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So stellen Sie ein Papp-Thermometer mit Ihren eigenen Händen her: eine Schritt-für-Schritt-Beschreibung

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Um die nicht sehr praktischen analogen Temperaturmesser zu ersetzen, die auf der Fähigkeit der Flüssigkeit beruhen, sich auszudehnen und zusammenzuziehen, hat die Industrie diskrete Vorrichtungen vorgeschlagen. Diese sehr einfachen Geräte haben eine Reihe von unbestreitbaren Vorteilen. Sie können ein Messgerät in fast jedem Haushalts- oder Klimaausrüstungsgeschäft kaufen, aber es ist viel interessanter, ein elektronisches Thermometer mit einem Fernbedienungssensor selbst herzustellen.

Das Wesen des Gerätes

Thermometer, umgangssprachliches Analogthermometer zur Messung der Umgebungstemperatur. Das erste Gerät wurde 1714 vom deutschen Physiker D.G. Fahrenheit erfunden. Als Grundlage seines Entwurfs verwendete er eine durchsichtige, versiegelte Flasche, in der sich Alkohol befand. Danach verwendete der Wissenschaftler Quecksilber als Flüssigkeit. Die bis heute bestehende analoge Meterskala wurde jedoch erst 30 Jahre später vom schwedischen Astronomen und Meteorologen Anders Celsius entwickelt. Als Ausgangspunkt schlug er vor, die Temperatur von schmelzendem Eis und kochendem Wasser zu messen.

Eine interessante Tatsache ist, dass anfangs die Temperatur des Eisschmelzens mit der Zahl 100 notiert wurde und der Siedepunkt als Null angenommen wurde. Anschließend wurde die Waage "umgedreht". In einigen Meinungen hat Celsius es selbst getan, in anderen - seinem Landsmann Botaniker Linnaeus und dem Astronomen Stremer.

Bald war die Herstellung von Quecksilbermessgeräten im industriellen Maßstab weit verbreitet. Im Laufe der Zeit wurde Quecksilber aufgrund seiner Toxizität durch Alkohol ersetzt.und dann wurde ein neuer Gerätetyp vorgeschlagen - digital. Vielleicht ist das Thermometer heute ein fester Bestandteil eines jeden Zuhauses geworden. Auf Empfehlung der Weltgesundheitsorganisation wurde das Minamata-Übereinkommen angenommen, das auf die schrittweise Stilllegung von Quecksilberthermometern abzielt. Danach wird die Verwendung von Quecksilber in Metern im Jahr 2022 vollständig eingestellt.

Daher hat ein Thermometer mit digitaler Schaltung aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften praktisch keine Konkurrenz. Die im Handel erhältlichen Alkoholgeräte verlieren für ihn an Genauigkeit und Zweckmäßigkeit der Datenwahrnehmung.

Elektronische Modelle können überall platziert werden, da in einem kontrollierten Raum nur ein kleiner Sensor an das Gerät angeschlossen werden muss. Dieser Typ wird in vielen technologischen Prozessen der Industrie verwendet, beispielsweise im Baugewerbe, in der Landwirtschaft und im Energiesektor. Mit ihrer Hilfe wird gesteuert:

  • Lufttemperatur in Industrie- und Wohngebäuden,
  • Überprüfung der Erwärmung von Schüttgütern,
  • Zustand von viskosen Materialien.

Arbeitsprinzip

Bevor Sie direkt mit der Herstellung eines elektronischen Thermometers beginnen, sollten Sie das Funktionsprinzip verstehen und festlegen, aus welchen Einheiten die Struktur bestehen soll. Industriell hergestellte elektronische Thermometer unterscheiden sich in Größe und Zweck. Aber sie alle bauen auf demselben Wirkprinzip auf.

Die Leitfähigkeit des Materials variiert mit der Umgebungstemperatur. Darauf aufbauend wird die elektronische Thermometerschaltung ausgelegt. Daher wird bei der Konstruktion am häufigsten ein Thermoelement verwendet. Dies ist ein elektronisches Gerät, das aus zwei miteinander verschweißten Metallen besteht. Auf der Oberfläche von jedem von ihnen befindet sich ein Kontaktfeld, das mit dem Messkreis verbunden ist. Wenn die Kontakte erwärmt oder gekühlt werden, entsteht eine thermoelektromotorische Kraft, deren Auftreten und Veränderung von der Elektronikplatine aufgezeichnet wird.

Eine neue Gerätegeneration verwendet eine Siliziumdiode anstelle eines wärmeempfindlichen Elements. Ein Halbleiter-Funkelement, bei dem die Spannungs-Strom-Kennlinie vom Temperatureinfluss abhängig ist. Mit anderen Worten ändert sich bei direkter Verbindung (Stromrichtung von der Anode zur Kathode) der Wert des Spannungsabfalls über dem Übergang in Abhängigkeit von der Erwärmung des Halbleiters.

Die verarbeiteten Daten werden auf dem Display angezeigt, das vom Benutzer bereits optisch entfernt wurde. Mit digitalen Thermometern können Sie Temperaturänderungen im Bereich von -50 ° C bis 100 ° C messen.

Insgesamt können bei der Konstruktion eines einfachen Thermometers fünf Blöcke unterschieden werden:

  1. Ein Sensor ist ein Gerät, das seine Parameter in Abhängigkeit von der Größe der auf ihn einwirkenden Temperatur ändert.
  2. Messleitungen - Dient zum Entfernen des Sensors und seiner Position an verschiedenen Orten, die eine Temperaturkontrolle erfordern. Meist sind dies kleine Leiterquerschnittsdurchmesser, gegebenenfalls auch geschirmte.
  3. Elektronikplatine - Enthält einen Analysatorblock, der Änderungen des vom Sensor kommenden Signals aufzeichnet und dann auf den Bildschirm überträgt.
  4. Anzeige - Monochrom- oder Farbbildschirm zur Anzeige von Daten zur gemessenen Temperatur.
  5. Stromversorgung - Wird auf für Funkelektronik typischen integrierten Schaltkreisen montiert. Wird verwendet, um die an alle Knoten der Platine gelieferte Energie zu stabilisieren und umzuwandeln.

Wofür ist es?

Ein ähnliches Papierprodukt kann im Unterricht und zu Hause verwendet werden. Ein selbstgemachtes Kartonthermometer zerbricht nicht, selbst wenn ein Kind es fallen lässt. Darüber hinaus wird ein ähnliches Modell des Messgeräts Kindern helfen, die Temperatur zu bestimmen und verschiedene Probleme zu lösen. Kartonthermometer werden häufig zur Durchführung von Kursen zur Führung eines Wetterkalenders verwendet. Zusätzlich kann im Kinderzimmer ein Papiermessgerät an die Wand gehängt werden. Dies wird dem Kind helfen, besser zu verstehen, was Null, negative und positive Zahlen sind. Auf diese Weise kann Ihr Kind leichter eine Verbindung zwischen den Wetteränderungen außerhalb des Fensters und den Messwerten des Messgeräts herstellen.

Was wird dafür benötigt

Es ist nicht so schwierig, ein Thermometer aus Pappe mit eigenen Händen herzustellen. Dies erfordert nicht viel Erfahrung. Um ein Papiermessgerät herzustellen, benötigen Sie:

  1. Ein einfacher Bleistift.
  2. Heller Filzstift oder Kugelschreiber.
  3. Lineal.
  4. Nähnadel mit ausreichend großem Auge.
  5. Dicke weiße und rote Fäden.
  6. Halbpension oder heller Karton.
  7. Schere.

Es ist besser, alle Komponenten im Voraus vorzubereiten, damit Sie später nichts mehr suchen können.

Einen Rohling machen

Zeichnen Sie danach auf einen Kartonstreifen, der eine Skala darstellt: von "minus" 35 bis "plus" 35 ° C. Umkreise alle Zahlen und Linien mit einem hellen Filzstift oder einem Kugelschreiber. Nehmen Sie den Karton und markieren Sie mit einem einfachen Stift einen 5 cm breiten und 12 cm langen Streifen. Schneiden Sie es vorsichtig aus.

Um ein ordentliches Papp-Thermometer mit Ihren eigenen Händen herzustellen, können Sie einen Drucker verwenden. Zeichnen Sie dazu einfach mit speziellen Programmen eine Skala mit allen Markierungen. Markieren Sie alle Zahlen in hellen Farben, um sie besser sichtbar zu machen. Drucken Sie die fertige Waage auf dem Drucker aus. Es ist anzumerken, dass ein solches Modell des Messgeräts ästhetischer aussieht.

Erstellen Sie eine Thermometersäule

Damit das Thermometer funktioniert und die Temperatur anzeigt, muss eine Quecksilbersäule erzeugt werden. Nehmen Sie dazu den roten und weißen Faden. Binde sie zusammen. Dann nimm eine Nähnadel und fädle einen roten Faden hinein. Durchstechen Sie die Thermometerskala ganz oben. Ziehen Sie das Fadenende von der Rückseite des Kartons ab. Führen Sie anschließend einen weißen Faden in die Nadel ein und stechen Sie die Skala ganz unten durch. Verbinden Sie die Enden der Fäden auf der Rückseite Ihres Messgeräts zu einem starken Knoten. Dadurch kann der Faden verschoben werden.

Spiele mit einem Papierthermometer

Sie haben mit Ihren eigenen Händen ein Papierthermometer hergestellt und wissen jetzt nicht, was Sie als Nächstes tun sollen. Es gibt viele Spiele, mit denen Sie Ihrem Kind das Gerät vorstellen können. Erklären Sie Ihrem Kind zunächst, wie das Thermometer funktioniert. Verschieben Sie die Fäden so, dass das Rot über Null wird. Bitten Sie das Kind anschließend, darüber zu spekulieren, was in der Natur bei dieser Temperatur passiert. Zum Beispiel scheint die Sonne, die Leute ziehen sich leicht an, es ist sehr heiß. Wenn der rote Faden unter der Nullmarke liegt, sagen Sie dem Kind, was mit der Natur passiert. Zum Beispiel, Wasser gefriert, alles ist mit Eis bedeckt, Schnee fällt und so weiter.

Wie man aus Pappe ein medizinisches Thermometer macht

Alle Kinder lieben es, Rollenspiele zu spielen. Für das "Krankenhaus" können Sie auch ein Papp-Thermometer mit Ihren eigenen Händen herstellen. Dazu benötigen Sie: Papier, Bleistift, Stift oder Filzstift, Faden und Nadel.

Nehmen Sie zunächst ein Blatt Pappe und zeichnen Sie die Umrisse des zukünftigen Thermometers darauf. Schneiden Sie das Werkstück vorsichtig ab und zeichnen Sie eine Skala darauf. Es sollte das gleiche sein wie bei einem echten Thermometer.

Nimm zwei Fäden. Einer sollte rot und der zweite weiß sein. Verbinden Sie sie. Führen Sie den roten Faden zur untersten Markierung der Skala und den weißen Faden nach oben. Schließen Sie die Enden an der Rückseite des Thermometers an und schneiden Sie den gesamten Überschuss ab.

Das Funktionsprinzip eines solchen Modells ist recht einfach. Der Faden kann verschoben werden. Rote Farbe zeigt die Körpertemperatur an. Durch Verschieben des Fadens können Sie die Anzeige ändern.

Wie man mit einem medizinischen Papp-Thermometer spielt

Erklären Sie dem Kind nach Abschluss der Herstellung eines Kartonthermometers zunächst, warum es es benötigt und wie es das Messgerät richtig einsetzt. Sagen Sie ihm auch, wie hoch die Körpertemperatur einer gesunden und kranken Person ist. Bringen Sie Ihrem Kind bei, das Thermometer richtig zu platzieren. Erklären Sie ihm, was das Erhöhen und Verringern der Körpertemperatur bedeutet. Vielleicht möchte Ihr Kind in Zukunft dank eines solchen Spiels Arzt werden. Bringen Sie Ihrem Kind bei, das Messgerät richtig zu verwenden. Gleichzeitig können Sie uns sagen, warum ein echtes Thermometer gefährlich ist.

Die beste Lernoption ist die gemeinsame Herstellung eines Thermometers. Dabei können Sie dem Kind mitteilen, was es ist, warum es benötigt wird, wie es richtig angewendet wird und in welchen Einheiten die Temperatur gemessen wird.

Abschließend

Wie Sie sehen, kann jeder mit seinen eigenen Händen ein Thermometer aus Pappe herstellen. Der gesamte Vorgang dauert etwas. Das Ergebnis ist eine ideale Einrichtung, um Kinder zu illustrieren und zu erziehen. Darüber hinaus erfordert die Herstellung eines Thermometers ein Minimum an Kosten. Jetzt wissen Sie also, wie man ein Thermometer aus Pappe macht. Das reicht aber nicht. Sie müssen auch wissen, wie man es richtig benutzt. Es ist erwähnenswert, dass solche Papiermodelle von Messgeräten zur mentalen Entwicklung von Kindern beitragen. Stellen Sie sicher, dass Ihr Kind an der Herstellung eines Kartonthermometers beteiligt ist. Immerhin Basteln, Kinder mögen mehr. Dies ermutigt sie außerdem, vorsichtiger mit den Dingen umzugehen.

Herstellungsmerkmale

Es ist für eine Person, die Amateurfunk mag, nicht schwierig, ein elektronisches Thermometer gemäß dem Schema herzustellen, aber gleichzeitig muss ein gewöhnlicher Verbraucher mindestens über Lötfähigkeiten verfügen. Heutzutage gibt es eine ganze Reihe verschiedener Verfahren, die sich sowohl in der Komplexität der Wiederholung als auch in der Knappheit der Funkkomponenten unterscheiden.

Berücksichtigen Sie bei der Auswahl eines Stromkreises die Eigenschaften, die dieser für das zukünftige Messgerät bereitstellen kann. Dies ist zum einen der Bereich der gemessenen Temperaturen und zum anderen der Fehler. Strukturell können Sie ein drahtgebundenes und ein drahtloses Modell zusammenbauen. Bei der Montage des zweiten Typs wird ein Funkmodul verwendet, was die Kosten des Produkts erheblich erhöht.

Aufgrund der Verwendung von empfindlichen speziellen Mikroschaltungen ist es unwahrscheinlich, dass eine oberflächenmontierte Schaltung zusammengebaut werden kann. Daher wird eine Leiterplatte vorgefertigt. Es ist besser, es aus einseitig folierten Glasfasern im "Laser-Eisen-Verfahren" herzustellen.

Die Essenz des Verfahrens besteht darin, dass unter Verwendung von beispielsweise Sprint-Layout eine gedruckte Schaltung des Geräts in einem Maßstab von 1: 1 auf einem Laserdrucker spiegelbildlich gezeichnet und gedruckt wird. Anschließend bügeln Sie die Zeichnung mit dem erhitzten Bügeleisen, indem Sie das gedruckte Bild mit der Vorderseite nach unten auf die Folienschicht auftragen. Aufgrund der Eigenschaften des Toners wird das Bild der Linien auf Glasfaser übertragen. Als nächstes wird die Platte in ein Badezimmer mit einem Reagenz, beispielsweise FeCl 3, getaucht.

Sie können eine LED-Matrix als Indikator verwenden, es ist jedoch besser, einen monochromen Bildschirm zu kaufen. Ein einfacher Bildschirm kann wörtlich für „Pennies“ genommen werden. Er eignet sich beispielsweise für alte Systemeinheiten, die im AT-Formfaktor erstellt wurden. Wenn Sie planen, mit einem Fernbedienungssensor zu entwerfen, dann Eine gute Option wäre die Verwendung einer Schleife mit einem leiterdurchmesser von 0,3 mm2 ist jedoch prinzipiell jeder draht ausreichend. In diesem Fall ist der Querschnitt und der Draht umso größer, je größer der Sensor ist.

Die Schaltung einiger Thermometer verwendet Mikrocontroller. Ihre Anwendung ermöglicht es, den Stromkreis zu vereinfachen und die Funktionalität zu erhöhen, erfordert jedoch gleichzeitig Programmierkenntnisse und die Fähigkeit, Firmware herunterzuladen. Dazu benötigen Sie einen Programmierer, der auch einzeln verlötet werden kann, beispielsweise für eine LPT von fünf Drähten.

Einfaches Thermometer

Der Aufbau eines einfachen Thermometers besteht aus nur drei Teilen und einem Tester. Als Temperatursensor verwendet die Schaltung LM35. Dies ist ein integriertes Gerät mit einem kalibrierten Spannungsausgang. Die Amplitude am Ausgang des Sensors ist proportional zur Temperatur. Die Messgenauigkeit beträgt 0,75 ° C. Sie können den integrierten Schaltkreis sowohl von einer unipolaren als auch von einer bipolaren Quelle mit Strom versorgen. Messbereich von -55 bis 150 ° C

Als Multimeter können Sie einen Zeiger oder ein digitales Gerät verwenden. Gemäß dem Schema ist eine Stromquelle an den Sensor angeschlossen. Zum Beispiel KRONE oder drei in Reihe geschaltete Fingerbatterien. Das Messgerät wird an die Klemmen V und COM angeschlossen und in den Temperaturmessmodus versetzt. Der Sensorverbrauch im Betrieb überschreitet 10 μA nicht.

Der Messbereich des Multimeters ist auf zwei Volt eingestellt. Das auf dem Bildschirm angezeigte Ergebnis entspricht der gemessenen Temperatur. Die letzte Ziffer in der Zahl gibt Zehntelgrade an.

Auf Wunsch kann das Gerät zweikanalig ausgeführt werden. Dazu muss zusätzlich ein mechanischer oder elektronischer Schalter hergestellt werden.

Digitalschaltung

Eines der einfachsten Schemata besteht nur aus wenigen Elementen. Das Design basiert auf der Verwendung eines Sensors, der einen Temperaturwert in einem digitalen Code ausgibt. Die Kosten des LM 335-Temperatursensors überschreiten nicht 50 Cent. Nach der Kalibrierung beträgt die Messgenauigkeit 0,3 bis 1,5 ° C. Der Sensor kann Temperaturen von - 40 bis 100 ° C messen. Er ist in zwei Fällen erhältlich - TO- 92 und SOIC. Als Analog können Sie den inländischen Chip K1019EM1 verwenden.

Während der Installation kann die Länge der Verbindungskabel bis zu fünf Meter betragen. Die Schaltung wird kalibriert, indem die an Pin 1 angelegte Spannung geändert wird. Der erforderliche Wert wird nach der Formel berechnet:

Uout = Vout1 * T / To, wobei:

  • Uout - Spannung am Ausgang der Mikroschaltung,
  • Uout1 - Ausgangsspannung bei einer Referenztemperatur,
  • T und To sind die gemessenen und Referenztemperaturen.

Die Spannung, die das Ausgangssignal bildet, hängt von der Temperatur ab. Die Stromversorgung des Sensors muss daher von einer Stromquelle erfolgen. Es ist auf zwei Transistoren KT209 aufgebaut und erfordert keine zusätzlichen Einstellungen. Der maximale Versorgungsstrom überschreitet 5 mA nicht. Eine Erhöhung der Ausgangsspannung um 10 mV entspricht einer Temperaturerhöhung von einem Grad.

Mikrocontroller verwenden

Die Verwendung eines Mikrocontrollers in einer hausgemachten Thermometerschaltung beinhaltet die Verwendung eines Programms, das seinen Betrieb steuert. Der ATmega8 wird als Chip verwendet und der DS18B20 ist der Temperatursensor.

Die Schaltung verwendet eine kleine Anzahl von Funkkomponenten. Es ist einfach und muss nach der Montage nicht angepasst werden. Die Versorgungsspannung des Mikrocontrollers beträgt fünf Volt. Zur Stabilisierung wird der L7805-Chip verwendet. Transistoren können mit jeder NPN-Struktur verwendet werden. Als Indikator eignet sich eine dreistellige Segmentanzeige mit einer gemeinsamen Kathode.

Die Temperatur des Gerätes kann im Bereich von -55 ° C bis 125 ° C in Schritten von 0,1 ° C variieren. Der Messfehler überschreitet 0,5 ° C nicht. Der Datenaustausch zwischen Sensor und Mikrocontroller erfolgt über den 1-Wire-Bus. Bei einem großen Versatzabstand des Messchips DS18B20 zum ATmega8 muss ein Pull-Up-Widerstand gewählt werden. Es ist besser, es direkt am Ausgang des Sensors zu entlöten.

Bei der Programmierung werden alle Einstellungen des Mikrocontrollers im Werk belassen und die Sicherungen nicht gewechselt. Anschließend können Sie dem zusammengebauten Thermometer einen weiteren Sensor sowie eine Uhr hinzufügen. Dafür sind jedoch Programmierkenntnisse erforderlich, um den Programmcode zu vervollständigen.

Präzisionsthermometer

Die Verwendung von Halbleiterdioden und Transistoren als Sensoren ist durch die Komplexität der Kalibrierung der Messwerte gekennzeichnet, was letztendlich zu einem Fehler im Messergebnis führt. Um ein genaues Ergebnis zu erhalten, wird daher eine bifilar gewickelte Spule aus dünnem Leiter, die in einem Zylinder mit einer Abmessung von etwa 4 · 20 mm angeordnet ist, als Meßgerät verwendet.

Grundlage des Designs sind der ICL707-Chip und eine Leuchtanzeige. Питание можно подавать от любого источника с выходной амплитудой 12 В. На DA3 собран нормирующий преобразователь, изменяющий своё выходное напряжение в зависимости от сигнала, поступаемого с датчика.

Настройка заключается в выставлении на 36 ноге микросхемы напряжения, равного одному вольту. Делается это с помощью резисторов R3 и R4. Вместо датчика подключают резистор на 100 Ом. Изменением сопротивления R14 устанавливают нули на цифровом индикаторе. Dann ist das Gerät messbereit.

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