Design and realization of a temperature controlled



Yüklə 151,75 Kb.
Pdf görüntüsü
tarix05.05.2017
ölçüsü151,75 Kb.

5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS’09), 13-15 Mayıs 2009, Karabük, Türkiye 

© IATS’09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye 

SIÇANLAR İÇİN SICAKLIK KONTROLLÜ HİPOTERMİYA SİSTEMİNİN 

TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ 

 

DESIGN AND REALIZATION OF A TEMPERATURE CONTROLLED 

HYPOTHERMIA SYSTEM FOR RATS  

 

Hüseyin DEMİREL



a*

 



Karabük Üniversitesi Meslek Yüksekokulu, Karabük, Türkiye, E-posta: hdemirel@karabuk.edu.tr  

 

 



Özet 

 

Bu çalışmada, sıcaklığın ATmega 128 mikrodenetleyicisi ile 

kontrol edildiği bir sistem sıçanlar için tasarlanmıştır. Ancak 

bu sistem fareler içinde rahatlıkla kullanılabilir. Bu sistemde 

yeni  bir  teknolojiye  sahip  ATmega  128 mikro  denetleyicisi 

kullanılmıştır.  Bu  gelişmiş  mikrodenetleyicinin  sistem  için 

gerekli  olan  birçok  üstünlükleri  bulunmaktadır.  Sistem, 

anahtarlama  modlu  güç  kaynağı,  yeni  teknolojiye  sahip 

olan  sıcaklık  kontrolü,  termoelektrik  modül  ve  soğutma 

sistemi  olmak  üzere  dört  temel  bloktan  oluşmaktadır.  

Gerçekleştirilen  bu  sistem,  hipotermiyanın  tıpta  tedavi 

amaçlı  olarak  çok  yerde  kullanıldığı  gerçeğiyle  yola 

çıkılarak  öncelikle  sıçanlar  üzerinde  gerçekleştirilmiştir. 

Böylelikle  elde  edilen  pozitif  sonuçlar  insanlar  üzerinde 

beyin  travmalarında,  kan  kayıplarında,  bazı  ameliyatlarda 

ve  aşırı  yüksek  vücut  sıcaklığının  düşürülmesinde 

rahatlıkla güvenli bir şekilde kullanılabilecektir. Bu sistemin 

yaygınlaşmasıyla  birlikte  vücut  ısısını  düşürmek  için  veya 

kontrol  etmek  için  kullanılan  ilkel  yöntemlerden  zamanla 

vazgeçilecektir. 

 

Anahtar  Sözcükler:  Hipotermiya,  Sıcaklık  kontrolü, 

Termoelektrik modül, Soğutma sistemi 



 

Abstract 

 

In  this  study,  a  temperature  controlled  system  for  rats  is 

designed  using  ATmega 128 microcontroller.  This  system 

can  also  be  used  for  mouse  conveniently.  ATmega  128 

microcontroller  has  been  selected  especially  for  the 

system, which is relatively new technology. This advanced 

microcontroller  has  some  superior  properties  which  are 

vital  fort  he  design  of  the  system.  System  consists  of  4 

basic  building  blocks  that  are:  novel  temperature  control 

system,  switched  mode  power  supply,  thermoelectric 

cooling  module,  and  water  cooling  system.  Realized 

system, has the capability to induce hypothermia in rats for 

experimental 

purposes, 

regarding 

the 


fact 

that 


hypothermia treatment has a great medical value. So, the 

results  obtained  from  this  experimental  system  can  be 

applied  practically  and  safely  to  humans  to  prevent 

damages  from  brain  trauma,  bleeding  or  excessive  body 

temperatures in surgical operations. It is envisioned by the 

author that, this system will replace primitive methods used 

to lower body temperatures previously.  

 

Keywords: 

Hypothermia, 

Temperature 

Control, 

Thermoelectric module, Cooling System. 



 

 

1. Giriş 

 

Sıcaklığın  tedavi  amaçlı  düşürülmesine  hipotermiya  denir. 

Tıp  alanında  insanların  ve  hayvanların  vücut  sıcaklığının 

belli  bir  seviyeye  çekilmesi  ve  o  seviyede  sabit  tutulması 

en  önemli  ve  etkili  tedavi  süreçlerinden  birisidir.  Çünkü 

beyin 


travmalarında, 

kan 


kayıplarında 

ve 


bazı 

ameliyatlarda 

ve 

aşırı 


yüksek 

vücut 


sıcaklığının 

düşürülmesinde vücut sıcaklığının istenilen seviyede sabit 

tutulmasının  olumlu  sonuçları  inkâr  edilmeyecek  bir 

gerçektir.  Kazalarda  en  çok  beyin  travmaları  ve  bu 

travmalar  sonrası sakatlıklar  yer  almaktadır.  Bunun içindir 

ki,  Nörolojide  travma  sonrası  beyin  tedavi  ve  korunma 

yöntemleri 

üzerinde 

geniş 

çapta 


araştırmalar 

gerçekleştirilmektedir  [1-6].    Son  yıllarda  tüm  dünyada  ve 

çok  kısıtlı  olarak  ülkemizde  travma  sonrası  tedavide 

serebral  hipotermiya  kullanılmaktadır.  Hipotermiya  ve 

özellikle 

lokal 


serebral 

hipotermiya 

ile 

beynin 


korunabilmesinin  nedeni  beynin  sıcaklığı  20C  -30C 

dereceye  kadar  düşürüldüğünde  hiç  bir  komplikasyon 

oluşmaması  ve  beynin  bir  alt  fonksiyonel  rejime  geçerek 

travma  sonrası  ikinci  darbe  denilen  ölümcül  etkilerden 

korunmasıdır  [7-8].  Kazalardaki  ölümlerin  en  belirgin 

nedenlerinden  biri  de  kan  kayıplarıdır.  Kan  kaybı  sonucu 

insanlar tedavi göremeden hayatını kaybetmektedirler.  Bu 

nedenle  tıp  alanında  kan  kaybı  nedeniyle  oluşacak 

komplikasyonları 

önlemek 


için 

değişik 


çalışmalar 

yapılmaktadır. Bu çalışmalardan biri de beyine hipotermiya 

uygulamaktır. 

Günümüzde 

hipotermiyanın 

kan 


kayıplarında  bir  tedavi  yöntemi  olduğu  tıp  bilimince  kabul 

edilmektedir  [9-11].  Literatüre  göre  narkozla  ve  genel 

hipotermiya  ile  insanda  beyin  ve  rektum  sıcaklığı 

azalmaktadır.  Fakat  genel  hipotermiya  uygulanınca 

vücudun  sıcaklığı  +28  C  olsa  dahi  beyin  sıcaklığı  vücut 

sıcaklığından  birkaç  derece  fazla  olmaktadır.  Hipotermiya 

soğutma 

sistemini 

kullanarak 

harici 


kranioserebral 

hipotermiya  yapmakla  beyin  sıcaklığını  30  C  veya  daha 

da  aşağı  sıcaklıklara  kadar  indirmek  mümkündür.  Bu  da 

“Kranioserebral 

Hipotermiya“ 

metodunun 

eşsiz 

üstünlüğünü sergilemekte ve bu yöntemin kanama ve kan 



kaybı  durumlarında  ayrıca  kalp  damar  cerrahisinde 

kullanılmasının  esasını  teşkil  etmektedir  [7].  Hipotermiya, 

dokuların oksijen tüketimini azaltarak organizmayı özellikle 

de  beyni  hipoksisinin  ölümcül  etkisinden  korumaktadır. 

Dolayısıyla  hipotermiya  uygulanınca  organizmadaki  kan 

dolaşımı  azaltılabilir  veya  normal  sıcaklığına  göre  daha 

uzun 

süre 


için 

durdurulabilir. 

Ölümcül 

oranlarda 

organizmanın  kan  kaybı  durumunda  ise  koruyucu 

unsurlardan en önemlisi olarak hipotermiya görünmektedir 

[12-13].  Dokuların  oksijen  tüketimini  azaltmak  için  pratik 

klinikte 

kullanılan 

yöntemlerden 

en 

etkin 


olarak 

Demirel, H.

 

“Kraniserebral  Hipotermiya“  (  KSH  )  yöntemi  kabul 



edilmektedir.  Kranioserebral  Hipotermiya  tıbbın  pek  çok 

olaylarında, özellikle  herhangi  kaza  veya  ameliyat  sonucu 

meydana  gelen  kanama  ve  kan  kaybı  durumlarında 

kardiovaskular  cerrahi,  nöroloji  ve  nöroanimatoloji  de 

kullanılmaktadır. 

 

1930’lu  yıllardan  bu  yana  hipotermiyayı  gerçekleştirmek 



için  değişik  yöntemlere  başvurulmuştur.  Bunlar;  vücudun 

soğuk  suya  daldırılması,  vücuda  buz  tatbik  etmek,  soğuk 

bezle  pansuman  uygulanması  gibi  yöntemlerdir.  Bu 

yöntemler  ilkel,  kontrolden  uzak  ve  pratik  olmayan 

yöntemlerdir.  Çünkü  beyin  sıcaklığının  düşürülmesi  için 

vücudu  uzun  süre  soğuk  su  içinde  tutmak  gerekir.  Bunun 

sonucunda 

kalp 


yüklenmektedir 

ve 


tehlikeli 

komplikasyonlar  meydana  gelmektedir.  Ayrıca  kontrolsüz 

olduğu  için  vücudun  hassas  bölgelerindeki  sıcaklıklar 

kontrol  edilememektedir.  Gerçekleştirilen  bu  çalışmada 

bahsedilen  kusurları  ortadan  kaldırmak  için  mikro 

denetleyiciyle  sıcaklık  kontrolü  yapılarak  termoelektrik 

modül  kullanılarak  sıçanların  (ratların)  beynine  lokal 

hipotermiya uygulayan sistem tasarlanmıştır [14-15]. 



 

2. Sıcaklık Kontrollü Hipotermiya Cihazı 

 

Sistem  genel  olarak  üç  temel  üniteden  oluşmaktadır. 



Bunlar; Güç kaynağı ünitesi, termoelektrik soğutma/ısıtma 

ünitesi,  mikro  denetleyicili  sıcaklık  kontrol  ünitesidir.  Bu  3 

temel  üniteyi  kapsayan  blok  diyagramı  Şekil  1’de 

gösterilmiştir. 

 

Mikrodenetleyicili



Kontrol

Sıcaklık Ölçer

Termoelektrik

Modül Soğutucu

Termoelektrik

 Soğutma / Isıtma

Modülü

Güç Kaynağı



 

 

Şekil 1. Sıcaklık kontrollü hipotermiya sisteminin blok 

diyagramı 

 

Güç kaynağı ünitesi sistemin komple akımını karşılayacak 



güçte  ve  kabul  edilebilir  regülasyon  ve  ripple  oranlarına 

sahip olacak şekilde seçilmiştir.  

 

Sıcaklık  kontrol  ünitesinde  kontrol  elemanı  olarak 



ATmega128  mikro  denetleyicisi  kullanılmıştır.  Sıcaklık 

ölçer devresinde ise hassasiyet ve doğruluk çok önemlidir. 

Sıcaklık sensörünün mümkün olduğunca hassas ve küçük 

boyutlarda  olması  istenen  bir  özelliktir.  Bu  yüzden 

sistemde  sıcaklık  sensörü  olarak  K  tipi  termokupl 

kullanılmıştır.  Bunun  dışında  sistemde  T  tipi  termokupllar 

da kullanılabilir. 

 

Termoelektrik  soğutucuda  hem  esnek  hem  de  katı  peltier 



eleman  kullanılabilir.  Bu  sistemde  katı  modül  tercih 

edilmiştir.  Ayrıca  sıçan  beyni  ile  soğutucu  modül  arasına 

sıçan beynine  uygun  olarak  hazırlanmış ısı iletimi iyi  olan 

bir kalıp yerleştirilmiştir. Bu kalıp sıçan kafasına uygun bir 

şekilde hazırlanmıştır. Bu kalıptan ayrıca tüm sıçan bedeni 

içinde  hazırlanmıştır.  Termoelektrik  soğutma  modülünde 

elektrik akımının etkisiyle bir tarafta sıcaklık düşerken diğer 

tarafta  sıcaklık  artmaktadır.  Şekil  2’de  sistemin  genel 

görüntüsü verilmiştir. 

 

 



 

Şekil 2. Sıcaklık kontrollü hipotermiya sistemi 



 

2.1 Güç Kaynağı Ünitesi 

 

 

Güç  kaynağının  regülasyon  yüzdesi  sistemin  düzgün  bir 

DC  gerilimle  çalışabilmesi  için  çok  önemlidir.  Sistemin 

normal 


çalışması 

için 


sistemde 

kullanılan 

güç 

kaynaklarının  regülasyon  yüzdesinin  %10’un  altında 



olması  istenir.  Kullanılan  güç  kaynağındaki  regülasyon 

yüzdesi  %4,13  olarak  ölçülmüştür.  Bu  değerde  güç 

kaynağının  bu  sistem  için  rahatlıkla  kullanılabileceğini 

göstermektedir. 



 

2.2 Termoelektrik Soğutma/Isıtma Ünitesi 

 

 

Şekil  3’de  Termoelektrik  soğutma  /  ısıtma  ünitesinin 

bloklarını gösteren blok diyagram görülmektedir. 

 

 

 



Şekil 3. Termoelektrik soğutma/ısıtma modülü blok 

diyagramı 

 

Termoelektrik  soğutucuda  hem  esnek  hem  de  katı  peltier 



eleman  kullanılabilir.  Bu  sistemde  katı  modül  tercih 

edilmiştir.  Ayrıca  sıçan  beyni  ile  soğutucu  modül  arasına 

sıçan beynine  uygun  olarak  hazırlanmış ısı iletimi iyi  olan 


Demirel, H.

 

bir kalıp yerleştirilmiştir. Bu kalıp sıçan kafasına uygun bir 



şekilde  hazırlanmıştır.  Termoelektrik  soğutma  modülünde 

elektrik akımının etkisiyle bir tarafta sıcaklık düşerken diğer 

tarafta sıcaklık artmaktadır. Bu sıcaklık bertaraf edilmezse 

termoelektrik modül kısa zamanda bozulur. Bunu önlemek 

için  ısınan  yüzeyin  ısısını  düşürmek  gerekir.  Bunun  için 

değişik  yöntemler  vardır.  Bunlardan  bazıları;  alüminyum 

soğutucu  koymak  suretiyle,  fan  koymak  suretiyle  ve  sıvı 

dolaştırmak  suretiyle  yapılan  soğutmalardır.    Bu  sistemde 

sıvı soğutma kullanılmıştır. Sıvı olarak da su kullanılmıştır. 

Bu  soğutma  sistemi  en  etkili  yöntemlerden  biridir.  Sıvı 

soğutma  sistemi;  yeterince  güce  sahip  bir  su  motoru, 

suyun  depolandığı  bir  radyatör  ve  depolanan  suyun 

soğutulduğu bir fandan oluşmaktadır. Bu birimler arasında 

su  iletimini  sağlamak  için  plastik  hortumlar  kullanılmıştır. 

Ayrıca  termoelektrik  modüle  uygulanan  gerilimin  kutupları 

değiştirilmek  suretiyle  soğutucu  modülün  soğuyan  tarafı 

ısınır,  ısınan  tarafı  soğur.  Sistemde  kutupları  değiştirmek 

için çift konumlu role kullanılmıştır. Bu rölenin kontrolü ise 

mikro  denetleyici  yardımıyla  yapılmaktadır.  Eğer  istenirse 

manuel kontrol içinde  ayrıca  bir komütatörde  kullanılabilir. 

Soğutma/ısıtma  modülünün  güç  parametreleri  Çizelge 

1.’de verilmiştir.  

Çizelge 1. Soğutma / Isıtma modülünün akım-gerilim-güç 

parametreleri 



 

ELEMAN 

GERİLİM 

(V) 

AKIM 

(A) 

GÜÇ 

(W) 

Peltier Eleman 

12 V 


2,5 A 

30 W 


Su Motoru (10 lt/dak) 

12V 


1,3A 

15,6 W 


DC Fan 

12V 


0,4A 

4,8W 


 

Şekil  4’de  ise  termoelektrik  modülün  fotoğrafı  net  bir 

şekilde görünmektedir. 

 

 

 



Şekil 4. Termoelektrik modül 

2.3 Mikro Denetleyicili Sıcaklık Kontrol Ünitesi  

 

Sistemde  gerçekleştirilen  mikro  denetleyicili  sıcaklık 



kontrol  ünitesi  termoelektrik  soğutma/ısıtma  sisteminin 

sıcaklığını ve 3 farklı noktadaki sıcaklıkları ayrı ayrı ölçüp, 

sıcaklıkların önceden belirtilen değerler arasında kalmasını 

sağlamak için tasarlanmıştır. Burada kontrol Termoelektrik 

modülün  polaritelerinin  değiştirilmesiyle  ve  termoelektrik 

sistemi  besleyen  güç  kaynağının  çıkışının  On/Off 

yapılmasıyla 

gerçekleştirecektir. 

Devredeki 

bir 


düzenlemeyle  4  termokupl içerisinden  herhangi  birisi  hem 

ölçüm  hem  de  termoelektrik  modülün  soğutma  ve  ısıtma 

yapmasını  kontrol  etmek  için  seçilebilecektir.  Yani  bu 

termokupl  için  alt  ve  üst  sıcaklık  değerleri  girilecek.  Eğer 

sıcaklık  alt  sınırın  altına  düşerse  termoelektrik  modül 

ısıtma  yapacak,  sıcaklık  üst  değerin  üzerine  çıkarsa 

termoelektrik  modül  soğutma  yapacak.  Diğerleri  ise 

istenilen  bölgelerdeki  sıcaklıkları  ölçüp  sıcaklık  tehlikeli 

boyutlara  ulaştığında  sistemin  durdurulmasını  sağlamak 

için  kullanılır.  Yani  diğer  3  termokupl  için  alt  ve  üst  sınır 

değerleri  girilecek.  Eğer  bu  sınır  değerlerinin  birinin  alt 

sınırının  altına  inildiğinde  besleme  gerilimi  kesilecek  ve 

sistem durdurulacak. 

Şekil 5’de mikro denetleyicili sıcaklık kontrol ünitesinin blok 

şeması  gösterilmektedir.  Şekil  5’de  bulunan  Termokupllar 

kromel-alumel  den  yapılmış  K  tipi  termokupllardır. 

Termokupl 

giriş 


yükselteci 

ve 


kompanzatörü 

ise 


termokupldan  gelen  düşük  genlikli  ve  tam  lineer  olmayan 

sinyalleri  yükseltir  ve  soğuk  nokta  kompanzasyonu 

yaparak  sıcaklık  ölçümünde  daha  doğru  bir  sonuç 

alınmasını sağlar. Analog/Dijital dönüştürücü ise termokupl 

giriş  yükselteci  ve  kompanzatöründen  gelen  analog 

sinyalleri Mikro denetleyicinin anlayacağı bir dile yani dijital 

sinyallere dönüştürecektir. Mikro denetleyici ünitesinde ise 

bütün  kontrol  programları  bulunmaktadır.  Bu  sistemde 

mikro  denetleyici  olarak  Atmega  128  kullanılmıştır.  Bu 

işlemcinin  en  büyük  özelliği  çok  geniş  bir  bellek 

kapasitesine  (128KB)  sahip  olmasıdır.  Böylelikle  ölçülen 

sıcaklık  değerleri  kaydedilir  ve  istenildiği  zaman  LCD 

ekranında  gösterilebilir.  4x4  Keyboard  kullanıcının  sistemi 

kontrol 


etmek 

için 


kullandığı 

bir 


arabirim 

rolü 


üstlenmektedir.    240x128  çözünürlüğe  sahip  olan  grafik 

LCD  ekran  ise  sıcaklık  değerlerini  ve  kontrol  değerlerini 

göstermek  için  kullanılır.  Sistemde  bulunan  güç  kaynağı 

ise  bütün  sistemin  beslemesini  sağlamak  içindir.  Burada 

termokuplların  ölçtüğü  negatif  sıcaklıkları  da  görebilmek 

için  besleme  kaynağının  simetrik  olması  gerekir.  Mikro 

denetleyicili  sıcaklık  kontrol  ünitesinin  daha  verimli  ve 

kararlı  çalışabilmesi  için  termokupl  çıkışlarının  daha  çok 

doğrusallaştırılması  gerekmektedir.  Bu  işlem  Termokupl 

giriş  yükselteci  ve  kompanzatörü  aracılığı  ile  yerine 

getirilmiştir.  Mikro  denetleyiciyle  istenilen  biçimde  sıcaklık 

kontrolü  yapabilmek  için  mikro  denetleyiciyi  uygun  bir 

programlama dili ile programlamak gerekmektedir. Burada 

programlama dili olarak C derleyicisi kullanılmıştır.  



Demirel, H. 

 

Giriş Yükselteci



ve  Dengeleyici

(AD 595)

 Giriş Yükselteci



ve  Dengeleyici

(AD 595)

 Giriş Yükselteci

ve  Dengeleyici

(AD 595)

 Giriş Yükselteci

ve  Dengeleyici

(AD 595)

ADC

(AD 7731)

Mikrodenetleyici

 (ATMEGA128)

LCD Grafik

Ekran

(240 x 128)

1

2



3

A

4



5

6

B



7

8

9



C

*

0



#

D

4x4 Tuş Takımı



İşlemsel Yükselteç

(OP-07)

İşlemsel Yükselteç

(OP-07)

İşlemsel Yükselteç

(OP-07)

İşlemsel Yükselteç

(OP-07)

Harici Bellek

(2 x 24C64)

Tarih ve Saat

(DSI 1307)

Bilgisayar Arabirimi

(MA 4232)

ON / OFF

Anahtar

GÜÇ KAYNAĞI

Termokupl-1

(K Tipi)

Termokupl-2

(K Tipi)

Termokupl-3

(K Tipi)

Termokupl-4

(K tipi)

Termoelektrik Modül

 

 

Şekil 5. Mikro denetleyicili sıcaklık kontrolü ünitesinin blok diyagramı 



 

2.3.1. Termokupl 

 

Şekil 6’da basit bir K tipi termokuplun yapısı görülmektedir. 

 

 

 



Şekil 6. K tipi termokuplun yapısı 

 

Sistemde  kullanılan  termokupl  K  tipi  termokupldur.  K  tipi 



termokupl  Kromel  (+)  ve  Alumel  (-)  malzemelerinin 

birleşiminden  meydana  gelmiştir.  Kromel  –  Alumel 

malzemelerinin  birleşimine  sıcaklık  uygulanırsa  çıkış 

uçlarında  sıcaklıkla  orantılı  olarak  mV’lar  seviyesinde 

gerilimler  elde  edilir.  Şekil  7’de  ölçülen  sıcaklık  –  gerilim 

ilişkisini gösteren grafik görülmektedir. 

-2

-1

0



1

2

3



4

5

-20



-10

0

10



20

30

40



50

60

70



80

100


Sıcaklık (C)

G

e

ri

li

m

 (

m

V

)

K tipi Termokupl

Çıkış Gerilimi (mV)

 

 



Şekil 7. K tipi termokupl’da sıcaklık-gerilim ilişkisi 

 

K tipi termokupllar, -200 



0

C ile +1200 

0

C sıcaklık aralığında 



rahatlıkla 

kullanılabilir. 

Hassasiyeti 

yaklaşık 

olarak 

41V/


0

C’dir.  Şekil  7’de  görüldüğü  gibi  termokupl  çıkış 

gerilimi  çok  düşüktür.  Bu  gerilimi  kullanabilmek  için  bu 

gerilimin  yükseltilmesi  gerekir.  Bunun  için  Termokupl 

yükselteci kullanılmıştır.  

 

2.3.2. Termokupl Yükselteci 

 

Sıcaklık  ölçüm  devresiyle,  termoelektrik  elemanın  sıcak 



yüzeyine  bağlanan  bir  K  tipi  Kromel-Alumel  termokupl  ile 

sıcaklık bilgisi elde edilmektedir. Termokupl giriş yükselteci 

olarak soğuk nokta kompanzasyonu da yapabilen, Analog 

Devices  firması  tarafından  üretilen,  AD595  entegre  devre 

elemanı  kullanılmıştır.  Termokupl  yükselteç  katının  açık 

devre  şeması  Şekil  8’de  görülmektedir.  +25 

o

C’lik  ortam 



sıcaklığı için K-tipi termokuplla elde edilen çıkış gerilimi 10 

mV / 


o

C’dir. 0-50 

o

C’lik ortam sıcaklığı aralığında sistemin 



ölçüm  hatası  +  0,6 

o

C’dir  [16].  Termokuplla  beraber 



sistemin  toplam  ölçüm  hatası,  en  fazla,  +  1,2 

o



olmaktadır. Çıkış gerilimi yükselteç devresi üzerinden A/D 

dönüştürücünün üçüncü kanalına uygulanmaktadır. 

+5V

-5V


-5V

8

9



11

10

12



13

14

1



3

2

5



4

6

7



AD595

V

i



V

o



M

8



M

1

5





K

100


0

μF

10

μF

10

 



 

Şekil 8. Termokupl çıkış yükselteci 

 

Termokuplların  çıkış  gerilimleri  çok  düşük  ve  tam  kararlı 



olmadıklarından 

dolayı 


böyle 

bir 


devreye 

ihtiyaç 


duyulmuştur.  Devrenin  çıkışı  hem  kararlı  hem  de  yüksek 

Demirel, H.

 

çıkış gerilimine sahiptir. Devrenin ölçülen sıcaklık – gerilim 



ilişkisi Şekil 9’da gösterilmiştir.   

-400


-200

0

200



400

600


800

1000


1200

-20


-10

0

10



20

30

40



50

60

70



80

100


Sıcaklık (C)

G

e

ri

li

m

 (

m

V

)

Termokupl Yükseltecİ

Çıkış Gerilimi (mV)

 

Şekil 9. Termokupl çıkış yükselteci devresinin sıcaklık 



gerilim ilişkisi 

 

3. Termoelektrik Modülün Parametrik Değerleri 

 

Sıçan’lar  üzerinde  hipotermiya  deneyleri  yapmak  üzere 



tasarlanan  sıcaklık  kontrollü  hipotermiya  cihazı  içerisinde 

bir  adet  termoelektrik  modül  bulunmaktadır.  Sistemin 

içerisindeki, 

üretici 


firması 

ve 


modeli 

bilinmeyen 

termoelektrik modüle  ait  parametrelerin  tespit  edilebilmesi 

için bir dizi deneyler yapılmıştır. 

 

Sistemin 



içerisindeki 

modülün 


ısınan 

yüzeyinin 

soğutulması  için  termoelektrik  test  sisteminde  olduğu  gibi 

su devir daimli bir soğutucu kullanılmaktadır. Termoelektrik 

modülün 

temel 


parametrelerini 

belirlemek 

üzere, 

termoelektrik  modül  sistem  içerisinde  sabit  tutularak  dış 



ortam  ısıl  yükünden  tamamen  yalıtılabilmesi  için  5cm 

kalınlığında poliüretan köpükle kaplanmıştır. Termoelektrik 

modülün  soğuyan  yüzeyinin  alabileceği  minimum  sıcaklık 

değerini  tespit  edebilmek  için  modül  uçlarına  uygulanan 

gerilim  2,2  A  den  başlayarak  0,1  A  lik  aralıklarla  2,8  A  e 

kadar arttırılmıştır. Şekil 10’da görüldüğü gibi sıcaklık 2,6 A 

de  minimum  değerini  almakta  ve  daha  sonrasında  tekrar 

yükselmektedir.  Geliştirilen  yöntemin  temel  prensipleri 

gereği  T

so

’nun minimum  değerini  alması  için  termoelektrik 



modüle  uygulanan  gerilim  değeri  V

max


  olarak,  modül 

tarafından  güç  kaynağından  çekilen  akım  değeri  I  olarak 

ve modüle uygulanan akım kesildiğinde oluşan emk değeri 

de E


max

 olarak tespit edilmiştir [17-20]. 

 

-23,6


-23,4

-23,2


-23,0

-22,8


-22,6

2,2


2,3

2,4


2,5

2,6


2,7

2,8


I (Amp.)

T

 (



o

C

)



I-Tso

 

Şekil 10. Termoelektrik modüle uygulanan akıma göre 



soğuyan yüzey sıcaklık değerleri 

 

Şekil  11’de  Termoelektrik  modüle  uygulanan  gerilime 



karşılık  gelen  modülün  soğuk  taraf  ve  sıcak  taraf  sıcaklık 

değerleri görülmektedir. 

Vmax'a göre Tso ve Tsı

-30,00


-20,00

-10,00


0,00

10,00


20,00

30,00


40,00

12,00


12,50

13,00


13,50

14,00


14,50

14,90


15,00

Vmax (V)


T

Tso


Tsı

 

Şekil 11. V



max

 gerilimine karşılık soğuk taraf ve sıcak 

taraf sıcaklıkları 

 

Şekil 12’deki şekilde Termoelektrik modülden geçen akıma 

karşılık  gelen  modülün  soğuk  taraf  ve  sıcak  taraf  sıcaklık 

değerleri görülmektedir. 

Akım değerine göre Tso ve Tsı

-30


-20

-10


0

10

20



30

40

2,30



2,38

2,49


2,60

2,69


2,80

2,85


2,89

T

 (



C

0

)



I (mA)

Tso


Tsı

Şekil 12. Akım değerine karşılık soğuk taraf ve sıcak 

taraf sıcaklıkları 

 

Bir 


termoelektrik 

modüle 


ait 

temel 


parametreler 

belirlendikten  sonra  modül  etrafındaki  poliüretan  köpük 

çıkartılmıştır.  Test  sistemi  çalıştırılmış  ve  Çizelge  6.3’deki 

değerler ölçülmüştür.  

 

Çizelge 2. Termoelektrik test sistemi çalıştırıldıktan sonraki 



değerler. 

V

max



 

(Volt) 


(Amp.) 


T

so

 



(C) 

T



 

(C) 


Emax 

(Volt) 


(Volt) 


Q

(W) 



(W) 


COP 

(%) 


(*10


-3

 K

-1



)

 

14,00 



2,6 

-7,05  34,70 

3,20 

1,90  9,43  34,29  0,28 



2,50 

 

4. LCD Gösterge Ekranı 

 

Şekil 13’de görülen menü ölçüm ve kontrol devresinin ana 



menüsüdür.  Burada  hangi  termokuplun  hangi  sıcaklığı 

ölçtüğü  ve  hangi  termokuplun  kontrol  termokuplu  olduğu 

görülmektedir.  Ayrıca  sıcaklığın  hangi  sıcaklık  sınırları 

arasında  kontrol  edileceği  de  tuş  takımı  kullanılarak 

ekrandaki 

bilgiler 

eşliğinde 

ayarlanmaktadır. 

Tuş 

takımındaki diğer tuşların görevleri de açıklanmıştır. 



 

 

 14:11:42



Hüseyin Demirel

 04/08/2003

  

  

No

  Kontrol

 Sıcaklık

  Alt Sınır

   Üst Sınır

  1         < -- @ -- >     22.3 

0

C

   0.0 

0

C

     100 

0

C

  2

  21.7 

0

C

   0.0 

0

C

     100 

0

C

  3

  21.9 

0

C

   0.0 

0

C

     100 

0

C

  4

  22.6 

0

C

   0.0 

0

C

     100 

0

C

  1 = T1   Alt      5 = T1   Üst           A = Test Başlat

  2 = T2   Alt      6 = T2   Üst

   B = Zamanlı Test

  3 = T3   Alt      7 = T3   Üst

   C = Kalibrasyon

  4 = T4   Alt      8 = T4   Üst

   D = Ayarlar

   #  = Bilgisayara Yolla

  0 = Kayıtları Siler

  

 *  

= Kayıtları Göster

 

  



Şekil 13. Ana menü ekranı 

1.  Tarih ve Saat 

2.  Ölçülen sıcaklıklar ve 

kontrol sıcaklıkları 



3.  Tuş takımındaki 

tuşların açıklamaları 



Demirel, H.

 

5. Sonuç 

Hipotermiya  klinikte  önemli  tedavi  süreçlerinden  biridir. 

Değişik  hipotermiya  yöntemleri  bulunmaktadır.  Bunlardan 

bazıları;  soğuk  suya  batırmak,  buz  tatbik  etmek  ve  ıslak 

battaniye  ye  sarmak  gibi.  Ancak  bu  yöntemler  ilkel 

yöntemlerdir  aynı  zamanda  sağlıksız  ve  kontrolden  uzak 

yöntemlerdir.  Tasarlanan  sıcaklık  kontrollü  hipotermiya 

sistemi yeni ve daha modern bir hipotermiya sistemidir. Bu 

sistem  mikro  denetleyici  kontrolüne  sahip,  termoelektrik 

modül  kullanılan,  LCD  göstergeli  kolaylıkla  taşınabilir  ve 

çok  pratik  bir  sistemdir.  Bu  sistem  öncelikle  sıçanlar  için 

tasarlanmıştır.  Bu  sistem  ile  sıçanlar  üzerinde  birçok 

deneyler  yapılmıştır.  Bu  deneylerin  sonucunda  sistemin 

avantajları bilimsel olarak ta kanıtlanmıştır [14-15].  

 

Termoelektrik  sistemler,  uzay  çalışmalarından  tıp  bilimine 



kadar  birçok  alanda  yaygın  olarak  kullanılmaktadır. 

Termoelektrik modüllerin diğer sistemlere olan üstünlükleri 

düşünülecek 

olursa 


önümüzdeki 

yıllarda 

kullanım 

alanlarının  daha  da  artacağı  açıktır.  Mikro  denetleyicili 

sıcaklık 

kontrollü 

hipotermiya 

cihazında 

kullanılan 

elemanlar günün ihtiyaçlarına cevap verebilecek çok üstün 

özelliklere  sahip  elemanlardır.    A/D  dönüştürücü,  24-bitlik 

geniş  bir  veri  yoluna  sahip  bir  dönüştürücüdür. 

ATmega128  mikro  denetleyicisinin  ise  birçok  üstün 

özellikleri  arasında  en  büyük  özelliği  çok  geniş  bir  bellek 

kapasitesine  sahip  olmasıdır.  Böylece  ölçülen  sıcaklık 

değerleri  kaydedilir  ve  istenildiği  zaman  240x128  gibi 

yüksek  çözünürlüğe  sahip  bir  LCD  ekranda  gösterilebilir. 

Kullanılan termoelektrik modülün bazı parametre değerleri, 

yeni  bir  test  cihazı  olan  mikro  denetleyici  kontrollü 

termoelektrik  test  sistemi  yardımıyla  ölçülmüştür  [17-20]. 

Sonuçlar çizelgelerde ve grafiklerde gösterilmiştir.  

 

Tasarlanan  ve  gerçekleştirilen  sistem  teknik  özellikleri  ile 



hipotermiyanın  teknolojiye  daha  uygun  bir  şekilde 

yapılmasına 

olanak 

sağlamıştır. 



Sıcaklık 

kontrollü 

hipotermiya  sistemi  öncelikle  deneysel  amaçlı  olarak 

sıçanlar  için  tasarlanmıştır.  Sıçanlar  üzerinde  yapılacak 

deneyler  sonucunda  elde  edilen  olumlu  veriler  rahatlıkla 

insanlar içinde uygulanabilecektir. 



 

Kaynaklar 

 

[1]  Mellergard,  P.,  Nordstrom,  C.H.,  Christensson,  M.,  “A 



method  for  monitoring  intracerebral  temperature  in 

neurosurgical  patients”,  Neurosurgery  4:654-657, 

1990. 

[2]  Mellergard,  P.,  “Changes  in  human  intracerebral 



temperature  in  response  to  different  methods  of  brain 

cooling”, Neurosurgery, 6:671-677, 1992. 

[3]  Croughwell,  N.,  Smith,  L.R.,  Quill,  T.,  Newman,  M., 

Greeley, W.,  Kern,  F., Lu,  J.,  Reves,  J.G.,  “The  effect 

of temperature on cerebral metabolism and blood flow 

in  adults  during  cardiopulmonary  bypass”,  J  Thorac 



Cardiovasc Surg 3:549-554, 1992. 

[4]  Ohta,  T.,  Sakaguchi,  I.,  Dong,  L.W.,  Nagasawa,  S., 

Yasuda,  A.,  “Selective  cooling  of  brain  profound 

hemadilution  in  dogs”,  Neurosurgery,  6:1049-1054, 

1992.  

[5]  Clifton,  G.,  “Hypothermia  and  severe  brain  injury”,  



Neurosurg, 4:718-719, 2000. 

 

[6]  Plesnila, N., Muller, E., Guretzki, S., Ringel, F., Staub, 



F.,  Beathmann,  A.,  “Effect  of  hypothermia  on  the 

volume of rats glial cells”,

 

J Physiol, 1:155-162, 2000. 

[7]  Clifton,  G.L.,  Jiang,  J.Y.,  Lyeth,  B.G.,  Jenkins,  L.W., 

Hamm,  R.J.,  Hayes,  R.L.,  “Marked  protection  by 

moderate  hypothermia  after  experimental  traumatic 

brain injury”, J Cereb Blood Flow Metab, 1:114 -121, 

1991. 


[8]  Clifton,  G.L.,  Allen,  S.,  Berry,  J.,  Koch,  S.M., 

“Systemic hypothermia in treatment of brain injury”, 



Neurotrauma Suppl, 2:487-495, 1992. 

[9]  Clifton,  G.L.  et  al.,  “Systematic  Hypothermia  In 

Treatment Of Brain Injury”, USA, (1992). 

[10] Wayfoth, H. B., “Experimental And Surgical Techique 

In Rat”, USA, 70-73, 1993. 

[11] Frank, S.M., “Consequences of hypothermia”, Current 



Anaesthesia & Critical Care, 12: 79-86, 2001. 

[12] Ovul, I.,  Nadirzade,  R.S., Oner,  K.,  Nadirzade,  S.M., 

“A method for monitoring intracerebral temperature in 

neurosurgical 

patients”, 

Technology-Surgical 

Approaches, 3:354, 1997. 

[13] Ovul, I.,  Nadirzade,  R.S., Oner,  K.,  Nadirzade,  S.M., 

“A new technique for brain hypothermia”, Technology-

Surgical Approaches, 3:353, 1997. 

[14] Demirel, H., Ahıska, R., “mikro denetleyiciyle sıcaklık 

kontrollü 

RAT 


thermohipoterm 

sistemi”, 



III. 

Uluslararası  İleri  Teknolojiler  Sempozyumu,  Ankara, 

165-173, 2003. 

[15] Ahıska,  R.,  Demirel,  H.,  Erkal,  B.,  “Post  Traumatic 

Protection 

Of 

Brain 


In 

Rats 


Using 

Rat 


Termohypotherm Device”, Journal Of Science, 17(4) : 

29-38, 2004. 

[16] http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/4

21725987AD594_5_c.pdf , 2005. 

[17] Ciylan,  B.,  Savaş,  Y.,  Ahıska,  R.,  “Termoelektrik 

modüller  için  mikrodenetleyici  kontrollü  test  sistemi“, 



III.  Uluslararası  İleri  Teknolojiler  Sempozyumu

Ankara, 155-164, 2003.  

[18] Ahıska,  R.,  Ciylan,  B.,  Savaş,  Y.,  Güler,  İ.,  “Standart 

termoelektrik modülün Z parametresinin ölçülmesi için 

yeni  yöntem  ve  yeni  sistem“,  Gazi  Üniv.  Müh.  Mim. 

Fak. Der., 19 (4): 467 – 473, 2004. 

[19] Demirel,  H.,  Ciylan,  B.,  Erkal,  B.  and  Yılmaz,  S., 



Design  of  a  universal  thermoelectric  module  test 

system 

for 

testing 

rat 

brain 

thermoelectric 

hypothermia

IET 


Science, 

Measurement 

Technology, 2007, 1, (3), pp. 160–165. 



[20] Ciylan,  B.  and  Yılmaz,  S.,  Design  of  a thermoelectric 

module  test  system  using  a  novel  test  method, 

International  Journal  of  Thermal  Sciences,  Vol.  46, 

717-725, 2007. 




Yüklə 151,75 Kb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©azkurs.org 2020
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə