6 decembra, 2023 | Posted by doc. Pančík in Hlavná stránka - (Komentáre vypnuté na Meranie č.34 : Meranie teploty s infračerveným teplomerom a odhad emisivity kovových povrchov)
Ciele merania (Úlohy) :
Oboznámte sa s hardvérovým a softvérovým riešenia meracieho prípravku – infračerveného bezkontaktného teplomeru s IR snímačom MELEXIS MLX90614
S infračerveným (IR) teplomerom vykonajte merania teploty povrchu kovového objektu s rôznymi nátermi. Použite referenčnú IR termokameru.
Na základe vlastných meraní odhadnite emisivitu povrchu kovovej nádoby s rôznymi povrchmi a vysvetlite rôzne hodnoty nameranej teploty IR bezkontaktnou metódou.
POZNAMKA:
— u kazdeho merania/vypoctu urobte chybovu analyzu a skontrolujte spravnost mikropocitacovym programom vykonanych vypoctov
Pokyny pre spracovanie meracieho protokolu :
— Na zaklade nameranych udajov bol vypracovany vzorovy meraci protokol (subor WORD) s prilohou [3] (subor EXCEL)
— detailnejsi postup pri priprave protokolov prejdeme na hodinach ELMc
Merací protokol:
Sablona suboru WORD na Google Drive: …\Predmet_ELM_cvicenia\WORK_4 NEVEL Meranie teploty s IR snimacom\ELM_MP34_PANCIK_JURAJ.docx
Sablona suboru EXCEL – prilohy : …\Predmet_ELM_cvicenia\WORK_4 NEVEL Meranie teploty s IR snimacom\ELM_MP34_PANCIK_JURAJ PRILOHA.xlsx
Pokyny pre spracovanie meracieho protokolu :
— Na zaklade nameranych udajov bol vypracovany vzorovy meraci protokol (subor WORD) s prilohou [3] (subor EXCEL)
— detailnejsi postup pri priprave protokolov prejdeme na hodinach ELMc
6 decembra, 2023 | Posted by doc. Pančík in Hlavná stránka - (Komentáre vypnuté na MERACI PRIPRAVOK c.3, MERANIE c.33: Meranie sily digitálna váha)
Ciele merania (Úlohy) :
a) Oboznámte sa s hardvérovým a softvérovým riešenia meracieho prípravku
b) Vykonajte merania hmotnosti pri rôznych hodnotách referenčných závaží pre mechaniku digitálnej váhy, ktorá používa odporové snímače sily v mostíkovom zapojení. Použite referenčnú digitálnu váhu
c) Kalibračným stanovte počiatočný offset „Offset“ [ADU] a prevodovú konštantu digitálnej váhy vyjadrenú v jednotkách [ADU/g]
d) Vyjadrite linearitu modelu prevodovej charakteristiky digitálnej váhy (závislosť výstupnej veličiny signálu zo snímača sily [ADU] na vstupnej veličine (hmotnosť, [g] ) )
POZNAMKA:
— u kazdeho merania/vypoctu urobte chybovu analyzu a skontrolujte spravnost mikropocitacovym programom vykonanych vypoctov
Merací protokol:
Sablona suboru WORD na Google Drive: …\\Predmet_ELM_cvicenia\WORK_3 NEVEL Meranie sily digitalna vaha\\ELM_MP33_PANCIK_JURAJ.docx
1 decembra, 2023 | Posted by doc. Pančík in Hlavná stránka - (Komentáre vypnuté na IoT_Otvorene_Otazky_SR2023-24)
PISOMKA V 2. POLROKU
.1 Q: Čo je PWM ?
A: vid. [2] „Šírková modulácia impulzov alebo PWM je technika na dosiahnutie analógových výsledkov pomocou digitálnych prostriedkov. Digitálne riadenie sa používa na vytvorenie štvorcovej vlny, signálu prepínaného medzi zapnutím a vypnutím. Tento vzor zapnutia a vypnutia môže simulovať napätia medzi plným Vcc dosky (napr. 5 V na UNO, 3,3 V na doske MKR) a vypnutím (0 V) zmenou časti času, ktorý signál strávi zapnutý, oproti času, ktorý signál strávi vypnutý. Trvanie času „zapnutia“ sa nazýva šírka impulzu. Ak chcete získať rôzne analógové hodnoty, meníte alebo modulujete šírku impulzu. Ak tento vzor zapnutia a vypnutia opakujete dostatočne rýchlo napríklad s LED diódou, výsledok je taký, ako keby bol signál stálym napätím medzi 0 a Vcc, ktoré riadi jas LED diódy“
2. Q: Čo je Duty Cycle (pomer plnenia, pracovny cas) ?
A: vid.[3]
Keď je signál vysoký, nazývame to „on time“. Na opis času zapnutia používame pojem pracovný cyklus. Pracovný cyklus sa meria v percentách. Percentuálny pracovný cyklus konkrétne opisuje percentuálny podiel času, počas ktorého je digitálny signál zapnutý počas určitého časového intervalu alebo obdobia. Táto perióda je inverzná k frekvencii tvaru vlny.
Ak digitálny signál strávi polovicu času zapnutý a druhú polovicu vypnutý, povedali by sme, že digitálny signál má pracovný cyklus 50 % a podobá sa ideálnej štvorcovej vlne. Ak je percentuálny podiel vyšší ako 50 %, digitálny signál trávi viac času vo vysokom stave ako v nízkom stave a naopak, ak je pracovný cyklus nižší ako 50 %. Tu je graf, ktorý znázorňuje tieto tri scenáre.
3. Q: Nakreslite priklady signalu s PWM s Duty cycle 0%, 50%, 75% a 100%
A: vid. prislusne obrazky v [3] [2]
4. Q: Napiste vzorec pre vypocet Duty cycle (D)
A: [1]
Pracovné cykly robia PWM tým, čím v skutočnosti sú. Rôzne signály PWM získame zmenou pracovných cyklov signálu. Pracovný cyklus možno vypočítať podľa nasledujúceho vzorca:
kde D = Duty Cycle v percentách Ton = doba trvania signálu v zapnutom stave Perióda = celkový čas potrebný na dokončenie jedného cyklu (Ton + Toff)
5. Q: Aka funkcia v Arduino C/C++ (Wiring) riadi PWM?
6. Q: Kolko a ake argumenty ma funkcia riadenia PWM?
7.Q: Ktore digitalne piny maju schopnost generovat PWM?
A: [1] spolocna A pre otazky 5., 6., 7.,
Generovanie PWM v mikrokontroléroch Existujú rôzne spôsoby generovania signálu PWM. Na jeho generovanie môžeme použiť integrovaný časovač 555 alebo aj obvod komparátora. Ale najjednoduchší spôsob, ako vidieť PWM v akcii, je pomocou mikrokontroléra. Signál PWM môžeme generovať pomocou populárnych mikrokontrolérových dosiek, ako je Arduino Uno, len zadaním niekoľkých riadkov v našom kóde! Obvody PWM prítomné na mikrokontroléroch používajú časovače v zadnej časti, ale sú vnútorne prepojené s kolíkmi, aby nám uľahčili prácu. Ak chceme napríklad pomocou nášho Arduina Uno generovať signál PWM na zmenu rýchlosti jednosmerného motora, môžemepoužiť funkciu analogWrite(pin, value)v Arduine. Podstatné je však poznamenať, že nie všetky piny Arduino Uno sú schopné generovať signál PWM. V prípade Arduino Uno existuje len 6 I/O pinov (3,5,6,9,10,11),ktoré podporujú generovanie PWM a na doske sú označené tildou (~) pred číslom svojho pinu.
Funkcia analogWrite() podporuje hodnoty od 0 do 255, pričom prechod 0 predstavuje pracovný cyklus 0 % a 255 predstavuje pracovný cyklus 100 %.
8. Q: Aky je vztah pre vypocet odporu termistora R2=(Vout*R1) / (Vin-Vout)? – nakreslite obrazok s oboma odpormi – R2 ma znacku termistora (pouzite ju) .
9. Q: Aky je vztah pre vypocet napatia Vout na vstupe ARDUINO ADC pinu vyjadreny digitalnou hodnotou a0 (nakreslite obrazok kde bude ARDUINO, analogovy vstup ADC, Vout a Vin). Koko bitov ma ADC v ARDUINO UNO ?
A: vztah pre vypocet Vout (z trojclenky) je : Vout = (a0 *Vin)/1024 , Vout ide na vstup A0 ARDUINA, napajanie ARDUINO je Vin. ADC v ARDUINO ma 10 bitov.
10. Q: Odvodte vztah (dokazte) spravnost implementacie kodu pre vypocet odporu NTC snimaca R2 pre pripad HLIVA alebo IMRICH – vid. dole – obe implementacie su spravne a su implementovane do zdojoveho kodu takto :
float R2= (a0*10000)/(1023-a0); //IMRICH and LENKA factory,
float R2= 10000 / (1023/a0 – 1); //HLIVA factory
kde a0 je hodnota z ARDUINO ADC vstup v jednotkach [ADU] a 10 000 reprezentuje odpor odporu R1 a termistor ma oznacenie R2
28 novembra, 2023 | Posted by doc. Pančík in Hlavná stránka - (Komentáre vypnuté na ELM_FAQ_Otazky_na_pisomku_SR24/25)
Q: Čo je meranie ? A: Meranie je súhrn činností s cieľom určiť hodnotu meranej veličiny.
Táto hodnota by sa mala uvádzať spolu s toleranciou, v ktorej leží pravá hodnota meranej veličiny, prípadne toľkými číslami, koľkými odpovedá platným miestam výsledku merania.
To je dôležité najmä v súčasnosti, kde sa pre spracovanie výsledkov používajú počítače pracujúce s číslami s veľkým počtom miest. ZDROJ:1.Chyby a neistota merania, SLAJD 1, 1_MMS.pdf
Q: Čo je systematická chyba ? A: Systematická chyba je zložka chyby merania, ktorá pri opakovaných meraniach tej istej veličiny zostáva stála, alebo sa predvídaným spôsobom mení. V prípade, že je možné túto chybu zistiť pomocou presnejšieho merania, alebo že je známa príčina jej vzniku, je možné túto zložku chyby odstránií korekciou. ZDROJ:1.Chyby a neistota merania, SLAJD 2, 1_MMS.pdf
Q: Čo je náhodná chyba ? A: Náhodná chyba je zložka chyby merania, ktorá sa pri opakovaných meraniach tej istej veličiny nepredvídateľne mení. Náhodnú chybu nie je možné odstránií korekciou.
Jediný spôsob spracovania týchto chýb je zvýšií počet meraní (aspoň na 20) a výsledky spracovaní štatistickými metódami. Tak je možné získať strednú hodnotu opakovaných meraní a ich rozptyl. Rozptyl sa väčšinou charakterizuje smerodajnou odchýlkou. ZDROJ:1.Chyby a neistota merania, SLAJD 4, 1_MMS.pdf
Q: Čo je neistota merania ?A: Neistota merania (absolútna hodnota najväčšej možnej chyby merania alebo tolerancia merania, angl. uncertainty of measurement) udáva interval, v ktorom leží skutočná hodnota meranej veličiny. Je určená chybami meracích prístrojov, toleranciou meracích dekád a etalónov, náhodnými chybami a vonkajšími rušivými vplyvmi. ZDROJ:1.Chyby a neistota merania, SLAJD 5, 1_MMS.pdf
Q: Čo je absolútna chyba analógového prístroja?A: Absolútna chyba prístroja DELTAp je rozdiel medzi nameranou hodnotou Xm , ktorú udáva kontrolovaný prístroj a skutočnou hodnotou Xs a vyjadruje sa v hodnotách meranej veličiny. Vzorec: VelkaDelta_p = Xm – Xs ZDROJ:Chyby analógových m. prístrojov, SLAJD:6, 1_MMS.pdf
Q: Čo je relatívna chyba analógového prístroja?A: Relatívna chyba prístroja MalaDelta_p je pomer medzi absolútnou chybou prístroja VelkaDelta_p a nameranou Xm, príp. skutočnou hodnotou Xs a vyjadruje sa v percentách. Vzorec: MalaDelta_p = VelkaDelta_p/Xm x 100%. ZDROJ:Chyby analógových m. prístrojov, SLAJD:6, 1_MMS.pdf
Q: Čo je trieda presnosti (TP)? Ak sa relatívna chyba vzťahuje k najväčšej hodnote meracieho rozsahu M, hovoríme o triede presnosti meracieho prístroja (TP). TP určuje presnosť samotného prístroja. Čísla triedy presnosti sú zo zvoleného radu 0,05 – 0,1 – 0,2 – 0,5 – 1 – 1,5 – 2,5 – 5. ZDROJ:Chyby analógových m. prístrojov, SLAJD:7, 1_MMS.pdf
Absolútna dovolená chyba prístroja VelkaDelta_u je často dôležitá pre praktické vyhodnotenie kvality meracieho prístroja. Táto chyba musí platiť v ktoromkoľvek mieste stupnice. Vzorec: Absolútna hodnota VelkaDelta_u <= (TP x M) / 100. ZDROJ:Chyby analógových m. prístrojov, SLAJD:7, 1_MMS.pd
Q: Aký je princíp merania elektrickej veličiny analógovým prístrojom ? A:Odpoved najdete na SLAJD 1. , 2_MMS.pdf
26. Q: Čo je bočník a načo sa používa ? A:Odpoved najdete SLAJD 2., 3_MMS.pdf
27. Q: Aká je schéma zapojenia bočníka k ampérmetru a aký je vzťah pre výpočet odporu bočníka ? A:Odpoved najdete, obr. 3.1b, SLAJD 3., 3_MMS.pdf
28. Q: Čo je predradník a delič napätia ? A:Odpoved nájdete: SLAJD 5., 3_MMS.pdf
29. Q: Ako zväčšíte näpaťový rozsah voltmetra pomocou predradníku (nakreslite obrázok) a uveďte vzťah pre jeho výpočet ? A: Odpoved nájdete: SLAJD 5., 3_MMS.pdf
30. Q: Nakreslite zapojenia pre analógové sčítanie napätí a prúdov A: Odpoved nájdete: SLAJD 15., 3_MMS.pdf
13 novembra, 2023 | Posted by doc. Pančík in Hlavná stránka - (Komentáre vypnuté na ELMc. otvorene otazky k meraniam c.31 a c.32)
Meranie číslo 31
Čo je termistor a čo je termistor so záporným teplotným koeficientom (NTC) ? HINT : definície sú na úvod textu kap.3 meracieho protokolu
Nakreslite závislosť odporu od teploty pre NTC termistor. HINT: obrazok č.1
Popíšte blokovou schémou meranie odporu termistora v závisloti na teplote, uveďte počet bitov použitého analógovo digitálneho prevodníka HINT: obrázok na strane 2 a treba k dokreslit mikrokontroler s ADC
Čo je Steinhart-Hartov model (uveďte rovnicu) ? HINT: viď vzorec – rovnica (1) v protokole
Čo je BETA model (uveďte rovnicu) a aké koeficienty sú s ním spojené ? HINT: viď vzorec – rovnica (2) v protokole
Krátko popíšte čo sme vlastne určili v meraní č.31 s termistorom. HINT: meraním sme určili koeficienty Beta a R(25 st.C) pre BETA model aproximácie závislosti odporu termistora na teplote
Meranie číslo 32
Čo je termočlánok ? HINT: text na úvod 3. kapitoly
Popíšte termočlánok typu K – nakreslite obrázok . HINT: obrázok č.1
Uveďte počet bitov v ADC ktorý je súčasťou použitého zosilňovača a digitalizéra MAX6675. Aký tepelný rozsah pokrýva meranie s týmto obvodom ? HINT: viď. text v podkapitolke „Digitalizácia pomocou ADC“ na strane 3 protokolu
Popíšte Sériové rozhranie SPI (Serial Parallel Interface) v nami použitom zapojení pri meraní číslo 32. Pomenujte a popíšte jednotlivé riadiace signály a uveďte kto je v tejto komunikácii SLAVE a kto je MASTER HINT: text na strane č.3
1 novembra, 2023 | Posted by doc. Pančík in Hlavná stránka - (Komentáre vypnuté na Tvorba temat bakalarskych prac v AR 2024/25)
KOMUNIKACE:
Prosím, jestli chcete diskutovat napište mi email s předmětem Vašeho emailu: BP_VasePrijimeni_VaseJmeno
AGENDA A ČASOVÁ OSA:
— témata BcP jsou předem dohodnuta mezi vyučujícím a studentem – není to zcela standardní postup, ale v podmínkách naší školy je reálný: vyučující zadá témata do is ambis prostřednictvím katedry v únoru 2024, vyučující vypíše témata bcp prostřednictvím is ambis a studenti se na ně pak přihlásí (do konce letního semestru 2024).
— na podzim 2024 budou témata dohodnuta podrobněji – t.j.dohodnou se hlavní cíl BcP, dílčí cíle BcP atd.
— pro pohodlné praci na tématu je dobré znát aplikační oblast nebo mít známou osobu v organizaci (oblast zájmu, předmět bcp) a/nebo mít data ke zpracování (např. v Excelu je mozne pouzit SQL sample databázu AdventureWorks [2])
— BcP mohou být určeny i pro výukové účely – mohou to tedy být případové studie
— pro referenci si prohlédněte závěrečné práce BcP v is ambis s IT zaměřením – například ty, kde byl vedoucím doc. PANČÍK, nebo ty, které jsou shromáždeny v adresáři našeho předmětu [1]
— zde dole uvedene témata a jejich zadání nejsou konečná – žádný stres, prosím 🙂
— můžete se obrátit na kohokoli ve škole s žádostí o vedeni BcP s konkrétním tématem
ZÁVĚR: — důležité je myslet na to,že budu muset něco v rámci BcP delat a mám teraz čas promyslet si co a formulovat to – v tomto čase výberu i zlá formulace je vlastně správná informace (vím co nechci delat)
ZDROJE:
Tri bodky … predstavuje URL: https://is.ambis.cz/auth/el/ambis/zima2023/PBP_TMMP/um/
[1] …\0_AMBIS_Praha_2023.zip\0_AMBIS_Praha_2023\230906 AMBIS Praha Vzorove zaverecne prace\
ZÁVERY K PRVNÍ DISKUZE z 31.10. 2023
Č. Učo student
1. 68267 B., Daniel Projekt návrhu a nasazení IS v konkrétní organizaci (projekt = co, kdo, za kolik, do kdy …, tzv. technické a ekonomické zhodnocení)
2. 56966 B., Alina —nebyla pritomna
3. 63278 G., Meruyert Analýza podnikových dat pomocí pivotních tabulek v excelu a výukové SQL sample databázu AdventureWorks https://learn.microsoft.com/en-us/sql/samples/adventureworks-install-configure?view=sql-server-ver16&tabs=ssms), alternativní tema: vyuziti nástroje Microsoft PowerBI Desktop v analyze podnikovych dat
4. 68286 M., Islam Rizeni informani bezpenosti v malem nebo střednim podniku z pohledu legislativy cr (např. GDPR, ochrana osobních dat klientů, ochrana informačních aktiv… ).
5. 62076 M., Michal — nebyl pritomen
6. 62829 P., Kyrylo Vyuziti excel vba v male firme (reference vid Bcp OLga IVANOVA „Automatizace informačních systémů v prostředí malé firmy“ v archivu AMBIS https://is.ambis.cz/auth/th/fhvi7/Kod.pdf?lang=sk;info=1) alternative nastroj od Microsoft PowerBI Desktop
7. 63640 S., Evilina Využití ecxelu pro statistické zpracování podnikovych dat
8. 63754 S., Sanela Andriana Případová studie aplikace metod dataminingu (např. analýza tržního koše) v malých a středních podnicích – alternativa k Microsoft PowerBI Desktop
9. 62279 Š., Petr JIRA jako nástroj pro řízení projektů v malých a středních podnicích.
10. 64028 V., Ondřej Ekonomické a technické trendy v hardwarových a softwarových řešení pro malé a střední podniky(role cloudu, ekonomická analýza postavení hardwaru a softwaru apod. dostupnost A.P. a využití Google Spreadsheet)
11. 62538 V., Petra analýza a návrh is pro řízení stravovacích služeb (postačí: procesní model v BPMN, funkční a nefunkční požadavky, UC + scénáře případů užití, nemusí být třídní model a dynamické diagramy…. )
12. 62831 Z., Zeinep Analýza podnikových dat s využitím excelu data napr. z výukové SQL sample databázu AdventureWorks) https://learn.microsoft.com/en-us/sql/samples/adventureworks-install-configure?view=sql-server-ver16&tabs=ssms
13. 62547 Z., Vladimír Srovnávací analýza využití IS pro cestovní ruch (srovnávací analýza současného stavu služeb poskytovaných is v oblasti cr )
12 októbra, 2023 | Posted by doc. Pančík in Hlavná stránka - (Komentáre vypnuté na ZOSITY NA HODINY IoT)
PROJEKT POVINNE ZAPISANY ZOSITE IoT :
Pulzne Sirkova Modulacia PWM
PRIKLAD: 5. Projekt 3: Pulzar (Pulzujúca LED) z knihy BOZIK(2013) str.36-40 [1][1] …\Predmet_IoT_prax\MATERIALY a KNIHY\Ako naprogramovať Arduino bez predchádzajúcich znalostí.pdf
Dalsie zdroje:
Naučte sa signál PWM pomocou logického analyzátora Wokwi (https://blog.wokwi.com/explore-pwm-with-logic-analyzer/)
NAZOV PROGRAMU: DU CW41-2Analog Read Serial, Read a potentiometer, print its state out to the Arduino Serial Monitor. https://docs.arduino.cc/built-in-examples/basics/AnalogReadSerial
NAZOV PROGRAMU: DU CW41-3Read Analog Voltage, Reads an analog input and prints the voltage to the Serial Monitor. https://docs.arduino.cc/built-in-examples/basics/ReadAnalogVoltage
9 októbra, 2023 | Posted by doc. Pančík in Hlavná stránka - (Komentáre vypnuté na LAB.CVIČ.č.31 Meranie teploty s termistorom typu NTC a snímačom TMP036, SR23/24)
STREDNÁ PRIEMYSELNÁ ŠKOLA J. MURGAŠA BANSKÁ BYSTRICA Elektrotechnické laboratóriá
Odbor:
Dátum merania:
Trieda:
Dátum odovzdania:
Skupina:
Vyučujúci: doc.RNDr.Juraj Pančík, CSc.
Laboratórium:
Klasifikácia:
Známka:
Podpis:
Meno a priezvisko žiaka:
LABORATÓRNE CVIČENIE č. 31 Meranie teploty s termistorom typu NTC a snímačom TMP036
OBSAH:
1. Názov cvičenia a jednotlivých úloh.
2. Súpis prístrojov a pomôcok pri meraní.
3. Popis meracej metódy a schéma merania.
4. Tabuľky a grafy nameraných a vypočítaných hodnôt.
5. Vyhodnotenie merania.
1. NÁZOV CVIČENIA:
Meranie teploty s termistorom typu NTC a snímačom TMP036
Úlohy a)
Oboznámte sa s hardvérovým a softvérovým riešenia meracieho prípravku
b)
Vykonajte merania teploty vody pri jej rôznych hodnotách
c)
Stanovte koeficienty pre Steinhart-Hart model prevodovej charakteristiky použitého NTC termistora
d)
Stanovte koeficienty pre BETA model prevodovej charakteristiky použitého NTC termistora
e)
Overte lineárnu charakteristiku snímača teploty TMP036
2.SÚPIS POUŽITÝCH PRÍSTROJOV
Prístroj – pomôcka
Typové označenie a rozsah
Výrobca
Inventárne číslo
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Nedostatky pri hodnotení (zapíše vedúci merania učiteľ):
3. Popis meracej metódy a schéma merania
Termistor je polovodičový typ rezistora, ktorého odpor je silne závislý od teploty, a to viac ako v prípade štandardných rezistorov. Slovo termistor je zloženina zo slov „termický“ a „rezistor“. Termistory sa delia na základe ich vodivostného modelu. Termistory so záporným teplotným koeficientom (NTC) majú pri vyšších teplotách menší odpor, zatiaľ čo termistory s kladným teplotným koeficientom (PTC) majú pri vyšších teplotách väčší odpor[1].NTC termistory sa široko používajú ako obmedzovače nábehového prúdu, snímače teploty, zatiaľ čo PTC termistory sa používajú ako samonastavovacie nadprúdové ochrany a samoregulačné vykurovacie prvky. Prevádzkový teplotný rozsah termistora závisí od typu sondy a zvyčajne sa pohybuje medzi -100 °C a 300 °C.
Steinhartova-Hartova rovnica
V praktických zariadeniach je lineárny aproximačný model presný len v obmedzenom rozsahu teplôt. V širších teplotných rozsahoch poskytuje komplexnejšia funkcia prenosu odporu na teplotu vernejšiu charakteristiku výkonu. Steinhartova-Hartova rovnica je široko používaná aproximácia tretieho rádu:
(1)
kde a, b a c sa nazývajú Steinhart-Hartove parametre a musia byť špecifikované pre každé zariadenie. T je absolútna teplota a R je odpor.
B alebo rovnica parametra β
NTC termistory možno charakterizovať aj pomocou rovnice parametra B (alebo β), čo je v podstate Steinhartova-Hartova rovnica s
(2)
kde merana teplota T a parameter B sú v kelvinoch a R0 je odpor termistora pri referencnej teplote T0 (25 °C = 298,15 K).
Meraci systém
Na obrázku dole kľúčová časť meracieho systému na báze odporového deliča , tvorená referenčným odporom R1 (ďalej aj R0 = 9800 Ohm, hodnota R1 v našom prípravku), NTC termistorom R2 s nominálnou teplotou 10kOhm. Hodnota napätia „Analog Read“ je digitalizovaná 10 bitovým ADC v ARDUINO UNO (digitalizačný krok = 5V/1023). Treba povedať že napájacie napätie pre odporový delič bolo pripájané len počas merania teploty (odporu termistora) – zabránilo sa tak jeho samoohrevu [4].
Platia nasledovné rovnice – R2 je hodnota odporu termistora, R1je spomínaný referenčný odpor :
Vout = Vin*[R2/(R1+R2)] (3)
R2=(Vout*R1) / (Vin-Vout) (4)
Program pre ARDUINO meral napätie Vout a vypočítaval teplotu z BETA modelu na základe odhadnutého parametra BETA (3950K). Program ďalej spracovával signál z ďalšieho snímača teploty TMP036 [11].
4. Tabuľky a grafy nameraných a vypočítaných hodnôt.
Merala sa rôzna teplota vody v 5 litrovej polystyrénovej nádobe s krytom (dodávateľ: www.suchylad.eu). Referenčné meradlo teploty bol kontaktný teplomer TP101 (https://techfun.sk/produkt/tp101-teplomer-hrotovy/) s presnosťou ±1°C a rozsahom teploty: -50°C~+300°C. Program v ARDUINO [4]. zmerané a vypočítavané hodnoty posielal na sériovú linku a tieto boli čítané terminálovým programom (napr. PUTTY). Namerané údaje sú uvedené v tabuľke 1. Odpor termistora (stĺpec: NTC odpor, vypoč. [Ω] ) sa vypočítaval z hodnoty zmeraného napätia v jednotkách ADU (stĺpec: Napätie NTC, výstup [ADU]). Tu výpočet počítal s teplotou referenčného odporu 10 KOhm – reálna hodnota tohto odporu bola 9800 Ohm.
ARDUINOM vypočítavaná hodnota teploty (stĺpec: NTC teplota vypoč.[°C]) bola na základe modelu BETA s odhadovanou hodnotou konštanty BETA 3950 K. ARDUINOM Vypočítavaná hodnota odporu termistora bola korigovaná (opravená) na reálnu hodnotu referenčného odporu R1 = 9800 Ohmov a je uvedená v tabuľke č.2 (stĺpec: NTC odpor, vypoč. v EXCEL-i [Ω] pre R1=9800 Ω).
Následne sa vzali tri dvojice hodnôt odporu termistora (stĺpec: Teplota, ref. teplomer TP101[°C] ) a teplôt (stĺpec: Teplota, ref. teplomer TP101[°C]) z tabuľky 2 a vložili sa do webovej kalkulačky [10]. Výsledok je na obázku č.2 – vidieť vypočítané koeficienty pre oba modely závislosti priebehu odporu termistora na teplote. Získaná hodnota koeficientu BETA (3732,48 K) bola použitá pre výpočet teploty a j euvedená v tabuľke 2 (stĺpec: NTC teplota vypoč. V EXCEL-i [°C] pre meranim zistene BETA a pre R0=9800 Ω).
Vypočítavaný odpor
Tabuľka 1 Vstupne hodnoty z MERANIE č.31 S PRÍPRAVKOM č.1
Meranie č.
Teplota, ref. teplomer TP101[°C]
Napätie NTC, výstup [ADU]
NTC odpor, vypoč. [Ω]
NTC teplota vypoč.[°C]
Snímač TMP036, výstup [V]
Snímač TMP036, výpočet [°C]
1
6,5
722
23 980
6,53
0,54
4,2
2
7,4
695
21 189
9,01
0,56
6,15
3
21,8
552
11 750
21,47
0,69
19,34
4
29,3
482
8 909
27,62
0,78
27,64
5
68,6
184
2 193
63,56
1,15
64,75
Tabuľka 2 Dopocitane hodnoty MERANIE č.31 S PRÍPRAVKOM č.1
Meranie č.
Teplota, ref. teplomer TP101[°C]
Napätie NTC, výstup [ADU]
NTC odpor, vypoč. v ARDUINO [Ω]
NTC odpor, vypoč. v EXCEL-i [Ω] pre R1=9800 Ω
NTC teplota vypoč. V ARDUNO [°C] pre BETA= 3950 K
Vypocitany koeficient BETA [K] (Obrazok 1)
Vypocitany koeficient R0 [Ohm] (Obrazok 1)
NTC teplota vypoč. v EXCEL-i [°C]
Rozdiel medzi zmeranou teplotou TP101 a vypocitanou podla BETA modelu
Snímač TMP036, výstup [V]
Snímač TMP036, výpočet [°C] v ARDUINO
1
6,5
722
23 980
23507
6,53
3861,34
9979,49
6,5
0,0
0,54
4,2
2
7,4
695
21 189
20765
9,01
3861,34
9979,49
9,0
-1,6
0,56
6,15
3
21,8
552
11 750
11485
21,47
3861,34
9979,49
21,8
0,0
0,69
19,34
4
29,3
482
8 909
8731
27,62
3861,34
9979,49
28,1
1,2
0,78
27,64
5
68,6
184
2 193
2149
63,56
3861,34
9979,49
65,1
3,5
1,15
64,75
Obrazok 1 Urcenie koeficientov pre Steinhart-Hart model a pre BETA model termistora z nameranych udajov v Tabulka 1
Overili sme aproximačný model BETA pre NTC termistory. Porovnaním údajov o zmeranej teplote – refernčným teplomerom TP101 (Tabuľlka 2, stĺpec: Teplota, ref. teplomer TP101[°C]) a vypočítanou teplotou vody na základe naším meraním získaného koeficientu BETA (Tabuľka 2, stĺpec: NTC teplota vypoč. V EXCEL-i [°C] pre meranim zistene BETA a pre R0=9800 Ω) môžeme vidieť, že chyba merania teploty je v rozsahu chyby TP101 ±1°C okrem vysokej teploty kde sa prejavila nelinearita snímača – nepoznáme jej hodnotu. Bolo by užitočné použiť kvalitnejší teplomer na meranie teploty vody.
Chyba aproximácie Steinhartovej-Hartovej rovnice je vo všeobecnosti menšia ako 0,02 °C pri meraní teploty v rozsahu 200 °C (https://www.keysight.com/us/en/assets/7018-06789/application-notes/5965-7822.pdf). Táto vysoká prenosť tejto S-H aproximácie umožňuje vyrábať veľlmi presné snímače teploty povrchu ľudského tela ako napríklad AS6221 Temperature Sensor, URL: https://ams.com/as6221 (presnosť (Accuracy) ±0.09°C (20°C to 42°C))
Možné opravy a doplnenia programu pre ARDUINO
Domnievame sa, že do programu ARDUINO [4] (URL: https://circuitdigest.com/microcontroller-projects/interfacing-Thermistor-with-arduino) by sme mohli v jeho nasledujúcej verzii prepísať hodnotu referenčného odporu R1 z 10 000 Ohm na nami zmeraných 9800 Ohmov. Ďalej by sme mohli nahradiť v tomto programe odhadovanú hodnotu konštanty BETA namiesto 3950 K zmeranou hodnotou 3732.48.
Program by mal vysielať na sériovú linku aj hodnoty ADC v jednotkách ADU získané pri meraní napätia zo snímača TMP036 – doteraz vypisované hdnoty napätia sú príliš hrubé (len 2 platné číslice)
Program pre ARDUINO by sa ďalej mohol doplniť výpočtom teploty podľa modelu S-H (URL: https://circuitdigest.com/microcontroller-projects/arduino-thermistor-interfacing-code-circuit) – mohli by sme tak získať presnejšie výsledky teploty.
Možné doplnenie meraní
Z dôvodu nedostatku času sme už kvantitatívne nevyhodnotili linearitu získaných hodnôt teploty snímača TMP036 (Tabuľka 2, stĺpce Snímač TMP036, výstup [V] , Snímač TMP036, výpočet [°C] v ARDUINO ).
