SPRAWOZDANIE Z PROJEKTU „Dioda jako czujnik …strimer.pwr.wroc.pl/files/Dioda jako czujnik...
7
SPRAWOZDANIE Z PROJEKTU „Dioda jako czujnik temperatury” Łukasz Misztalewski 2011 Strona 1 z 7 1. Cele Sprawdzenie zależności między temperaturą a natężeniem światła emitowanego przez diodę LED (napięciem baza-emiter na tranzystorze) w układzie z Rys.1 (patrz strona 1 „Budowa układu”). 2. Wykaz przyrządów 1) Woltomierz - multimetr UNI-T UT70A, nr seryjny 1080727449, 2) Przewody typu krokodylki (z zestawu z multimetrem), 3) Źródło ciepła - stacja lutownicza ZD-929C, nr fabryczny A678130, 4) Stoper – HTC Desire, nr seryjny HT083PL03673, system Android 2.2, 5) Źródło zasilania – bateria 9V alkaliczna. 3. Program 1) Dołączenie baterii do badanego układu. 2) Rozgrzanie stacji lutowniczej do najniższej możliwej temperatury. 3) Podłączenie woltomierza do bazy i emitera tranzystora. 4) Pomiar napięcia w warunkach początkowych. 5) Rozgrzanie jednej z nóżek diody D1 (patrz Rys.1 strona 1 „Budowa układu”). 6) Pomiar napięcia baza-emiter na tranzystorze po maksymalnej zmianie natężenia światła emitowanego przez diodę LED. 7) Pomiar czasu potrzebnego do zgaśnięcia lub maksymalnej zmiany natężenia światła emitowanego przez diodę LED liczony od momentu przyłożenia rozgrzanego grota stacji lutowniczej do nóżki diody D1 do momentu zmiany natężenia światła emitowanego przez diodę LED. 8) Pomiar czasu potrzebnego do powrotu natężenia światła emitowanego przez diodę LED przed rozgrzaniem nóżki diody D1. 9) Wykonanie punktów (5) – (8) dla pozostałych temperatur (zwiększanie co 50°C).
Transcript of SPRAWOZDANIE Z PROJEKTU „Dioda jako czujnik …strimer.pwr.wroc.pl/files/Dioda jako czujnik...
SPRAWOZDANIE Z PROJEKTU „Dioda jako czujnik temperatury” Łukasz Misztalewski 2011
Strona 1 z 7
1. Cele Sprawdzenie zależności między temperaturą a natężeniem światła
emitowanego przez diodę LED (napięciem baza-emiter na tranzystorze) w układzie z Rys.1 (patrz strona 1 „Budowa układu”).
2. Wykaz przyrządów 1) Woltomierz - multimetr UNI-T UT70A, nr seryjny 1080727449, 2) Przewody typu krokodylki (z zestawu z multimetrem), 3) Źródło ciepła - stacja lutownicza ZD-929C, nr fabryczny A678130, 4) Stoper – HTC Desire, nr seryjny HT083PL03673, system Android 2.2, 5) Źródło zasilania – bateria 9V alkaliczna.
3. Program 1) Dołączenie baterii do badanego układu. 2) Rozgrzanie stacji lutowniczej do najniższej możliwej temperatury. 3) Podłączenie woltomierza do bazy i emitera tranzystora. 4) Pomiar napięcia w warunkach początkowych. 5) Rozgrzanie jednej z nóżek diody D1 (patrz Rys.1 strona 1 „Budowa
układu”). 6) Pomiar napięcia baza-emiter na tranzystorze po maksymalnej zmianie
natężenia światła emitowanego przez diodę LED. 7) Pomiar czasu potrzebnego do zgaśnięcia lub maksymalnej zmiany
natężenia światła emitowanego przez diodę LED liczony od momentu przyłożenia rozgrzanego grota stacji lutowniczej do nóżki diody D1 do momentu zmiany natężenia światła emitowanego przez diodę LED.
8) Pomiar czasu potrzebnego do powrotu natężenia światła emitowanego przez diodę LED przed rozgrzaniem nóżki diody D1.
9) Wykonanie punktów (5) – (8) dla pozostałych temperatur (zwiększanie co 50°C).
SPRAWOZDANIE Z PROJEKTU „Dioda jako czujnik temperatury” Łukasz Misztalewski 2011
Strona 2 z 7
10) Spisanie wyników w tabeli pomiarowej. 11) Wnioski.
4. Warunki początkowe Temperatura w pomieszczeniu: (24.8 ± 0.1)°C Wilgotność w pomieszczeniu: 57% Uwagi: pomiary wykonywane w wietrzonym pomieszczeniu Termometr: Stacja pogodowa Silver Crest, nr seryjny 4-LD2289-5.
5. Wyniki Tabela 1 Wyniki pomiarów Lp. T [°C]* U [V] tgrzanie [s] tchłodzenie [s] Upowrotne[V] Opis jakościowy
– świecenie diody LED 1 24.8 0.720 - - - maksymalne 2 160.0 0.640 5 72 0.710 słabe 3 200.0 0.610 12 130 0.710 bardzo słabe
(delikatne żarzenie się) 4 250.0 0.560 9 187 0.709 gaśnie 5 300.0 0.550 5 154 0.709 gaśnie 6 350.0 0.540 3 332 0.709 gaśnie 7 400.0 0.570 1 435 0.708 gaśnie 8 450.0 0.570 ok. 1 394 0.708 gaśnie
Opis tabeli: * stacja lutownicza wg producenta utrzymuje zadaną temperaturę Tz w przedziale (Tz ± 10)°C jednak podczas pomiarów przedział nie przekraczał (Tz ± 3)°C . tgrzanie – czas potrzebny do zgaśnięcia lub maksymalnej zmiany natężenia światła emitowanego przez diodę LED liczony od momentu przyłożenia rozgrzanego grota stacji lutowniczej do nóżki diody D1 do momentu zmiany natężenia światła emitowanego przez diodę LED. tchłodzenie - czas potrzebny do powrotu natężenia światła emitowanego przez diodę LED przed rozgrzaniem nóżki diody D1. U – napięcie przy którym stwierdzono maksymalną zmianę natężenia światła emitowanego przez diodę LED po rozgrzaniu nóżki diody D1.
SPRAWOZDANIE Z PROJEKTU „Dioda jako czujnik temperatury” Łukasz Misztalewski 2011
Strona 3 z 7
Upowrotne – maksymalne napięcie jakie powróciło po zaprzestaniu ogrzewania nóżki diody D1.
Rysunek 1 Układ pomiarowy
SPRAWOZDANIE Z PROJEKTU „Dioda jako czujnik temperatury” Łukasz Misztalewski 2011
Strona 4 z 7
U(T)
24,8
160200
250 300 350400 450
24,8
160200
250 300 350400 450
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 100 200 300 400 500T[oC]
U[V
]
Rysunek 2 Wykres zależności napięcia U od temperatury T.
SPRAWOZDANIE Z PROJEKTU „Dioda jako czujnik temperatury” Łukasz Misztalewski 2011
Strona 5 z 7
t[T]
24,8 160 200 250 300 350 400 45024,8
160
200
250300
350
400
450
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 100 200 300 400 500T[oC]
t[s]
t(grzanie)[T]t(chłodzenie)[T]
Rysunek 3 Zależność czasu tgrzanie i tchłodzenie od temperatury T.
Analiza błędów metodą NKP (pomijając czynnik ludzki) ΔU=0.001V Δt=0.1s
VU
U ii
śr 595,08
8
1
%17,0%100595,0001,0
001,02
594,0596,0
595,02
594,0596,0594,0001,0595,0596,0001,0595,0
min
max
UpN
VU
VU
VVVUVVVU
SPRAWOZDANIE Z PROJEKTU „Dioda jako czujnik temperatury” Łukasz Misztalewski 2011
Strona 6 z 7
stst
iesrchlodzen
srgrzanie
2135,4
stst
grzanie
grzanie
4,4
6,4
min
max
stst
chlodzenie
chlodzenie
9,2121,213
min
max
stst
grzanie
grzanie
1,0
5,4
stst
chlodzenie
chlodzenie
1,0213
%2,2pgrzanieN %05,0epchlodzeniN
6. Wnioski
Ze względu na warunki techniczne (powrót napięcia maksymalnie do 0.709V) i jakościowe (maksymalne natężenie już przy 0.700V) tchłodzenie mierzono do momentu uzyskania napięcia na emiter-baza 0.709V (lub 0.708V dla dwóch ostatnich pomiarów). Pomiary przy ogrzewaniu wykonywano z tych samych powodów przy napięciu emiter-baza 0.709V (początek następnego pomiaru). Przez maksymalną zmianę natężenia światła emitowanego przez diodę LED rozumie się maksymalną możliwą do zaobserwowania zmianę w świeceniu diody LED (w skrajnym przypadku jej zgaśnięcie).
Z wyników zamieszczonych w tabeli 1 widać, że im wyższa była temperatura ogrzewania tym mniej czasu oraz mniejszego spadku napięciu trzeba było uzyskać aby zauważyć maksymalną zmianę w świeceniu diody LED. Dla pierwszych trzech pomiarów dioda jeszcze świeciła dla pozostałych pomiarów zaobserwowano całkowite wygaszenie diody LED spowodowane zablokowaniem tranzystora (napięcia baza-emiter mniejsze niż 0.6V). Ponieważ nie wiadomo było czy dioda przy danej temperaturze lub po jakim czasie maksymalnie zmieni natężenie emitowanego przez siebie światła oraz ze względu na czynnik ludzki:
Czas reakcji – włączanie/wyłączanie stopera, błąd przy pomiarze czasu; odczyt wskazań woltomierza, które ulegały ciągłym zmianom – błąd przy pomiarze napięcia (±0,1V)
Obsługa trzech urządzeń przez jedną osobę – włączanie urządzeń po kolei a nie w tym samym czasie (stoper, przyłożenie grota do nóżki diody D1) oraz kontrola temperatury i odczyt wskazań woltomierza dodatkowo miały niekorzystny wpływ na wynik pomiarów
SPRAWOZDANIE Z PROJEKTU „Dioda jako czujnik temperatury” Łukasz Misztalewski 2011
Strona 7 z 7
otrzymane wyniki pomiarów napięć i czasów mogą być nie dokładne i mało różniące się (szczególnie przy wyższych temperaturach). Duże zmiany w świeceniu diody LED i nie wiele różniące się od zmian dla których odczytano wartości wskazań urządzeń pomiarowych różniły się od tych wskazań o ok. 0.09V i ok. 3s . Z otrzymanych wyników można jednoznacznie stwierdzić, iż czym wyższa była temperatura ogrzewania tym więcej czasu trzeba było na to aby dioda wróciła do swojego pierwotnego stanu (natężenie świecenia i napięcie) i tym trudniejszy był powrót do poprzedniego napięcia. Na początku napięcie baza-emiter powracało do 0.710V (160°C i 200°C), potem do 0.709V (250°C - 350°C) a na samym końcu tylko do 0.708V (400°C i 450°C). Pomijając czynnik ludzki niepewności pomiarowe wyniosłyby mniej niż 18% czyli wyniki byłyby akceptowalne i prawidłowe. Z otrzymanych wyników można stwierdzić iż przedstawiony układ może być użyty do organoleptycznej kontroli temperatury 200°C - 250°C lub jako zabezpieczenie przed przegrzaniem się urządzenia– przerywacz w obwodzie. Układ mógłby być też używany dla temperatur wyższych gdyby dodatkowo był możliwy odczyt czasu ogrzewania po jakim nastąpiło zgaszenie diody LED lub przerwanie obwodu.
