Atmel Lüfterregelung

2.1 Übersicht

2.2 Schaltplan

2.2.1 Spannungsregler

Siehe Kapitel 3.17 der Schaltungssammlung.

2.2.2 Temperaturmessung

Da es bei dieser Regelung nicht auf hohe Genauigkeit ankommt, bestehen die Sensoren nur aus einem einfachen (und kostengünstigen) NTC Widerstand.

Aus einer einfachen Überlegung heraus ergibt sich folgender Schaltplan für die Sensoren:

Um die Ausgangsspannung für den ADC zu erzeugen wird ein einfacher Spannungsteiler benötigt. Bei einem NTC verringert sich der Widerstand mit steigender Temperatur. Damit die zu messende Spannung Ua steigt, wenn die Temperatur steigt, muß sich der NTC im oberen Teil des Spannungsteilers befinden.

Für die Berechnung des Spannungsteilers und der Abschätzung des Messfehlers brauchen wir jetzt einige Gleichen aus der Mathematik:

Gleichung 1: Spannungsteiler

Gleichung 2: Berechnung des Widerstandes des NTC

Gleichung 3: Berechnung von Rp (Linearisierungswiderstand)

Gleichung 4: Berechnug der Steigung

Gleichung 5: Berechnung des Offsets

Gleichung 6: Berechnung des absoluten Fehlers

Um die Ausgangsspannung zu berechnen muß Rp bestimmt werden. Da die Kennlinie des NTC 'Nicht Linear' ist, soll der Messfehler in einem Temperaturbereich von 20°C bis 80°C minimal sein. Der parallelwiderstand zum NTC berechnet sich dazu nach Gleichung 3. Benötigt wird der Widerstand für die untere Temperatur Rm, für die mittlere Temperatur Rm und die obere Temperatur Ro. Diese Widerstände werden aus der Kennliniengleichung des NTC berechnet (Gleichung 3). Der B-Wert ist dem Datenblatt zu entnehmen. Für den NTC vom Typ703 beträgt er 3920K. Daraus ergibt sich für

Ru = 12517 Ohm, Rm = 3613 Ohm, Ro = 1288 Ohm

Rp berechnet sich dann zu:

Gewählt wird Rp = 2700 Ohm

Um den Messfehler zu berechnen vergleichen wir die idealen Bedingungen mit den realen Bedingungen, ideal bedeutet, das die Kurve von 20°C bis 80°C eine Gerade ist, und real bedeutet, das sich die Kurve zwischen 20°C und 80°C durch Gleichung 2 beschrieben wird. Wir können jetzt also eine Wertetabelle aufstellen:
Tsoll R(T) Rp Ua Offset Steigung Tist Abs. Fehler
20 12517 2700 0,887 0,250419 23,288720 20,9 0,9
25 10000 2700 1,063 0,250419 23,288720 25,0 0,0
30 8049 2700 1,256 0,250419 23,288720 29,5 -0,5
35 6524 2700 1,464 0,250419 23,288720 34,3 -0,7
40 5324 2700 1,682 0,250419 23,288720 39,4 -0,6
45 4372 2700 1,909 0,250419 23,288720 44,7 -0,3
50 3613 2700 2,139 0,250419 23,288720 50,1 0,1
55 3002 2700 2,367 0,250419 23,288720 55,4 0,4
60 2509 2700 2,592 0,250419 23,288720 60,6 0,6
65 2108 2700 2,808 0,250419 23,288720 65,6 0,6
70 1780 2700 3,013 0,250419 23,288720 70,4 0,4
75 1511 2700 3,206 0,250419 23,288720 74,9 -0,1
80 1288 2700 3,385 0,250419 23,288720 79,1 -0,9

Tsoll wird vorgegeben
R(T) wird berechnet nach Gleichung 2
Rp wird berechnet nach Gleichung 3
Ua wird berechnet nach Gleichung 1
Offset wird berechnet nach Gleichung 5
Steigung wird berechnet nach Gleichung 4
Tist wird berechnet nach Tist = Ua * Steigung + Offset
Abs. Fehler wird berechnet nach Gleichung 6

Und so sieht es als Grafik aus:

Nicht berücksichtigt werden hier die Toleranzen der einzelnen NTCs. Doe Tolranzangaben beziehen sich zum größten Teil auf den Offset und nur zu einem sehr gerungen Teil auf die Steigung. Es reicht deshalb, alle NTC mit der gleichen Temperatur zu versorgen und für einen Punkt eine Vergleichstemperatur zu bestimmen.

Stückliste

Schaltplan für SPlan 5.0 (Hinweis)

Layout für Sprint-Layout 4.0 (Hinweis)

2.2.3 Steuerung

2.3 Mechanik

2.4 Software