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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.