Bilgisayar kontrollü termoelektrik modüllü terapi cihazı tasarımı (soğuk-sıcak) imalatı ve test edilmesi
Design, manufacture and testing of a computer controlled cold-hot therapy device with thermoelectric module
Yazar: CELİL YAVUZ
Danışman: DOÇ. DR. SEZAYİ YILMAZ
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu çalışmada, termoelektrik modülleri kullanarak, bilgisayar kontrollü soğuk-sıcak terapi işlemlerini gerçekleştiren bir medikal cihaz tasarlanarak imal edilmiştir. Bu medikal cihazda, (Terapi Cihazı) soğuk ve sıcak terapi işlemleri gerçekleştirilecektir. Soğuk ve sıcak terapilerin şekli, modüllerin kutuplarına uygulanan akım yönünün değişimi ile, sıcaklık basamakları ise modüllere uygulanan gerilim değerleri ile belirlenmektedir.  Terapi cihazında,  K tipi termokupullarla sıcaklık ölçümlerinde ?AD595AQ? termokupul yükseltici entegresi, ölçüm sonuçlarına ait verilerin bilgisayara aktarılmasında ve sistemin otomatik kontrolü için ?PIC18F4550? mikrodenetleyici ve ?USB? portu kullanılmıştır. Ayrıca, sıcaklık verilerinin bilgisayar ortamında izlenebilmesi, kaydedilebilmesi ve terapi cihazının kontrol edilebilmesi amacıyla ?VisualBASIC? programlama dili ile bir kullanıcı arayüzü hazırlanmıştır. Terapi cihazında deneyler,  soğuk terapi uygulamasında 39 °C, sıcak terapide ise 29 °C sabit ortam sıcaklıklarında gerçekleştirilmiştir. Uygulanan terapi sıcaklıkları literatür ile uyumlu olacak şekilde,  sıcak terapi için 40 °C ile 45 °C, soğuk terapide ise 0 °C ile 15 °C değerleri arasında seçilmiştir. Bu sıcaklıklara ulaşabilmek için, değişik elektriksel güç ve soğutma suyu debi değerlerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçları tablolar şeklinde verilerek, deney parametrelerinin değişimleri grafiklerle açıklanmıştır. Deney sonuçları kullanılarak, termoelektrik modüllerin soğutma ve ısıtma performans katsayıları ile cihazın ısıl verim hesaplamaları yapılmıştır. Ayrıca, elde edilen sonuçlar için regresyon ve belirsizlik analizleri yapılmıştır. Çalışmada, istenen terapi sıcaklıklarının elde edilmesine yönelik yapılan deneyler sonunda, soğuk terapi için 75,85W?lık (8V) güç ve 200 g/d su debisi için yüzey sıcaklığı (TC) -0,1333 °C, sistemin soğutma verimi (?C) % 17,40, soğutma tesir katsayısı (COPC) 0,23 olarak belirlenmiştir. Sıcak terapide, en düşük 22,96 W?lık (3V) güç ve 100 g/d su debisi için yüzey sıcaklığı (TH) 45,82 °C, sistemin ısıtma verimi (?H) % 44,44, ısıtma tesir katsayısı (COPH) 1,62 olarak belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, a computer controlled cold-hot therapy device was designed and manufactured which employs thermoelectric modules. This medical device will be used for cold and hot therapy procedures. Cold or hot therapy will be switched by changing the direction of the current applied to the poles of the modules and the therapy temperature will be adjusted by changing the voltage. ?AD595AQ? thermocouple amplifier integrated circuit was used for the measurements made by K type thermocouples, and ?PIC18F4550? microcontroller and ?USB? port were used for the transferring the measurement results to the computer and automatic control of the system. Besides an interface was developed by ?VisualBASIC? to monitor and record the temperature data in the computer and also to control the therapy device. Experiments were conducted using at constant 39°C for the cold therapy and 29 °C for the hot therapy. Applied therapy temperatures were chosen between 40 °C and  45 °C for the hot therapy and 0 °C and 15 °C for the cold therapy which is consistent with the literature. Experiments were conducted at various electrical power and cooling water flow rate in order to obtain these temperatures. Experimental results were given in tables and the change of parameters were shown in graphs. Cooling and heating coefficients of performance values of the thermoelectric modules and also the thermal efficiency of the device were calculated by using the experimental results. Besides, regression and uncertainty analyses were done for the results. According to the test results of the experiments conducted to obain required therapy temperatures for cold therapy, the surface temperature (TC) was -0,133 °C, cooling efficiency of the system (?C) was 17,40 % and cooling performance coefficient (COPC) was 0,23 at 75,85W (8V) power and 200 g/min water flow rate. On the other hand,  for the hot therapy, the surface temperatures (TH) was 45,82 °C, heating efficiency of the system (?H) was 44,44 % and heating performance coefficient (COPH) was 1,62 at minimum 22,96 W (3V) power and 100 g/min water flow rate.