Met enkele eenvoudige componenten is een temperatuuralarm te maken. Wanneer de temperatuur te hoog wordt, gaat er een alarmlampje branden. De basis van deze schakeling wordt gevormd door een NTC: een weerstand met een negatieve temperatuur coefficient. In dit artikel bespreken we de principes van deze schakeling. In dit artikel behandelen we de schakeling kwalitatief. Dat betekent dat we goed kijken wat er gebeurt zonder er al te veel aan te rekenen. In het VWO-examen van 2010 werd hierover een opgave opgenomen, daarin wordt aan eenzelfde soort schakeling gerekend.
In onderstaand filmpje zie je dit temperatuuralarm gedemonstreerd. In een bekerglas zit koud water. Wanneer er met een waterkoker heet water wordt toegevoegd, gaat het alarlmledje branden.
De werking van de schakeling gedemonstreerd
De complete schakeling
Om te verklaren wat er gebeurt, gaan we eerst de hele schakeling bespreken en analyseren. Om dat bespreken eenvoudiger te maken, is het gebruikelijk de schakeling schematisch weer te geven. Hierboven zie je de schakeling weergegeven als foto en als schema. Kijk goed of je alle elementen herkent. Als je wilt weten hoe dit stapsgewijs gedaan wordt, kun je de balk 'Van foto naar schema' aanklikken.
Van foto naar schema
In onderstaande video wordt stapsgewijs aangegeven hoe je van een foto een schema kunt maken.
De schakeling schematisch weergegeven
Werking van een LED
Het alarmlichtje dat in deze schakeling gebruikt wordt is een LED, een light emitting diode. Een LED is een element in een schakeling die de stroom alleen in een bepaalde richting doorlaat. Als de spanning boven een bepaalde waarde komt, gaat er een stroom lopen. Deze waarde noemen we de omslagspanning.Wanneer de spanning onder de omslagspanning blijft, loopt er helemaal geen stroom. Je kunt de omslagspanning van een LED bepalen door te meten. In onderstaande grafiek kun je zien dat de hier gebruikte LED een omslagspnning heeft van ongeveer 1,8 Volt.
Werking van een NTC
De afkorting NTC staat voor negatieve temperatuur coefficient. Een NTC is een type weerstand waarvan de waarde daalt als de temperatuur toeneemt. Dus: hoe hoger de temperatuur, hoe lager de weerstand. Voor de NTC die in deze proef gebruikt werd, is het verband tussen temperatuur en weerstand weergegeven. Je ziet duidelijk dat de weerstand afneemt als de temperatuur toeneemt. Je ziet hierin bijvoorbeeld dat de weerstand ongeveer 175 Ohm is bij een temperatuur van 20 graden Celsius. Als de temperatuur 60 graden is, is de weerstand ongeveer 50 Ohm.
De schakeling als spanningsdeler
Nu bekijken we nog eens de complete schakeling. Behalve de hierboven genoemde NTC en LED zien we ook nog een regelbare weerstand. Aan de schakeling zie je dat de spanning verdeeld wordt over de NTC en de regelbare weerstand. Als de regelbare weerstand een heel grote waarde heeft in vergelijking met de NTC, staat er op dat deel van de schakeling een hoge spanning. Dat betekent dat de LED dan ook een hoge spanning krijgt en dus zal gaan branden. Wanneer de regelbare weerstand een lage waarde heeft, is er onvoldoende spanning om de LED te laten branden.
Stel nu dat de NTC en de regelbare weerstand elk dezelfde waarde hebben. Dan krijgen ze allebei de helft van de aangeboden spanning. In dit geval is de aangeboden spanning 2,1 Volt, beide componenten krijgen dan een spanning van 1,05 Volt. Dit is niet genoeg om de LED te laten branden. Als nu de temperatuur hoger wordt dan wordt de weerstand van de NTC lager. In dat geval krijgt de regelbare weerstand een groter deel van de spanning en zal (als de weerstand van de NTC maar laag genoeg wordt) uiteindelijk de waarde van 1,7 Volt bereiken. Vanaf dat moment brandt de LED.
Het instellen van het temperatuuralarm
Het temperatuuralarm kun je afstellen op elke temperatuur naar keuze. Bij een bepaalde temperatuur draai je net zo lang aan de regelbare weerstand zodat je heel dicht bij het omslagpunt zit (dat zie je in bovenstaand filmpje) maar de LED brandt nog niet. Als nu de temperatuur toeneemt, neemt de weerstand van de NTC af. De LED krijgt een hogere spanning en gaat branden. Wanneer het tempoeratuuralarm zo is afgestelsd, gaat het LEDje branden als de temperatuur toeneemt. Je ziet dat in het onderstaande filmpje.
Nogmaals het filmpje waarmee dit artikel begon, de werking van de schakeling gedemonstreerd
