Wettersonden

Diese Seite soll dazu dienen, z.B. verschiedene von uns Fricklern gefundene Wettersonden zu dokumentieren.

E085 alte Version 404 MHz

Diese Wettersonde gab es ab und zu mal auf eb*y einzeln oder im Zehnerpack zu kaufen. Ich habe 10 Stück original verpackt bekommen, und möchte sie hier für die Nachwelt dokumentieren (z.B. falls der Leser einen Kauf erwägt aber zu wenig Infos findet). Dabei handelt es sich um die "alte Version" der E085 (die Nummer 407 verweist eventuell auf ein Modell? s.u.).

Verpackung und Zubehör

Da der ganze Karton noch Original und mit interessantem Zubehör war, will ich auch das hier zeigen. Zuerst mal allerlei Aufkleber auf dem Umkarton:

Hier sieht man das lustige Zeug aus dem Karton und einer Einzelverpackung, rechts in der Mitte des Pappdeckels ist ein Öffner für die frisch einzusetzen Luftfeuchtemesstreifen in einem Tütchen aufgeklebt.

Darunter ein Infoblättchen zur Rücksendung der Sonden:

(Klick für groß)

Ganz oben gibt es einen Typenschildaufkleber, der selbe klebt auch auf dem Styroporgehäuse (Anklicken zum Vergrößern). Wurde vielleicht zu Dokumentationszecken beim Start der Sonde in eine Akte geklebt? Darunter sieht man die leicht transparente Papierhülle für die Rücksendeinfo mit Warnhinweisen in Deutsch und Englisch (für den Fall, dass der Ballon ungeplatzt wieder auf die Erde kommt, denn diese waren/sind oft mit Wasserstoff befüllt).

Rückseite des Infoblättchens:

Funktion und Daten

Dieses Modell misst Luftfeuchtigkeit und Temperatur und sendet laut Quarzaufdruck (101,023 mal 4) auf 404,092 MHz (70-cm-Band). Hergestellt wurde die hier gezeigte Charge spätestens zwischen 1987 bis 1988.

Auf dem Typenschild befindet sich die Sendefrequenz und Kalibrierdaten (siehe Daten). Außerdem kann man anhand des Typenaufklebers vermuten, dass der Temperaturbereich von +40 bis -80 °C reicht (siehe oben auf dem Bild mit dem Rücksendeschein, in vergrößerter Version).

Die Feuchtigkeitsmessung wird über einen sog. Carbonstreifen realisiert.

Ein recht interessantes pdf-Dokument gibt es unter folgendem Link: [1] http://www.bbl-elektronik.de/meto/pdf/e085bed.pdf

Allerdings handelt es sich dabei um Anleitung und Spezifikation des neueren Modells E085 SMD (ab 1990)! Daten können also stark abweichend sein.

Auf der letzten Seite des Dokuments befindet sich eine Erklärung für die Daten auf den Typenschildern, welche eine Ähnlichkeit mit jenen der alten EO85 haben. Wenn man davon ausgeht, dass die Erklärung tatsächlich auch auf die alten Typenschilder zutrifft, wäre der Empfänger der Bodenstation zum Empfang meiner Wettersonden auf 407 MHz einzustellen (obwohl die Sonde nach 101,023 Quarz auf 404,092 senden sollte und auf 404,7 MHz sendet).

Eine genaue Erklärung oder eine Tabelle der Korrekturwerte und ihrer Bedeutung gibt es leider nicht, nur ein Beispiel: B bedeutet, dass beim darunter stehenden Temperaturwert um 1,1 K zu korrigieren ist. Ich vermute, dass man die abgelesene Temperatur am Empfänger um diesen Wert zu verändern hat (reine Spekulation, ich weiß nicht, wie solche Empfänger aussehen, geschweige denn arbeiten).

Ein paar Bilder einer neuen E085 und eines Carbonmesstreifens gibt es u.A. hier (allerdings mit Draht- statt Blechstreifenantenne wie im oben genannten pdf-Dokument): [2] http://www.radiosonde.eu/RS03/RS03J06.html

Ich vermute, dass die neuen E085 zu den alten Empfängern kompatibel waren/sind, und deshalb folgende Daten auch für die alte Version zutreffen könnten: Temperaturbereich: -90...+40 °C, dabei Modulation 30-450 Hz. Relative Luftfeuchte (?...100 %) bei 1500...3000 Hz (Dreiecksignal) Modulation FM mit ca. 3 kHz Frequenz (350 m zum Funkfreund im Erdgeschoss quer durch die Stadt geht gut): ~404,7 MHz, obwohl der Quarz auf 404,092 schließen lässt. Sendeleistung im niedrigen zweistelligen mW-Bereich (22 mW bei der neuen Version) [1]

Drahtantennenlänge: 19,5 cm (selbst gemessen) , d.h. etwas länger als eine Viertelwellenlänge (18,75 cm)\\ Stromaufnahme: 36 mA bei 8,8 V (selbst gemessen), damit ergäbe sich mit einer guten 9-V-Blockbatterie (>=500 mA) eine Betriebsdauer von max. ca. 10 h.

Mich wundert, dass die Antenne (dient gleichzeitig als Ballonbefestigung) nach oben zeigt, bei den meisten anderen Radiosonden (siehe [2]) zeigt sie nach unten (um möglichst nach dort abzustrahlen). Etwas rätselhaft erscheint mir noch die Funktion des Mikroschalters. Bei Zimmertemperatur scheint er keine Auswirkung zu haben. Wenn man den Temperatursensor mit der Hand anwärmt

Ein Video im Betrieb habe ich hier hochgeladen (habe leider keinen meiner Empfänger auf 404 MHz gebracht, deshalb 101 MHz Wide-FM mit entsprechend leisem Ton): http://www.youtube.com/watch?v=jV30W_UnzGU&feature=youtu.be (nicht zu laut aufdrehen, am Ende kommt der Radiosender wieder)

Bilder von Innen

Hier die Messkammer:

Ganz rechts im schwarzen Messkanal sieht man eine der zwei Erhebungen im Styropor, sie dient zum "Einrasten" der Papp-Kanalverlängerung (s.u.).

Der "Löffel" zeigt mit der gewölbten Seite im Flug nach oben und schützt den Thermistor (=Temperatursensor, schräg abgewinkeltes Teil) vor Regentropfen bzw. Schnee. Dahinter befindet sich ein Pappstreifen, welcher die selbe Aufgabe für den Feuchtigkeitsmesstreifen erfüllt (welcher nicht eingebaut ist, man sieht nur die beiden Kupferdraht-Halterungen).

Auf die Messkammer wird ein Vierkant-Papprohr gesteckt, vermutlich um Verwehungen von Niederschlag im Inneren und Sonneneinstrahlung zu minimieren. Die Messkammer und die Pappverlängerung sind schwarz lackiert, wahrscheinlich um einfallendes Licht nicht auf die Sensoren reflektieren zu lassen, was eine Verfälschung der Messwerte bewirken wird.

Der Carbonstreifen zur Feuchtigkeitsmessung befindet sich in einer kleinen Konservendose und wird erst kurz vorm Start mit dem 'Dosenöffner' befreit und eingesetzt:

Hier zwei Bilder der Platine:

Schaltung

Der IC trägt leider nur die Aufschrift Pr HU. Auf den 2 HF-Transistoren lässt sich die Aufschrift BFW92(1) PH71 erraten, sie dienen einmal als Quarzoszillator und der zweite als Verdoppler/Endstufe.

Bastelbruder sagt dazu:

"Der Quarz schwingt tatsächlich auf 5 H = 100 MHz. Die Oszillatorbeschaltung ist zwischen Emitter und Basis, am Kollektor kommen bereits 200 oder 400 MHz raus, das ist ziemlich sicher eine Hartley-ECO-Schaltung." Die Transistoren heißen tatsächlich BFW92, PH heißt Philips.

5 H meint hier, dass der Quarz auf dem fünffachen der Grundschwingung (20,2046 MHz) als Obertonquarz betrieben wird.

Am Ausgang der Endstufe befinden sich vier Streifenleiter (25 mm) mit Trimmer (3-10 pF) zur Anpassung und Oberwellenfilterung. Bei ca. 1/5 der Länge des letzten Streifenleiters ist die λ/4-Antenne angeschlossen (Impedanzanpassung). Ein gebogener Streifenleiter mit Anzapfung am niederohmigen Ende befinden sich auch am Ausgang des Oszillators bzw. Eingang der Endstufe.

Das 100-k-Pertinaxpoti dient vermutlich zur Hubeinstellung, und der Spindeltrimmer links neben dem Chip zur Kalibrierung der NF-Frequenz.

Der Mikroschalter ist ein Umschalter und wuselt schaltungsmäßig zwischen Temperaturmesseingang, einem Chip Pin und dem Spindelpoti rum. Er scheint beim Drücken den Temperaturmessoszillator auf die Frequenz von ca. 25 °C zu bringen. Das könnte etwas mit dem Aufdruck "Temp.Ref.: 1573 24,5 C" zu tun haben, evtl. wird kurz vor dem Steigenlassen des Ballons durch Drücken dieses Schalters der Empfänger auf 24,5 °C 'genullt' oder ähnliches.

Ein abgezeichneter Schaltplan soll hier noch eingestellt werden, sobald ich irgendwann mal wieder Zeit habe.

Was machen wir jetzt damit?

Für Testflüge mit Solarballons eigenen sich die Teile bestimmt (nach Umbau), denn die kosten fast nichts, und es geht kein Herzblut verloren, wenn die Nutzlast für immer verschwindet. Anhand der übertragenen Temperaturdaten weiß man dann wenigstens, wie hoch man ca. gekommen ist. Mit dem Feuchtigkeitssensor sollte sich der Durchflug einer Wolke detektieren lassen. Dadurch weiß man dann hinterher, ob der Solarballon Schrott war oder ob er einfach Pech hatte und in eine Wolke gekommen ist (dann sinkt ein solcher bekanntlich oder stürzt sogar ab).

Für "richtige" Ballonprojekte werden wir Bastler so eine gekaufte Lösung wahrscheinlich nicht sonderlich honorieren. ;) Außerdem ist der Wissensgewinn bei Temperatur und Luftfeuchtigkeitsmessung doch recht gering.

Da im Internet keine Temperatur- und Luftfeuchtigkeitskurven verfügbar sind, müsste man sich selbige selbst aufnehmen. Wenn wir Glück haben ist die Temperatur zu NF-Frequenz Kurve linear, und man müsste das nur mit einigen wenigen Messpunkten bestätigen.

Selbstverständlich müsste man den Sender umbauen, denn der Betrieb auf 404 MHz ist illegal und nicht zu empfehlen (da dieses Band ja häufig von anderen Wetterballons genutzt wird). Mit dem richtigen Quarz könnte man z.B. auf das LPD-Band umbauen (ca. 108,25 MHz Quarz erforderlich), die Endstufenkreise dürften hierfür breitbandig genug sein.

Ein Umbau auf das Amateurfunkband ist selbstverständlich auch leicht möglich. Durch Umänderungen der Streifenleiter zu Luftspulen sollte auch 2-m-Betrieb drin sein (Bei Verdreifachung in der Endstufe um die 48 MHz).

Möglich wäre (mit Schaltungsänderungen) auch der Umbau auf das 11-m-ISM- (CB-) Band, hier reichen aber auch BC547 und man kann die HF-Transistoren aufheben.

"Theorie" am Rande: Im LPD-Bereich darf man nur mit baumustergeprüften Hand-Funkgeräten (mit 10 mW) oder wie auch auf 2 m mit einer Amateurfunklizenz senden wenn man eine Rufzeichenbake mit in den Sender integriert. Auf dem CB-Funkband juckt es aber meistens keinen, wenn dort mal für paar Stunden ein Piep-Träger steht.

Etwas verbessern könnte man den Sender sicherlich noch durch Erhöhen des Antennenwirkungsgrades. Besser wäre es, die Styroporkiste umzudrehen (was wegen des Messkanals schwierig wird) oder die Platine (von oben auf die lange Seitenkante gesehen) um 180° zu drehen und die Antenne unten herausführen. Dann kann man diese als Kupferdraht mit der richtigen Länge (für 404 MHz ist der Draht ca. 1 cm zu lang) anlöten, aber vor allem eine Groundplane erzeugen, z.B. durch Bekleben der kompletten Unterseite und ca. 1-2 cm unten rundherum mit Alufolie, welche mit der Platinen-HF-Masse verbunden wird. Oder man guckt sich die Antennenbauformen der 1,6-GHz-Sonden an: http://www.radiosonde.eu/RS03/RS03U04.html

Das ist im Prinzip eine Groundplane mit 'ganz vielen' Radial-Drähten, hier halt als Trichter.

Auch einen Sleeve-Vertikaldipol aus einem kurzen Stück Koaxkabel könnte man bauen.

Auswerten könnte man die Daten mit einer PC-Soundkarte und einem Programm, welches das Audio-Spektrum anzeigt. Das sollte heutzutage eigentlich sehr genau möglich sein. Problematisch ist nur die sehr geringe Modulationsfrequenz, 30 Hz bei -90 °. Die meisten Empfänger werden das eher nicht können(?).

Weitere Ideen dürfen/sollen hier gerne eingefügt werden.