Den ersten Teil des Sensors stellt die Konstantstromquelle dar. Diese ist n\u00f6tig, damit keine Strom\u00e4nderung, sondern eine Spannungs\u00e4nderung, mit der Ver\u00e4nderung der Temperatur bzw. des ohmschen Widerstandes des PT-100 einhergeht. Die Konstantstromquelle besteht im Wesentlichen aus einem LM317 Spannungsregler, der bei einer Versorgungsspannung von 5V eine Referenzspannung von ca. 1,25V erzeugt. Diese f\u00e4llt dann in der Schaltung an einem 1,25k Widerstand (Potentiometer) ab, wodurch 1mA Strom durch diesen \ufb02ie\u00dfen. Der Strom ist auf nur 1mA bemessen, damit sich die Temperatur des PT-100 nicht durch den Messstrom erh\u00f6ht. Der konstante Strom ist damit bereitgestellt und \ufb02ie\u00dft weiter zum PT-100, an dem dann eine Spannung \u201eA\u201c abf\u00e4llt. Damit diese Spannung vom Rest der Schaltung nicht beein\ufb02usst wird passiert diese einen Impedanzwandler. Bei null Grad Celsius hat der PT-100 einen Widerstand von 100 \u2126, weshalb sich die Spannung \u201eA\u201c bei einem Strom von 1mA auf 100mV bemisst. Damit dieser O\ufb00set von 100 mV eliminiert wird, wird die Spannung \u201eA\u201c an eine Subtrahierer-Schaltung weitergegeben, die diese 100 mV von Spannung \u201eA\u201c abzieht, wodurch Spannung \u201eB\u201c entsteht.<\/p>\n
Geht man nun von einem Temperaturbereich von 0 bis 50 Grad Celsius aus, dann bedeutet das einen Spannungsbereich von 0 bis 19,4mV f\u00fcr Spannung \u201eB\u201c. Damit die obere Grenze mit 19,4mV auf 5V erh\u00f6ht wird, ist hinter den Subtrahierer noch ein Verst\u00e4rker geschaltet, der Spannung \u201eC\u201c erzeugt, das an den Mikrocontroller weitergeleitete Messsignal.<\/p>\n
![\"schaltungtemp\"](\"http:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/wp-content\/uploads\/sites\/22\/2018\/07\/schaltungtemp.png\")
<\/a>Schaltung des Temperatursensors<\/p><\/div>\n
Dimensionierung der Schaltung<\/strong><\/p>\n Die Schaltung musste bis auf den Widerstand f\u00fcr die Konstantstromquelle an zwei weiteren Stellen korrekt dimensioniert werden und zwar am Subtrahierer und am Verst\u00e4rker.<\/p>\n F\u00fcr den Subtrahierer gilt:<\/p>\n abzuziehende Spannung =\u00a0\u00a05V\u00b7 (R2)\/(R1 + R2)<\/p>\n F\u00fcr eine abzuziehende Spannung von 100mV ergibt sich also f\u00fcr R2=1kOhm ein Widerstand von 49k\u2126 f\u00fcr R1. F\u00fcr den Verst\u00e4rker gilt:<\/p>\n Ua \/Ue = 1 + (R3\/ R4)<\/p>\n Ue am Verst\u00e4rker bemisst sich auf 0 bis 19,4mV und soll auf 0 bis 5V f\u00fcr Ua verst\u00e4rkt werden. Mit R4 = 100\u2126 ergibt sich somit f\u00fcr R3 ein Widerstand von 25,673 k\u2126. Zur Feinjustierung der Schaltung werden R1 und R4 auf der Platine als voreingestellte Potentiometer vorgesehen.<\/p>\n Simulation und Testaufbau<\/strong><\/p>\n W\u00e4hrend wir die Schaltung mit LT-Spice simulierten, stie\u00dfen wir auf das erste (allerdings auch einzige) Problem. Spannung \u201eC\u201c war zu gro\u00df. Der Spannungsbereich war 1,8V bis 6.1V. Das lag daran, dass der Subtrahierer nicht genau 100mV abzog, sondern nur 93mV, weshalb Spannung \u201eB\u201c verf\u00e4lscht wurde und verst\u00e4rkt einen nicht verwendbaren Spannungsbereich \u201eC\u201c erzeugte. Diese Ungenauigkeit ist wohl durch den OPV verursacht worden, da der Rest des Subtrahierers entsprechend berechnet war. Abhilfe schuf die Methode des Probierens am Spannungsteiler des Subtrahierers. Das Ergebnis war, dass die untere Grenze 0V der Spannung \u201eC\u201c nicht erreicht werden konnte, sich jedoch ein Spannungsbereich von 1V bis 5V ergibt bei der Verwendung eines 46k8 statt eines 49k Widerstandes am Spannungsteiler des Subtrahierers. Beim Testaufbau, der bis auf ein kaputtes Klemmbrett (das uns einen ganzen Termin gekostet hat) keine Probleme mit sich brach, konnte dieses Ergebnis nicht veri\ufb01ziert werden. Da dies aber nur durch das Verhalten des simulierten OPVs kam und die eigentliche Schaltung funktionierte, fuhren wir mit dem Platinenlayout fort.<\/p>\n Platinenentwurf<\/strong><\/p>\n Die Schaltung sah in unseren Augen zuerst gro\u00df und kompliziert aus stellte sich beim Platinenlayout aber eher als klein heraus. Folglich konnten wir uns eine Platine mit unseren Steuerungsbeauftragten teilen. Mit Steuerungsbeauftragten ist dabei nicht Gruppe \u201eSteuerung\u201c gemeint, sondern diejenigen, die sich aus unserer Gruppe \u201eLuft\u201c mit der Transistorsteuerungsschaltung f\u00fcr L\u00fcfter, Heizung und der Gleichen besch\u00e4ftigten. Das Layout wurde also doch etwas komplexer und stellte f\u00fcr das erste Mal Arbeiten mit EAGLE schon eine gewisse Herausforderung dar.<\/p>\n Test der fertigen Platine<\/strong><\/p>\n Nachdem die Platine fertig war begann das Testen. Hierbei verwendeten wir Testwiderst\u00e4nde zur Simulation des PT100 bei verschiedenen Temperaturen. Die Widerst\u00e4nde der Spannungsteiler von Subtrahierer und Verst\u00e4rker f\u00fchrten wir als Potentiometer aus, wodurch wir die O\ufb00setkorrigierung um 100 mV und die Verst\u00e4rkung auf 5V genau einstellen konnten. Diese Feinjustierung wurde an der oberen Spannungsgrenze vorgenommen. Der PT100 wurde hierbei also durch einen 120 \u2126 (ca. 119,4 \u2126 bei 50 Grad Celsius) Widerstand ersetzt. Am Testpin f\u00fcr Spannung \u201eA\u201c, also hinter der Konstantstromquelle, mussten somit 120mV abfallen, was mit dem Potentiometer R feineingestellt wurde. Hinter dem Subtrahierer (Spannung \u201eB\u201c) durften weiterhin nur noch 20mV abfallen. Zur Feineinstellung diente hier das Potentiometer R1. Mit dem Potentiometer R4 stellten wir schlie\u00dflich 5V f\u00fcr Spannung \u201eC\u201c ein. Es zeigte sich, dass die Schaltung mit den verwendeten Bauteilen nur f\u00fcr einen gewissen Temperaturbereich funktionierte, aber nicht f\u00fcr 0 Grad Celsius. Der Fehler konnte auf den OPV (LM324) lokalisiert werden, da dieser keine rail-to-rail Eigenschaft besa\u00df und somit dessen Ausgang nicht auf 0V gehen konnte, was f\u00fcr die Temperatur 0V n\u00f6tig ist. Der Fehler konnte behoben werden, indem die \u201enegative\u201c Versorgungsspannung des OPVs nicht auf 0V, sondern -12V gelegt wurde. Dadurch lagen die 0V mitten in dem Bereich der Versorgungsspannung (-12 bis 12V) und die Schaltung funktionierte. Eigentlich h\u00e4tten wir an diesem Punkt, wenn dieser fr\u00fcher im Projekt erreicht worden w\u00e4re, mit der Energiegruppe absprechen m\u00fcssen, dass wir eine negative Spannung brauchen. Da das Projekt nicht fertiggestellt wird kam es jedoch nicht dazu. Die Platine muss bei der Abschlusspr\u00e4sentation also mit der Spannungsquelle als Versorgung gezeigt werden.<\/p>\n Bauteilliste:<\/strong><\/p>\n Wir, die Gruppenmitglieder Celia, Victoria, Louis und Konstantin, waren f\u00fcr die Realisierung des Temperatursensors in dem Bereich \u201eLuft\u201c unseres Projektes zust\u00e4ndig. Dieser Sensor dient zur \u00dcberwachung der Lufttemperatur, um diese in Zusammenarbeit mit der Steuerungsgruppe regulieren zu k\u00f6nnen. Dabei werden … Weiterlesen \n
\n
\n
\n
\n