AZreferate - Referate und hausaufgaben fur schule.
Referatesuche, Hausarbeiten und Seminararbeiten Kostenlose Online-Dokumente mit Bildern, Formeln und Grafiken. Referate, Facharbeiten, Hausarbeiten und Seminararbeiten findest für Ihre einfache Hausarbeiten.

BetriebstechnikBiographienBiologieChemieDeutschDigitaltechnik
ElectronicaEpochenFertigungstechnikGemeinschaftskundeGeographieGeschichte
InformatikKulturKunstLiteraturManagementMathematik
MedizinNachrichtentechnikPhilosophiePhysikPolitikProjekt
PsychologieRechtSonstigeSportTechnikWirtschaftskunde

Referat Projektbeschreibung - DER PELTIER EFFEKT


technik referate

technik referate

INHALTSVERZEICHNIS

1     Projektbeschreibung

2     Zeitdiagramm der Messung

3     Der Peltier Effekt

3.1     Thermoelektrizität, Seebeck Effekt

3.2     Prinzip der Thermoelektrizität

3.3     Elektronenthermische Kälteerzeugung, Peltier Effekt

4     Schaltungen

4.1     Differenzverstärker

4.2     Komparator

4.3     Ausschaltlogik

4.4     Optischer Teil

4.5     Ansteuerung PE

5     Software

6     Zweiter Prototyp

6.1     Mögliche Peltier Elemente:

6.2     Neue Stromabschaltung

6.3     Neues Software Programm

6.4     Spulendimensionierung

6.4.1         Kern: RM4

6.4.2         Kern RM5:

6.5     Kennlinie des PE

7     Tagesprotokoll

8     Projekttagebuch

9     Anhang


1        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.

2        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.


3        Der Peltier Effekt

3.1           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).

3.2           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.

3.3           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.

Prinzip

In 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.


4        Schaltungen

4.1           Differenzverstärker

4.2           Komparator

4.3           Ausschaltlogik

4.4           Optischer Teil

4.5           Ansteuerung PE


5        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  ZAHLER  ***********************************

;*************************************************************************************

;-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

; <-       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.

 


6        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.

6.1           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

6.2           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.

 


6.3           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

6.4           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.

6.4.1                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.

6.4.2                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


6.5           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.


7         Tagesprotokoll

 


13.10.97

Testen der Schaltung

Testen der Schutzschaltung

Aufgabe: 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 Gesamtschaltung

Da 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.

Problem

Die 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:

27.10.1997

Aufbau 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

 

8        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 Atzstation bei FL Segall -> eine Stunde für ätzen gebraucht

04.05

800-1550

Printplatte gebohrt. Printplatte aufgebaut. Doku vervollständigt.


9        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



Referate über:




Copyright © 2017 - Alle Rechte vorbehalten
AZreferate.com
Verwenden sie diese referate ihre eigene arbeit zu schaffen. Kopieren oder herunterladen nicht einfach diese
# Hauptseite # Kontact / Impressum