Kapazitive Füllstandsmessung

1. Kapazitive Füllstandsmessung Versuch durchgeführt von: Robert Aleksov Lisa Gardyanczik Sabrina Vooren http://lexikon.freenet.de/images/de/1/1a/Messzylinder.png

2. Inhalt • Problemstellung & Motivation • Lernvoraussetzungen, Theorie • Einordnung in den Lehrplan • Verwendete Geräte & Schaltskizze • Versuchsergebnis • Vor- und Nachteile  persönlicher Lerneffekt bei dem Versuch

3. 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

4. 2) Lernvoraussetzung • Die 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

5. 2) Theorie- Füllstandsmessung • Bei 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.

6. 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

7. 2) Theorie- Kapazität • Die Kapazität C eines Plattenkondensators (mit Dielektrikum ) ist der Plattenfläche A direkt und dem Plattenabstand d umgekehrt proportional. Der Proportionalitätsfaktor ist die elektrische Feldkonstante

8. 3) Einordnung in den Lehrplan • Stufe 12. I oder 12. II Kontext: Elektrik: Bereitstellung, Wandlung und Verteilung von elektrischer Energie

9. 3) Einordnung in den Lehrplan • Kontextbaustein: Speicherung von elektrischer Energie Blitzlichtgerät als Beispiel für die Verwendung eines Kondensators als Energiespeicher

10. 3) Einordnung in den Lehrplan • Gegenstände: Flächenlandungsdichte, elektrische Feldkonstante Kondensator, elektrische Kapazität Dielektrikum, Dielektrizitätskonstante Energie des elektrischen Kondensatorfeldes

11. 3) Einordnung in den Lehrplan • Hinweise: Erweiterung des Feldbegriffs Schülerversuche: -Akku, Batterie -elektrostatische Luftreinigung

12. 4) Verwendete Geräte • Kabel • Glasbehälter + Füllgut + Schütte • Spannungsquelle • Ladungsmessgerät • Isolierstäbe + Konduktorkugeln • Plattenkondensator • Schutzwiderstand

13. 4) Das Prinzip: Schaltskizze

14. 4) Die Umsetzung: Versuchsaufbau

15. 5)Zusammenhang: Füllung und Ladung bei 280V

16. 5) • Bei festgelegter Spannung U kann man also über Messung der Ladung Q, Aufschluss über die enthaltene Füllmenge erhalten:

17. 5) Linearisiert (280V)

18. 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

19. 6) Persönlicher Lerneffekt • Auch 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.