Aufgabe Vorschlag A - Aufgabe 2.2 · Abitur Hessen Technische Informatik LK 2021
Thema: Sensoren und Aktoren · Aus der Prüfung LK (2021)
Aufgabenstellung
Enthärtungsanlage
Der Härtegrad von Trinkwasser kann unterschiedlich sein, je nachdem welche natürlichen Inhaltsstoffe im Wasser enthalten sind (z. B. Kalk). Zu hartes bzw. kalkhaltiges Wasser kann der Rohrinstallation im Haus und den wasserführenden Geräten (z. B. Kaffeemaschine, Waschmaschine) schaden. Um dies zu verhindern, gibt es so genannte Enthärtungsanlagen, die die Kalkteilchen durch Salzteilchen ersetzen. Dazu wird die Anlage direkt nach dem Hausanschluss eingebaut, wo sie dann das komplette von außen einströmende Wasser enthärtet. Das Salz, das für die Enthärtung benötigt wird, wird in Tab-Form (ähnlich in der Größe wie Spülmaschinentabs) in einem Behälter im Gerät vorgehalten. Dort werden die Tabs nach und nach in Wasser aufgelöst (Material 1). Die Anlage muss regelmäßig durch eine Spülung gereinigt werden, um die ausgelösten Teilchen zu entfernen. Moderne Enthärtungsanlagen sind mithilfe eines Assemblers elektronisch gesteuert und bieten zudem Zugang zum WLAN, um mit einer App auf die Anlage zugreifen zu können.
Material 1
Zukünftig soll auch der Füllstand der Salztabs (Material 1) erfasst und dem User per App ersichtlich gemacht werden. Um dies zu verwirklichen, soll die Enthärtungsanlage mit einem zusätzlichen Sensor ausgestattet werden.
Entwickeln Sie mit einer der Ihnen aus dem Unterricht bekannten Sensortechniken ein Konzept inklusive grafischem Technologieschema, um den Füllstand sensorisch zu erkennen.
[6 BE]
Lösung
Nach den offiziellen Korrekturhinweisen
Entwickeln Sie mit einer der Ihnen aus dem Unterricht bekannten Sensortechniken ein Konzept, um den Füllstand sensorisch zu erkennen.
Lösung: Diverse Lösungen sind möglich, beispielsweise: - Ein kapazitiver Drucksensor im Boden des Behälters zur Gewichtserfassung. - Der Einbau mehrerer Lichtschranken auf verschiedenen Höhen im Behälter: Da die Salztabs nicht lichtdurchlässig sind, wird eine Lichtschranke unterbrochen, wenn Salz vorhanden ist. Wird die untere Lichtschranke unterschritten (Lichtstrahl frei), löst diese aus und signalisiert, dass der Behälter fast leer ist.
Grafisches Technologieschema zur sensorischen Erkennung des Füllstands
Lösung: Exemplarisches Technologieschema: Skizze des Salzbehälters mit Kennzeichnung der Salztabs und der Sensoren (z. B. zwei Lichtschranken mit Sender und Empfänger oben und unten an den Behälterwänden).
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