Men kan mensen door de lucht vervoeren, hangend in een afgesloten cabine onder een sigaarvormige ballon gevuld met helium. Zie figuur 1.
Het luchtschip houdt zijn vorm doordat de druk van het heliumgas iets groter is dan de druk van de omgevingslucht. Door zonnestraling kan de inwendige druk hoger oplopen dan gewenst. Daarom bevat de ballon een automatisch systeem dat de druk op peil houdt. Het systeem bedient kleppen die open en dicht kunnen gaan om helium uit de ballon te laten. Het verschil tussen de luchtdruk en de druk van het helium wordt gemeten met een druksensor.
Het automatische systeem voldoet aan de volgende eisen:
- de kleppen gaan open als de sensorspanning boven de 3,0 V komt;
- de kleppen worden gesloten als de sensorspanning onder de 2,8 V komt;
- als het relais een hoge waarde binnenkrijgt, zijn de kleppen open, anders zijn ze dicht;
- de piloot kan de kleppen ook openen met een schakelaar, ook al is de sensorspanning lager dan 3,0 V.
Opgaven
a) Leg uit of het automatische systeem met de druksensor een meet-, stuur- of regelsysteem is.
In figuur 2 is een deel van het automatisch systeem getekend.
b) Voltooi de schakeling in figuur 2 zodat deze aan de gestelde eisen voldoet.
Uitwerkingen
Open het antwoord op de vraag van jouw keuze.
Uitwerking vraag (a)
Dit is een regelsysteem, namelijk omdat er terugkoppeling plaatsvindt. Er wordt eerst gemeten (hoeveel volt is de sensorspanning?), dan vergeleken (is het hoger dan 3,0 V?) en tot slot wordt er actie ondernomen (de kleppen gaan open als het groter dan 3,0 V is). Deze actie heeft invloed op de volgende meting, dit noemen we terugkoppeling. Vanwege deze terugkoppeling is er sprake van een regelsysteem.
(Een meetsysteem meet (en vergelijkt) alleen; een stuursysteem meet, vergelijkt en onderneemt actie, die geen invloed op de volgende meting heeft.)
Uitwerking vraag (b)
figuur 3
We beginnen met links de druksensor: als de spanning groter is dan 3,0 V moeten de kleppen opengaan, dus met een comparator vergelijken we de spanning met 3,0 V. Als het hoger is wordt er een hoog signaal doorgegeven naar een geheugencel. Deze cel blijft nu een hoog signaal doorgeven aan de kleppen totdat de cel wordt ge-reset. Dit resetten moet gebeuren wanneer de spanning lager is dan 2,8 V. Daarom vergelijken we de spanning van de druksensor ook met een comparator met 2,8 V. We willen een hoog signaal als het láger is dan 2,8 V. Daarom moeten we een invertor invoegen die het signaal omkeert. Nu kan dit verbonden worden met de reset van de geheugencel.
Nu hebben we alleen nog de drukschakelaar van de piloot over. De kleppen moeten opengaan als óf de geheugencel een hoog signaal doorgeeft, óf als de piloot de schakelaar indrukt. Daarom gebruiken we tot slot een OF-poort, die een hoog signaal doorgeeft als minstens één van de twee inkomende signalen hoog is.
