{"id":441,"date":"2018-07-16T21:17:19","date_gmt":"2018-07-16T19:17:19","guid":{"rendered":"http:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/?page_id=441"},"modified":"2018-07-16T21:17:27","modified_gmt":"2018-07-16T19:17:27","slug":"temperatur","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/zuchthaus\/gruppe-4-licht\/temperatur\/","title":{"rendered":"Temperatur"},"content":{"rendered":"

Schaltungsbeschreibung<\/strong><\/p>\n

Die Sensorik der Gruppe Licht besch\u00e4ftigt sich mit der Temperaturanf\u00e4lligkeit von Bauteilen, speziell Leuchtdioden.
\nBekanntlich arbeiten Leuchtdioden nicht ideal, daher kann in einer Leuchtdiode beispielsweise bei steigender Temperatur den durch\ufb02ie\u00dfenden Strom sich erh\u00f6hen, was zur Zerst\u00f6rung der betro\ufb00enen Leuchtdiode f\u00fchrt.
\nDie Messung der Temperatur wird durch eine invertierende Trigger-Schmitt-Schaltung mit einem PTC-Widerstand realisiert.
\nDabei besteht diese Schaltung aus einem Spannungsteiler von Widerst\u00e4nden in Kombination mit einem Operationsverst\u00e4rker.<\/p>\n

Schnittstellen<\/strong><\/p>\n

Man ben\u00f6tigt von der Versorgungsgruppe eine Spannung im Bereich von 0V\u22125V.<\/p>\n

Schaltung<\/strong><\/p>\n

Die folgende Gra\ufb01k veranschaulicht die Realisierung des Temperatursensors mittels der invertierende Trigger-Schmitt-Schaltung.<\/p>\n

\"schaltung\"<\/a><\/p>\n

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Hier ben\u00f6tigt man kein L\u00fcfter, da die invertierende Trigger-Schmitt-Schaltung als Sensor f\u00fcr die leuchtenden LEDs fungiert. Bei \u00dcberschreitung einer Temperaturschranke soll kein Strom durch die Schaltung \ufb02ie\u00dfen, sodass die Leuchtdioden abgeschaltet und sich abk\u00fchlen k\u00f6nnen.<\/p>\n

Funktionsweise<\/strong><\/p>\n

Der PTC-Widerstand ist ein ver\u00e4nderlicher Widerstand, welcher speziell auf Temperatur\u00e4nderungen reagiert. Bei steigernder Temperatur wird ebenso der Widerstandswert des PTC-Widerstands erh\u00f6ht. Dahingegen sinkt der Widerstandswert bei sinkender Temperatur.
\nMan hat hier f\u00fcr eine Temperaturschranke von \u0398(schrank = 90\u25e6C gew\u00e4hlt. Aus dem Datenbl\u00e4ttern kann man entnehmen, dass der PTC-Widerstand einen Wert von ungef\u00e4hr 1347\u2126 annimmt.
\nDie invertierende Trigger-Schmitt-Schaltung sorgt bei einer \u00dcberschreitung von \u0398(schranke) bzw. von R(PTC), hier ca. 1347\u2126, am Ausgang der Schaltung auf 0V angelegt wird. Bei Unterschreitung der Temperaturschranke, durch Abk\u00fchlung beispielsweise, wird am Ausgang wieder die Betriebsspannung am Eingang wieder angelegt. Dadurch stellt man sicher, dass die Leuchtdioden nicht bei \u00fcberh\u00f6hten Temperaturen weiter betrieben werden.
\nDies wird durch den Operationsverst\u00e4rker realisiert. Der verwendete Operationsverst\u00e4rker fungiert als Komparator von zwei Spannungssignalen.
\nBei steigender Temperatur steigt neben der Widerstandswert ebenso auch die abfallende Spannung am PTC-Widerstand. Wenn die Eingangsspannung U\u2212, von PTC-Widerstand, gr\u00f6\u00dfer als die andere Eingangsspannung U+ ist, schaltet der Operationsverst\u00e4rker auf die Masse, also auf 0V, sodass am Ausgang keine Spannung abf\u00e4llt.
\nDahingegen schaltet der Operationsverst\u00e4rker bei geringen Temperaturen, folglich geringe Spannung am PTC-Widerstand, auf die Versorgungsspannung von 5V zu, denn hier ist nun die Eingangspannung U+ vom Operationsverst\u00e4rker gr\u00f6\u00dfer als die andere Eingangsspannung U\u2212. Damit der Operationsverst\u00e4rker bei einer bestimmten Temperaturschranke schalten kann, m\u00fcssen die anderen Widerst\u00e4nde dementsprechend dimensioniert werden.<\/p>\n

Simulation<\/strong><\/p>\n

Die folgende Gra\ufb01k zeigt die Schaltung f\u00fcr die Simulation.<\/p>\n

\"Simulation\"<\/a><\/p>\n

Hierbei betrachtet man den PTC-Widerstand als Spannungsquelle mit verschiedenen SpannungswertebeiverschiedenenZeitpunkten.DurchdasEinsetzenderSpannungsquelle simuliert man die \u00c4nderung der Spannung auf den temperaturabh\u00e4ngigen Widerstand PT1000. Hier wird die Spannung V2 in den ersten f\u00fcnf Sekunden von Null auf 2V steigen und wird in den verbleibenden vier Sekunden auf Null abfallen.
\nDie wird mit der Advanced-Einstellung der Spannungsquelle im Unterpunkt PWL durchgef\u00fchrt.
\nDie Simulation soll die Hysterese der invertierenden Trigger-Schmitt-Schaltung, hervorgerufen durch den Einschalt – bzw. Ausschaltvorgang des Operationsverst\u00e4rker, widerspiegeln. Im Abschnitt Dimensionierung zeigte man auf, ab welcher Temperatur ungef\u00e4hr der Operationsverst\u00e4rker auf 0V bzw. auf Betriebspannung am Eingang schaltet.
\nDann bekommen wir Ausgangskennlinie:
\nAuf dem Bild k\u00f6nnen wir klar sehen: Wenn die Spannung der Spannungsquelle niedrig ist,bekommen wir Ausgangsspannung von 11V. Das hei\u00dft, wenn der Widerstand des PT1000 klein ist (Temperatur ist niedrig), so ist die Schaltung eingeschaltet. Wenn die Spannung der Spannungsquelle hoch ist,bekommen wir sehr kleine Ausgangsspannung.Das hei\u00dft,wenn der Widerstand des PT1000 hoch ist(Temperatur ist hoch), so\"nichtideal\"<\/a><\/p>\n

ist die Schaltung ausgeschaltet.<\/p>\n

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Wenn man OP495 statt LM258N einsetzt, dann bekommen wir ideale Kennlinie (s. untere Abbildung):\"ideal\"<\/a><\/p>\n

In diesem Fall kann die Ausgangsspannung bei eingeschaltetem Zustand 12V Ausgangsspannung erreichen,und wenn die Schaltung ausgeschaltet ist, \ufb02ie\u00dft gar kein Strom in der Schaltung.
\nHierbei wird verdeutlicht, dass je nach Modell des Operationsverst\u00e4rkers andere Spannungswertehoch-bzw.runterschaltet. Daher h\u00e4ngt die Verwendung des jeweiligen Modells \u00fcber die Aussteuerung der Schaltung ab. Durch den hohen Preises des OP495, haben wir uns schlie\u00dflich f\u00fcr LM258N entschieden.<\/p>\n

Bauteillisten\u00a0<\/strong><\/p>\n

F\u00fcr den Temperatursensor ben\u00f6tigt man folgende Bauteile :<\/p>\n