Flow-Meter
Mithilfe des Flow-Meters ermitteln wir die eingeatmete Atemgasmenge.
Fließt ein Medium, in unserem Fall Luft, durch das Flow-Meter, dreht sich ein innen befestigtes Rad, das aus 6 Armen besteht.
Da wir das Flow-Meter ohne jegliche Elektronik erhielten, mussten wir improvisieren.
Eine SFH-900 Reflexionsschranke leistet uns nun Abhilfe. Diese haben wir auf die durchsichtige Oberfläche
des Flowmeters angebracht.
SFH-900 (Schaltplan)
Wie funktioniert die Reflexionsschranke?
Bestandteile (siehe Schaltung oben): 1x Photodiode, 1x npn-Transistor
Für die Photodiode verwenden wir einen 120 Ohm Vor-Widerstand. Der Kollektor dient als Schalter.
Im Grunde wird über die Photodiode Licht ausgestrahlt.
Trifft das Licht auf ein reflektierbares Medium, wird das Licht reflektiert und geht zurück zur Reflexionsschranke.
Dementsprechend schaltet der Transistor und das Signal ist am Ausgang abgreifbar.
Wird das Signal reflektiert, steigt die Taktflanke auf "high".
Am Ende der Reflexion steigt die Taktflanke wieder auf "low".
Einen Arm unseres Rades haben wir mit Alu-Folie überdeckt, welcher für die nötige Reflexion sorgt.
Da aber nach einigen Tests auffiel, dass das Raumlicht die Reflexionen stark beeinflusst, mussten wir den Sensor abdecken.
Es gab noch zusätzliche Störeinflüsse. Die einzelnen Arme des Rades hatten alle eine glatte Oberfläche.
Dadurch hat jeder einzelne Arm eine Reflexion hervorgerufen, wodurch die Alu-Abdeckung umsonst war.
Wir haben ein schönes Rechtecksignal erwartet - leider war das Endsignal ein Unnutzes.
Durch einen vordimensionierten Schmitt-Trigger wandeln wir das unnutzbare Signal in ein Rechtecksignal.
Um das Rechtecksignal verarbeiten zu können, haben wir ein C-Interrupt-Programm geschrieben.
Bei jedem "high" zählt das Programm eine Zahl hoch.
Kohlendioxid-Sensor
Mit diesem Sensor können Sie ganz einfach auftretende Veränderungen der CO2-Werte in der Atemluft des Menschen überwachen.
Funktion des CO2-Sensor
Der CO2-Anteil in der Luft wird mittels Infrarotlicht ermittelt.
Der Sensor verwendet eine LED als Quelle für Infrarot-Strahlung (IR). Die IR Quelle befindet sich an einem Ende des Sensors.
Am anderen Ende ist ein Infrarot-Sensor. Dieser Sensor misst wieviel IR-Strahlung von den CO2-Molekülen absorbiert wird.
Je mehr IR-Strahlung absorbiert wird desto weniger erreicht den IR-Sensor.
Der Temperaturanstieg im Infrarot-Sensor erzeugt eine Spannung, welche verstärkt und ausgelesen wird.
Es wird der bereits vorhandene Vernier CO2-Sensor verwendet.
Sauerstoff-Sensor
Der O2-Sensor misst die Sauerstoffkonzentration in der Luft. Er ist für den Einsatz in unterschiedlichen
Umgebungen und bei verschiedenen Temperaturen ausgeglichen. Der Sensor besitzt einen breiten Messbereich, und kann auch
verwendet werden, um die menschliche Atmung und die Zellatmung zu untersuchen.
Funktion des O2-Sensors
Der Sensor misst die Sauerstoffkonzentration in der Luft im Bereich von 0 – 27 % mit einer elektrochemischen Zelle.
Die Zelle besteht aus einer leitenden Anode und einer goldenen Katode welche in einer Elektrolyte eingetaucht sind.
Sauerstoffmoleküle die in der Zelle sind werden von der Katode elektrochemisch reduziert. Diese elektrochemische Reaktion erzeugt einen
Strom welcher proportional zur Sauerstoffkonzentration zwischen den Elektroden ist.
Die Ausgangsspannung ist proportional zum Strom.
Für unseren Messaufbau verwenden wir den bereits vorhandenen Vernier O2-Sensor.
Energiegrundumsatz
Grundsätzlich ist der Grundumsatz diejenige Energiemenge, die der Körper pro Tag in völliger Ruhe während des Tages zur Aufrechterhaltung seiner Funktion benötigt.
Der Grundumsatz ist von Faktoren wie Geschlecht, Alter, Körpergewicht, Körpergröße, Muskelmasse, Wärmedämmung durch
Kleidung und Gesundheitszustand (Fieber) abhängig. Bei der Verbrennung von Kohlenhydraten fällt auf, dass die gleiche Menge
CO2 ausgeatmet wie O2 eingeatmet wird. Das CO2 entsteht im Säurekreislauf, der O2 wird zur Wasserbildung verbraucht und nicht zur Oxidation von
Kohlenstoff zu CO2. Wenn man 21% Sauerstoff einatmet, werden 3% davon verbrannt.
Wird davon ausgegangen, dass 1 Liter Sauerstoff eingeatmet wird, werden davon 30ml für die Verbrennung benötigt. Sauerstoff verbindet sich mit Kohlenstoff
zu Kohlenstoffdioxid. Dabei entsteht Energie.
Die entstehende Energie kann rechnerisch ermittelt werden. Ziel der Untersuchungen ist es, die erforderlichen mess- und rechentechnischen
Schritte zur Ermittlung des Grundumsatzes zu ermitteln und in der Praxis auszutesten, wobei mögliche Störfaktoren wie unterschiedliche
Feuchtigkeit bzw. Temperatur zu berücksichtigen sind.
SFH-900 (Schaltplan)
Bestandteile (siehe Schaltung oben): 1x Photodiode, 1x npn-Transistor
Für die Photodiode verwenden wir einen 120 Ohm Vor-Widerstand. Der Kollektor dient als Schalter.
Im Grunde wird über die Photodiode Licht ausgestrahlt.
Trifft das Licht auf ein reflektierbares Medium, wird das Licht reflektiert und geht zurück zur Reflexionsschranke.
Dementsprechend schaltet der Transistor und das Signal ist am Ausgang abgreifbar.
Wird das Signal reflektiert, steigt die Taktflanke auf "high".
Am Ende der Reflexion steigt die Taktflanke wieder auf "low".
Einen Arm unseres Rades haben wir mit Alu-Folie überdeckt, welcher für die nötige Reflexion sorgt.
Da aber nach einigen Tests auffiel, dass das Raumlicht die Reflexionen stark beeinflusst, mussten wir den Sensor abdecken.
Es gab noch zusätzliche Störeinflüsse. Die einzelnen Arme des Rades hatten alle eine glatte Oberfläche.
Dadurch hat jeder einzelne Arm eine Reflexion hervorgerufen, wodurch die Alu-Abdeckung umsonst war.
Wir haben ein schönes Rechtecksignal erwartet - leider war das Endsignal ein Unnutzes.
Durch einen vordimensionierten Schmitt-Trigger wandeln wir das unnutzbare Signal in ein Rechtecksignal.
Um das Rechtecksignal verarbeiten zu können, haben wir ein C-Interrupt-Programm geschrieben.
Bei jedem "high" zählt das Programm eine Zahl hoch.
Kohlendioxid-Sensor
Mit diesem Sensor können Sie ganz einfach auftretende Veränderungen der CO2-Werte in der Atemluft des Menschen überwachen.
Funktion des CO2-Sensor
Der CO2-Anteil in der Luft wird mittels Infrarotlicht ermittelt.
Der Sensor verwendet eine LED als Quelle für Infrarot-Strahlung (IR). Die IR Quelle befindet sich an einem Ende des Sensors.
Am anderen Ende ist ein Infrarot-Sensor. Dieser Sensor misst wieviel IR-Strahlung von den CO2-Molekülen absorbiert wird.
Je mehr IR-Strahlung absorbiert wird desto weniger erreicht den IR-Sensor.
Der Temperaturanstieg im Infrarot-Sensor erzeugt eine Spannung, welche verstärkt und ausgelesen wird.
Es wird der bereits vorhandene Vernier CO2-Sensor verwendet.
Sauerstoff-Sensor
Der O2-Sensor misst die Sauerstoffkonzentration in der Luft. Er ist für den Einsatz in unterschiedlichen
Umgebungen und bei verschiedenen Temperaturen ausgeglichen. Der Sensor besitzt einen breiten Messbereich, und kann auch
verwendet werden, um die menschliche Atmung und die Zellatmung zu untersuchen.
Funktion des O2-Sensors
Der Sensor misst die Sauerstoffkonzentration in der Luft im Bereich von 0 – 27 % mit einer elektrochemischen Zelle.
Die Zelle besteht aus einer leitenden Anode und einer goldenen Katode welche in einer Elektrolyte eingetaucht sind.
Sauerstoffmoleküle die in der Zelle sind werden von der Katode elektrochemisch reduziert. Diese elektrochemische Reaktion erzeugt einen
Strom welcher proportional zur Sauerstoffkonzentration zwischen den Elektroden ist.
Die Ausgangsspannung ist proportional zum Strom.
Für unseren Messaufbau verwenden wir den bereits vorhandenen Vernier O2-Sensor.
Energiegrundumsatz
Grundsätzlich ist der Grundumsatz diejenige Energiemenge, die der Körper pro Tag in völliger Ruhe während des Tages zur Aufrechterhaltung seiner Funktion benötigt.
Der Grundumsatz ist von Faktoren wie Geschlecht, Alter, Körpergewicht, Körpergröße, Muskelmasse, Wärmedämmung durch
Kleidung und Gesundheitszustand (Fieber) abhängig. Bei der Verbrennung von Kohlenhydraten fällt auf, dass die gleiche Menge
CO2 ausgeatmet wie O2 eingeatmet wird. Das CO2 entsteht im Säurekreislauf, der O2 wird zur Wasserbildung verbraucht und nicht zur Oxidation von Kohlenstoff zu CO2. Wenn man 21% Sauerstoff einatmet, werden 3% davon verbrannt. Wird davon ausgegangen, dass 1 Liter Sauerstoff eingeatmet wird, werden davon 30ml für die Verbrennung benötigt. Sauerstoff verbindet sich mit Kohlenstoff zu Kohlenstoffdioxid. Dabei entsteht Energie.
Die entstehende Energie kann rechnerisch ermittelt werden. Ziel der Untersuchungen ist es, die erforderlichen mess- und rechentechnischen Schritte zur Ermittlung des Grundumsatzes zu ermitteln und in der Praxis auszutesten, wobei mögliche Störfaktoren wie unterschiedliche Feuchtigkeit bzw. Temperatur zu berücksichtigen sind.