Aufgabe Vorschlag A - 2 - Sensorschaltung PT1000 · Abitur Hessen Mechatronik LK 2021

Material 2

Abbildung 2.2: Datenblattauszug der roten LED

Electrical / Optical Characteristics at T A =25°C Symbol · Parameter · Device · Min. · Typ. · Max. · Units · Test Conditions

λpeak · Peak Wavelength · Super Bright Red · · 660 · · nm

λD · Dominant Wavelength · Super Bright Red · · 640 · · nm

Δλ1/2 · Spectral Line Half-width · Super Bright Red · · 20 · · nm

I F · Forward Current · Super Bright Red · 8 · 22 · · mA · Min: V F =3.5V

Typ: V F =5V

I SON · Supply Current · Super Bright Red · · 8 · · mA · V F = 3.5V

I SON · Supply Current · Super Bright Red · · 44 · · mA · V F = 14V

f · Blink Frequency · Super Bright Red · 1.5 · · 3 · Hz · V F = 3.5V ~ 14V

https://asset.conrad.com/media10/add/160267/c1/-/en/000173479DS01/datenblatt-173479-kingbright-l-56bsrd-b-led-bedrahtet-super-rot-rund-5-mm.pdf (abgerufen am 20.8.2020).

2 Schaltung zur Kontrolle der Waschtemperatur

Die in Material 2 dargestellte Schaltung liefert das entsprechende Signal an die Steuerung der Waschmaschine um die Waschtemperatur zu erfassen. Die niedrigste Waschtemperatur beträgt $30^\circ\text{C}$. Die Operationsverstärker (OP) haben eine Versorgungsspannung von $12\text{ V}$ und werden als ideal betrachtet.

2.1

Als Temperatursensor ist ein PT1000 verbaut. Dieser besitzt bei einer Temperatur von $0^\circ\text{C}$ einen Widerstandswert von $1\text{ k}\Omega$. Bei einer Temperaturerhöhung um $10\text{ K}$ steigt der Widerstandswert linear um $39\,\Omega$ an. Zeichnen Sie die Kennlinie des PT1000 im Bereich von $0^\circ\text{C}$ bis $100^\circ\text{C}$ und berechnen Sie für die Temperaturen von $30^\circ\text{C}$, $40^\circ\text{C}$ und $60^\circ\text{C}$ den entsprechenden Widerstandswert. [6 BE]

2.2

Um die Eigenerwärmung des PT1000 gering zu halten, soll ein maximaler Strom von $1\text{ mA}$ fließen. Berechnen Sie den Widerstand $R_1$ und die dadurch entstehenden Spannungswerte $U_{\text{e}1}$ am invertierenden Eingang des OPs für die drei Waschtemperaturen $30^\circ\text{C}$, $40^\circ\text{C}$ und $60^\circ\text{C}$. [9 BE]

Hinweis: Wenn Sie die Widerstandswerte in Aufgabe 2.1 nicht ermittelt haben, ist mit $R_2(30^\circ\text{C}) = 1120\,\Omega$, $R_2(40^\circ\text{C}) = 1160\,\Omega$ und $R_2(60^\circ\text{C}) = 1240\,\Omega$ weiterzurechnen.

2.3

Bestimmen Sie den Bereich der Spannungsänderung von $U_{\text{e}1}$, wenn die Temperatur von $30^\circ\text{C}$ bis $60^\circ\text{C}$ variiert. [3 BE]

Hinweise: Die Messbrücke ist bei $30^\circ\text{C}$ abgeglichen.

Wenn Sie die Spannungen in Aufgabe 2.2 nicht ermittelt haben, ist mit $U_{\text{e}1}(30^\circ\text{C}) = 10{,}880\text{ V}$ und $U_{\text{e}1}(60^\circ\text{C}) = 10{,}780\text{ V}$ weiterzurechnen.