Taupunkthygrometer
INHALTSVERZEICHNIS
1 Projektbeschreibung 3
2 Zeitdiagramm der Messung 3
3 Der Peltier Effekt 5
3.1 Thermoelektrizität, Seebeck Effekt 5
3.2 Prinzip der Thermoelektrizität 5
3.3 Elektronenthermische Kälteerzeugung, Peltier Effekt 5
4 Schaltungen 6
4.1 Differenzverstärker 6
4.2 Komparator 6
4.
3 Ausschaltlogik 7
4.4 Optischer Teil 7
4.5 Ansteuerung PE 8
5 Software 9
6 Zweiter Prototyp 11
6.1 Mögliche Peltier Elemente: 11
6.2 Neue Stromabschaltung 11
6.3 Neues Software Programm 12
6.
4 Spulendimensionierung 13
6.4.1 Kern: RM4 13
6.4.2 Kern RM5: 14
6.5 Kennlinie des PE 15
7 Tagesprotokoll 16
8 Projekttagebuch 18
9 Anhang: 20
Projektbeschreibung
Basierend auf dem Peltier Effekt soll ein Gerät zur Messung der Luftfeuchtigkeit entwickelt werden.
Dabei steuert eine Infrarot Leuchtdiode einen Phototransistor über einen Spiegel, welcher an das Peltier Element (PE) angebracht ist, mit konstanter Leuchtintensität an. Dadurch hält der Phototransistor die Vergleichspannung am invertierenden Eingang eines Komparators ebenfalls konstant.
Mit einem mP soll nun ein Programm geschrieben werden, daß das Peltier Element mit einem Strom ansteuert. Je nach Stromstärke durch das Peltier Element kühlt dieses schneller (hoher Strom), oder langsamer (niedriger Strom) ab. Dies bewirkt das der auf der erkaltenden Seite angebrachte Spiegel anläuft. Wann der Spiegel anläuft hängt nun von der Luftfeuchtigkeit der Umgebung ab.
Läuft der Spiegel nun an, so vergrößert sich der Spannungsabfall am Phototransistor. Daraus folgend steigt das Potential am invertierenden Eingang des Komparators und dieser wechselt den Ausgangspegel, bei Überschreitung der Schaltschwelle, von high auf low. Über einen PortPin kann der mP nun feststellen, ob der Spiegel schon angelaufen ist, oder nicht, je nach dem was der Komparator am Ausgang ausgibt. Liegt der Fall an, daß am Ausgang des Komparators low anliegt, so stoppt der mP den Stromfluss durch das Peltier-Element. Mit Hilfe einer Temperaturmessanlage wird die zum Zeitpunkt des Anlaufens vorherrschende Temperatur am Spiegel gemessen. Über den physikalischen Zusammenhang zwischen Temperatur und Luftfeuchtigkeit, der in einer Tabelle erfaßt ist, kann die Luftfeuchtigkeit festgestellt werden.
Über den mP wird diese aus der Tabelle ermittelt und auf eine Anzeige (Bildschirm) ausgegeben.
Das Projekt ist in zwei Teile geteilt. Der erste Teil besteht darin, daß Projekt vom vorigen Jahr Fertigzustellen und eventuelle Fehler zu beheben. Dies ist die Aufgabe der Projektgruppe Hygrometer (Mangi, Preßler). Das Projekt für die Messung der Temperatur sollte bis zur Fertigstellung des ersten Teil des Projekts ebenfalls abgeschlossen sein. Danach wird ein Prototyp geplant, der die beiden Projekte verbindet und vervollständigt.
Zeitdiagramm der Messung
t [s]
tfast_fall FastFall Time.
treact Reaction Time.
trise Rise Time.
tslow_fall SlowFall Time.
Die Gesamtmesszeit kann man grundsätzlich in vier verschiedene Perioden unterteilen. Nämlich in die Zeit in der das PE mit einem hohen Takt (hoher Strom) angesteuert wird tfast_fall (fast_fall time), in die Zeit in der sich das PE abkühlt, ohne das ein Strom durch dieses fließt (reaction time).
Danach die Zeit in der sich das PE durch die Umgebungstemperatur wieder erwärmt (rise time) und schlußendlich die Zeit in der das PE mit einem niedrigen Takt (niedriger Strom) angesteuert wird.
1. Periode: Diese Periode dient dazu, das Peltier-Element soweit abzukühlen, daß sich die Temperatur des Elements in der Nähe der des Taupunkts (TP) befindet. Dazu wird ein großes Tastverhältnis gewählt, daher ein relativ hoher Strom. Das PE kühlt sich relativ schnell ab, wodurch eine Messung des TP sehr ungenau und daher unbrauchbar wäre. Der Spiegel beschlägt (theoretisch) genau bei Abschalten des Taktes am Ende dieser Periode.
2. Periode: Während dieser Periode liegt kein Takt am PE an, daher fließt auch kein Strom durch dieses. Aufgrund der Massenträgheit kühlt sich das PE jedoch weiter ab. (Nur relevant wenn PE sehr groß ist, daher nur in der Entwicklungsphase von Bedeutung). Der Spiegel ist noch immer beschlagen, da die Temperatur unter der des TP liegt.
3.
Periode: In dieser Periode erwärmt sich das PE wieder über die Temperatur des TP. Es liegt ebenfalls kein Takt (kein Strom) am PE an. Der Spiegel wird wieder klar, allerdings nicht beim Taupunkt sondern bei einer etwas höheren Temperatur, da zuerst das Wasser auf dem Spiegel verdampfen muß.
4. Periode: Zur genauen Bestimmung des Taupunktes dient die letzte Periode. Dabei wird ein Takt mit niedrigem Tastverhältnis (niedriger Strom) an das PE angelegt.
Das PE kühlt folglich langsam ab. Sobald der TP erreicht ist (Spiegel besch lägt) wird die Temperatur gemessen. Da das Abkühlen sehr langsam erfolgte, ist die Messung der Temperatur ziemlich genau. Am Ende dieser Periode wird der Takt abgeschaltet.
Anmerkung: Im Zeitdiagramm sind die Temperaturverläufe linear gezeichnet. Dies stimmt natürlich nicht ganz, da die Temperatur nach einer e - Funktion verläuft.
Zur anschaulichen Betrachtung der Messung wurden diese Funktionen jedoch linearisiert.
Die Gesamtdauer der Messung ist natürlich von mehreren Faktoren abhängig. Zuerst einmal von der Temperatur auf der das PE vor Beginn der Messung liegt, sowie vom TP und daraus folgend der vorherrschenden Luftfeuchtigkeit. Weiters hängt sie ab von den verwendeten Tastverhältnissen und der Größe des verwendeten Peltier-Elements. Nebenbei hängt auch die Genauigkeit von Tastverhältnissen und Größe des PE ab. So gesehen ist eine Aussage über die Messzeit nicht einfach zu treffen, allerdings auch nicht wesentlich, da sich die Luftfeuchtigkeit nicht schlagartig ändert.
Der Peltier Effekt
Thermoelektrizität, Seebeck Effekt
Die Thermoelektrizität wurde erstmals 1801 vom deutschen Arzt und Naturforscher Wilhelm Ritter festgestellt und 1822 vom deutschen Physiker Thomas Johann Seebeck (Leipzig) näher studiert.
Erwärmt man eine Lötstelle zweier verschiedener Metalle (z.B. Kupfer und Konstantan), so zeigt ein an den kalten Enden angeschlossener empfindlicher Spannungsmesser eine kleine Spannung an, die etwa linear mit der Temperaturdifferenz DT = Jw - Jk ansteigt (Jk = Temperatur der kalten Lötstelle, Jw = Temp. der warmen Lötstelle).
Prinzip der Thermoelektrizität
Ein Temperaturgefälle in einem Leiter verursacht physikalische Inhomogenitäten und bewirkt eine Elektronenverschiebung von der warmen zur kalten Seite hin.
Zwischen warmen und kalten Enden des Leiters herrscht dann eine durch die Thermokraft hervorgerufene Potentialdifferenz, man nennt sie die Thermospannung. In einem über ein Messgerät geschlossenen Stromkreis kann die durch die Wärmezufuhr bewirkte Elektronenwanderung als Thermostrom gemessen werden. Die entstehende Spannung ist auch vom Leitermaterial abhängig.
Elektronenthermische Kälteerzeugung, Peltier Effekt
Im Jahre 1834 stellte der Franzose Jean Peltier fest, dass der Seebeck Effekt umkehrbar ist. Wird keine Wärme zugeführt, sondern ein Strom durch die Anordnung geschickt, und zwar so, dass er in der gleichen Richtung fließt wie der ursprüngliche Thermostrom, so er wärmt sich die beim Seebeck Effekt kalte Stelle und die andere kühlt ab. PrinzipIn einem Stromkreis aus inhomogenen Leitern bildet sich beim Stromdurchgang an den beiden Verbindungsstellen ein Temperaturgefälle aus.
Die kalte Verbindungsstelle nimmt die zur Kühlung nutzbare Wärmemenge auf und die warme Lötstelle gibt sie ab. Mit Halbleiterelementen (z.B. Wismuttellurid) erreicht man in Luft Temperaturdifferen-zen bis ca.60°C. Bei positiver Stromrichtung - zuerst durch den n-Schenkel - fließt die Wärme in beiden Schenkeln von oben nach unten und bildet somit eine kalte Seite.
Schaltungen
Differenzverstärker
Komparator
Ausschaltlogik
Optischer Teil
Ansteuerung PE
Software
mP Programm
;*************************************************************************************
;****************************** PRESSLER MANGI ********************************
;*************************************************************************************
;**************************** TAUPUNKTHYGROMETER ********************************
;*************************************************************************************
;*************************************************************************************
;******************************** HAUPTPROGRAMM *********************************
;*************************************************************************************
;-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
; -> R1, R2, TH0
; - R1, R2
; SBR Zähler
;-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
org 8003h ;Interruptaddresse für INT0
jmp highcurrent
org 8013h ;Interruptadresse für INT1
jmp mirror
org 8100h ;Startadresse des Hauptprogramms
Starthaupt: mov r1,#0c0h ;Dauer der High-Phase
mov r2,#040h ;Dauer der Low-Phase
setb ea ;Enablen aller Interrupts
setb ex0 ;Enabeln der Externen Interrupts
setb ex1
anl tmod,#0f0h ;Initialisieren eines 16Bit Zählers (Mode ?)
orl tmod,#1h ;wobei nur die unteren 8Bit verwendet werden
mov th0,#0ffh
setb tr0 ;Starten des Timer
call Zaehler ;Aufrufen des Unterprogramms Zähler
jmp Starthaupt
;*************************************************************************************
;************************************ SBR ZÄHLER ***********************************
;*************************************************************************************
;-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
; <- R1, R2, TH0
; - P1.0, TF0, TL0
;-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Zaehler:
t0ofl1: jnb tf0,t0ofl1 ;Schleife High-Phase
setb p1.0 ;High ausgeben (in Schaltung low weil invertiert)
mov th0,#0ffh ;Timer neu initialisieren
mov tl0,r1
clr tf0 ;Interruptbit des Timers zurücksetzen
jmp t0ofl2
t0ofl2: jnb tf0,t0ofl2 ;Schleife Low-Phase
clr p1.0 ;Low ausgeben auf P1.0 = Takt Pin für Schaltung
mov th0,#0ffh ;Timer neu initialisieren
mov tl0,r2
clr tf0 ;Interruptbit des Timer zurücksetzen
jmp t0ofl1
reti
;*************************************************************************************
;******************************** INTERRUPT SERVICEROUTINEN ********************** ;*************************************************************************************
++++++++++++++++++++++++++++++++++ MIRROR +++++++++++++++++++++++++++++++++
;-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
; -> R1,R2
; - P1.0, P3.
3, TH0, TR0
;-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
mirror: clr tr0 ;Timer stoppem
setb p1.0 ;High ausgeben (low in Schaltung)
lmirror: jnb p3.3, lmirror ;Schleife bis Spiegel klar
mov th0,#0ffh ;Timer neu initialisieren
mov r1,#040h
mov r2,#0c0h
setb tr0 ;Timer starten
reti
+++++++++++++++++++++++++++++ HIGHCURRENT +++++++++++++++++++++++++++++++++
;-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
; - P1.0, P.3.2, TR0, TR0
;-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
highcurrent: clr tr0 ;Timer stoppen
setb p1.
0 ;High ausgeben (low in Schaltung, d.h FET sperrt ->kein
;Strom durch PE)
lhighcurrent: jnb p3.2, lhighcurrent ;Schleife bis Fehler :behoben und Strom nicht mehr zu hoch,
;wiedereinschalten durch externen manuellen Schalter
mov th0,#0ffh ;Timer initialisieren und mit vorherigen
setb tr0 ;Tastverhältnis starten
reti
end
Anmerkung: Nach Rücksprung in das Unterprogramm (Zähler) wird P1.0 rückgesetzt.
Zweiter Prototyp
Nach Fertigstellung des ersten Prototypen beginnt nun die Planung des zweiten Prototypen, der kleiner und preisgünstiger sein soll als der Erste. Weiters soll die Schaltung auf einer Leiterplatte aufgebaut werden, und das PE sowie die Sensoren (Infrarot LED und Phototransistor) in einem Stift untergebracht werden.
Weiters soll die Temperatur beim Taupunkt gemessen werden, um daraus Rückschlüße auf die Luftfeuchtigkeit zu erhalten. Dieses Projekt (Herbst, Volkert) wird daher ebenfalls ein großer Bestandteil des Projekts werden.
Die Planung beginnt mit der Wahl des neuen PE. Darauffolgend soll die Spule dimensioniert werden. Die weiteren Abläufe können dem Zeitplan entnommen werden.
Mögliche Peltier Elemente:
Bezeichnung
Abmessungen [mm]
Imax
Qmax
Preis
CP1.
0-31-06-L
15x15
3A
6,3W
46 DM
CP1.0-17-06-L
12x12
3A
3,4W
37.60 DM
CP1.0-7-06-L
8x8
3A
1,4W
34.60 DM
CP1.0-14-06L
10x9
3A
2.
8W
Neue Stromabschaltung
Die neue Stromabschaltung soll das Problem der ersten Schaltung, die zeitweise abgeschaltet hat, obwohl der Strom nicht zu hoch war, beheben. Zur Dimensionierung der Bauteile dient eine beiliegende Vorlage.
Weiters wurde ein neues Software Programm entwickelt. Im alten Programm wurden die high- und low-Phasen des an den FET angelegten Taktes durch einen Timer bestimmt. Diese Programmierung ist umständlich. Im neuen Programm wird dies durch dekrementieren von Registern erreicht, was die selbe Wirkung erzeugt, aber wesentlich einfacher zu handhaben ist.
Neues Software Programm
;*******************************************************************************
;************************** MANGI Markus, PRESSLER Jochen **********************
;*******************************************************************************
;******************************** TAUPUNKTHYGROMETER ******************** ;*******************************************************************************
;********************************************************************************
;********************************** HAUPTPROGRAMM **************************
;********************************************************************************
ORG 8003h
JMP Highcurrent
ORG 8013h
JMP Mirror
ORG 8100h ;Startadresse des Hauptprogramms
Starthaupt: SETB ea ;Enabeln aller Interrupts
SETB ex0 ;Enablen der externen Interrupts
SETB ex1
MOV R2,#005h ;Dauer der High- und
MOV R3,#005h ;Low-Phase festlegen
Schleife: CALL Eins ;Ruft SBR High auf
NOP
CALL Null ;Ruft SBR Low auf
JMP Schleife ;Springt wieder an Anfang
;********************************************************************************
;********************************* UNTERPROGRAMME **************************
;********************************************************************************
ORG 8200h ;Startadresse für Unterprogramme
;-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
;------------------------------------- HIGH -------------------------------------------------------------
;-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
Eins: MOV A,R2
MOV R0,A
SETB P1.0
Eins0: DJNZ R0 ,Eins0 ;dekrementieren von R0 für high-Phase (=low an FET)
RET
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------
;------------------------------------- LOW ------------------------------------------------------------
;----------------------------------------------------------------------------------------------------------
Null: MOV A,R3
MOV R1,A
CLR P1.0
Null0: DJNZ R1 ,Null0 ;dekrementieren von R1 für low-Phase (=high an FET)
RET
;*********************************************************************************
;***************************** INTERRUPTSERVICEROUTINE ***********************
;*********************************************************************************
ORG 8300h
;------------------------------------------------------------------------------------------------------------
;------------------------------------- MIRROR ----------------------------------------------------------
;------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Mirror: SETB P1.0
Mirror0: JNB P3.2 ,Mirror0
MOV R2,#008h
MOV R3,#002h
RETI
;------------------------------------------------------------------------------------------------------------
;----------------------------------- HIGHCURRENT ----------------------------------------------------
;------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Highcurrent: SETB P1.0
Highcurrent0: JNB P3.
3 ,Highcurrent0
RETI
END
Spulendimensionierung
Um die benötigte Spule (ca. 50µH) möglichst klein zu halten, wird ein Ferritkern verwendet. Zur Dimensionierung benötigt man die Verlustleistung die berechnet wird von der Übertemperatur JÜ gebrochen durch den thermischen Widerstand Rtherm. Der thermische Widerstand hängt von der Oberfläche ab, die Wärme abgibt. Zur ungefähren Einschätzung der Verlustleistung wird Rtherm geschätzt, da er in Datenbüchern sehr selten angegeben wird.
Ein möglicher Spulenkern wäre ein RM4 doch muss zuerst die Verlustleistung berechnet werden.
Dazu dient die untere Dimensionierung, die auf den maximalen Luftspalt zielt.
Kern: RM4
dimensionieren auf maximalen Luftspalt (ca. 1mm)
Geg: I=2,2A aus DTB.: me=24,6
L=50µH AL=16nH
B0=240mT VFE=230mm3
AR=89µW
größten Luftspalt angenommen und Induktion berechnen
B0 ist kleiner als gewünscht. Ein Vorteil ist dadruch gegeben, daß die Kupferverluste bei kleinerem B0 geringer werden.
Nun kann aus AL und L die notwendige Windungsanzahl N berechnet werden
Draht Durchmesser für RM4 bei 56Wdg.
Maximal 0,35mm (isoliert), laut Drahttabelle Siemens DtB.
Weiters wird nun der Kupferwiderstand der Windungen berechnet, um infolge die Verlustleistung und die Übertemperatur berechnen zu können.
Nun kann von aus einer Tabelle auf die Übertemperatur geschlossen werden. Es stellt sich heraus, daß die Übertemperatur ca. 45°C beträgt. Um aber ganz sicher zu gehen, daß sich die Spule nicht zu sehr erwärmt, wird ein RM5 Kern verwendet.
Kern RM5:
Geg: I=2,2A aus DTB.: me=20,3
L=50µH AL=25nH
B0=240mT VFE=430mm3
AR=90µW
Draht Durchmesser für RM5 bei 45Wdg. Maximal 0,4mm (isoliert), laut Drahttabelle Siemens DtB.
Die Übertemperatur beträgt nun ca. 25°C
Kennlinie des PE
U [mV]
I [mA]
100
120
200
270
300
440
400
590
500
740
600
900
700
1080
800
1200
900
1330
1000
1500
1100
1650
1200
1760
1300
1900
1400
2080
1500
2200
1600
2280
Aus der Kennlinie des PE läßt sich nun der Widerstand bestimmen. Da die KL annähernd linear verläuft läßt sich der Widerstand überall ablesen und beträgt 0,7W.
Tagesprotokoll
13.10.97
Testen der Schaltung
Testen der SchutzschaltungAufgabe: Die Schutzschaltung hat die Aufgabe das PE vor einem zu hohen Strom zu schützen (>4,83A). Wenn der Strom zu groß wird, wird der der Gate Eingang des FET auf Masse gelegt und verhinder so den Stromfluss durch das PE.
Testen: Die Schaltung wird vom PE getrennt. FET wird den Eingang wird eine Differenzspannung mit Hilfe eines Spannungsteilers angelegt.
Dann wird der Abschaltpunkt gemessen.
Ergebnis: Messung der Diff.Spg.: Pin3: 2V Diff.Spg.: 2V
Pin5: 4V
Buffer: Pin1: 2V Buffer O.
k.
Pin7: 4V
Pin8: 2V O.k.
339: Pin5 (+): 1V O.k.
Pin2: Low
Messung des Schaltpunktes durch erhöhen der Diff.
Spg. Diff.Spg bei 4,33V - Schutzschaltung geht auf high => funktioniert. Am Gate Eingang des FET liegt low an. Wiedereinschaltung funktioniert auch. Gatter funktionieren auch.
Testen des FET
FET funktioniert. Kein Gate Strom. Source-Drain Strom bei 1.5k und 5V bei 3.33mA
Testen des Phototransistors
Test ohne PE: Phototransistor schaltet voll durch, weil Spiegel nicht beschlagen. Ausgang des OPV (339 Pin7) ist auf high.
Test mit PE: Phototransistor schaltet durch (1mA) wenn Spiegel nicht beschlagen. Ausgang des OPV auf low wenn Spiegel komplett beschlagen. Strom durch Phototransistor 680mA.
Abstimmung von Poti R12 so, dass Transistor genau beim TP schaltet. Zuerst Spannung am Kollektor des P-Transistors zum Zeitpunkt des Beschlagens messen, dann die Spannung am + Eingang des OPV einstellen (mittels Poti R12).
Kennlinien Aufnahme des Peltier Elements
U [V]
I [A]
Rpelt [W]
50m
19,3m
2,59
100m
40m
2,5
500m
380m
1,3
1
760m
1,3
1,5
1,08
1,39
2
1,4
1,43
2,5
1,73
1,45
3
2,13
1,41
3,5
2,55
1,37
4
2,87
1,39
4,5
3,25
1,38
5
3,53
1,42
5,5
3,75
1,47
6
4
1,5
Problem: Da die heiße Seite des PE nicht genügend gekühlt wurde, beeinflußte sie die kühle Seite, sodaß sich die kühle nie genug abkühlen konnte.
Wir entfernten den Kühlkörper und erstzen ihn durch einen CPU-Kühler. Mit diesem waren wir in der Lage das PE besser abzukühlen. Der Spiegel auf der kalten Seite kühlte innerhalb einer halben Minute bei einem Strom von 2A soweit ab, dass er den Taupunkt erreichte und beschlug.
Testen der Gesamtschaltung: Messpunkte: Gate Pin FET 74LS02 Pin 1
Ausgang Schutzschaltung LM339AN Pin 2
Ausgang des OPV (Phototrans.) LM339AN Pin 1
20.10.
1997
Aufbau und Testen der GesamtschaltungDa die Einzelnen Teile der Schaltung einwandferei funtionieren, war zu erwarten, dass auch die Gesamtschaltung funktioniert. Dem war jedoch nicht so, da die Stromabschaltung sofort nach dem Einschalten die Schaltung deaktiviertem, und dadurch konnte keine aussagen-kräftige Messung durchgeführt werden. Nun muss herausgefunden werden, warum die Stromabschaltung schaltet.
ProblemDie Stromabschaltung schaltet aufgrund von Spannungspitzen immer wieder ab. Es wurde versucht diese hochfrequenten Spitzen (f»3MHz) durch einen Tiefpass so stark zu dämpfen, dass sie den Komparator der Stromabschaltung nicht mehr zum vorzeitigen Schalten bringen. Die Quelle dieser Spannungsspitzen konnte noch nicht gefunden werden.
Tiefpass: fG = 50kHz R = 1kW C = 3,3nF
Der Tiefpass brachte keine Veränderung der Spitzen. Nun sollen mit Hilfe eines TP zweiter Ordnung und einer Spannungsbegrenzung (zwei Leuchtdioden hintereinander » 4V in beiden Richtungen) die Spannungsspitzen unterdrückt und weggeschnitten werden.Abb. Spannungsspitzenunterdrückung:
27.10.1997Aufbau der Spannungsspitzenunterdrückungsschaltung
(siehe 20.
10.1997).
Durch die Neue Schaltung wird die Stromabschaltung wesentlich unempfindlicher, jedoch konnten die Spitzen nicht vollständig unterdrückt werden. Soweit funktioniert die Schaltung jedoch.
Jetzt müssen nur noch die Potentiometer auf die genauen Schaltzeitpunkte getrimmt werden.
19.
01.1997
Anmerkung: Versorgung für Ics vom Board nehmen Eine weitere Verbesserung der Spannungsspitzenunterdrückung würde ein Tiefpass nach dem Differenzverstärker bringen. Allerdings darf die Grenzfrequenz nicht zu hoch sein, da die Schaltung sonst nicht schnell genug reagieren würde. Bei der Inbetriebnahme des fertigaufgebauten Prototyps stellten wir fest, das selbst bei einem Strom von 3 - 3,5A der Spiegel auf dem PE nicht anläuft. Nachdem wir das PE aus der Schaltung ausgebaut haben und direkt mit einem Strom von 3A speisten, lief der Spiegel inerhalb kürzester Zeit an.
Seit dem 19.
01 wird das Tagesprotokoll verstärkt im Projekttagebuch geführt, um Tagesgeschehnisse nicht doppelt zu umschreiben
Projekttagebuch
Tag
Stunden
Phase
Taupunkthygrometer : Mangi / Preßler
Tätigkeit
Bemerkung
13.10.
800-1550
Testen der einzelnen Funktionsgruppen der Gesamtschaltung:
Testen der Stromabschaltung (OK)
Testen des n-Kanal Power MOS-FET (OK)
Testen des Fototransistors (OK)
Kennlinienaufnahme des Peltierelements (OK)
Stromabschaltung wurde mit Gleichspannung getestet
20.10.
800-1550
Aufbau und Test der Gesamtschaltung,
Problem: Stromabschaltung schaltet aufgrund von Spannungsspitzen zu früh ab.
Lösung: Spannungsspitzenunterdrückung
27.
10.
800-900
Geräte und Schaltung vorbereitet, angeschlossen
900-1040
Stromabschaltungsschaltung mit aktivem Filter erweitert und getestet (manchmal noch immer Ausfälle, nicht 100%ig)
1040-1130
Abstimmung des Komparators für Spiegelanlaufkontrolle, anschl. Funktionskontrolle der Schaltung (OK)
1220-1550
Erstellung der Vorlagen für Projekttagebuch, Design-Ablauf
10.11.
800-1550
Fertigstellung der Projektorganisation
Erstellen des Design-Ablaufs
Erstellen des Projekt-Ablaufs
Erstellen des Projekttagebuchs
Fertiggestellt und an alle Gruppen verteilt
17.11.
800-1130
Projektprotokolle vervollständigt
1220-1550
Einführung in ViewLogic mit Beispielprogramm (4-Bit-Addierer)
24.11.
800-1130
Simulation der Eingangsschaltung in ViewLogic probiert, funtionierte aber nicht, weil nur Digitalschaltungen simulierbar sind
1220-1550
Dokumentation erweitert
1.12.
800-1130
Telefonisch Unterlagen bzw. Datenblätter über Spulenkerne, Lichtschranken und Peltierelemente angefordert
1220-1550
Zeitablauf des Projekts formuliert, neue Strommeßschaltung bekommen und anschließend durchgedacht, in ViewLogic gezeichnet
15.
12.
800-1130
Stromabschaltung in Visio gezeichnet. Dimensionierung der Spule kann nicht durchgeführt werden, da Datenblätter des PE noch nicht da sind.
1220-1550
Fertigstellen der Projektunterlagen (Zeitablauf, Projektablauf).
Unterlagen für Sensoren erhalten.
12.
01.
800-940
Plan zur Befestigung der Einzelteile des Sensors überlegt.
950-1130
Prototyp beschriftet, Sensorverbindungen fix gelötet und Schrauben als „Füße“ montiert.
1220-1550
Prototyp Verbindungen fix gelötet. Beschriftung aller Pins. Optimierung der Verbindungskabellänge.
19.01.
800-940
Mögliche Peltierelemente ausgesucht
Unterlagen für Spule und Peltierelement erhalten.
950-1130
Aufbau des ersten Prototyps für Notenvergabe
1220-1450
Notenbesprechung
1450-1550
Überprüfung des PE weil Spiegel nicht anläuft.
Spiegel läuft an bei selben Strom. In der Schaltung aber nicht
21.
01.
950-1130
Doku überarbeitet nach Besprechung vom 19.01.
26.01.
800-1130
Sämtliche Schaltungen in ViewLogic gezeichnet und in Doku übernommen:
Differenzverstärker
Komparator
Logik
Leistungsteil
1220-1550
Montiermöglichkeit für PE und Spiegel in Visio gezeichnet.
Peltier-Element angeschaut und ausgewählt (ca.250.- 2Stk.) Firma Melcor Ottakringer Straße (siehe Beilagen). ViewLogik Zeichnungen formatiert für bessere Erkennbarkeit.
PE von Prof.
GUG bestellt
09.02.
800-940
Induktivität der Spule (L) berechnet
950-1130
Programm für µP neu geschrieben (anstatt dem Timer wird eine Zeitschleife verwendet)
1220-1550
Eingangsschaltung (Strommeßschaltung) auf Steckbrett aufgebaut und getestet
16.02.
800-1130
Nach geeigneten Spulenkern gesucht (Siemens Datenbuch). Möglichen Kern gefunden, jedoch eine vorherige Abschätzung der Verlustleistung notwendig.
1220-1550
Aufnahme der Kennlinie des neuen PE. Bestimmung des Widerstandes des PE. Gesamtschaltung in ViewLogic gezeichnet.
23.02.
800-1550
Abschätzung der Verlustleistung des Spulenkerns mittels Unterlagen (Vergleich mit ähnlichem Kern, von dem der thermische Widerstand bekannt ist.
16.03.
800-940
Spule gewickelt
Induktivität der Spule liegt ziemlich genau bei der der berechneten. (50µH berechnet, 49,5µH gewickelt)
950-1550
neuen Sensor besorgt (von Prof. Rafetseder), von diesem Sensor die Anschlüsse bestimmt und die Empfindlichkeit gemessen. Danach verucht angelaufenen Spiegel zu simulieren -> Dem Sensor ist egal ob der Spiegel angelaufen ist oder nicht -> Sensor des ersten Prototypen genommen.
23.03.
800-1550
Begonnen Gesamte Schaltung vom ViewLogic ins PADS zu übernehmen, um Layout zu gestalten. Aufgrund einiger Probleme die aufgetreten sind dauert das Zeichnen des Layouts länger als geplant.
30.03.
800-1550
Doku fertig gemacht und in PADS und ViewLogic weitergearbeitet, um Layout fertigzustellen.
20.04.
800-1550
Layout weiterbearbeitet. Auf einige Probleme gestoßen bei Übernahme von ViewLogic in PADS.
27.
04.
800-1550
Layout geroutet und Printplatte geätzt.
Probleme mit der Ätzstation bei FL Segall -> eine Stunde für ätzen gebraucht
04.05
800-1550
Printplatte gebohrt. Printplatte aufgebaut. Doku vervollständigt.
Anhang:
Projektablauftabelle
Strommessung am MOSFET von Ralf Bertram = neue Stromabschaltung
Sensor Spezifikationen von OPTEK
Spulenspezifikationen für Ferritkerne aus Siemens DtB. Zur Spulendimensionierung
Gesamtschaltung
Bestückungsplan und Leiterplatte
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