ENG-1m

Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
“Meten is weten”
de sensoren van een wasmachine
Groepsleden
Handtekening
Rene van de Pas
Sander Loo
Jori Cobussen
Emile Luijten
Richard v. Wissen
Thomas van Rosmalen
Tom Verstappen
Peter Tops
Eng1m
Opleverdatum
17-11-2006
Vakdocent
Dhr. Van Vliet
Tutor
Dhr. Plat
1
Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
Inhoudsopgave
1.1 Inleiding ................................................................................................................. 3
1.2 Probleemstelling .................................................................................................... 3
2.1 Sensoren in een wasmachine ................................................................................ 4
2.2 Temperatuursensoren............................................................................................ 5
2.5 Fysische grootheden + sensoren………………………………………………………..7
2.6 Kesselringmethode voor temperatuursensoren ...................................................... 8
2.7 Actuatoren ……………………………………….. ..................................................... 9
2.8 Wat is een interface ............................................................................................... 9
3.1 conclusie.............................................................................................................. 10
Literatuurlijst ............................................................................................................... 11
Bijlage Notulen.. ......................................................................................................... 12
Bijlage Extra informatie ............................................................................................... 13
2
Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
1.1 Inleiding
In deze opdracht van pgo blok 2 gaat het over de wasmachine. De wasmachine is een complex
apparaat bestaande uit veel kleine onderdelen. In deze opdracht kijken we naar de sensoren uit de
wasmachine die aanwezig zijn om de fysische grootheden te meten. De besturing van de wasmachine
gebruikt de informatie van de sensoren om de actuatoren aan te sturen.
We gaan dus kijken hoe welke sensoren er zijn in de wasmachine en hoe deze werken. Verder kijken
we nog of deze up-to-date zijn en nauwkeurig genoeg.
Ook kijken we naar actuatoren en interfaceschakelingen.
Deze opdracht laat zien hoe het elektrische systeem van de wasmachine in elkaar zit, met name de
besturing van de wasmachine.
1.2 Probleemstelling
Welke sensoren worden er gebruikt en zijn deze nog up-to-date en nauwkeurig genoeg?
Welke interfaceschakeling wordt er voor de temperatuur gebruikt?
Wat is een sensor?
Een sensor of 'voeler' is een kunstmatige uitvoering van iets dat in de biologie een zintuig heet. De
meeste sensoren zijn elektrisch of mechanisch uitgevoerd, softwarematige en 'virtuele' sensoren zijn
ook mogelijk. Met een sensor neemt een machine de omgeving waar of er kan informatie mee
verzameld worden waarmee processen in industrie en informatica bestuurd kunnen worden.
3
Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
Sensoren in een wasmachine
In een wasmachine zitten verschillende sensoren om de fysische grootheden te meten. Na het meten
van de sensoren gaat er een signaal naar de actuator waardoor een proces gestart wordt.
Druksensoren:
In de deur van de wasmachine zit een druksensor. Deze dient als beveiliging zodat er niet
zomaar een lekkage kan optreden. Als deze namelijk niet goed gesloten is, terwijl de
wasmachine toch in werking is, kan het voorkomen dat de watertoevoer, onbeperkt is en de
vrije loop heeft. Dit kan leiden tot levensbedreigende situaties doordat het water onder stroom
kan staan. Het signaal wat deze druksensoren afgeven is elektrisch en word verstuurd naar
een interface. Deze zet dit signaal om in een ander type elektrisch signaal die ‘begrijpelijk’ is
voor de computer van de wasmachine. Deze bepaald dan wat er moet gebeuren zoals welk
wasprogramma of starten/stoppen.
Gewichtsensor:
Deze sensor meet het gewicht in de wastrommel bevindt. Hier zit namelijk een maximum aan.
Als dit maximum overschreden wordt is het mogelijk dat de trommel uit zijn bevestigingspunten
valt en daarmee een hoop schade creëert. Als de wasmachine op dat moment geen kortsluiting
maakt is het zelfs levensbedreigend omdat het water wat zich in de machine bevond de vrije
loop heeft in het desbetreffende ruimte/gebouw. Als met in contact komt met het water komt
deze persoon onder stroom te staan.
Luchtdruksensor
De sensor waarmee de luchtdruk gemeten, dient voor de bepaling van het waterpeil in de
wasmachine. De sensor werkt als volgt. De wasmachine is verdeelt in een binnenkolom en een
buiten kolom. In de buiten kolom zit een soortlucht tank. Deze tank dient als een soortwaterpeil.
Hoe hoger het water in de trommel hoe meer water in de tank. En hoe hoger de luchtdruk
wordt. De sensor is dus een luchtdruk sensor. De sensor meet de luchtdruk en zet het om naar
een elektrisch signaal. Dit signaal gaat vervolgens naar een interface toe. De interface zal het
signaal omzetten in een digitaal signaal. Dus een signaal dat begrijpelijk is voor een computer.
Hierdoor kan de computer een keuze maken hoeveel water er nog in moet een hoe lang hij dus
nog moet pompen. Waardoor het gewenste waterniveau in de wasmachine bereikt wordt.
Temperatuursensor:
De temperatuursensor meet de temperatuur van het water. Hiervan maakt hij een elektrisch
signaal wat verstuurd wordt naar de interface. De interface zet dit elektrische signaal om in een
elektrisch signaal wat de computer van de wasmachine kan lezen. Deze krijgt dus een opdracht
en zet het om in een elektrisch signaal. Hiermee kan de machine worden gestart. We treden
later in details over de verschillende typen temperatuursensoren.
Ook kunnen temperatuurssensoren gebruikt worden voor de hoeveelheid was te bepalen. Als
er warm water door de was is geweest, en de machine vult zich met koud water dan wordt dit
koude water na het ronddraaien wat warmer. Als dit warme en koude water goed gemengd is
tot een temperatuur dan kan via de sensor bepaald worden hoeveel was er aanwezig is. Dit is
noodzakelijk voor de hoeveelheid water voor het wassen.
Onbalansmeter
De onbalansmeter is een meter die meet of de massa die zich in de
wastrommel bevind in balans is. Bij normaal draaien wordt er druk
opgebouwd. Bij een onbalans varieert de druk constant, door de trillingen
van de behuizing. De massa blijft dan op dezelfde plaats, massa is traag.
De trommel stopt met draaien en draait andersom, waardoor de was beter
in balans komt te liggen.
4
Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
Temperatuur sensoren
Er zijn meerdere sensoren die dienen als temperatuursensor. Hier gaan we nu wat dieper op in.
Halfgeleiders
Onder halfgeleiders worden alle metalen gerekend die na verontreiniging in het kristal ingebracht zijn.
Zijn deze vrije ladingsdragers positief dan spreekt men van p-silicium, zijn ze negatief dan van nsilicium. De combinatie van p- en n-halfgeleiders vormt de basis voor componenten als diode of
transistor. Halfgeleiders zijn bijvoorbeeld germanium en silicium.
NTC
Een NTC-weerstand is een temperatuurafhankelijke weerstand met een negatieve
temperatuurcoëfficiënt. De weerstand neemt dus af als de temperatuur toeneemt. NTC-weerstanden
zijn dus temperatuursafhankelijke weerstanden en heten daarom thermistoren.
PTC
Een PTC-weerstand is een weerstand met een Positieve Temperatuur Coëfficiënt. Dit betekent dat de
elektrische weerstand toeneemt als de temperatuur toeneemt. Het verband tussen weerstand en
temperatuur is niet lineair.
De tegenhanger van de PTC-weerstand is de NTC-weerstand.
De term PTC wordt meestal voor weerstanden gebruikt die flink niet-linear zijn. Ze kunnen hierdoor
bijvoorbeeld gebruikt worden als temperatuurbeveiliging in elektrische apparaten.
RTD sensoren (Resistive Temperature Device):
Een verandering van de elektrische weerstand van een metaal of halfgeleider door de temperatuur. De
elektrische geleiding in de metaal wordt veroorzaakt door de elektronen die vrij tussen de atomen
bewegen. Als de beweging van de atomen groter wordt krijgen we een moeilijker doorgang van de
elektronen met als gevolg dat de elektrische weerstand van het metaal groter wordt.
Er zijn veel verschillende soorten metalen die gebruikt kunnen worden voor deze sensoren omdat ze
vrijwel allemaal toepasbaar zijn, maar het meest bruikbare zijn platina, nikkel, koper en molybdeen.
Stralingstemperatuur meten (Non-Contact)
Elk voorwerp geeft warmte-energie af, maar dat hoeft niet te betekenen dat iets warm is. Koude
objecten stralen eveneens warmte-energie af. Die warmte-energie wordt door een heel gevoelig
element in de temperatuursensor opgevangen.
Thermistor temperatuur sensoren worden gemaakt van metaaloxiden in een keramische gietvorm dat
de elektrische weerstand verandert door middel van temperatuur. Thermistors zijn gevoelig,
betrouwbaar en duurzaam.
Thermokoppel
Hoewel in principe elke combinatie van metalen mogelijk is voor het maken van een thermokoppel zijn
enkele combinaties door hun lineaire verband tussen temperatuursverschil en potentiaalverschil het
meest gebruikt. Het koper-constantaan thermokoppel komt het best overeen met een meetbereik van 250C tot 380C, en een hoge nauwkeurigheid.
Maar het gebruik van thermokoppels is niet bruikbaar omdat deze een spanning van een aantal
microvolt tot 40mV leveren en dit zo erg versterkt moet worden dat de opamp die we kunnen
gebruiken te duur wordt.
Voor duidelijkere uitleg van de temperatuursensoren verwijzen we naar de bijlage.
5
Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
Fysische grootheden + sensoren
Hier zie je de belangrijkste grootheden voor de wasmachine. Daarbij staan enkele sensoren die bij de
grootheid horen.
Fysische grootheid:
Temperatuur
Sensor:
Thermokoppel
Platina-voeler
Halfgeleidervoeler
NTC
Transistor-voeler
Zuurgraad
Ph meter
Druk
metaalrekstrook
Halfgeleiderrekstrook
Piezo-elektrisch kristal
Luchtdrukmeter
Vochtigheid
capacatieve vochtvoeler
Lithiumchloride-vochtvoeler
Tijd
digitale klok
Gewicht
gewichtssensoren bij het ophangpunt van de
trommel
6
Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
Kesselringmethode voor temperatuursensoren
De eisen die gesteld worden aan de temperatuursensoren zijn:






Meetbereik
Uitgangssignaal tussen de 0V en 5V
Kosten (>€1,-)
Waterdicht
Trilling bestendig
Levensduur
Weegfactor toekennen aan de eisen van de temperatuursensoren:
Eisen
Meetbereik
Uitgangssignaal
0 V -5 V
Kosten
Waterdicht
Trilling
bestendig
Levensduur
1
0
1
0
1 0 0 1
0
0
1
0 0 0
1
1 1
1
0
1
1
0
1
0
Eisen
Meetbereik
Uitgangssignaal
Kosten
Waterdicht
Trilling
bestendig
Levensduur
Totaalscore
Weegfactor
5
3
1 1
0
1
Pt
Mo
N
T
C
N
T
C
Temperatuursensoren
Ni
NiCu
P
Fe
T
N
N
N
C
T
T
T
C
C
C
4
1
2
1
1
2
1
2
1
1
1
1
3
1
1
2
1
4
1
1
3
1
2
1
0
1
37
1
27
1
21
1
29
1
28
1
6
4
0 0
2
Weegfactor Ideaal
B
I
M
E
T
H
A
A
L
N
O
N
C
O
N
T
A
C
T
2
1
2
1
1
T
H
E
R
M
O
K
O
P
P
E
L
4
1
1
0
1
0
1
1
0
1
4
1
0
0
1
5
3
1
6
4
20
8
4
24
16
1
27
1
30
1
10
1
29
2
8
80
Conclusie Kesselring: Een temperatuursensor van Platina NTC. NTC is een halfgeleider component
bestaande uit een metaaloxide, wat in dit geval Platina (Pt) is. Een thermokoppel zou zeker niet
mogelijk zijn omdat deze werkt met micro Volts. Door storing van de motor zou dit signaal niet
bruikbaar zijn als temperatuursensor.
7
Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
Actuatoren
Actuatoren sturen, schakelen en regelen technische processen. De elektrische digitale of analoge
stuursignalen worden door de regeleenheid omgezet in mechanische arbeid. Deze energieomzetting
gebeurt motorisch, pneumatisch, hydraulisch, magnetisch en als optische weergave.
Voor positionering worden voornamelijk mechanisch of elektronisch aangestuurde gelijkstroommotoren
en stappenmotoren gebruikt.
Gegevensverwerking
Alle elektronische systemen hebben gemeen dat ze volgens het IVO-principe voor
gegevensverwerking werken.
Figuur 1: Input- verwerking- ouput
Bij de input gaat het voornamelijk om sensoren die ook als signaalgever, voeler of opnemer aangeduid
worden.
De verwerking van de elektrische signalen gebeurt in een centrale microcomputer (regeleenheid) die
door middel van geprogrammeerde mathematische formules en kenvelden de beslissingen neemt en
de actuatoren aanstuurt.
Aan de output-zijde bevinden zich de actuatoren, die de commando’s van de regeleenheid omzetten.
Sensoren en actuatoren kunnen, afhankelijk van hun functie analoog, binair of digitaal werken.
Interface
Een interface is een elektrische schakeling. Het zorgt ervoor dat er een verbinding tot stand komt
tussen een sensor en de verwerkingseenheid. Deze wordt ook wel de black-box genoemd. Bij
toepassing in de wasmachine is de black box de regelaar van alle elektronische functies. De interface
zet het signaal van de sensor om zodat de black box deze kan ‘begrijpen’/ verwerken.
Interface voor temperatuur sensor:
Zoals gezegd regelt de computer alle
elektronische processen. Het probleem hierbij is
dat de computer niet alle signalen kan verwerken.
Het verwerkt signalen tussen 0 en 5 V.
Het signaal wat afkomstig is uit de sensoren is
laag, namelijk enkele mV. Daarom is het
noodzakelijk dat er een interface hiertussen
geplaatst wordt. De interface zal een Opamp
versterker IC zijn. Alleen dan kan een dergelijke
versterking van signaal verwezenlijkt worden.
De schakeling zal er uitzien als volgt:
Voor de uileg van de schakeling zie de bijlage.
8
Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
3.0 Conclusie:
Op basis van de Kesselring-methode hebben we bepaald dat als materiaal voor de weerstand van de
temperatuursensor Platina het beste geschikt is om te gebruiken. Het betreft een NTC-weerstand; een
Negatieve Temperatuur Coëfficient.
Voor de interface van de temperatuurssensor is een Opamp versterker IC, wat nodig is om het signaal
dusdanig te versterken dat het voor de juiste doeleinden gebruikt kan worden.
Verder is er nog gekozen voor het gebruik van een onbalansmeter, waarvan de werking beknopt is
beschreven en
9
Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
Literatuurlijst
Boek
Elektronica van R.J. Flink
Websites
http://www.atpsensor.com/probes/rtds/rtds.html?%3drtds_main.html
http://www.khlim.be/~jbaeten/cursussen/MSYS16.pdf
http://www.capgo.nl
http://www.asensor.com
http://www.wikipedia.nl
http://www.thuisexperimenteren.nl
Extra
www.scholar.google.nl
10
Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
Bijlage
Notule Opdracht week 2
Stap 1
- fysische grootheden:
natuurkundige grootheden zoals temperatuur
- actuator:
motor – pomp – relais
- interfaceschakeling: omzetter (analoog-analoog / digitaal-digitaal / analoog-digitaal)
Stap 2
- Welke sensoren worden er gebruikt en zijn deze nauwkeurig genoeg en up-to-date?
- Welke interfaceschakelingen wordt er voor de temperatuur gebruikt?
Stap 3
- soorten interface
- sensoren
- toepassing van sensoren
- 0-5 V ingang
- actuatoren
- fysische grootheden
-temperatuur
-tijd
-hoeveelheid water
-omwentelingen per seconde
-gewicht
-druk
-pH-meter
-waterstop
Stap 4
-sensoren
-fysische grootheden
-soorten interfaces (0-5 V uitgang)
-soorten actuatoren
Stap 5
-soorten sensoren en de werking ervan
-werking van een interface
11
Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
Bijlage extra informatie
Temperatuur sensoren
Er zijn meerdere sensoren die dienen als temperatuursensor. Hier gaan we nu wat dieper op in.
Output
40µV/°C
0.4%/°C
0.4%/°C
5%/°C
10mV/C or
1µA/°C
millivolts
various
Range° C
-270 to 2300
-200 to 600
-200 to 600
-50 to 200
Accuracy±°C
1.5
0.2
0.3
0.2
Robustness
high
medium
medium
high
Cost
low
medium
low
medium
-40 to 125
1.5
medium
low
0 to 6000+
-100 to 200
low
medium
high
very high
Cryogenic
various
-273.15 to -200
various
various
Bimetallic
Paint
displacement
colour change
-100 to 300
-30 to 1200
2
1
various, to
±0.001
2
1 to 20
high
medium
low
low
Sensor Type
Thermocouple
Platinum RTD
Nickel RTD
Thermistor
Semiconductor
Non-Contact
Fiber Optic
NTC
Een NTC-weerstand is een temperatuurafhankelijke weerstand met
een negatieve temperatuurcoëfficiënt. De weerstand neemt dus af als
de temperatuur toeneemt. NTC-weerstanden zijn dus
temperatuursafhankelijke weerstanden en heten daarom thermistoren.
Het verband tussen weerstand en temperatuur is:
Een NTC-weerstand bestaat uit een minuscuul klein stukje
halfgeleidermateriaal, meestal een of andere ijzerverbinding, dat gevat is in een houdertje waaraan
twee aansluitdraden zijn gemonteerd. In de radio- en televisietechniek worden ze veel toegepast om
de gevolgen van temperatuurvariaties in de vaak ingewikkelde schakelingen te compenseren. Ze
hebben doorgaans het uiterlijk van een normale weerstand, maar voor speciale doeleinden kan ook
een andere behuizing gebruikt worden. Voor het gebruik als temperatuurmeter wordt het stukje
halfgeleidermateriaal in het puntje van een uitgetrokken glazen buisje ondergebracht, net als het
kwikbolletje van een kwikthermometer, alleen is het bolletje hier veel kleiner en dus ook veel
gevoeliger en nauwkeuriger dan bij een kwikthermometer. Een NTC varieert sterk in weerstand als de
RTD sensoren (Resistive Temperature Device):
Een verandering van de elektrische weerstand van een metaal of halfgeleider door de temperatuur. De
elektrische geleiding in de metaal wordt veroorzaakt door de elektronen die vrij tussen de atomen
bewegen. Als de beweging van de atomen groter wordt krijgen we een moeilijker doorgang van de
elektronen met als gevolg dat de elektrische weerstand van het metaal groter wordt.
Er zijn veel verschillende soorten metalen die gebruikt kunnen worden voor deze sensoren omdat ze
vrijwel allemaal toepasbaar zijn, maar het meest bruikbare zijn platina, nikkel, koper en molybdeen.
Er zijn 2 types RTD’s:
- film
- kabel
12
Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
Een kabel RTD is een uitgerekte rol van fijn draad, geplaatst in een keramische koker die de draad
beschermt. De draad-typen zijn over het algemeen nauwkeuriger, maar zijn ook duurder.
Film RTD’s bestaan uit een dunne metalen film met een keramische onderplaat. Deze zijn goedkoper
dan kabel RTD’s maar onnauwkeuriger. Ze zijn ook kleiner en robuuster.
Een
wordt
middel
RTD weerstand
geijkt door
van de
weatherstone
proef
De brug van Wheatstone is een opstelling waarmee weerstanden bijzonder nauwkeurig kunnen
gemeten worden. De methode maakt gebruik van een schakeling met vier weerstanden en een
galvanometer (zie figuur ). Ze is zeer nauwkeurig omdat er geen waarden moeten afgelezen worden
op een volt- of ampèremeter. Waardoor er afleesfouten kunnen ontstaan. Zo blijft de nauwkeurigheid
het hoogst.
Wheatstonebrug met RTD – weerstand + galvanometer figuur 1
RTD:
De resistiviteit van metalen is sterk temperatuursafhankelijk, en deze afhankelijkheid kan gebruikt
worden om temperaturen te meten. Metalen hebben een positieve temperatuurscoëfficient, d.w.z. dat
hun weerstand toeneemt met stijgende temperatuur. Platina is zeer geschikt als RTD materiaal
wegens haar grote resistiviteit en stabiliteit (edel metaal). Alleen is het wel heel erg duur om platina te
gebruiken.
De weeerstand van de RTD werd gemeten met een brug van Wheatstone. Omdat vaste weerstanden
in de brug op kamertemperatuur moeten blijven, wordt de RTD met lange draden verbonden. Als
compensatie voor de weerstand van die lange draden wordt een schakeling zoals in ( figuur. 2 )
gebruikt. De weerstand van de draden is dan in de brug opgenomen, en wordt perfect gecorrigeerd op
voorwaarde dat R1 = R2.
Zo kan de weerstand geijkt worden. Zodat de weerstands waarden bekend zijn.
13
Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
Figuur 2: schema voor de weerstandsmeting van de RTD.
Metaal
Afk.
Temperatuurbereik
Koper
Molybdenum
Cu
Mo
-200°C tot 260°C
-200°C tot 200°C
Temperatuurscoëfficient (Ω/°C)
0.00427
0.00300
0.00385
Nikkel
Ni
-80°C tot 260°C
0.00672
Nikkel-IJzer
NiFe
Pt
-200°C tot 200°C
0.00518
-240°C tot 660°C
0.00385
0.00392
0.00377
Platina
Eigenschappen
Lage kosten
Lage kosten alternatief
voor platina met een laag
temperatuurbereik
Lage kosten, laag
temperatuurbereik
Lage kosten
Nauwkeurig. Meet tot
maximaal 1000°C
Voordelen RTD:
- hoge nauwkeurigheid
- groot bereik
Beperkingen RTD: - reactietijd
Platina RTD:
Meest bruikbare maar niet goedkoopste.
Nikkel RTD:
Wordt ook veel gebruikt en vooral omdat de kosten ook laag zijn van het materiaal.
Koper RTD:
Deze zijn meestal niet nauwkeurig en ook niet echt goed bestand tegen vibraties.
Stralingstemperatuur meten (Non-Contact)
Elk voorwerp geeft warmte-energie af, maar dat hoeft niet te betekenen dat iets warm is. Koude
objecten stralen eveneens warmte-energie af. Die warmte-energie wordt door een heel gevoelig
element in de temperatuursensor opgevangen. Dit signaal wordt omgezet in een bepaalde
laagspanning of zwakstroom waaruit dan de temperatuur te bepalen is.
Enkele gegevens die van belang zijn bij een stralingstemperatuurmeter:
 Meetbereik; 0ºC – 800ºC.
 Nauwkeurigheid; ± 1% van meetwaarde.
 Toelaatbare omgevingstemperatuur; 0ºC tot 50ºC.
 Toelaatbare vochtigheidsgraad; 65%.
Thermistor temperatuur sensoren worden gemaakt van metaaloxiden in een keramische gietvorm dat
de elektrische weerstand verandert door middel van temperatuur. Thermistors zijn gevoelig,
betrouwbaar en duurzaam. Ze zijn veel gebruikt in laboratoria, maar niet in de industrie. Thermistors
hebben een nauwkeurigheid van ± 1ºC.
14
Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
Halfgeleiders
Onder halfgeleiders worden alle metalen gerekend die na verontreiniging in het kristal ingebracht zijn.
Zijn deze vrije ladingsdragers positief dan spreekt men van p-silicium, zijn ze negatief dan van nsilicium. De combinatie van p- en n-halfgeleiders vormt de basis voor componenten als diode of
transistor. Halfgeleiders zijn bijvoorbeeld germanium en silicium.
Thermokoppel
Hoewel in principe elke combinatie van metalen mogelijk is voor het maken van een thermokoppel zijn
enkele combinaties door hun lineaire verband tussen temperatuursverschil en potentiaalverschil het
meest gebruikt. Voorbeelden hiervan zijn:
-
chromel – constantaan
ijzer – constantaan
chromel – alumel
koper – constantaan
Het koper-constantaan thermokoppel zouden wij het best kunnen gebruiken met een meetbereik van 250C tot 380C, en een hoge nauwkeurigheid.
Maar het gebruik van thermokoppels is niet bruikbaar omdat deze een spanning van een aantal
microvolt tot 40mV leveren en dit zo erg versterkt moet worden dat de opamp die we kunnen
gebruiken te duur wordt.
15
Opdracht 2 – “meten is weten” M ENG-1 m
Uitleg interface schakeling:
De weerstanden R1 en R2 zijn afhankelijk van de grootte van het signaal afkomstig van de
temperatuursensor.
De temperatuurcoëfficiënt van de gebruikte temperatuursensor is 0, 00392Ω/°C. Nu we dit weten
kunnen we berekenen wat de uitgangsspanning per Volt is. Dit doen we met behulp van de
voedingsspanning die over de temperatuursensor en weerstand R3 staat.
Als we dit allemaal weten kan de versterkingsfactor van de OpAmp berekend worden, die afhankelijk is
van weerstanden R1 en R2.
De formule is als volgt:
Versterkingsfactor OpAmp A=(R1+R2)/R1
Uitgangsspanning sensor = U (voedingsspanning) * NTC/ (NTC + R3)
Als de sensor 0°C weergeeft, dan is de sensor een weerstand van 130 Ω. Per 1°C neemt de
weerstand met 0,00392 Ω af. Daarbij loopt er een maximale stroom van 10 mA. Bij hogere
stroomsterktes kan de sensor te heet worden of zelfs kapot maken.
Hierdoor hebben wij voor weerstand R3 bepaald op een waarde van 470 Ω.
Invulling formule:
Uitgangsspanning sensor = U (voedingsspanning) * NTC/ (NTC + R3)
5V * 130 / (130+470) = 1,083V
De stroomsterkte hiervan is R=U/I is dan 1,083/130 = 0,0083 A = 8,3mA.
Het verschil ∆U dat per °C over de sensor staat wordt dan 0,00908V. Omdat de uitgangsspanning een
waarde moet hebben tussen de 0 en 5V wordt deze dan per graad 50mV/ °C. De versterking van de
OpAmp is dan 50/0,00908= 5506
Berekening weerstanden:
A=(R1+R2)/R1
A=5506
We kiezen voor R1 = 1kΩ. Dit geeft R2=5M5 Ω. Dit geeft een vergroting van A = 5501. Dit is een
voldoende factor omdat het verschil 5 in A niet significant genoeg is om dit verder te berekenen. Nu
kunnen de sensoren communiceren met de besturingseenheid.
16