Pienitehoinen korkeajännitelähde aerosolimittauksiin
Korhonen, Frans (2013)
Korhonen, Frans
Metropolia Ammattikorkeakoulu
2013
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201303123212
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201303123212
Tiivistelmä
Tässä insinöörityössä suunniteltiin ja rakennettiin pienitehoinen säädettävä 10 kV:n tarkkuusjännitelähde, erityisesti DMA:han (Differential Mobility Analyzer) perustuvien aerosolimittausten tarpeisiin. Työssä panostettiin lähteen laajaan säätöalueeseen sekä tarkkuuteen erityisesti pienillä jännitteillä. Jännitelähteen käyttötarkoitus on halutun sähkökentän luominen DMA:n sisälle.
Työssä suunniteltiin jännitelähde, joka helpottaa aerosolimittauksia, sen laajan säätöalueen, tarkkuuden sekä helpon käytettävyyden avulla. Aikaisemmin käytettyjen jännitelähteiden suurimmat ongelmat ovat niiden alimman tuotetun jännitteen rajallisuudessa ja stabiiliudessa. Lisäksi aikaisemmin käytössä olleita jännitelähteitä voidaan ohjata ainoastaan analogisilla signaaleilla, jotka ovat herkkiä häiriölle, ja tarvitsevat tietokoneeseen kytkettäessä erillisen ohjauskortin. Suunniteltu jännitelähde voidaan liittää tietokoneeseen sarjaportin kautta. Lisäksi usean jännitelähteen ohjaaminen samasta sarjaportista on mahdollista laitteita ketjuttamalla.
Työssä tutkittiin ja ratkottiin erilaisia mittaustarkkuuteen vaikuttavia ilmiöitä, kuten vastusten epälineaarisuus jännitteen ja lämpötilan suhteen. Rakennettu laite sisältää kaksi hakkuriastetta ja operaatiovahvistimeen perustuvan lineaarisen shunttiregulaattorin. Laitteessa tuotetaan ja mitataan tasajännitesignaaleja, joiden tarkkuus on muutamia kymmeniä mikrovoltteja.
Insinöörityön tuloksena syntyi tarkka korkeajännitelähde, josta voidaan rakentaa useampia kappaleita. Rakennetun jännitelähteen virhe asetusjännitteestä on pienempi kuin 2 promillea yli 100 V:n jännitteillä sekä pienempi kuin 200 mV alle 100 V:n jännitteillä.
Työssä suunniteltiin jännitelähde, joka helpottaa aerosolimittauksia, sen laajan säätöalueen, tarkkuuden sekä helpon käytettävyyden avulla. Aikaisemmin käytettyjen jännitelähteiden suurimmat ongelmat ovat niiden alimman tuotetun jännitteen rajallisuudessa ja stabiiliudessa. Lisäksi aikaisemmin käytössä olleita jännitelähteitä voidaan ohjata ainoastaan analogisilla signaaleilla, jotka ovat herkkiä häiriölle, ja tarvitsevat tietokoneeseen kytkettäessä erillisen ohjauskortin. Suunniteltu jännitelähde voidaan liittää tietokoneeseen sarjaportin kautta. Lisäksi usean jännitelähteen ohjaaminen samasta sarjaportista on mahdollista laitteita ketjuttamalla.
Työssä tutkittiin ja ratkottiin erilaisia mittaustarkkuuteen vaikuttavia ilmiöitä, kuten vastusten epälineaarisuus jännitteen ja lämpötilan suhteen. Rakennettu laite sisältää kaksi hakkuriastetta ja operaatiovahvistimeen perustuvan lineaarisen shunttiregulaattorin. Laitteessa tuotetaan ja mitataan tasajännitesignaaleja, joiden tarkkuus on muutamia kymmeniä mikrovoltteja.
Insinöörityön tuloksena syntyi tarkka korkeajännitelähde, josta voidaan rakentaa useampia kappaleita. Rakennetun jännitelähteen virhe asetusjännitteestä on pienempi kuin 2 promillea yli 100 V:n jännitteillä sekä pienempi kuin 200 mV alle 100 V:n jännitteillä.