaklıklarda çıkan gerilimlerle oluşturduğumuz fonksiyon ise şöyledir: T = 100 x V - -336. Örneğin: Sensörden çıkan gerilim 7 ºC’de 3,43 V oldu. Yapılan her dijital ölçümde olduğu gibi bu sıcaklık ölçümünde de bir hata payı bulunmaktadır. Bu hata payı ±0,5 ºC’dir. Sensörün devresi aşağıdaki gibidir:

Bu Projede Kullandığımız Bazı Elektronik Parçalar ve Özellikleri

Fototransistör:

BPW77N, metal kılıf içinde, yüksek çözünürlüklü bir NPN fototransistördür. Üstünde bulunan lens sayesinde ± 10^o’lik bir görüş açısına sahiptir. Özellikleri:

-          Maksimum kollektör-emiter arası gerilim: 70 Volt

-          Maksimum kollektör-base arası gerilim: 80 Volt

-          Maksimum emiter-base arası gerilim: 5 Volt

-          Maksimum kollektör akımı: 100 mA

-          Maksimum toplam güç dağılımı: 250 mW

-          Saklama sıcaklık aralığı: –55^oC-125^oC

LED: 7000 mcd’dir.

Transistör:

BC548 genel kullanım amaçlı bir NPN transistördür. Özellikleri:

-          –55^oC-155^oC arası depolama sıcaklığı

-          Maksimum kollektör-emiter ve kollektör-base arası gerilim: 30 Volt

-          Maksimum emiter-base arası gerilim: 5 Volt

-          Maksimum kollektör akımı 500 mA

HAMEG HM303-6, 35 MHz’lik bir osiloskoptur. Özellikleri:

-          1 mV/cm ile 20 V/cm arasında değiştirilebilir katsayılı iki kanal

-          0,2 s-100 ns/cm’lik zaman tabanı (X büyütmesiyle 10 ns/cm)

-          0-50 Mhz arasındaki sinyallerin en üst ve en alt noktalarını 5mm ye kadar işaretleme

-          Analog kullanımda 5*10⁵ Gösterim/saniye’ye kadar çıkabilen sinyal çözünürlüğü 

-          Verilebilecek en yüksek gerilim: 400 V

-          Maksimum giriş İmpedans’ı: 1 MΩ

-          5 mV/cm ile 20V/cm arasındaki sapma oranı % ±3

-          1 mV/cm ile 2mV/cm arasındaki sapma oranı % ±5

Leybold RC – Osilatör – 522 57

-          10 Hz’den 1 MHz’e kadar frekans aralığı

-          Birimlere bağlı kalmadan 5 farklı birimde frekans ayarı

-          Sinyal çıkışı değiştirilebilir

-          Sinüs 1/100 – 10 V_s

-          Kareli 1/10 – 10 V_s

-          Verim çıkışı sinus 0-4 V_f

-          Maksimum 4 W

-          4 basamak 7 segment gösterge

SONUÇLAR VE TARTIŞMA:

Yaptığımız deneyler ve bunların sonucunda elde ettiğimiz grafik ve verilerle, istediğimiz parametreleri herhangi bir akademisyenden veya büyük laboratuvarlardan yardım almaksızın, basit ve küçük sensörlerle, ucuz ve otomatik olarak doğru bir şekilde ölçebileceğimizi ispatladık.

Kullandığımız ‘Atmega32’ 8 bitlik mikrodenetleyici ile ölçüm hücremizle deniz arasındaki su alışverişini, reaktif aktarımını, istediğimiz parametrelerin ölçümünü ve bu ölçümlerin SD karta aktarımını başarıyla gerçekleştirdik. Daha kapasamlı veya daha gelişmiş işlemcilere gerek duyulmadığını da ortaya koyduk. Fakat daha kapsamlı ölçümler için daha gelişmiş bir işlemcinin yararlı olacağını da tahmin etmekteyiz. İşlemci üzerinde yaptığımız küçük değişiklik sayesinde istediğimiz doğruya en yakın değerlere ulaştık. Ölçümlerimizin hepsi gerilim ölçme özelliğinden kaynaklandığı için anakartın bu özelliğini doğruya en yakın şekilde ölçüm yapabilmesi için geliştirdik.( ±0,01V).

Sıcaklık ölçümünde istediğimiz doğrusal grafiği elde ettik. Kullandığımız sensöre eşit gerilim verirken ve izole ederken bir takım problemlerle karşılaştık. İzolasyonu silikonla yaparak,  eşit gerilimi de kurduğumuz küçük bir transistör devresiyle sağladık. Elde ettiğimiz grafik aşağıdaki gibidir:

Elde ettiğimiz bu grafikte 1 ^oC de 0,01 V’luk bir değişim olduğunu ve bu sayede doğru sonuca ulaştığımızı anladık.Yukarıdaki grafiğin fonksiyonunu mikrodenetleyicimize aktararak ölçme işlemimizin otomatik olarak yapılmasını sağladık.

İletkenlik ölçümünü araştırırken, 140 ve 200 sarım sayılı bobinlerle yaptığımız deneylerde elde ettiğimiz gerilimler ile molariteler arasındaki ilişki şöyledir: 0,9 ile 0,1 ve 0,09 ile 0,01 molaritedeki tuzlu sulardan elde ettiğimiz grafikler kendi aralarında doğrusaldır. Ancak bütün  değerleri tek grafiğe yansıttığımızda logaritmik bir denklem elde ettik. Bu grafiği doğrusal hâle getirmek için ise henüz bir çözüm bulamadık.Ayrıca radyo dalgalarını engellemek için Faraday kafesli anten  kablolarından  kullandık. Bu fonksiyonu mikrodenetleyiciye vererek otomatik olarak ölçmeyi sağladık.

Deniz tuzlarımn tek tek hesaplanabilmesi için aşağıdaki modeli kullandık³ ve bu modele göre mikrodenetleyiciye hesaplattırdık. Böylece iletkenliğini ölçebileceğimiz bir deniz suyunun bütün tuzlarını tek tek hesaplayabildik.^[5]

Klorid:  % 55              Natriyum: % 30,6       Kalyum: % 1,1

Sülfat: % 7,7              Kalsiyum: % 1,2         Magnezyum: % 3,7    Diğer Maddeler: % 0,7

Şekil 8: Deniz tuzları modeli

Fosfat ölçümü için gereken sensörleri kauçuktan oluşan ölçüm hücremize yerleştirip, deniz suyunu ve reaktifleri pompalar yardımıyla aktardık. 1 ml reaktif eklediğimiz 10 cc’lik deniz suyunu reaksiyona sokarak farklı tonlarda mavi renkler elde ettik ve bu renkleri sensörlerimiz sayesinde okutarak Gerilim-Fosfat grafiği elde ettik. Daha sonra bu elde ettiğimiz grafiğin fonksiyonunu mikrodenetleyicimize aktararak, otomatik bir ölçüm yapılmasını başarıyla sağladık.Ancak belli bir molaritenin üzerindeki değerleri ölçüm hücremizden kaynaklandığını düşündüğümüz bir hata yüzünden grafiğimizin doğrusallığı bozulmaktadır. Eğer ölçüm hücresinindeki problemi çözersek bu problemin de ortadan kalkacağını düşünmekteyiz.Yaptığımız  deneyler sonucunda elde ettiğimiz Çözünmüş Fosfat Oranı-Gerilim grafiği ise şöyledir:

KAYNAKÇA:

[1]: ATmega32 kullanım kılavuzu, ‘C Programmieren von Anfang an’ (Helmut Erlenkötter)

[2]: Jacob Lahr’ın semineri

[3]: İlham Artüz Deniz Bilimleri Laboratuvarı Deney Föyleri (Doç.Dr. Fatma YONSEL

Arş.Gör. Ceren Bilgin)

[4]: Reaksiyon fasikülleri Hıfzıssıhha Su Enstitüsünden alınmıştır.

[5]: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Sea_salt-d_hg.png

 
Aşağıdaki kısım projemizde ve raporumuzda 16 Şubat-18 Nisan 2007 arası geliştirme amaçlı değişiklik ve eklemeleri içermektedir:
 
A)
İletkenlik ölçümümüzün açıklamasına bazı eklemeler: Az sarım sayılı bobine (n=140) verdiğimiz akım ‘Toroid’ in içinde manyetiksel alan oluşturmaz; manyetik alan %99 oranında toroid’in yüzeyini takip etmektedir.Bu manyetik alan ‘Sağ el’ kuralına göre aşağı doğru elektriksel alan oluşturmaktadır.Bu elektriksel alan çizgilerine yakalanan iyonlar aşağı doğru ivmelenmektedir. Bu ivmelenme sonucunda yine ‘Sağ el’ kuralına göre manyetik alan ve indüksiyon akımı oluşmaktadır.

B)

İletkenlik ölçümünde kullandığımız bazı hesaplamalar:

İyonlar üzerine etkiyen kuvvetler ( Örnek:Na⁺) üç tanedir:

a) Yer çekimi kuvveti

b) Elektriksel kuvvet

c) Kaldırma kuvveti

(Diğer kuvvetler göz ardı edilmiştir.)

a) Yer  Çekimi Kuvveti:

Na iyonun atom  kütlesi=23u=23,1,6. 10^-27 g.Böylece oluşan kuvvet:

F= G*m_{Na *} M_Dünya/ ^r2_dünya     ve G= 6,67. 10^-11      m³/kg*s²  , m_Dünya=5,976 . 10²⁴ kg ve r_Dünya=6367 km

Hesapladığımız Yer Çekimi kuvveti: F = 3,62.10^-19 N

b) Elektriksel Kuvvet:

İnduktivite ve manyetik akının değerlerinin yaklaşık olarak hesaplanması: http://www.elektro.de/lexikon .php?article=Toroidspule adresinden bir Toroid in öz induksiyonunu hesaplayabilmek için aşağıdaki formülü bulduk:                      

 L = n² . µ_{0 .}µ_r .b * (R/(r*2*pi)   ve µ_{0 =} 1, 266. 10 ^–6  (V*s/A*m)                

µ_r  yaklaşık 3000 (http://bibliothek.fzk.de/zb/berichte/FZKA7175.pdf) b= 8 mm; r= 7mm

R= 13 mm ve n= 140.

Böylece öz induktivitesi L = 0,059 H.

Manyetik akıyı şu formüllere göre hesapladığımızda:

H = n*I/(2*pi*r)   ve  B =  µ_0*µ_r*H

Bizim kullandığımız bobinin direnci 3 Ohm ve maximum gerilimi 2,5 V’ tur. Buna göre maksimum akım yaklaşık 0,83 A ve manyetik akı 7,02 T ‘ dır. Fakat bu manyetik Akı yalnızca ‘Ferrid çekirdeğin’ içindedir ve 0 ila 7,02 T arasındadır. 

2. Maxwell kanununa göre oluşan değişken manyetik alan bir elektriksel alanın ortaya çıkmasını sağlar.                          U_{i =} -n*A*(dB/dt) = -L*(dI/dt)

Bu elektriksel alan Toroid’in  içinde E = U/dnin oluştuğunu gösterir ve bu şu şekilde hesaplanır:

E*d= U = -n . A . (dB/dt)

Manyetik akının oluşma nedeni bobindeki akımdır ve değerleri 800 Hz lik bir frekansta sinüs formunda değişmektedir.

Böylece E (harmonik olarak) 0 ila 0,31 V/m arasında değişir.
Natriyum iyonunu etkileyen elektriksel kuvvet:

F= q . E dir ve buna göre 0 ila 4,94.10^-20 N arasında harmonik olarak değişmektedir.

c) Kaldırma kuvveti:

F_k= rho. G . V => rho = Tuzlu suyun yoğunluğu= 1,02 g/cm³, g= 9,81 m/s²
 

V= İyonun hacmi=  4  .pi.r³ ve r=98 pm (http://www.uniterra.de/rutherford/)

                                 3

V=3,94 . 10^-30 m ve F_A= 3,94 . 10^-26 N

 
C)
Raporumuzun 2. sayfasında da belirtildiği gibi su dağıtımını ilk olarak 5 pompayla denedik. Ancak yapım aşamasında bu sistemin hem çok yer kaplaması hem de çok ağır olmasından dolayı sistemimizi değiştirdik. Bu sistem için 2 adet ‘Servo motor’ ve 2 adet ventil kullandık.Böylece su ve kimyasal aktarımını hem daha kolay hem de daha hafif bir malzemeyle gerçekleştirdik.Yeni sistemimiz şekildeki gibidir:  

Şekil 10: Otomatik su yolları

Kullandığımız ‘Servo Motor’ların özellikleri şunlardır:

Kontrol Sistemi: 1500 mikrosaniyelik sinyallerle kontrol edilir.
Required Pulse: 3-5 Volt Peak to Peak Square Wave
Çalışma Gerilimi: 4.8-6.0 V
Çalışma hızı (4.8V): 0.19s/60°
Çalışma hızı (6.0V): 0.15s/60°
Tork (4.8V): 3.0 kg/cm
Tork (6.0V): 3.7 kg/cm
Akım (4.8V): 7.4mA dururken 160 mA çalışırken
Akım (6.0V): 7.7mA dururken 180 mA çalışırken
Max. Çalışma açısı: 180^o
Ağırlığı : 43g