Lämpötilan mittausmoduuli : analogia-digitaalimuunnin PT-100-anturille

Abstract

Tässä työssä on suunniteltu ja simuloitu MultiSim-ohjelmalla lämpötilan mittausmoduuli Koulutuskeskus Salpauksen tarpeisiin. Lämpötilan mittausmoduuli on myös toteutettu prototyyppinä koekytkentäalustalle. Koulutuskeskus Salpauksen tilauksesta suunniteltiin mittausmoduuli, joka mittaa lämpötilan esimerkiksi sähkömoottorista tai jostain muusta laitteesta, jonka lämpötilaa halutaan seurata.

Moduuli suunniteltiin käyttämään PT100-anturia ja operaatiovahvistinkytkentää. Lämpötilan muuntaminen digitaaliseksi dataksi suunniteltiin muuntamalla lämpötilasta saatu jännitetieto analogia-digitaalimuunnoksella. A/D-muunnos tehtiin työhön siksi, että dataa on helpompi tulkita toisessa laitteessa, esimerkiksi mikro-ohjaimessa tai prosessorissa. Digitaalinen data päätettiin siirtää SPI- sarjaliikenteellä tulkittavaksi moduulin ulkopuolelle.

Aluksi tässä työssä määritettiin lämpötila-asteikko, jota laitteella mitataan. Sen jälkeen määritettiin anturi, jota kytkennässä käytetään lämpötilan mittaamiseen. Lisäksi tehtiin simulointi MultiSim-ohjelmalla. Simuloinnin jälkeen kytkentä toteutettiin koekytkentäalustalle ja mitattiin. Mittausta verrattiin simuloinnin tuloksiin. Digitaalisesta muunnoksessa pyrittiin saamaan mahdollisimman lineaarinen lämpötilaan nähden.

This thesis deals with planning and simulating a temperature sensor module with the MultiSim program for Koulutuskeskus Salpaus. The temperature sensor module was also assembled as a prototype a test-PCB. The purpose of the sensor is to measure the temperature of electric motors or other equipment.

The module uses a PT-100 sensor and operational amplifier circuit. Voltage information of the temperature is converted to digital data by an analog-digital converter. Digital conversion is done because digital data is much easier to interpret in other equipment, for example a microcontroller or processor. Digital data was transferred with an SPI serial interface to be interpreted outside the module.

The first step in this thesis was defining temperature scale of measurement. The next step was to define the sensor, which was used for measuring temperature in the circuit. Also, simulation was done with the MultiSim program. After the simulation the circuit was assembled a test-PCB and measured. The measurement of the test-PCB and simulated circuit were compared. The aim was to make the result of digital conversion as linear as the real temperature.