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Kapazitive Füllstandsmessung
Versuch durchgeführt von:Robert AleksovLisa GardyanczikSabrina Vooren
http://lexikon.freenet.de/images/de/1/1a/Messzylinder.png
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Inhalt
1) Problemstellung & Motivation2) Lernvoraussetzungen, Theorie3) Einordnung in den Lehrplan4) Verwendete Geräte &
Schaltskizze5) Versuchsergebnis6) Vor- und Nachteile
persönlicher Lerneffekt bei dem Versuch
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1) Problemstellung & Motivation- Wie funktioniert die Tankanzeige
in Fahrzeugen?- Wie misst man den Füllstand bei
gefährlichen Gütern?
Ziel: mit bekannten Mitteln / Methoden den Füllstand messen
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/thumb/f/f5/Die_drei_fragezeichen.svg/180px-Die_drei_fragezeichen.svg.png
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2) LernvoraussetzungDie SuS kennen Schaltskizzen
und wissen, wie Strom- und Spannungsmessgeräte geschaltet werden
Die SuS kennen den Aufbau und die Funktion eines Plattenkondensators
Die SuS kennen Dielektrika und deren Wirkung in einem Kondensator
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2) Theorie- FüllstandsmessungBei der Füllstandsmessung
werden kontinuierliche Messungen und Grenzmessungen unterschieden.
Es ist auf die Beschaffenheit der Güter zu achten.
Es gibt zahlreiche verschiedene Arten zur Bestimmung von Füllständen.
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2) Theorie- Plattenkondensator
Ein Kondensator ist eine Anordnung zur Speicherung elektrischer Energie. Er besteht aus zwei Leitern, die durch einen Isolator getrennt sind. Zwei parallel zueinander aufgestellte Metallplatten bilden einen Plattenkondensator.
http://www.3bscientific.de/imagelibrary/U30040_L/elektrizitt-und-magnetismus/U30040_L_plattenkondensator-s.jpg
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2) Theorie- KapazitätDie Kapazität C eines
Plattenkondensators (mit Dielektrikum ) ist der Plattenfläche A direkt und dem Plattenabstand d umgekehrt proportional. Der Proportionalitätsfaktor ist die elektrische Feldkonstante
0
0 r
AC
d Q C U
r
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3) Einordnung in den LehrplanStufe 12. I oder 12. II
Kontext:
Elektrik:
Bereitstellung, Wandlung und Verteilung von
elektrischer Energie
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3) Einordnung in den LehrplanKontextbaustein:
Speicherung von elektrischer Energie
Blitzlichtgerät als Beispiel für dieVerwendung eines Kondensators
alsEnergiespeicher
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3) Einordnung in den LehrplanGegenstände:
Flächenlandungsdichte, elektrische Feldkonstante
Kondensator, elektrische Kapazität
Dielektrikum, Dielektrizitätskonstante
Energie des elektrischen Kondensatorfeldes
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3) Einordnung in den LehrplanHinweise:Erweiterung des FeldbegriffsSchülerversuche: -Akku, Batterie-elektrostatische Luftreinigung
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4) Verwendete GeräteKabelGlasbehälter + Füllgut + SchütteSpannungsquelleLadungsmessgerätIsolierstäbe + KonduktorkugelnPlattenkondensatorSchutzwiderstand
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4) Das Prinzip: Schaltskizze
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4) Die Umsetzung: Versuchsaufbau
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5)Zusammenhang: Füllung und Ladung bei 280V
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.50
500
1000
1500
2000
2500
f(x) = 775.193798449612 x − 2007.7519379845
Füllung- Ladung
FüllungLinear (Füllung)
Ladung
Füllsta
nd
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5)Bei festgelegter Spannung U
kann manalso über Messung der Ladung Q,Aufschluss über die enthalteneFüllmenge erhalten:
775,1 2007Fs Q
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5) Linearisiert (280V)
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 70
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Füllstand/ml
Ladung
Füllsta
nd
Q/nAs Füllstand/ml
2,5 0
2,75 193,775
3 387,55
3,25 581,325
3,5 775,1
3,75 968,875
4 1162,65
4,25 1356,425
4,5 1550,2
4,75 1743,975
5 1937,75
5,25 2131,525
5,5 2325,3
5,75 2519,075
6 2712,85
6,25 2906,625
6,5 3100,4
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6) Vor- und Nachteile
+ stufenlose Messung möglich+ Prinzip einfach nachzuvollziehen+ bei Gefahrgütern anwendbar
- Schaltung relativ kompliziert umsetzbar
- Messwerte sehr klein ungenaue Messungen
- Eigentlich kein linearer Zusammenhang: da runde Platten
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6) Persönlicher LerneffektAuch wenn das Prinzip einfach
ist, die Umsetzung ist es absolut nicht.
Kleine Ursachen haben große Wirkungen.
Es entstehen oft unbewusst Fehlerquellen, die man leicht übersieht.
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