PROJEKT                          
RECYCELT  E-THERMOMETER
UMGEBAUT  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 fuer 3 Bereiche ...

   (  )  AUS
   (1.)  12 Volt
   (2.)  600 Milli-Ampere
   (3.)  Ohm ( mit 1.5 V BATTERIE in Fach auf Rueckseite )

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 fuer den Ohm-Bereich ...

            

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 erhaelt einen Dreh-
Impuls. Die  2 Spiralen  sind sowohl  Kontakte  zur Spule als auch  Federn,  die ein
Rueckstell-Moment erzeugen.  Die Auslenkung wird durch den Zeiger ueber 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 O E S S E N  sind  VOLT (= V ), AMPERE (= A )  &  OHM (= Ω ).

(1.) Der VOLT Bereich:
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Haeufig benutzte Batterien sind die  1,5 Volt Typen  »AAA«, »AA«  &  »MONO« Zellen,
4.5 V   &  9 V - Bloecke,  "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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Uebliche Lade-Stroeme fuer NiCd oder NiHM - Zellen sind  50 mA .. 600 mA. Zu berechnen
waehre der (Parallel-)Widerstand (= "SHUNT") fuer 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 muessen durch das Instrument gehen!
Ein (Serien-)Widerstand  (= R2 ) ist noetig, der viel groesser 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, zusaetzlich 1,5 V BATTERIE, den TEST-
WIDERSTAND  und fuer  0 Ω (= "Kurzschluss") ein 100 Ω "NULL-ABGLEICH"-Potentiometer.
Um den "Kurz-Schluss-Strom" beim  0 Ω  Abgleich zu begrenzen, wird ein zusaetzlicher
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 muessen 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 gegenueber R !)
parallel zum Instrument geschaltet.  R = 570 kΩ  wurde als entgueltiger Wert gefunden. 
                                    ============
(2.) Der AMPERE Bereich:
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Als entgueltiger Wert wurde  R2 = 46 kΩ  gefunden.
                            ============
(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 haeufigsten vorkommen ...

            

... Die "AUS" Position wird zum "Kurzschluss" des Instruments bei Transport genutzt.
Bei Bewegung des Instruments entsteht "Gegen-Induktivitaet", die daempfend wirkt!

R E C Y C L I 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 muessen die Skalen auf weissen Karton gezeichnet werden.  Die  V & A  Bereiche
sind linear zu teilen,  ABER die  Ω-Skala  muss experimentell gefunden werden ...

          
Hier die Verdrahtung. Der Boden (rechts) zeigt das Batterie-Fach mit Kontakten ... ... fuer die 1.5 Volt Batterie, 1/2 einer 3 Volt, z.B. VARTA DUPLEX 3010 ... In "FAQs" ist ein Bild dieses Batterie-Typs zu sehen !!! impressum: *********************************************************************************** © C.HAMANN http://public.beuth-hochschule.de/~hamann 07/19/12