NELINEARNI UPORI IN SENZORJI

Senzor je elektronski element, katerega izhodna električna količina (izhodni signal) je odvisna od neke fizikalne količine (temperature, osvetljenisti …). V našem primeru bomo sestavili senzor temperature. V delilnik napetosti bomo vezali termistor in upor s konstantno upornostjo, kot prikazuje [@fig:05-senzor-delilnik.png].

PREPROST SENZOR TEMPERATURE

Temperaturni senzor.{#fig:05-senzor-delilnik.png}

NALOGA: SENZOR TEMPERATURE - vezje [vezje].

Sestavite obe vezji iz [@fig:05-senzor-delilnik.png] in preverite kako se izhodna napetost spreminja glede na temperaturo. Ugotovitev zapišite za oba primera.

Premislimo, kako lahko razumemo delovanje senzorja na [@fig:05-senzor-delilnik.png]:

  1. Če se temperatura poveča, se bo upornost termistorja $R_{NTC}$ zmanjšala.
  2. Ker se skupna upornost $R’=R_{NTC}+R_1$ zmanjša, bo tok, ki teče po tem vezju večji $I’=\frac{V_{CC}}{R’}$.
  3. Ker je sedaj tok skozi vezje večji in le-ta teče tudi skozi upor $R_1$ bo na njem napetost večja $U_{R_1}=R_1I’$.
  4. Napetost na uporu $R_1$ je enaka napetostnemu potencialu na izhodnemu priključku senzorja.
  5. Zaključimo lahko, da se napetostni potencial na izhodnem priključku poveča, če se je tudi temperatura povečala.

NALOGA: SENZOR TEMPERATURE - delovanje

Sledite točkam razmišljanja od 1 - 5 in zapišite konkretne vrednosti električnih količin iz vašega vezja.

fiz. količina pri nižji temp. pri višji temperaturi
temperatura    
$R_{NTC}$    
$I’$    
$U_{R_1}$    
$U_{IZHOD}$    

IZBIRA REFERENČNEGA UPORA

Odzivnost senzorja (t.j. sprememba izhodnega napetostnega potenciala ob dani spremembi temperature) je zelo odvisna od prave izbire upora $R_1$ iz [@fig:05-senzor-delilnik.png] - desno. Temu uporu rečemo tudi referenčni upor.

NALOGA: DOLOČITEV REFERENČNEGA UPORA

Za različne referenčne upore preverite odziv senzorja. Pri izpeljavi meritev bodite pozorni, da boste temperaturo spremenili vedno v istem območju, npr. vedno iz temperature 10°C na 40°C. Referenčni upori naj bodo v dekadnem razmerju.

$R_{Ref}[\Omega]$ $T_1[$\°C] $T_2[$\°C] $U_{IZH}(T_1)[V]$ $U_{IZH}(T_2)[V]$ $\Delta U[V]$
100          
1k          
10k          
100k          
1M          

Iz prejšnje naloge ste verjetno opazili, da je odziv senzorja zelo odvisen od izbire referenčnega upora. Zato poskusimo nastaviti enačbo za izračun le-tega. Če bi iz meritev iz prejšnje naloge narisali graf $\Delta U(R_{Ref})$ bi lahko ugotovili, da ima ta funkcija en maksimum pri $R_{Ref-MAX}$. Za izračun tega upora (določitev maksimuma funkcije) moramo poiskati ničlo odvoda funkcije $\Delta U(R_{Ref})$.

NALOGA: IZRAČUN REFERENČNEGA UPORA

  1. Nastavite enačbo za izračun izhodne napetosti $U_{IZH}$ pri temperaturi $T_1$.1
  2. Nastavite enačbo za izračun izhodne napetosti $U_{IZH}$ pri temperaturi $T_2$.
  3. Nastavite enačbo za $\Delta U$.
  4. Enačbo $\Delta U$ odvajajte po $R_{Ref}$ in jo rešite za $\frac{\partial U_{IZH}}{\partial R_{Ref}}=0$

  1. Upornost termistorja pri temperaturi $T_1$ je različna od uporanosti pti $T_2$, zato jih morate ločiti in označiti drugače, npr.: $R_{NTC-T1}$ in $R_{NTC-T2}$. ↩