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by Manfred Strohrmann

(H.ErT.Z-Online)

Aufgabenstellung:

Ihre Aufgabe ist es, ein Messsystem zur Überwachung des Füllniveaus eines Ölbehälters zu entwerfen. Die Umgebungstemperatur im Behälter beträgt 30 °C, wohingegen die Öltemperatur rund 65 °C beträgt. Sie entscheiden sich für die Verwendung eines temperaturabhängigen Widerstandes, der sich je nach Füllniveau entweder im Öl oder außerhalb des Öls befindet.

  1. Bei Erwärmung des Widerstandes um 35 °C erhöht sich der Widerstandswert um 15 %. Wie groß ist der Temperaturkoeffizient des Materials?
  2. Welche Grenzen können Sie für den Widerstandswert definieren bei Verwendung eines Widerstandes mit R = 1 kΩ bezogen auf 20 °C?
  3. Welchen Nachteil könnte eine solche Art der Messung haben?

Lösungsweg:

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a) Temperaturkoeffizient 

Der resultierende Temperaturkoeffizient entspricht ungefähr dem von Zinn oder Blei.

b) Grenzen des Widerstandswertes

Der erste Wert definiert die untere Grenze, bei der der Füllstand noch nicht erreicht ist.

Die obere Grenze wird durch den Wert definiert, bei der der Widerstand von Öl umschlossen wird und dessen erhöhte Temperatur einen Anstieg des Widerstandswertes zur Folge hat.

c) Nachteil der Messung

Die im Messwiderstand umgesetzte Leistung führt zu einer Eigenerwärmung des Sensors. Das Messergebnis würde dadurch verfälscht werden, was bis zu einer Fehlfunktion des Systems führen kann.

Durch geschickte Anpassung des Messprinzips, kann diese Eigenschaft genutzt werden:

Befindet sich der Sensor außerhalb des Öls, steigt seine Temperatur aufgrund der Eigenerwärmung an.
Erhöht sich der Füllstand und der Sensor wird vom Öl umschlossen, wirkt sich dieses kühlend auf den Sensor aus
und die Temperatur sinkt.

Lösung:

Siehe Lösungsweg