Kriyojenik soğutma için önerileriniz ( 50 kelvin -220 C )

Mrb Main_loop.
Hafta içi çok yoğun olduğum için mesajınıza cevap veremedim. Aslında çok ısrarcı olunca kafamda soru işaretleri oluştu. Daha detaylı bir araştırmaya giriştim.
Öncelikle TC ile kriyojenik bölgede uzun dönemli ölçümler yapamazsınız. Her ne kadar datasheet ve application notlarında kullanılabilir olduğu belirtilmiş olsada bunlar tamamıyla kısa dönemli ölçümlerdir. Uzun dönemli ölçümlerde TC'ler yapılarında oluşan değişimler hatalarını artırmaktadır. Bir müddet sonra ölçüm aralıklarında değişimler olmaktadır. Özellikle kriyojenik bölge malzemenin yapısı üzerinde metalurjik değişikliklere neden olmaktadır. Bu değişikliği bağlı olarak ölçümsel hatalar artmakta ve daha ciddi sorunlar vermektedir. Sizin gönderdiğiniz dosyadaki şekil-2'ye bakarsanız hata oranında minimum değer -50 derecedir. Kriyojenik bölgenin değeri yoktur.
Şöyle izah edeyim: Eğer yaptığınız ölçümde cihazınızın veya kullandığınız ara elemanın kalibrasyonu ölçüm anında bozuluyorsa ve hata değeriniz artıyorsa aldığınız sonuçlar gerçekçi olmayacaktır. Buda ölçüm yapamamanız anlamına gelir. Sonuçta bu cihazlar ve ara elemanlar sıcaklık ölçümü yapmak amacıyla kullanıldığından göstergede bir değer okuyacaksınız. Ancak önemli olan okuyacağınız değerin doğruluğudur.
Yukarıda dediğim gibi kafamda soru işaretleri oluştu. Bende bu alanda çalışan 7 araştırmacıya mail attım. ikisinden dönüş oldu. Onlarda kesinlikle TC ile yapılacak ölçümlerde ciddi hata oranları ile karşılaşılacağını ve bu sıcaklıklarda klasik TC ile ölçüm yapılamıyacağını belirttiler. En uygun ölçümün silikon diod sensörlerle olacağını yazmışlar. Özellikle kriyojenik diot sensorelr ile ölçüm yapıyorlarmış. Bende dedikleri diyotları biraz araştırdım. Fiyatları 200 Euro . Ve bu bölgedeki ölçümler için en ideal ölçüm sistemleri bunlar. Ayrıca diyotu araştırdım. O sensörle ilgili makalede buldum. Hata oranı düşük. Hassasiyeti yüksek. Kriyojenik bölgeye dayanıklı bir malzemeden yapılmış.
Yani özet olarak: Soğuk bölgede ( sonlarına doğru) ve kriyojenik bölgede TC ile ölçüm yapmak bana göre uygun değil. Yinede siz bilirsiniz. Kullanan arkadaşlar olursa; sonuçlarını burada paylaşırlarsa benim içinde faydalı olur.

Mrb Serkan Bey.
Kriyojenik bölge ile ilgili bi kaç çalışmayı inceledim. Çalışmalarda genelde helyum gazı kullanılmış. Bu alan için en uygunu bu gibi görünüyor. Ayrıca direk katı malzemeyi kriyojenik bölgeye indirecekseniz Lazer ile sogutmada hassasiyeti ve malzeme içerisinde homojen bi dağılım için ideal gibi görünüyor. Ancak Lazer ile sogutmanın iletkenin iç yapısında olumsuz bir değişime neden olup- olmayacağınında araştırılması gerekiyor. Eğer lazer ile soğutma düşünülürse en uygun sıcaklık ölçümüde yüksek hassasiyetli optik sıcaklık ölçerler olabilir. Okuduğum makaleyi bulamadım ; ancak 2 yıl önce en düşük sıcaklık -273,06 dereceydi. bu sıcaklığa lazer soğutma ile inilmişti. Ölçüm yöntemi ise dediğim gibi optik sıcaklık ölçerdi.
Termoelektrik modül ile yapılan kriyojenik sogutma var. O tür sistemlerde de gördüğüm en düşük -180 derece . Ancak şu anda piyasada satılan modüller değil. Kullanılan p ve n elemanları yeni üretilmiş. ve test sonuçlarını yayınlamışlar. yanı aynı malzemeleri sizinde üretim kullanmanız lazım. Zaten o malzemeyi üretim kullanılabilir hale getirmek hem daha uzun bir zaman hemde daha fazla bir maliyet demek.
Ayrıca Manyetik sogutma ilede düşük sıcaklıklara inilebilmektedir. Ondaki en büyük problemde manyetik malzemeyi bulmak. Türkiyede bu tür malzemeler yok. Zaten bu sistemde sadece Ankara üniversitesinde var.
Özet olarak: size en uygun sistem yine gazla yapılan soğutma gibi görünüyor. Yinede karar sizin. yardımcı olacabileceğim bişey olursa yardım etmeye çalışırım. (Pazar akşamına kadar yokum)
İyi çalışmalar..

serkan_48' Alıntı:

Bu konuda soğutma tekniği hakkında bilgi için açmıştım ama soğutmayıda ölçümlemem lazım. - 50°C ile -200°C kadar normal pt1000 gibi sensörlerle ölçebiliyoruz. Ancak daha altı için bu sensörler yeterli değil yada ölçse bile sağlıklı sonuç vermiyor olabilir. Datasheetlerinde bu sıcaklıkların altı yok.

Düşük sıcaklıkları diyotlarla ölçümlüyorlar. Galyum alüminyum arsenik diyotlar var. Gerçi farklı firmaların farklı sensör tipleri var. Benim örnek aldığım sensör yukarıda bahsettiğim ,

TG-120-SD model sensör 1.4°K ile 500°K arası ölçüyor. °C dereceye dönüştürürsem - 271°C ile +226°C arasında ölçüm yapabiliyor.

Sensörün datasheetini ekte bulabilirsiniz. İnceleyebilirsiniz. Sensörlerin resmi aşağıdaki gibi.

Genişletmek için tıkla ...

@deltas

Sensörler konusunda bende araştırma yaptım. Yukarıdaki mesajımda göreceğiniz gibi. En sağlıklı ölçüm için yarı iletken diyotlar kullanıldığını öğrendim. Bu sensörleri temin etsek bile bu sensörleri bağlayabileceğimiz bir ölçü aletide gerekecek. Termokupl olsa üzerriği voltajı okuyarak voltaj sıcaklık grafiğinden hangi sıcaklıkta olduğunu hesaplayabiliriz. PTC veya NTC olsa üzerinden sabit bir akım geçirip üzerinde düşen voltajdan bulunduğu sıcaklığı hesap edebiliriz. Ancak bu yarı iletkenler ile sıcaklığı nasıl ölçebilirim bilmiyorum.

Soğutma tekniği konusunda yine önceki mesajlarımda helyum kullanmaktan bahsetmiştim. Ancak helyum soğutma ile ilgili bir kaç eksikliğim var. Bir işin güvenliği helyum yanıcı bir element. ayrıca sistemi kaskatmı yapmak lazım yoksa tek kademe soğutma çevrimi yetermi olacakmı bilmiyorum. Biraz araştırmama rağmen helyumun basınç sıcaklık tablosunu bulamadım. Helyumu -260 -270 derecede buharlaştırabilmem için gereken basıncı hesaplamam lazım. Daha sonra bu değer için gereken basınç farkını bulup buna göre kompresör bulacağım.

Bir diğer sorun kompresör sorunu kompresörde malum piston ve yataklarda yağlama yapılması. Helyumun hangi yağla tepkimeye girmediğini bilmiyorum. Mineral mi sentetikmi madenimi yağ olmalı yada daha farklı bir yağmı kullanılmalı bilmiyorum. Ayrıca helyum metaller için aşındırıcımı bunuda bilmiyorum. Demir çelik bakır alüminyum ve gümüşle tepkimeye girmemeli. Çünkü soğutma çevriminde bu metallerle temas halinde bulunacak.

Yani daha araştırıp öğrenmem gereken bir çok şey var.

Sağolun sizler sayesinde de bu teknikler hakkında detaylı bilgiler ediniyorum.

Peltier konusunu da detaylı okudum. Getirttiğim peltierlerle -250 civarına bile inemeyeceğimi dşünüyorum. Özel peltierler olduğunu gördüm.

Manyetik soğutma ve lazer soğutma konusunda çok az bilgi var.

Manyetik soğutma tekniği araştırma ve geliştirme durumunda olduğu için soğuyan malzemenin tam ne olduğu açık söylenmiyor. Söylediğiniz gibi piyasada bulunmuyor.

Açıkçası lazer soğutma tekniğini çok az duydum. Biraz araştırayım.

Teşekkürler.

asof544' Alıntı:

Fiyatları ne kadar tuttu ?
İyi çalışmalar.

Genişletmek için tıkla ...

@asof544

Selam dostum mesajını cevaplayacaktım yoğunluktan atlamışım. 5 adet özelliklerini belirttiğim peltierleri 11 $ gibi bir fiyata getirtiyorum. Tanesi 2$ gibi bir fiyata yani 6 TL gibi bir fiyat civarında.

@serkan_48,
Helyum yanıcı değil diye biliyorum.
Hatta soy gaz. Herhangi bir element ile kolay kolay tepkimeye girmez.
Güvenlik nedeniyle zeplinlerde hidrojen yerine helyum kullanılmıyor mu?.

Diyot ile sıcaklık ölçmek için sabit akım kaynağı kullanılabilir. 1 mA veya x uA akım geçerken diyot üzerinde kalan gerilime bakılır.
Başka bir konuda da bahsetmiştim. Modern mcu lar üzerinde sabit akım kaynak amaçlı modüller de oluyor. Akım aralığı uygun olursa kullanılabilir.

Pardon hidrojenle karıştırmışım. Hidrojen yanıcı parlayıcıdır.

Helyum olabilir nitrojen olabilir. Aslında kompresör firmaları ile bir iletişime geçip yağlarının helyum ile çalışıp çalışamayacağını öğrenmek lazım. Birde asıl araştırmam gereken kullanacağım gazın basınç sıcaklık değerleri. buna göre kompresör Dp si çıkacak.

Diyot direnç gibi üzerinden sabit akım geçirdiğimizde minimum 0.7 volt iletim için üzerinde düşer ama sıcaklıkla bu değer değişim gösterirmi bunu bilmiyorum. Aslında yukarıdaki linkini verdiğim sensörün dökümanında bazı bilgiler var ama çok detaylı kafa yormadım. Ağırlıklı soğutma çevrimine kafa yorduğum için.

Aslında arkadaşım - 200 ün altına insek yeter demişti. Ben hedef olarak mutlak sıfır noktasını aldım ama inemesem bile -200 lere inmek benim için yeterli.

Birde soğutacağım alan çok büyük değil. Bir kibrit kutusu kadar alanı soğutsam yeterli. Nihayetinde örnek malzeme bir yarıiletken v.s. çok büyük malzeme değil.

Mrb Serkan Bey.
Dönem sonu. Çok aşırı yoğunum. Şubat ayından sonra size detaylı bir araştırma yapıp. Bilgi verebilirim. Örnek uygulamalar okuldaki bilgisayarımda kaldı. mail adresi verirseniz , size yollarım. Ama daha detaylı bi araştırma yapsam iyi olur. Fazla maliyet çıkmasın.
İyi çalışmalar..

@deltas

Acelesi yok bende araştırma ve bilgi toplama sürecindeyim. Bu bilgiler çerçevesinde inşallah bir çözüme ulaşırım. Sizinde vaktiniz olursa bu topikten devam ederiz. Şubat ayı geldiğinde duruma göre hareket ederiz. Mail adresimi ileteceğim.

Teşekkürler.

Mesajınızda helyum özelliklerini istemişssiniz. Coolpack software . Bu programda akışkanın özellikleri vardır. O programda bulamazsanız ; Peng-Robinson, helmholtz,Benedict-Webb Rubin veya martin-hou hal denklemlerinden biriyle çözebilirsiniz. (helyum için hangisi geçerli bilmiyorum).

Evet coolpack yazılımını biliyorum iş bilgisayarımda vardı. Biraz inceleyeyim.