CanSat – Analyse av data Nils Kr. Rossing Skolelaboratoriet, NTNU

Innhold Lagring av data til file Omregning og kalibrering Digital avlesning til spenning Temperatur – Halvleder Temeratur – NTC Trykk Høyde Akselerometer CO2 måling Analyse i Excel Hente data Omregningsformler Plotting Tolking av resultater

Lagring av data til file

CanSat med CO2 måler

Lagring av data til file Lagre rådata ikke behandlede data Begynn linjen med en tidsteller (en måling pr. 4. sek.) Skill data med skilletegn: < > , ; tab Ev. lagre behandlede data under uttesting og kalibrering

Datafile (LOG00088) Teller (tid) Trykk Temp CO2 Akselerasjon x, y, z

Leses av Excel Hent inn filen i Excel

Omregning og kalibrering

Omregning fra digitalverdi til spenning Spenning = (digitalverdi/1023) • 5,0 V

Trykk - omregning P = 22,222 • Vp + 10,556 + ΔPkal [kPa] VP = 5,0 (0,009 P – 0,095) Spenning ut av sensor som funksjon av trykk i kPa P = 22,222 • Vp + 10,556 + ΔPkal [kPa]

Trykk - kalibrering En trenger en trykkmåler som gir verdien i kPa som er mer nøyaktig enn den måleren vi bruker. Dersom våre målinger viser høyere verdi enn kalibrert instrument: Trekk fra forskjellen: Δpkal > 0 ELFA 290,00 18-400-62

Beregning av høyden h Beregnet høyde i meter h1 Starthøyde i meter T Temperatur i Kelvin T1 Starttemperatur i høyden h1 a Temperaturgradient, foreslått verdi -0,0065 K/m p Trykk i Pa p1 Trykk i Pa ved starthøyden g0 Tyngdeakselerasjonen 9,81 m/s2 R Den spesifikke gasskonstant 287,06 J/kg K

Kalibrering av høydeberegninger Viktig å ta hensyn til startverdier

Temperatur (LM35DZ) omregning T = VT* 100 (+ ΔT)

Kalibrering av temperatursensor Vi forutsetter at et avvik kun er en forskyvning, dvs. lik over hele det aktuelle måleområdet Bruk et godt termometer som viser en kalibrert verdi av temperaturen Sørg for at målebetingelsene er mest mulig like for det kalibrerte termometeret og sensoren Kr. 715,- ELFA 76-660-36 Nøyaktighet: ± 1˚

Feilkilder Treghet i målingen Måler temperaturen i elektronikken og ikke i omgivelsene Unøyaktighet i sensoren

Temperatur (NTC) omregning (NTCLE100E3103JB)

Linearitet (NTC) ADC NTC +5 V

Temperatur (NTC) Kalibrering og omregning Bruk et termometer å mål “virkelig” temperatur f.eks. innendørs (y1), les av tallverdien som kommer fra NTC-motstanden (x1). Ta Arduino’en med ut samtidig som du logger data (vi antar at det er kaldere ute). Mål “virkelig” temperatur med et termometer (y2) og les av tallverdien fra CanSat (x2)

Temperatur (NTC) Omregning T = ((T2 – T1)/(Vdig2 – Vdig1)) • (Vdig – Vdig1) + T1 Vdig1 1. digitale avlesning av digitalisert spenning ved T1 T1 1. temperturmåling med kalibrert termometer (˚C) Vdig2 2. digitale avlesning av digitalisert spenning ved T2 T2 2. temperturmåling med kalibrert termometer (˚C) Vdig Digital avlesning ved ukjent temperatur T T Beregnet ukjent temperatur (˚C)

Temperatur (NTC) Fordeler i forhold til LM35 NTCLE100E3103JB Kortere tidsrespons (6 s) Liten geometri Kan ha lange ledninger RH16

Akselerometer Omregning Supplyspenning VCC = 3,3 V Følsomhet 800 mV/g ved ±1,5g (Sg1,5) 0 g har en typisk utspenning på 1,65 V ± 0,165V + 1 g har en typisk utspenning på 1,65V + 0,80V = 2,45 V ± 0,165V ‒ 1 g har en typisk utspenning på 1,65V – 0,80V = 0,85V ± 0,165V Akselerasjonen (g) = (Målt spenning (V) – 1,65V + ΔV)/0,8 V/g ΔV målt avvikende spenning fra forventet g-verdi

Akselerometer Kalibrer z-retning gz Vz = 2,45 V Vz = 0,85 V

Akselerometer Kalibrer y-retning gy Vy = 0,85 V Vy = 2,45 V

Akselerometer Kalibrer x-retning gx Vx = 2,45 V Vx = 0,85 V

Analyse i Excel Klargjør data

Rådata Teller Lufttrykk Temperatur CO2 Aksel. X Aksel. Y Aksel. Z

Konverterter teller til tid (sek., min.) En måling hvert 4 sek. Dvs. 15 stk i minuttet

Spenning (Vp) = (digitalverdi/1023) • 5,0 V Konverter lufttrykk Konverter fra digital verdi av trykk til spenning Spenning (Vp) = (digitalverdi/1023) • 5,0 V Konverter fra spenning til lufttrykk i kPa P = 22,222 • Vp + 10,556 + ΔPkal [kPa] 3

T = (digital temp.verdi/1023) • 5,0 * 100 (+ ΔT) Konverter temperatur Konverter fra digital verdi til grader C T = (digital temp.verdi/1023) • 5,0 * 100 (+ ΔT) 3 Korreksjonsverdien ligger fast i celle L2 (Q2)

Konverter fra digital verdi til ppm Konverter CO2 Konverter fra digital verdi til ppm CO2ppm = 2000ppm ((digitalverdi/1023) • 5,0 V) / 3,3 V 3

Konverter akselerasjon Konverter fra digital verdi til g Akselerasjonen (g) = ((digitalverdi/1024)*5,0V – 1,65V + ΔV)/0,8 V/g

Beregn relativ høyde ut fra lufttrykk p1 – lufttrykk ved start T1 – Starttemp. h1 - Starthøyde p – lufttrykk

Analyse i Excel Tegn grafer

Merk de to kolonnene som skal inngå i grafen (Cntr venstre klikk ) Lag en graf Merk de to kolonnene som skal inngå i grafen (Cntr venstre klikk ) Velg punktdiagram med rette linjer

Lufttrykk som funksjon av tiden 1. Høyreklikk på kanten av diagrammet og velg Merk data 2. Trykk Rediger 4. Trykk OK og OK 3. Skriv inn navnet på grafen: Lufttrykk

Lufttrykk som funksjon av tiden Juster aksene 1. Høyreklikk på en akse 2. Sett inn faste verdier

Moltetur i Grytdalen i Oppdal kommune 22.08.15

Moltetur i Grytdalen i Oppdal kommune 22.08.15 (9:23 – 12:15)

kPa

Grytdalen (Oppdal kommune) 22.08.15

Akselerometeret 84 - 103 min = 19 min

Rast 84 – 103 min.

CO2 Kalibrert iTrondheim 20.08.15 (450 ppm)

Biltur fra Gløshaugen til Midtsand 20.08.15

Biltur fra Gløshaugen til Midtsand 20.08.15 (25 min.)

Høyde [m] Setter meg i bilen

Setter meg i bilen Går til bilen I bilen

Setter meg i bilen 2.tunnel Går til bilen 1.tunnel

Setter meg i bilen Går til bilen Tar heisen