控制實驗專題溫控杯

0010812 廖宸豐0010829 陳卓立

前言 控制方法構想 主要所需器材 接線示意圖與實際成果圖 檢測方式 實驗數據 結論與探討 相關資料

大綱

在現今生活中飲料已經成為許多人的每日必須品，但是在喝飲料時往往會遇到保溫的問題，試想一杯28 度 C 的可樂還有甚麼好喝的 ?

我們認為這是一個相當生活化且實際的問題，所以我們朝這方向思考。已知市面上有許多保溫杯墊，但是僅能加溫且無法控制溫度，所以我們想要做一個可以保溫又可以保冰，使用者也可以隨喜好調整溫度的保溫杯墊。

前言

控制方法構想

1 利用溫度感測器測量得到溫度回傳至 Arduino2 使用者輸入目標3 Arduino 進行運算判讀是否要加溫 / 致冷4 若需要加熱 / 致冷，則利用繼電器控制電流方向，進行 PWM 輸出，直接操控致冷晶片的 ON/OFF5 若已達目標溫度則不再輸出，節能省碳

控制方法構想 - 流程圖Start

檢測杯子溫度並顯示

杯子溫度 > 控制溫度

使用者設定控制溫度

檢測杯子溫度並顯

示

降溫加溫

YESNO

溫度感測器 -DS18B20 致冷晶片 - TEC1-12706 Arduino 單晶片微控器 12V 風扇 LEG-5 繼電器

主要所需器材

Thermoelectric Cooler A.K.A Thermoelectric Cooling Module、 Peltier Cooler Module resistance 1.98/2.30(Ohms) Max operating Temp. ： 138(ºC)

TEC1-12706

量測範圍 : -55~ 125 ( 攝氏 ) 解析度 1 度 C 針腳 : VDD GND DQ 內有 A-to-D 轉換

DS1820

接線示意圖

實際成果圖

1. Arduino Uno 微控器2. 電流轉換電路 ( 處理

PWM)3. 制冷晶片 TEC1-12706

4. 散熱片與墊片 ( 由 3D 印表機所製造 )5. 散熱用風扇6. 導熱用鋁箔

使用者設定目標溫度，直接用溫度計測量水溫觀察是否可以將水溫降溫 / 升溫至目標溫度

達目標溫度後，持續測量水溫觀察是否可以維持溫度

檢測方式

室溫 27.8 度 C 致冷晶片壓差 5V

冷面溫度 19.9 度 C 熱面溫度 47.6 度 C

致冷晶片壓差 12V 冷面溫度 17.1 度 C 熱面溫度 80 度 C

實驗數據

設定溫度目標為 20 ℃ 此時環境室溫為 24 ℃ ，水溫為 26 ℃

實驗數據 --- 降溫

0 10 20 30 40 50 60 700

5

10

15

20

25

30 2723.4

22.3 21.120.8 20.8 19.8

經過時間

量測溫度

設定溫度目標為 40 ℃ 此時環境室溫為 24 ℃ ，水溫為 21 ℃

實驗數據 --- 升溫

0 10 20 30 40 50 60 70 8005

10152025303540

經過時間

量測溫度

實際實驗後發現溫度感測器量測的溫度和水溫有一段落差，推測是因為溫度感測器的位置難免受到室溫的影響

修正方法 利用 offset 修正溫度感測器的溫度來進行判別是否達到目標溫度

系統修正與調整

降溫 室溫 24 度 C ，水溫為 21.8 設定溫度 17 度 C

修正後實驗數據

0 5 10 15 20 25 30 35 400

5

10

15

20

25

溫度計sensoroffset

經過時間

溫度

升溫 室溫 24 度 C ，水溫為 34.4 設定溫度 50 度 C

修正後實驗數據

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

10

20

30

40

50

60

溫度計sensoroffset

經過時間

溫度

優點部分

1. 制冷晶片本身溫度變化很快，而且對環境低汙染，加上它的體積小 ，重量輕，沒有方向性，對於溫度控制不失一個好選擇

2. 對於維持溫度有較良好的表現

結論與檢討

缺點部分

1. 雖然可以達到目標溫度，但是需要經過的時間太長，效率過低。

2. 需要電源供應的模組太多，並且各自都有需求的工作電流，其使用不符合經濟效益。

結論與檢討

效率過低原因：假設電源供應器的能量全部轉換到致冷上，且忽略逸散至空氣中的熱量和傳導到盛裝水的容器的能量，則可由下列計算得到將 100g 水上升 10 所需的時間為

然而這與實驗結果相差不小，猜測原因應該是在容器的升溫及傳導效率不佳導致。

結論與檢討

溫度感測器 DS1821-http://www.shs.edu.tw/works/essay/2009/11/2009110918560520.pdf致冷晶片 TEC1-12706-http://www.hebeiltd.com.cn/peltier.datasheet/TEC1-12706.pdfhttp://www.tande.com.tw/te-faq.htm數位溫控杯 -http://www.shs.edu.tw/works/essay/2013/11/2013110814092770.pdfFAQhttp://www.tande.com.tw/te-faq.htm

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