Temperaturmåler Klaus Jørgensen Klaus Jørgensen & Ole Rud Odense Tekniskskole Allegade 79 Odense C 5000 28/10 2002 Vejleder: PSS
Forord.: Denne rapport omhandler et forsøg hvor der skal opbygges et apparat, der kan måle 2 forskellige temperaturer. Gruppen har valgt at måle temperaturen indendørs og udendørs. Indendørs med en LM 35, der måler fra 5 til 35 grader, udendørs bruges en PT 1000, som måler fra -10 til 40 grader. Rapporten er skrevet af Klaus Jørgensen. Opbygning af print og udregninger er lavet i sammenarbejde med Ole Rud. Det har været en positiv oplevelse at lave dette projekt, og se at det man har lavet teoretisk, virker i praksis. Summary.: This paper is about how to build a temperature measure white two measures, and white operational amplifier. The component there is used to measure temperature is a PT 1000 and a LM 35. The circuit must only use +/- 9 vols. The PT 1000 is to measure from -10 to 40 degree, and the LM 35 is to measure from 5 to 35 degree. The degree is showed on display whit accuracy on 1 degree. At last it wars build on to a print and it worked. It wars go to see that something you had worked on for tree weeks worked at it shoed. Side 1.
Indholdsfortegnelse. Side 1. Forord. Side 1. Summery. Side 2. Indholdsfortegnelse. Side 3. Indledning. Side 3. Blokdiagram. Side 4. Beskrivelse og design af hver blok. Side 5. Beskrivelse og design af hver blok. Side 6. Beskrivelse og design af hver blok. Side 7. Justeringer. Side 7. Det totale diagram. Side 8. Sammen sætning af modstande fra E12 rækken. Side 8. Styk liste. Side 8. Litteraturliste. Side 9. Konklusion. Side 9. Billede af prototype. side 10. Datablad over PT1000. Side 11. Datablad over LM 35. Side 12. Datablad over LM 35. Side 13. Datablad over LM 35. Side 14. Datablad over LM 35. Side 15. Datablad over LM 35. Side 2.
Indledning. Opgaveformulering.: Opgaven omhandler en temperaturmåler der har to termometer, den skal fremstilles med oprationsforstærker, og to forskellige temperaturmåler som der vælges i gruppen. I gruppen blev valgt en PT1000 og en LM 35. Temperaturerne fra hver måler skal udlæses på det samme viserinstrument, men uafhængig af hinanden. Problemformulering.: Hvad er oprationsforstærker? Hvordan sættes en oprationsforstærker op så den virker bedst? Hvilke termometre er bedst til dette formål? Kravspecifikation.: Der skal anvendes oprationsforstærker i signalbehandlingen. Forsyningsspændingen skal være +/- 9 volt. Hvis der anvendes en PT1000 må denne kun trække 1m Amper. PT1000 skal måle mellem -10 til +40 grader. LM 35 skal måle fra +5 til +35 grader. Det skal ha en nøjagtighed på +/- 1 grad. Blokdiagram. Forsyning +/- 9V og 5,1V. PT 1000. LM 35 og første forstærker. Forstærker til PT 1000. Anden forstærker til LM 35. Jumper og viserinstrument. Side 3.
Beskrivelse og Design af hver blok. Klaus Jørgensen Forsyning +/- 9v og 5,1v.: Forsyningsspændingen består af en +/- 9 volts forsyning, der skal brugets til oprationsforstærkerne, som er fremstillet med to 9 volts batterier, bat 1 og bat 2. D1 er en zenderdiode på 5,1 volt. De 5,1 volt på Uout skal bruges til indgangs strøm i PT 1000 og til offset. Modstand R1 er for modstand til D1 og den er sat til 270Ω. UR1 = Bat1 D1 = 9 5,1 = 3, 9V UR1 3,9 IR1 = = = 14, 44mA R1 270 2 PR1 = IR1 * R1 = 56mW PT 1000.: PT 1000 bruges som den ene temperatur måler, som skal måle mellem -10 til 40 grader, der bruges en inverterede kobling, som er en konstant strømgenerator, den bruger strømmen gennem R2. Uout ved -10 grader er -0,960V og ved 40 grader er den -1,155V. Modstands vadier er aflæst fra datablad. R2 består af to modstande som er taget fra E12 rækken en 4,7KΩ og 390Ω i serie som giver en modstand på 5,09KΩ. UR2 5,1 V IR2 = = = 1mA R2 5,1 K UR2 5,1 V Ny _ IR2 = = = 1,00196mA 1mA R2 5,09K Uout _ min = IPT1000 * PT1000 = 1m *960,859Ω = 0, 960V Uout _ max = IPT1000 * PT1000 = 1m *1155,408Ω = 1, 155V Forskellen mellem Uin min og Uin max er 1,155 0,96 = 195mV Side 4.
Forstærker til PT 1000.: Der bruges en inverterede kobling til forstærkningen så der kommer positivt spænding ud til viserinstrumentet. De -195mV forstærkes op så der er 5V på Uout når der er 40 grader. Når der er -10 grader skal der være 0V på Uout. Ved -10 grader er der -0,96V på R3, de skal ned og ligge på 0V, det gøres med offset R4, som er forsynet med 5,1V fra D1, R3 og R5 sættes til 10KΩ til at starte med. Når offset er indstillet vil Uin være fra 0V til 195mV. R5 R5* UD1 10K *5,1 Offset = UD1* => R4 = = = 53, 125KΩ R 4 Uoffset 0,96 UR4 4,14 UR4 = UD1 Uoffset = 5,1 0,96 = 4, 14V IR4 = = = 77, 93uA R4 53,125K Uout 5 Au = = = 25, 641gánge R5 = R3* Au = 10K * 25,641 = 256, 41KΩ Uin _ Max 195m LM 35 og førsteforstærker.: LM 35 skal kunne måle temperatur fra 5 til 35 grader. LM 35 skal ha forsyning mellem de to ben, og på det tredje ben kommer der en spænding ud, fra 50mV til 350mV, et spring på 10mV per grad. Det signal bliver forstærket op 4,7 gange i en inverterede kobling. Modstandene R7 og R8 er valgt i denne størrelse så der ikke løber så meget strøm igennem dem. UR7 _ MAx 350mV IR7 _ Max = = = 35uA R7 10KΩ R8 47KΩ Au = = = 4, 7gange R7 10KΩ Uout _ Min = Uin _ Min * Au = 50mV * 4,7 = 235mV Uout _ Max = Uin _ Max * Au = 350mV * 4,7 = 1, 645V Side 5.
LM 35 anden forstærker.: Anden forstærker, en inverterede kobling skal for stærke det sidste op så der kommer en spænding på Uout fra 0V til 5V til viserinstrumentet de. For at få en spænding fra 0V skal der bruges offset, som indstilles præcist med R10 som får spænding fra D1 på 5,1V. Når offset er indstillet vil Uin være fra 0V til 1,41V. R9 og R11 sættes til 10KΩ vær til at starte med. Forskellen mellem Uin Min og Uin Max Forskellen = Uin _ Max Uin _ Min = 1,645 0,235 = 1, 41V R11 R11* UD1 10K *5,1 Uoffset = D1* => R10 = = = 217, 02KΩ R 10 Uoffset 235m UR10 4,865 UR10 = UD1 offset = 5,1 235m = 4, 865V IR10 = = = 22, 42mA R10 217,02K Uout 5 Au = = = 3, 546gange R11 = R9 * Au = 10K *3,546 = 35, 46KΩ Uin _ Max 1,41 Viserinstrumentet.: Der blev udleveret nogle forskellige viserinstrumenter, i gruppen fik man et på 1mA. Der skulle findes en formodstand til RF. RF sættes til 1KΩ til at starte med, der skrues langsomt op for slupply spændingen til viserinstrumentet har max udslag, som er ved 1mA, Og slupply spændingen aflæses. Uout = 1,3V. så kan instrumentet indremodstand findes og en ny RF så det kommer til at passe med outputtet på kredsløbet hvor man har en max Uout på 5V. Uout = I _ instrument *( RF + Ri) Uout 1,3 RI = RF = 1K = 300Ω I 1m Uout _ Max 5 Ny _ RF = RI = 300 = 4, 7KΩ I 1m Side 6.
Justeringer.: Justering af PT 1000 offset, der sættes en dekadeboks ind i kredsløbet i stedet for PT 1000, dekadeboksen sættes til det mindste antal grader, -10 grader som er lige med en modstand på 960.859Ω. se datablad på PT 1000. Et multimeste sættes på udgangen i et så lille volt måleområde som muligt. Offset modstanden, R4. Justeres ind til der er 0V på udgangen. Justering af PT 1000 gain, dekadeboksen sættes til det højeste antal grader, 40 grader som er en modstand på 1155,408Ω. se datablad på PT 1000. Multigmeteret sættes til et måleområde hvor det kan måle 5V. Gain modstanden, R5. justeres ind til der er 5V på udgangen. Justering af LM 35 offset, ledningen mellem LM 35 og R7 afbrydes. og der sættes en spænding på 50mV. da 10mV er lig med 1 grad, her skal bruges 5 grader. 10m * 5 = 50mV. Se datablad. Multigmeteret sættes på udgangen i et så lille volt måleområde som muligt. Offset modstanden R10, justeres ind til der er 0V på udgangen. Justering af LM 35 gain, på R7 øges spændingen til 350mV, da 10m * 35 = 350mV. Se datablad. Multigmeteret sætter til et måle område hvor der kan måles 5V. Gain modstanden, R11. justeres ind til der er 5V på udgangen. Når alle 4 potmeter er justeret får de en klat lak vær så de ikke rykker sig. Det totale diagram.: Side 7.
Totale Produkt.: Det totale produkt er et kredsløb der måler to temperatur, den ene fra 5 til 35 grader som kan bruges eks. Indenfor. Den anden måler fra -10 til 40 grader som eks. Kan bruges udenfor. Temperaturen vises på et viserinstrument. Hvis denne type skulle masse produceres ville man nok lave det med et digitalt aflæsning af temperaturen da det nok ville være langt letter for mange folk, det vil nok også være billiger end et viserinstrument. Her under ses et billede ar en prototype, som er lavet på et bredbord. Prototype. Sammen sætning af modstande fra E12 rækken.: R1 = 270Ω R7 = 10KΩ R2 = 4,7KΩ + 390Ω R8 = 47KΩ R3 = 10KΩ R9 = 10KΩ R4 = 47KΩ + 5,6KΩ + 2,2KΩ potmeter R10 = 180KΩ + 33KΩ + 2,7KΩ + R5 = 220KΩ + 33KΩ + 4,7KΩ potmeter 4,7KΩpotmeter R6 = 4,7KΩ R11 = 33KΩ + 1,5KΩ + 2,2KΩ potmeter Side 8.
Styk liste.: Modstande: Diverse: 1 stk. 270Ω 1 stk. BZX 55. 5,1V Zenerdiode 1 stk. 390Ω 2 stk. 2,2KΩ potmeter 1 stk. 1,5KΩ 2 stk. 4,7KΩ potmeter 1 stk. 2,7KΩ 2 stk. TL072 cn opamp 1 stk. 4,7KΩ 1 stk. LM 35 1 stk. 5,6KΩ 1 stk. PT 1000 3 stk. 10KΩ 1 stk. Viserinstrument 3 stk. 33KΩ 2 stk. 47KΩ 1 stk. 180KΩ 1 stk. 220KΩ Litteraturliste.: http://www.ephy-mess.de/daten/pt1000d.htm http://www.national.com/ds/lm/lm35.pdf http://www.easybasic.co.kr/gsp/download/tl072.pdf http://www.cnelectr.com/diodes/dbzx55.pdf Konklusion.: Ud fra det teori der er blevet gennem gået på klassen skulle man kunne konstruere et kredsløb der kan måle temperaturer to steder med to forskellige temperatur måler. I gruppen lavede man først det teoretiske, der efter blev det konstrueret på et bredbord, hvis der skulle op stå problemer mellem teori og praktisk, så der hurtigt kunne afprøves med en anden opstilling, da det virkede blev kredsløbet loddet fast på en printplade. 28/10-2002 Klaus Jørgensen. Side 9.
Datablad PT 1000.: -50,000 803,063 807,033 811,003 814,970 818,937 822,902 826,865 830,828 834,789 838,748 842,707-40,000 842,707 846,663 850,619 854,573 858,526 862,478 866,428 870,377 874,325 878,271 882,217-30,000 882,217 886,160 890,103 894,044 897,985 901,923 905,861 909,797 913,732 917,666 921,599-20,000 921,599 925,530 929,461 933,390 937,317 941,244 945,169 949,093 953,016 956,938 960,859-10,000 960,859 964,778 968,696 972,613 976,529 980,444 984,358 988,270 992,181 996,091 1000,000 0,000 1000,000 1003,908 1007,814 1011,720 1015,624 1019,527 1023,429 1027,330 1031,229 1035,128 1039,025 10,000 1039,025 1042,921 1046,816 1050,710 1054,603 1058,495 1062,385 1066,274 1070,162 1074,049 1077,935 20,000 1077,935 1081,820 1085,703 1089,585 1093,467 1097,347 1101,225 1105,103 1108,980 1112,855 1116,729 30,000 1116,729 1120,602 1124,474 1128,345 1132,215 1136,083 1139,950 1143,817 1147,681 1151,545 1155,408 40,000 1155,408 1159,270 1163,130 1166,989 1170,847 1174,704 1178,560 1182,414 1186,268 1190,120 1193,971 50,000 1193,971 1197,821 1201,670 1205,518 1209,364 1213,210 1217,054 1220,897 1224,739 1228,579 1232,419 Side 10.
Side 11.
Side 12.
Side 13.
Side 14.
Side 15.