PROJEKT 
RECYCELT E-THERMOMETER
UMGEBAU IN A-V-Ω - MULTIMETER
... Es begann mit einem weggeworfenen (analog) E-THERMOMETER ohne Temperatur-Sensor.
Da das hochempfindliche SIEMENS 20 μA INSTRUMENT noch tadellos funktioniert,
wurde eine I D E E geboren ...
Ein P R O J E K T MIT SCHUL-KINDERN - Baue ein » A-V-Ω MULTI-METER « daraus!
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mit den "Jung-Ingenieuren" LEO + EMMA
(A) P L A N U N G :
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Nutze den existierenden Umschalter für 3 Bereiche ...
( ) AUS
(1.) 12 Volt
(2.) 600 Milli-Ampere
(3.) Ohm ( mit 1.5 V BATTERIE in Fach auf Rückseite )
Auf die Ober-Seite wird eine T E S T - Montage-Gruppe plaziert mit BLAUER & ROTER
POLKLEMME zum Anschluss der Mess-Kabel und dem POTENTIOMETER für den Ohm-Bereich ...
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Und so sieht das 20 μA Instrument VON INNEN aus ...
Der Strom in der kleinen Spule erzeugt ein Magnet-Feld, das durch das Magnet-Feld
des Permanent-Magneten beeinflusst wird: Die Achse der Spule erhält einen Dreh-
Impuls. Die 2 Spiralen sind sowohl Kontakte zur Spule als auch Federn, die ein
Rückstell-Moment erzeugen. Die Auslenkung wird durch den Zeiger über einer Skala
angezeigt und ist proportional zum Strom durch die Spule.
V O R B E M E R K U N G :
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In F O R M E L N stehen die Buchstaben U, I, R fuer Spannung, Strom & Widerstand.
Ihre M E S S G R Ö S S E N sind VOLT (= V ), AMPERE (= A ) & OHM (= Ω ).
(1.) Der VOLT Bereich:
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Häufig benutzte Batterien sind die 1,5 Volt Typen »AAA«, »AA« & »MONO« Zellen,
4.5 V & 9 V - Blöcke, "kombinierter" 12 V - Block oder AUTO BATTERIEN ...
Mit "OHM'schem Gesetz" berechnen wir den (Serien-)Widerstand (= R ) fuer 12 V MAX ...
U = R * I ==> R = U / I = 12 V / 20 μA = 600 kΩ
Vergleiche Fig. 1 in der folgenden Skizze ...
(2.) Der AMPERE Bereich:
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Übliche Lade-Ströme für NiCd oder NiHM - Zellen sind 50 mA .. 600 mA. Zu berechnen
währe der (Parallel-)Widerstand (= "SHUNT") für einen 600 mA Bereich unseres 20 μA
Instruments. Gemessen wurde am Instrument: 20 mV = Ri * 20 μA ==> Ri = 1kΩ ...
U = Ri * Ii = Rs * Is ==> Rs = Ri * Ii / Is = 1 kΩ * 20 μA / 600 mA = 0.33 Ω
Das ist ein zu kleiner Wert! Es ist unrealistisch unter 1.5 Ω zu gehen. Darum werden
wir ein Widerstands-"Spezial Arrangement" nutzen ( siehe Fig. 2 in der Skizze oben ):
Nahezu 600 mA fliessen durch den Shunt R1, 20 μA müssen durch das Instrument gehen!
Ein (Serien-)Widerstand (= R2 ) ist nötig, der viel grösser ist als der Shunt ...
U = R1 * I1 = R2 * I2 ==> R2 = R1 * I1 / I2 = 1.5 Ω * 600 mA / 20 μA = 45 kΩ
(3.) Der OHM Bereich:
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Wir benutzen die gleiche Widerstands-Anordnung, zusätzlich 1,5 V BATTERIE, den TEST-
WIDERSTAND und für 0 Ω (= "Kurzschluss") ein 100 Ω "NULL-ABGLEICH"-Potentiometer.
Um den "Kurz-Schluss-Strom" beim 0 Ω Abgleich zu begrenzen, wird ein zusätzlicher
40 Ω Widerstand in Reihe zum 100 Ω Potentiometer eingebaut.
Wir berechnen den Wert des (Serien-)Widerstandes (= R3 ) so, dass "100 Ω" in der
Mitte der OHM-Skala liegt! ( siehe Fig. 3 in der Skizze oben ):
I = U / R = 1.5 V / ( 100 + 100 ) Ω = ~ 8 mA
R3 = 1.5 Ω * ( ~ 8 mA / 10 μA ) = ~ 1.2 kΩ
(B) R E A L I S A T I O N :
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Die theoretisch ermittelten Werte müssen nun im EXPERIMENT VERIFIZIERT werden:
(1.) Der VOLT Bereich:
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Um die Einschwing-Zeit zu begrenzen wurde ein 20 kΩ Widerstand ( klein gegenüber R !)
parallel zum Instrument geschaltet. R = 570 kΩ wurde als entgültiger Wert gefunden.
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(2.) Der AMPERE Bereich:
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Als entgültiger Wert wurde R2 = 46 kΩ gefunden.
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(3.) Der OHM Bereich:
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R3 = 0 Ω wurde als optimaler Wert gefunden.
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Zum Schutz vor Fehl-Bedienung haben V, A & Ω unterschiedliche FARBIGE POLKLEMMEN ...
S C H A L T U N G S D I A G R A M :
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Wegen LESBARKEIT ist SKALEN-Reihenfolge A-V-Ω - somit auch die Schalter-Reihenfolge -
Aber die POLKLEMMEN-Folge ist 0-Ω-A-V, da VOLT-Messungen am häufigsten vorkommen ...
... Die "AUS" Position wird zum "Kurzschluss" des Instruments bei Transport genutzt.
Bei Bewegung des Instruments entsteht "Gegen-Induktivität", die dämpfend wirkt!
D I E N U T Z U N G D E R V O R H A N D E N E N P L A T I N E ...
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OBERSEITE UNTERSEITE
... Das ist eine weitere Herausforderung !!!
ZEICHNUNG DER S K A L E N :
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Nun müssen die Skalen auf weissen Karton gezeichnet werden. Die V & A Bereiche
sind linear zu teilen, ABER die Ω-Skala muss experimentell gefunden werden ...
... für die 1.5 Volt Batterie, 1/2 einer 3 Volt, z.B. VARTA DUPLEX 3010 ...