Lämpövuoanturin mittauselektroniikan suunnittelu ja toteutus

Energian kulutuksen vähentäminen ja sen tutkiminen on kasvavan kiinnostuksen kohteena. Syntyneen lämmön mittaaminen on yksi tapa mitata energian siirtymistä. Lämpötilan mittaaminen on yleistä, vaikka usein on merkittävämpää selvittää missä ja miten lämpöenergia on siirtynyt. Tästä syystä tarvitaan lämpövuoantureita, jotka reagoivat suoraan lämpövuohon eli lämpöenergian siirtymiseen. Tässä tutkimuksessa suunnitellaan ja toteutetaan lämpövuoanturin mittauselektroniikka vaativaan käyttöympäristöön. Työssä käytettävän gradienttilämpövuoanturin tuottama jännitesignaali on mikrovolttiluokkaa ja ympäristön aiheuttama kohina voi olla huomattavasti suurempi. Tämän takia anturin tuottamaa signaalia on vahvistettava, jotta sitä voidaan mitata luotettavasti. Tutkimuksessa keskitytään vahvistimen suunnitteluun, mutta suunnittelussa on otettava huomioon koko järjestelmä. Anturin sähköiset ominaisuudet ja ympäristö asettavat rajoitteita vahvistimelle. Tavoitteena on selvittää miten voidaan mitata mikrovolttien jännitesignaalia mahdollisimman suurella taajuuskaistalla vaativassa käyttöympäristössä. Työn tuloksena syntyi mittalaite, jota voidaan käyttää vaativassa ympäristössä lämpövuon mittaamiseen. Suunnitteluparametrien mukainen vahvistus ja päästökaista sekä offset-jännitteen ryömintä saavutettiin suunnitellulla mittalaitteella, mutta offsetjännite ja kohina olivat hieman suunniteltua suuremmat. Mittalaitteella ja lämpövuoanturilla havaittiin selvästi lämpövuon muutoksia keinotekoisilla herätteillä.

Räjähdysvaarallisten tilojen instrumentointisuunnittelu

Räjähdysvaaralliset tilat aiheuttavat lisävaatimuksia instrumentointisuunnittelulle. Tämän diplomityön tavoitteena on kartoittaa räjähdysvaarallisten tilojen standardien vaatimuksia instrumentoinnin suunnitteluun ja laitevalintoihin. Tarkemmin tarkastellaan luonnostaan vaaratonta räjähdyssuojausrakennetta, joita instrumentoinnin laitteilla tyypillisesti käytetään. Luonnostaan vaarattomassa räjähdyssuojausrakenteessa sähkölaitteen energiaa ja pintalämpötilaa rajoitetaan niin, ettei laite voi sytyttää räjähdysvaarallista seosta. Työssä perehdytään myös luonnostaan vaarattomia laitteita sisältäviin instrumentointipiireihin ja standardin niille asettamiin vaatimuksiin. Tällaisille piireille on tehtävä varmennustarkastelu, jossa todennetaan piirin täyttävän vaatimukset. Varmennusta varten diplomityön käytännönosuutena kehitetään varmennussovellus, joka suorittaa varmennuksen tietokannassa olevista arvoista.