ĆWICZENIE 10 OPTYMALIZACJA STRUKTURY CZUJKI TEMPERATURY W ASPEKCIE NIEZWODNOŚCI

Transkrypt

1 ĆWICZENIE 0 OPTYMALIZACJA STUKTUY CZUJKI TEMPEATUY W ASPEKCIE NIEZWODNOŚCI Cel ćwczea: zapozae z metodam optymalzac wewętrze struktury mozakowe czuk temperatury stosowae w systemach sygalzac pożaru; wyzaczee wartośc wybraych parametrów mozakowych czuek temperatury, t. euszkadzalośc czułośc dla różych struktur połączeń elemetów półprzewodkowych, które realzuą pomar temperatury; wyzaczee optymale struktury czuk ze względu a ezawodość czułość. Przedmot ćwczea: wrtuale modele elemetów półprzewodkowych zamplemetowae w symulacyym programe komputerowym PSpce wykorzystywae do wyzaczea czułośc t. charakterystyk zmay apęca wyścowego czuk w fukc temperatury otoczea; modele ezawodoścowe mozakowe czuk temperatury. Narzędza wspomagaące realzacę ćwczea: komputerowy program do symulac aalzy układów elektroczych PSpce. 0.. Podstawy teoretycze założea Temperatura est edą z welkośc fzyczych charakteryzuących właścwośc eergetycze każde mater, a węc welkoścą określaącą średą eergę ketyczą molekuł daego cała. J. C. Maxwell sformułował astępuącą defcę temperatury: temperatura cała est ego staem ceplym, rozpatrywaym w odeseu do ego zdolośc przekazywaa cepła ym całom. Wyalezee urządzea do pomaru stopa cepła lub stopa zma zwaego obece termometrem, przypsue sę Galleuszow (w latach ). Pomary temperatury metodam elektryczym są realzowae przez wytwarzae welkośc elektrycze (lub zmaę e wartośc) wskutek oddzaływaa temperatury. Urządzea do uzyskwaa odpowedch formac elektryczych są azywae czukam pomarowym. Czuk wskutek dzałaa a ego welkośc eelektrycze, zmea swoe właścwośc elektrycze (p. rezystacę) albo wytwarza eergę elektryczą, które parametry są zależe od merzoe welkośc eelektrycze. Zamaa temperatury a welkość elektryczą w czuku odbywa sę w przetworku pomarowym. Przetworkem pomarowym azywa sę tak elemet układu pomarowego, który przetwarza z określoą dokładoścą, edą welkość w drugą (lub w tę samą welkość, lecz o e postac) celem uzyskaa żądae zależośc fukcoale mędzy tym welkoścam. Często w układze pomarowym stosue sę e edo, lecz klka

2 przetworzeń sygału pomarowego. Nazywamy to przetwarzaem welokrotym lub welostopowym. Jeżel do tego celu stosue sę oddzele przetwork, wówczas perwszy przetwork azywa sę przetworkem perwotym, a astępe przetworkam wtórym (ys. 0.). W praktyce pomarowe przetwork perwote azywamy czukam, a przetwork wtóre po prostu przetworkam. zaslae Czuka pożarowa Obekt zabezpeczay Przetwork wtóry Przetwork A/C Wy cyfrowe Czuk pomarowy Wy aalogowe ys. 0.. Schemat ogóly układu do pomaru temperatury metodam elektryczym wykorzystyway w czukach sygalzac pożarowe Wele czuków reague a zmay temperatury obektu w sposób bezdotykowy bo opera sę a zawsku promeowaa eerg ceple w postac fal elektromagetycze (ys. 0.2). Promeowae ceple zawera sę w zakrese fal o długośc od 0, m do 400 m. Źródłem tego promeowaa są drgaa atomów wokół stau rówowag. Dla cał stałych atomy drgaą w satce krystalcze, atomast dla gazów w ramach ede cząsteczk. Strumeń wypromeowae eerg est zależy od temperatury oraz od rodzau wązań elektroowych w ramach cząsteczek. ys Wdmo fal elektromagetyczych 0... Półprzewodkowe czuk temperatury Temperatura est edą z ważeszych welkośc charakteryzuących proces powstawaa pożaru. Pomar temperatury metodam elektryczym, wykazue wele zalet, do których moża 2

3 zalczyć: łatwość przetwarzaa, wzmacaa przekazywaa sygałów pomarowych. Wprowadzee techk cyfrowe umożlwło e tylko przesyłae daych pomarowych eomal bez zakłóceń, ale dodatkowo umożlwło akwzycę ułatwło sterowae procesem. Jako czuk pomarowe mogą być użyte: rezystacye przetwork temperatury, półprzewodkowe przetwork temperatury, przetwork termoelektrycze (termopary). Parametryczym przetworkam temperatury są złącza półprzewodkowe. Napęce przewodzea złącza est fukcą temperatury. Jeżel prąd płyący przez złącze ma stałą wartość (ys. 0.3), to zmaa apęca przewodzea dody krzemowe est w przyblżeu proporcoala do temperatury złącza. Stosowae do pomaru temperatury dody mogą być spolaryzowae w keruku przewodzea lub zaporowym. W przypadku spolaryzowaa dody w keruku przewodzea apęce złącza osąga wartość barery potecału dla krzemu wyos to około 0,7V, a dla germau około 0,2V. Warstwa zaporowa zostae zlkwdowaa, ośk wększoścowe (dzury elektroy) swobode przepływaą przez złącze. Wartość tego apęca zwaego dyfuzyym moża oblczyć wg wzoru: kt N AN d U D l (0.) 2 q gdze: q - ładuek elektrou, k - stała Boltzmaa, T- temperatura bezwzględa [K], N A - kocetraca akceptorów, N d - kocetraca doorów, - kocetraca samosta półprzewodka. Stała kt/q = U T os azwę potecału elektroketyczego, który zależy od temperatury dla T=300K wyos U T =26mV. Charakterystykę apęcowo-prądową dody półprzewodkowe opsue rówae: U F I F I [exp( ) ] (0.2) U T gdze: I F - prąd dody w keruku przewodzea, I - prąd złącza, który płye w keruku zaporowym przy doprowadzeu apęca o polaryzac wstecze. Przy założeu, że I F I moża zapsać rówae: I F U F U Tl (0.3) I Dla wększośc dód krzemowych temperaturowy współczyk zmay apęca wyos około S T = -2 [mv/k]. Do pomaru temperatury w zakrese od 70 K do 420 K wykorzystue sę często dody krzemowe, zaslae stałą wartoścą prądu (ze źródła prądowego), spolaryzowaego w keruku przewodzea. a) b) U = cost I = cost U F = f(t) U F = f(t) ys Dodowe przetwork temperatury 3

4 Ze względu a swoą budowę wewętrzą trazystor bpolary est elemetem o charakterystyce zależe od temperatury. Jego prąd zerowy podwaa sę przy wzrośce temperatury o około 0 K, a apęce baza-emter malee o około 2 [mv/k]. Te, a ogół ekorzyste, efekty moża wykorzystać do pomaru temperatury. Na rysuku 0.4a trazystor w układze dodowym pracue przy stałym prądze. Uzyskue sę wtedy zależość temperaturową apęca baza-emter przedstawoą a rysuku 0.4b. a) b) + I=cost U BE [mv] U BE T[K] ys Trazystor w układze dodowym (a); zależość apęca baza-emter od temperatury (b) W temperaturze pokoowe apęce U BE osąga wartość około 600mV. Przy wzrośce temperatury o 00 K malee o 200 mv, a przy spadku temperatury odpowedo wzrasta. Współczyk temperaturowy wyos zatem: ΔUBE 0,3[%/K] U ΔT BE (0.4) ozrzut apęć przewodzea współczyków temperaturowych trazystorów est dosyć zaczy. Z tego względu poedycze trazystory stosue sę obece do pomarów temperatury tylko w przypadku ewelkch wymagań co do dokładośc. Lepszym rozwązaem są układy, których zasada pracy oparta est a pomarze różcy apęć U BE dwóch trazystorów pracuących przy różych prądach. Scaloe czuk temperatury budowae są a baze krzemu. Krzem charakteryzue sę weloma cecham, które predestyuą go do rol precyzyego lowego czuka temperatury. Neme ma o także wady est wrażlwy e tylko a temperaturę, ale także a śwatło a aprężea (est pezorezystywy). Idealy czuk aalogowy geerue apęce wyścowe będące lową fukcą temperatury (ys. 0.5). Powszeche stosowaym czukem temperatury o wyścu aalogowym est elemet półprzewodkowy: termstor lub krzemowy czuk temperatury. W ektórych wykoaach czuk są wyposażoe dodatkowo w wyśca dwustaowe, sygalzuące przekroczee wartośc progowych. Jest to zazwycza temperatura progowa, po przekroczeu które czuk ma geerować sygał alarmu. Spotykaym rozwązaem w pomarach temperatury są scaloe czuk temperatury z wyścam progowym. Geerowae przez e (pod wypływem temperatury) logcze sygały wyścowe są przekazywae poedyczą lą (ys. 0.6). W aprostszym przypadku czuk 4

5 zmea sta wyśca logczego przy przekroczeu progu temperaturowego. Jede sygalzuą w te sposób wzrost temperatury powyże progu, a e e spadek poże progu. Układy te azywa sę czukam ze sprecyzowaym wewętrzym progem temperaturowym. +U Z UWYJ U ) max ( WYJ T K Czuk U wy T X T max ys Czuk z wyścem aalogowym +U Z U WYJ U WYJ T K Czuk U wy T K T K T 2 T T 2 T ys..6. Czuk z wyścem aalogowym progowym Na początku 2000 roku poawły sę scaloe czuk temperaturowe o cyfrowych weścach wyścach. Zaweraą oe cyfrowy terfes, pozwalaący a komukacę z mkrokotrolerem (ys. 0.7). Zazwycza est to szeregowa magstrala I 2 C lub SMBus. Oprócz przesyłaa wyków temperatury z czuka, magstrala służy do przekazywaa rozkazów z mkrokotrolera. Są to zwykle wartośc progów temperaturowych, których przekroczee wywołue wysyłae określoych sygałów przez czuk, p. wywołuące przerwae w mkroprocesorze. Te rodza czuków może spełać rozmate zadaa, a przykład zdale motorowae temperatury (p. w systemach bezpeczeństwa). W tym celu wększość zaawasowaych mkroprocesorów est wyposażaa w trazystor, dostarczaący aalogowego apęca zależego od temperatury (używae est edo z dwóch złącz p- trazystora). Ią ważą fukcą takch czuków est wywoływae przerwaa mkrosterowka, gdy temperatura wychodz poza grace zakresu wyzaczoego ako próg doly góry. 5

6 W ych czukach przerwae est geerowae, gdy merzoa temperatura wychodz albo poza góry, albo doly próg (ale e oba). W przypadku tego rodzau czuków grace te są ustalae za pośredctwem terfesu. Jeżel temperatura przekroczy w górę (lub w dół) zaday zakres, to sygał alarmowy wywołue przerwae w procesorze. U Z We T K Czuk Alarm Wy Mkroprocesor ys Scaloy czuk temperatury z wyścem cyfrowym Do wymay formac mędzy czukem a mkrokomputerem (cetralą alarmową) może służyć magstrala -wre, która est stadardem magstral szeregowe do przesyłu daych mędzy urządzeam slave master (rys. 0.8). Każde urządzee slave (czuk) est wyposażoe w ukaly umer aday w trakce stalowaa systemu bezpeczeństwa. Cetrala systemu bezpeczeństwa Master Układy sprzęgaące -wre Czuka Urządzea SLAVE Czuka 2 Czuka ys Budowa magstral -wre Bt reset Bt potwerdzea obecośc presece Numer detyfkacyy czuk Odczyt lub zaps daych Bt reset astępe ramk d h ys amka przesyłaa daych w systeme bezpeczeństwa Magstrala -wre może zawerać tylko ede układ master może adawać lub odczytywać formacę z ych układów est węc układem dwukerukowym. Na rys. 0.9 przedstawoo ramkę trasms daych w terfese -wre. Każda ramka rozpoczya sę 6

7 wysłaem przez układ master sygału reset, a który czuka - układ slave odpowada sygałem presece, a astępe est trasmtoway ukaly dla każde czuk umer detyfkacyy. Po przesłau astępue odebrae lub przesłae daych, a po zakończeu trasms astępue czas przerwy Nezawodość czuek temperatury A. Czuka temperatury o kostrukc mozakowe ako model fzyczy obektu szeregowego Obektem o strukturze szeregowe (obektem szeregowym, rys. 0.0) przyęto azywać tak obekt, który fukcoue poprawe edye wówczas, gdy fukcouą poprawe wszystke ego elemety składowe; atomast stae sę ezdaty z chwlą uszkodzea sę któregokolwek z tych elemetów. Mechazm tworzea tego rodzau obektów (czuek) oparty est a tzw. zasadze parsmo (z łac. parsmoa oszczędość). W myśl te zasady alepszym obektem z określoego zboru obektów fukcoale rówoważych est obekt produkcye atańszy, t. obekt (czuka) zaweraąca ameszą lczbę elemetów. Poedyczy czuk a) b) U c) e) T T T T d) Q Q 2 T 2 T Q T t T S = m(t ) ys Czuka temperatury o kostrukc mozakowe ako model fzyczy obektu szeregowego gdze: a) czuka temperatury; b) sposób połączea czuków wewątrz czuk temperatury; c) struktura ezawodoścowa czuk w zapse pozytywowym (zdatoścowym); d) struktura ezawodoścowa czuk w zapse egatywowym (ezdatoścowym); e) wykres trwałośc czuk 7

8 Zgode z zasadą parsmo przymue sę, że elemety, których zaczee dla fukcoowaa obektu est zkome, ależy elmować ako zbęde. W wyku takego postępowaa z obektu (t. czuk) zostae wyelmoway wszelk admar strukturaly, co powodue, że uszkodzee sę któregokolwek z elemetów czuk pocąga za sobą prześce tego obektu do stau ezdatośc. Nezawodość (euszkadzalość) s czuk o strukturze szeregowe, zaweraące czuków temperatury, w przypadku uszkodzeń wzaeme ezależych, wyraża sę wzorem: gdze: (=,...,) ozacza euszkadzalość -tego elemetu (0.5) S W szczególym przypadku, gdy wszystke czuk (elemety półprzewodkowe) posadaą taką samą euszkadzalość to czuka est obektem statystycze edorodym wówczas ezawodość moża wyzaczyć za pomocą wzoru: S S( ;,...,) (0.6) Cechą charakterystyczą czuk zbudowae z połączea szeregowego elemetów est to, że stae sę o obektem praktycze wysoce zawodym ( S 0) uż przy stosukowo ewelke lczbe elemetów składowych czuków. Często, zamast wyzaczać wartość S, zacze efektywe est wyzaczyć wartość Q S, t. zawodość obektu szeregowego, według wzoru: QS Q) S ( (0.7) gdze: Q ozacza zawodość elemetu (czuka półprzewodkowego) w strukturze mozakowe w tym przypadku to czuka pożarowa. Obekt o strukturze szeregowe moża aalzować róweż w aspekce trwałośc. Przymue sę wówczas, że obektem o strukturze szeregowe, albo krótko obektem szeregowym, est każdy obekt, którego trwałość T S est zdetermowaa trwałoścą asłabszego (ame trwałego) elemetu: gdze: T ozacza trwałość -tego elemetu (t. czuka). T S m(t ) m(t,..., T,..., T ) (0.8) B. Czuka temperatury o kostrukc mozakowe ako model fzyczy obektu rówoległego Obektem o strukturze rówoległe (obektem rówoległym, rys. 0.) przyęto azywać tak obekt (czukę o strukturze mozakowe), który poprawe fukcoue dotąd, dopók poprawe fukcoue chocażby ede dowoly ego elemet. Mechazm tworzea tego rodzau obektów (czuek) oparty est a tzw. zasadze redudac (z łac. redudata admar), w myśl które do obektu wprowadza sę celowo pewą lczbę elemetów admarowych, których zasadczym podstawowym zadaem est zwększee ezawodośc trwałośc czuk. Obektam rówoległym są w zasadze wszystke orgazmy bologcze oraz wększość obektów techczych (w tym p. systemy bezpeczeństwa). Zgode z przytoczoą defcą obekt rówoległy uzae sę za ezdaty wówczas, gdy ulegaą uszkodzeu wszystke ego elemety składowe. Zatem zawodość Q r elemetowego obektu rówoległego w przypadku, kedy uszkodzea ego elemetów składowych są uszkodzeam wzaeme ezależym, moża wyrazć wzorem: 8

9 Q Q Q...Q...Q (0.9) gdze: Q, ( =,..., ) ozacza zawodość -tego elemetu. W przypadku obektu edorodego moża stosować wzór: Q Q (Q Q Q;,..., ) Q (0.0) Poedyczy czuk a) b) T T T c) T T e) U T T T 2 T 2 d) T T T T t T = max(t ) Q Q Q ys. 0.. Czuka temperatury o kostrukc mozakowe ako model fzyczy obektu rówoległego gdze: a) czuka temperatury; b) sposób połączea czuków wewątrz czuk temperatury; c) struktura ezawodoścowa czuk w zapse pozytywowym (zdatoścowym); d) struktura ezawodoścowa czuk w zapse egatywowym (ezdatoścowym); e) wykres trwałośc czuk Nezawodość (euszkadzalość) obektu (czuk) o strukturze ezwodoścowe rówoległe wyzacza sę ze wzoru: ( ) oraz ( ) (0.) Z podaych zależośc wyka, że ezawodość obektu rówoległego wzrasta e tylko ze wzrostem ezawodośc ego elemetów składowych (rys. 0.), ale róweż, że wzrostem lczby elemetów. 9

10 Obekt o strukturze rówoległe moża charakteryzować róweż w aspekce trwałośc. Przymue sę wówczas, że obekt (czuka), ma trwałość T która est zdetermowaa trwałoścą amoceszego (atrwalszego) elemetu gdze: T ozacza trwałość tego elemetu. T max(t ) max(t,...,t,...,t ) (0.2) C. Nezawodość obektów szeregowo rówoległych Obektem szeregowo rówoległym (ys. 0.2) przyęto azywać tak obekt (czukę), który fukcoue poprawe wówczas, gdy wszystke ego zespoły o rówoległym połączeu m elemetów fukcouą poprawe. Zespół (podsystem czuk mozakowe), rozumemy w tym przypadku, ako podzbór pewe lczby elemetów p. półprzewodkowych o określoe strukturze ezawodoścowe. Poedyczy czuk a) m m b) m T T T m m m T T T m m m T T T m m m 3 2 T m T 3 T 2 T c) m 3 2 T m T 3 T 2 T m 3 2 T m T 3 T 2 T t T Sr = m(t ) ys Czuka temperatury o kostrukc mozakowe ako model fzyczy obektu szeregowo rówoległego gdze: a) czuka temperatury; b) struktura ezawodoścowa czuk; c) wykres trwałośc czuk 0

11 Nezawodość (euszkadzalość) sr obektu szeregowo rówoległego maącego zespołów o m rówolegle połączoych elemetach wyos: m sr ( ) (0.3) gdze: ozacza euszkadzalość tego elemetu zaduącego sę w tym zespole. W przypadku gdy rozważay obekt est obektem edorodym regularym, t. obektem o edakowe lczbe elemetów półprzewodkowych w poszczególych zespołach wówczas ezawodość (euszkadzalość) moża wyrazć astępuącym wzorem: m sr [ ( ) ] (0.4) Odpowedo zawodość obektu, czuk edorode moża wyrazć ako: Q m m sr [( Q) ] [ ( ) ] (0.5) Czuka temperatury (zbudowaa według rys. 0.2b) ma tę właścwość, że uszkodzee sę któregokolwek zespołu est traktowae ako uszkodzee sę (ezdatość) całe czuk. Obekt szeregowo-rówoległy moża opsać także w aspekce trwałośc. Przymue sę wówczas, że est to tak obekt (czuka), którego trwałość T sr est zdetermowaa trwałoścą T (=,..., ) asłabszego zespołu (podsystemu). T sr m(t ) m(t,...,t,..., T ) (0.6) przy czym trwałość każdego -tego zespołu (podsystemu) est zdetermowaa trwałoścą ego amoceszego elemetu, to zaczy: T max(t ) max(t,...,t,...,t ) (0.7) Zatem trwałość T sr czuk ako obektu szeregowo rówoległego moża zapsać ako: T sr m[max(t )] m[max(t ),..., max(t ),..., max(t )] (0.8) m D. Nezawodość obektów rówoległo - szeregowych Obektem rówoległo szeregowym (ys. 0.3) przyęto azywać tak obekt (czuk), który fukcoue poprawe wówczas, gdy przyame ede spośród ego zespołów (podsystemów) fukcoue poprawe. Nezawodość (euszkadzalość) rs obektu rówoległo szeregowego (ys. 0.3) maącego zespołów o m szeregowo połączoych elemetach moża zapsać ako: m rs ( ) (0.9) gdze: ozacza euszkadzalość tego elemetu zaduącego sę w tym zespole. W przypadku, gdy rozważay obekt est obektem edorodym regularym, t. obektem o edakowe lczbe elemetów w poszczególych zespołach (p. dody półprzewodkowe tego samego typu) wówczas ezawodość wyraża sę wzorem:

12 m rs ( ) (0.20) Odpowedo zawodość rozważaego obektu edorodego moża wyrazć ako: Q m m rs [ ( Q) ] [ ] (0.2) Obekt rówoległo-szeregowy moża opsać także w aspekce trwałośc. Przymue sę wówczas, że est to tak obekt (czuka), którego trwałość T rs est zdetermowaa trwałoścą asłabszego elemetu w atrwalszym zespole (podsysteme): T rs max[m(t )] max[m(t ),..., m(t ),..., m(t )] (0.22) przy czym T (=,..., m; =,..., ) ozacza trwałość (czas życa) -tego elemetu w -tym zespole. m Poedyczy czuk a) b) T T m T m m m T T m T m m T m T m T m m m 3 2 T m T 3 T 2 T c) m 3 2 T m T 3 T 2 T m 3 2 T m T 3 T 2 T t T rs = max(t ) ys Czuka temperatury o kostrukc mozakowe ako model fzyczy obektu rówoległo szeregowego gdze: a) czuka temperatury; b) struktura ezawodoścowa czuk; c) wykres trwałośc czuk 2

13 0.2. Przykład rozwązaa mkroprocesorowe czuk dymu temperatury Fukcę czuka temperatury może pełć p. układ cyfrowy z ser MAX do welokaałowego, precyzyego pomaru temperatury. Zdaly pomar temperatury mogą realzować trazystory w połączeu dodowym, p. trazystory p--p typu 2N3904, które zastępuą kowecoale termstory lub termopary. W układze laboratoryym zastosowao dwuprzewodowy terfes szeregowy SMBus. Jego stadardowe protokoły Wrte Byte, ead Byte, służą do programowaa pozomów alarmowych oraz odczytu wyków pomarów temperatury. Format daych: 7 btów + zak, przy czym waga btu odpowada wartośc 0 C w zapse uzupełeń do 2. Układy te powy pracować z mkroprocesorem lub komputerem geeruącym odpowede strukce dla terfesu SMBus. Tabela 0.. Parametry techcze czuk frmy Texecom ys Wdok czuk frmy TEXECOM Parametry techcze Wyśce alarmowe NC 24VDC/50mA Weśce sterowaa pamęcą alarmu Zaslae 9...6VDC Pobór prądu 5mA Temperatura pracy C Wymary 05 x 55 mm Podstawowe parametry układu cyfrowego: Lczba kaałów: 4 zdale; lokaly; Kalbraca układu automatycza; Iterfes SMBus; Programowale sygały alarmu przy przekroczeu graczych wartośc temperatury; Nedokładość: o 2 0 C pomar lokaly, ( ) 0 C; o 3 0 C pomar lokaly, ( ) 0 C; o 3 0 C pomar zdaly, ( ) 0 C; Prąd zaslaa w stae spoczyku 3 A; Napęce zaslaa od 0,3V do 6V; Prąd a weścach Alarm ma do +50mA; Zakres temperatury pracy ( ) 0 C; Dopuszczala temperatura struktury C. Nedokładość pomaru temperatury zależy w zaczym stopu od właścwego doboru trazystora, który w połączeu dodowym (baza zwarta z kolektorem) est czukem temperatury. Powe to być trazystor małosygałowy (-p- lub p--p), o względe dużym spadku apęca w keruku przewodzea U BE (ze względu a dopasowae do zakresu apęca weścowego przetworków A/C). Napęce to powo być wększe ż 0,25V dla prądu 0 A (przy awększe spodzewae temperaturze), oraz mesze ż 0,95V dla prądu 00 A (przy amesze spodzewae temperaturze). 3

14 W torach gdze przyłączoy est czuk do pomaru temperatury astępue cągłe sprawdzae stau techczego fukcoalego tego elemetu (zwarce, rozwarce). Dody są sprawdzae a początku każdego przetwarzaa wtedy astępue uaktualee stau zawartośc batu. Detektor uszkodzea dody est prostym detektorem apęca. Jeśl apęce a końcówce dody wzrasta powyże wartośc U cc = -V, to astępue sygalzaca uszkodzea. Przerwaa alarmowe poawaą sę wtedy, gdy temperatura wykracza poza zaday zakres lub któraś z dód zdalego pomaru ulega uszkodzeu (poawa sę przerwa w obwodze). Przerwae e wstrzymue od razu przetwarzaa A/C, astępue to dopero po zatwerdzeu sygału alarmu. Podstawowym elemetem układu est 8-btowy szeregowy przetwork aalogowocyfrowy ze specalym układam weścowym (ys. 0.5). Poadto układy zaweraą przełączae źródła prądowe, multplekser, terfes SMBus zwązae z m układy logcze. W układze tym dae z pomarów temperatury są wprowadzae do 5 reestrów daych, gdze są automatycze porówywae z daym zapsaym uprzedo w 0 reestrach alarmu (sygalzaca temperatury zbyt małe lub zbyt duże poza ustawoym zakresem). Zastosowao tegracye przetwork A/C, które uśredaą sygał weścowy w okrese 64 ms (w każdym kaale), co dae dobre tłumee zakłóceń zwłaszcza pochodzących od sec zaslaące. Multplekser automatycze przełącza prądy polaryzuące dód pomarowych: lokalych lub zdalych oraz ch apęca w keruku przewodzea, które po przetworzeu A/C daą cyfrowe wyk pomaru temperatury. Po rozpoczęcu procesu przetwarzaa kaały są automatycze koleo przełączae. wy Elemety pomarowe 4 Źródła prądowe Lokale Blok sygalzac uszkodzeń eestry pomarów temperatury eestr góre gracy Przetwork A/C Logka układu Dekoder adresu SMBus eestr batu strukc eestr 2 baty stau eestr batu kofgurac wy eestr dole gracy eestr alarmów Alarm Komparatory cyfrowe eestr mask alarmu S Q ys Schemat fukcoaly mkroprocesorowego układu pomaru temperatury Typowa szybkość przetwarzaa to trzy przetworzea a sekudę. Przetwarzae A/C astępue także w kaałach eużywaych. Te wyk powy węc być gorowae przez 4

15 użytkowka. Dwuprzewodowy terfes szeregowy SMBus opera sę a archtekturze poleceach I 2 C. Pod względem sposobów adresowaa orgazac ramk przesyłaa daych występue peła zgodość. Zmodyfkowao edye pewe parametry elektrycze co umożlwło uzyskae wększe szybkośc przesyłaa daych Zadae laboratorye Korzystaąc z programu PSpce wykoać symulacye badaa właścwośc użytkowoezawodoścowych różych struktur półprzewodkowych stosowaych do budowy czuków temperatury. Wyk badań stosowych oblczeń zameścć w tabel 0.2. Tabela 0.2. Wyk badań różych struktur czuek temperaturowych odza struktury Czułość [mv/ 0 C] Wartość prawdopodobeństwa zdatośc (wylczoa dla poszczególych struktur) Poedyczy trazystor Trazystory Połączee szeregowe Połączee rówoległe Poedycza doda Dody Połączee szeregowe Połączee rówoległe Struktury meszae doda - trazystor ówoległo-szeregowe dody ówoległo-szeregowe trazystory 0.4. Uwag końcowe W wyku wykoaa ćwczea ależy przedstawć sprawozdae, które powo zawerać: wyk symulac oblczeń (tabela 0.2); wosk z przeprowadzoych badań dyskus. Przygotowae do ćwczea powo obemować zapozae z treścą rozdzału 3 (a szczególe pkt. 3.) oraz z treścą rozdzału 4 podręczka: L. Będkowsk, T. Dąbrowsk Podstawy eksploatac, cz. 2. Podstawy ezawodośc eksploatacye, Wyd. WAT

16 0.5. Zagadea kotrole. Omówć bezstykowy sposób pomaru temperatury. 2. Jake właścwośc dody trazystora wykorzystue sę do pomaru temperatury 3. Omówć pracę trazystora w układze dodowym stosowaym do pomaru temperatury. 4. Jak dzałaą scaloe aalogowe czuk temperaturowe z wyścem aalogowym progowym 5. Omówć sposób trasms formac w magstral -wre. 6. Jak wyzacza sę ezawodość czuek temperatury pracuących w układze mozakowym szeregowym 7. Jak wyzacza sę ezawodość czuek temperatury pracuących w układze mozakowym rówoległym 8. Jak wyzacza sę euszkadzalość czuek temperatury pracuących w układze mozakowym szeregowo-rówoległym 9. Jak wyzacza sę euszkadzalość czuek temperatury pracuących w układze mozakowym rówoległo-szeregowym 0. Określć wypadkową trwałość czuek w układze szeregowym oraz rówoległym.. Określć wypadkową trwałość czuek w układze szeregowo-rówoległym. 2. Omówć przykładowe parametry techcze mkroprocesorowe czuk temperatury. 3. W ak sposób astępue pomar przetwarzae sygału w mkroprocesorowym czuku pomaru temperatury 4. Jake właścwośc elemetów półprzewodkowych wykorzystywae są w pomarach temperatury 5. Jake są sposoby zwększea dokładośc pomaru temperatury w czukach aalogowych 6