Mikro Düzeyde Akış Ölçen Sensör Tasarımı ve Uygulaması

Mikro Düzeyde Akış Ölçen Sensör Tasarımı ve Uygulaması

Gizem Aydemir
Yıldız Teknik Üniversitesi
İstanbul,Türkiye
aydemir.gizem@outlook.com

Tunahan Vatansever
Yıldız Teknik Üniversitesi
İstanbul,Türkiye
tunahanvatansever7@gmail.com

Ceren Tarar
Yıldız Teknik Üniversitesi
İstanbul,Türkiye
cerentarar@gmail.com

Hüseyin Üvet
Yıldız Teknik Üniversitesi
İstanbul,Türkiye
huvet@yıldız.edu.tr

Öz — Bu çalışma; mikro-akışkan sistemlerde lazer sensör ve manyetik levitasyonla akış ölçüm konseptini ortaya koymaktadır. Mikro-akışkan sistemlerin tasarlanabilmesinde, sistem içerisinde bulunan akışın modellenmesi ve fiziksel özelliklerinin tespiti büyük önem taşımaktadır. Sistem, kanal içerisinde levite halde bulunan mıknatısın, akışkanın hareketi ile birlikte pozisyon bilgisinin lazer sensör ile belirlenmesi esasına dayanır. Tabandaki pirolitik grafit üzerinde, kanal içerisinde yer alan mıknatısın halka mıknatıs (NdFeB) ile levitasyonu sağlanmıştır. Mıknatısın levitasyonunu sağlayan halka mıknatıs z ekseninde hareket edebilen mikro hareketli tabla ile kontrol edilmiştir. Levite halde bulunan mıknatısa farklı akış hızları uygulandığında pozisyonunda x ekseni doğrultusunda kaymalar olduğu gözlemlenmiştir. Lazer sensör aracılığıyla mıknatısta meydana gelen yer değiştirmeler tespit edilmiştir. FEM programı (COMSOL) aracılığıyla mikro mıknatısın akış ve manyetik alan etkisi altında basınç ve yerdeğiştirme miktarları multifizik kullanılarak tespit edilmiştir. Geliştirilen akış sensörü ile levistasyon esnasında akışkan ortamdaki mıknatısda meydana gelen kaymalar, C# programı ile lazer sensörden alınan verilerin numerik analiz yöntemiyle analiz edilmesiyle ortam içerisindeki akışın hızı tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler— mikroakış, mikroakış sensörü, sensör, manyetik levitaston, diyamanyetik levitasyon, pirolitik grafit.

  1. GİRİŞ

Manyetik kuvvetlerle levite edilen mikro robotlar, mikro-kanallar içerisinde hücre manipülasyonu gibi birçok kimyasal ve biyomedikal uygulamalar için özel bir yöntem olarak ortaya çıkmaktadır. [1] Özellikle son yıllarda giderek artan lab-on-a-chip teknolojileri, temelde mikro-kanal içinde akışı ve bu akış içindeki parçacıkların hareketini istenilen şekilde yönlendirme prensibine dayanmaktadır. Bu sebeple, mikro-akışkan sistemlerin etkin bir şekilde kontrolü büyük önem arz etmektedir. Mikro-akışkan platformlarının verimli bir şekilde tasarlanabilmesinde mikro kanal içerisindeki davranışların, fiziksel ve mekanik özelliklerinin modellenmesi kritik bir konudur. Mikro-kanallar içerisindeki akış hızı, vizkozite, yoğunluk gibi fiziksel büyüklüklerin ölçümü zorlu bir görevdir. Sınırlı geometriye sahip olan mikro-sistemler klasik yöntemleri geçersiz kılmaktadır. [2] Hilber ve ekibi diyamanyetik levitasyon ile mikroakışkan sistemlerde akışkanların yoğunluğunu ve viskozitesini ‘hall effect’ sensör vasıtasıyla ölçmüşlerdir. Çalışma; viskozite ve yoğunluk ile rezonans eğrisinin sönümleme faktörü arasındaki ilişkiyi inceleyip, bu ilişkiyi kullanarak ölçüm yapan bir cihaz tasarımı öne sürmektedir.[3] Lammermk ve ekibi termik anemometre prensiplerine dayanan bir mikro-akışkan akış sensörü geliştirmişlerdir. [4] Abadie ve ekibi diyamanyetik levitasyon ile pasif düşük frekanslı nano kuvvet sensörü tasarımında, pasif halde levite olan bir sismik kütlenin standart yay salınımı yaptığını gözlemlemiştir. Geliştirilen sistemde rijitlik, lineere çok yakın olduğu için giriş değerlerini değiştirerek kuvvetin ölçülebileceği görülmüştür.[5] Abadie ve ekibinin gözlemlemiş olduğu yay-kütle modeli bizim sistemimizde de gözlemlenmiştir. Literatür çalışmalarının geliştirdiği akış sensörleri akışın viskozitesi, yoğunluğu gibi özelliklerini bulmaya yöneliktir. Bizim çalışmamızda ise diyamanyetik levitasyon ile kanal içerisindeki akış hızı lazer takip kullanılarak tespit edilmiş olup mekanik temas olmadan ölçüm yapılmıştır. Kanal içerisinde bulunan mıknatısın hareketi, parçacığın kanal içerisindeki akış ve manyetik alan ile etkileşimi sonucu ortaya çıkmaktadır. Önerilen sistemde sensörün algıladığı akış laminer akış altında 100μl/dk ile 8000 μl/dk aralığındadır.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir