南台科技大学机械系98第2学期学生专题制作.docx
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南台科技大学机械系98第2学期学生专题制作
南台科技大學機械系98學年度第2學期學生專題製作
研究報告書
恆溫控製冷暖被單
指導老師:
林儒禮老師
參賽組員:
王念宏班級:
四技自控三乙49612047
:
董澤昱班級:
四技自控三乙49612121
:
陳柏任班級:
四技自控三乙49612109
中華民國99年6月1日
目錄
一.摘要...............................1
二.前言...............................1
三.研究目的...........................1
四.文獻探討...........................1~2
五.研究方法(零件介紹).................2~8
六.電路測試結果與討論.................8~9
七.結論與建議<後續計畫>...............9
八.參考文獻...........................10
九.附件.............................11~12
1.摘要:
在人類追求最好的科技,要求更好的生活環境,但在人類過度的開發,地球的氣候變化有了很大的變遷,而慢慢地反撲衝擊我們的生活環境,人類也漸漸知道與地球共存的重要性,而本專題的主要目標就是可以降低對於環境的傷害,並提供更好的科技給予人類有更好的舒適環境,專題所使用的致冷晶片,對於環境無害無污染,低耗能無噪音,並符合安全的使用性,在溫度冷暖兩面可控制下,在寒冷冬天或炎熱夏天都可以使用的棉被,而在耗電率低也可以替你省下一定的電費。
2.前言:
全球的年均溫度年年都在攀升,人類逐漸地的體會到大自然被破壞所帶來的後遺症和衝擊的力量,所以人類開始思考如何用減少不必要的資源和多餘排放的汙染源,用高科技來符合人類所需要,也慢慢排除掉對於大環境的二度傷害以保持環境和人類共同並存的永續下去。
三.研究目的:
以低耗能,低污染,實用可行性為啟發點來呈現此專題實務的主要重點,此專題的核心零件-(致冷晶片),取自於它本身不使用冷媒、主動冷卻而使溫度低於室溫、和加熱或是冷卻的雙向作用等優點。
而本專題的目標設定是做出的一片可以冷暖兩用的棉被讓使用者在大熱天或寒流來臨時,可以用冷暖被保持恆溫控制可以一直維持舒適的狀況。
四.文獻探討:
床墊式雙人電毯床墊式:
電熱毯主要由布質毯、發熱線和控制開關組成。
繞包發熱線是用繞線
機將合金絲繞包在內芯線上,節距要符合工藝要求,保證發熱線在規
定長度內的阻值在允許的誤差範圍內,但缺點是只能保暖單一性使用,並不可以摺疊使用而故障。
1
數位控溫冷/熱水循環墊:
控溫爐的結構設計為溫水部分和加熱部分分離的二重構造,即使是被放倒也不會流出熱水,不採用溫水直接加熱方式,而是採用間接加熱的放熱器加熱方式,不存在火災危險,內外部設計有五重安全裝置(缺水感測器/水平安全裝置/防止過熱裝置/溫水部分和加熱部分的分離/加熱器方式)組成的安全系統,但單一造價高。
五.研究方法(零件介紹):
1.熱敏電阻:
簡稱TSR。
顧名思義,它是一種對溫度(熱)相當敏感的電阻,在一般度要求不高的溫度量測或溫度控制等場合中,熱敏電阻因電流異常而斷電後,若電流及溫度再次回復正常,即會自動恢復通電功能,不必更換零件。
可重複使用及自動回復通電功能,體積細小亦是過電流保護元件優點。
NTC:
<負溫度係數>也就是說電阻值隨溫度的上昇而下降。
在所有被動式溫度感測器中,熱敏電阻的靈敏度(即溫度每變化一度時電阻的變化)最高,但熱敏電阻的電阻/溫度曲線是非線性的。
TDC:
TDC(溫度補償系列)
規 格:
3Φ、5Φ。
產品應用:
IC溫度補償、變壓器、線圈....等。
產品特性表Specifications
PartNo.
NominalResistanceat25°C(Ohms)
BetaValue(±7%)(°K)
Max.PermissibleCurrentat25°C(mA)
ThermalDissipationConstant(mW/°C)
ThermalTimeConstant(Sec.)
TDC03C250
5000
3800
15
5.5
10
功率
MaximumPowerRating:
250mW
PartNo.
NominalResistanceat25°C(Ohms)
BetaValue(±7%)(°K)
Max.PermissibleCurrentat25°C(mA)
ThermalDissipationConstant(mW/°C)
ThermalTimeConstant(Sec.)
UL
TDC05C250
5000
4100
45
6
15
‧
說明:
Betavalue(Bvalue)是一個描述NTC的電阻值變化率與溫度的關係.
它的公式如下:
Bvalue=(T1XT2)/(T2-T1)再乘上Loge(R1/R2)
定義T1,T2後(T1XT2)/(T2-T1)是一個定值,重要的是Loge(R1/R2)
因為NTC的溫度愈高,電阻愈小,即R1>R2,所以我們用Loge(R1/R2)來表示電阻值與溫度的關係.
Bvalue對線路設計時的選型是個重要指標。
本專題實務採用的熱敏電阻型號為
參考:
.tw/Ntc/tdc%20series.htm
2.可調電阻:
電位器:
中文通常又稱為可變電阻器(VR,VariableResistor)或簡稱可變電阻,是一種具有三個端子,其中有兩個固定接點與一個滑動接點,可經由滑動而改變滑動端與兩個固定端間電阻值的電子零件,使用時可形成不同的分壓比率,改變滑動點的電位,因而得名。
本專題實務採用:
台製VR1615-310
規格:
柄長:
15mm
阻值範圍:
10KΩ
全迴轉角度:
300°±5°
額定功率:
0.125W,最高電壓:
AC200V
外型尺寸:
16φ
特殊柄長(如20mm)及規格可訂製
PIN腳為針腳
參考:
http:
//zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%8F%AF%E8%AE%8A%E9%9B%BB%E9%98%BB
3.致冷晶片:
優點:
1.體積小且無噪音2.容易維修3.不使用冷媒4.不受重力影響
5.適合局部冷卻6.主動冷卻而使溫度低於室溫7.有加熱或是冷卻的雙向作用
缺點:
1.造價高
2.能源轉換效率低,一般約在5%~7%之間(一般冷凍壓縮機效率約在95%以上)
本專題實務使用與實驗致冷晶片規格是:
TEC1-127060-40和TEC1-127030-30“本來預估面積要在20×20mm,但那種晶片TES1型式廠商供貨比較少”
規格表示:
<以TEC1-127060-40說明>
TE->致冷晶片代號
C->陶瓷面板(S->小型晶片)
127->晶粒P型與N型總對數
060->最大的工作電流40->尺寸<40×40mm>
而這兩種規格在廠商的供貨中為效率最高的<低損失>
例如TEC1-127060-40的Imax<6A>,Vmax<15.4V>,Qcmax<54.9W>
有效效率:
Qcmax÷Imax×Vmax=59.42%,TEC1-127030-30為58.92%.
{而在熱面使用風扇+散熱片,以防止高溫燒掉,一般致冷晶片的工作溫度在-150度~125度,在熱冷兩面都有塗抹散熱膏以均勻發揮效率,冷面因會結霜而可能導致水氣滲入晶片而故障可用防水塗料(矽膠)來預防}。
4.電晶體:
是一種固體半導體器件,可以用於放大、開關、穩壓、信號調製和許多其他功能。
電晶體作為一種可變開關,基於輸入的電壓,控制流出的電流.
基本原理:
NPN順向主動工作區:
BE接面順向,Vbe>0.7V,BC接面逆向Vbc<0.5V。
順向接面會有擴散電流,空乏區小;而逆向接面會有漂移電流,空乏區大。
空乏區內只有游離的雜質離子;載子進入後不久後會游離,在補充了游離載子同時,另一端已經游離載子則會離開空乏區,以保持空乏區是電中性。
Ie電流大部分流過Ic,少部分由Ib流出。
NPN通用器Description
Pins/Package
3P/TO-92
Pol
NPN
Ic(max)
200mA
Pt(Pd)
625mW
Vceo(max)
40V
hfe(min.-max.)
100~300
5.運算放大器:
放大器最初被開發的目的是運用於類比計算機之運算電路,其內部為複雜的積體電路(IC),亦即在單一電子元件中整合了許多電晶體與二極體。
電路符號
下圖是一個標準運算放大器的電路符號:
運算放大器的電路符號及各端點
其中,
∙V+:
非反相輸入端(non-invertinginput)
∙V−:
反相輸入端(invertinginput)
∙Vout:
輸出端(output)
∙VS+:
正電源端(亦可能以VDD、VCC或VCC+表示)
∙VS−:
負電源端(亦可能以VSS、VEE或VCC−表示)
本專題實務採用:
運算放大器AS358
規格:
LargeVoltageGain:
100dB(Typical)
·LowInputBiasCurrent:
20nA(Typical)
7
·LowInputOffsetVoltage:
2mV(Typical)
·LowSupplyCurrent:
0.5mA(Typical)
·WidePowerSupplyVoltage:
SingleSupply:
3Vto36V
DualSupplies:
±1.5Vto±18V
·InputCommonModeVoltageRangeIncludesGround
·LargeOutputVoltageSwing:
0VtoVCC-1.5V
六.電路測試與討論:
構思一個電路目的就是以使用者所需要的溫度設定來控制恆溫。
電路圖設計<1>此電路測試結果-
*溫度反應很差,放大功率小,難以啟動致冷晶片
μA741啟動電壓高,溫度低無法啟動。
電路圖設計<2>:
測試結果-改善放大效果可以控制電路因溫度的變化而有所改變和啟動,但溫度反應靈敏度沒那麼好,且溫度低還是不能啟動。
電路圖設計<3>:
測試結果-可以穩定的來控制電路,靈敏度也大幅增加很多,溫度低無法啟動晶片的情況改善,並完成用熱敏電阻因溫度變化來控制致冷晶片啟動開關。
七.結論與建議<後續計畫>:
有了控制恆溫的裝置,然後在致冷晶片的發熱那面會用風扇來保護溫度過高而燒毀。
未來考量的方向:
1.致冷晶片發出熱在導熱層所可覆蓋的範圍大小。
2.用散熱膏對於致冷晶片的效率影響。
3.在致冷晶片冷面的防止表面結霜而影響致冷晶片效率處理。
4.棉被材質傳導熱能的影響。
5.啟動恆溫控制系統採用無線電或紅外線來感應。
八.參考文獻:
*熱電致冷器三維暫態模擬分析.洪振益/林昆標(93)碩士論文
*水冷散熱模組與熱管散熱模組研究報告.曾博群/邱偉豪/蕭柏翰
*電路設計圖.AUTOCAD2008TraditionalChinese
*http:
//zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%9B%BB%E6%99%B6%E9%AB%94
*.tw/index.htm
*
【附件三】預期成果表
南台科技大學98學年度第2學期機械系學生專題製作
預期成果
作品名稱
恆溫控製冷暖被單
參與者
王念宏.董澤昱.陳柏任
預期研究成果或貢獻
預計參加2010年智慧化居住空間情境模擬創作競賽
第四屆「創意狂想巢向未來」競賽
指導老師簽章:
【附件四】學生問卷
表49、學生實務專題意見調查表(學生問卷)
基本資料
1.指導老師:
林儒禮老師
2.開課班級:
四技自控三乙
3.小組成員:
王念宏.董澤昱.陳柏任
4.修課學期:
98.2
學生實務專題意見調查,填答說明:
您是否同意在經過一學年的「學生實務專題」課程後,能達成以下教學目標?
學生意見
(「是」請填1,「否」請填0)
1.1a是否應用機械工程與科技背景的基本知識?
1
1.1b是否從中獲得未來終身學習的基礎?
1
1.2a是否使用電腦及電腦相關之設備?
1
1.2b是否自行撰寫程式?
0
1.3a是否獲得設計與實作經驗?
1
1.3b是否做專業資料搜尋?
1
1.3c是否應用到數據分析、推導與演繹的能力?
1
2.1是否從中獲得計畫、評估以及執行工程分析之能力?
1
2.2a是否有提昇口頭及示範能力?
1
2.2b是否有提昇書面報告能力?
1
2.3a是否從中建立專業責任?
1
2.3b是否從中建立職業倫理之觀念?
1
2.4a是否應用到跨領域知識?
1
2.4b是否有良好團隊合作關係?
1
2.4c是否展現創新能力?
1
3.1a是否有助於了解你在當代社會應扮演的工程角色?
1
3.1b是否有助於提昇適應社會環境變遷之能力?
1
3.2是否有將文化、藝術或人文素養融合專題製作中?
1
3.3是否有參考到以外語撰寫之相關資料?
1
3.4本專題實作經驗是否可成為終身學習的工具?
1
【附件五】指導老師問卷
表50、學生實務專題意見調查表(指導老師問卷)
基本資料
1.指導老師:
林儒禮老師
2.開課班級:
四技自控三乙
3.小組成員:
王念宏.董澤昱.陳柏任
4.修課學期:
98.2
學生實務專題意見調查,填答說明:
您是否同意在經過一學年的「學生實務專題」課程後,能達成以下教學目標?
指導老師意見
(「是」請填1,「否」請填0)
1.1a是否應用機械工程與科技背景的基本知識?
1.1b是否從中獲得未來終身學習的基礎?
1.2a是否使用電腦及電腦相關之設備?
1.2b是否自行撰寫程式?
1.3a是否獲得設計與實作經驗?
1.3b是否做專業資料搜尋?
1.3c是否應用到數據分析、推導與演繹的能力?
2.1是否從中獲得計畫、評估以及執行工程分析之能力?
2.2a是否有提昇口頭及示範能力?
2.2b是否有提昇書面報告能力?
2.3a是否從中建立專業責任?
2.3b是否從中建立職業倫理之觀念?
2.4a是否應用到跨領域知識?
2.4b是否有良好團隊合作關係?
2.4c是否展現創新能力?
3.1a是否有助於了解你在當代社會應扮演的工程角色?
3.1b是否有助於提昇適應社會環境變遷之能力?
3.2是否有將文化、藝術或人文素養融合專題製作中?
3.3是否有參考到以外語撰寫之相關資料?
3.4本專題實作經驗是否可成為終身學習的工具?
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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