Analoge Sensoren

Stimmen die Parameter?

Klassenstufe
11-13
Zeitaufwand
2 Doppelstunden (erweiterbar bis zu 3 DS)
Schwierigkeitsgrad
Modell: leicht, Programmierung: leicht
Modelle
Tischmodell mit analogen Sensoren 

MODELLBESCHREIBUNG / AUFGABE

Die Schülerinnen und Schüler (SuS) planen und realisieren einen Versuchsaufbau für die Experimente mit analogen Sensoren. Ausgehend von der einfachen Widerstandsanzeige im Schnittstellentest entwickeln sie eine eigene grafische Anzeige auf dem Display des TXT 4.0 Controllers und messen Widerstand und Temperatur. 

Die Programmierung wird um die Berechnung und Anzeige von Farbcodes (drei- oder vierstellig, Differenzierung 1 und 2) für Schichtwiderstände  erweitert. 

ALLTAGSBEZUG

Die Messung von Widerständen und Temperaturen ist den SuS aus dem naturwissenschaftlichen Unterricht bzw. ihrem Alltag bekannt.
Insbesondere die Einbettung in einen realitätsnahen Anwendungskontext weist einen hohen motivationalen Wert auf.

Eine Integration der Thematik in die vorberufliche Orientierung könnte im Hinblick auf informationstechnische Berufsfelder erfolgen. Hier wird das automatisierte Erfassen physikalischer Größen in vielen Bereichen 
genutzt. In besonderer Weise wird die automatisierte Erwärmung und/oder Befüllung nicht nur in der Industrie genutzt, sondern auch verstärkt im häuslichen Umfeld. 

 

Leitfragen

  • Wie kann man mithilfe der Sensoren Widerstände, Temperatur 
    und Abstände messen? (Kommunikation und Information)
  • Mit welchen Sensoren lässt sich die Produktion sinnvoll überwachen? (Kollaboration)
  • Unter welchen Bedingungen soll das System über Abweichungen von der Norm 
    informieren? (kritisches Denken)
  • Was ist zu berücksichtigen, damit die Sensorik für verschiedene Anwendungsszenarien genutzt werden kann und das System möglichst robust funktioniert? (Kreativität)

Fächerbezug

Informatik
Fortgeschrittene Programmierung, Bedingungsschleifen, Funktionen, grafische Anzeigen
Physik
Widerstand im Stromkreis, Temperaturen, Messungen von Strecken
Technik
Stabiles Bauen, Konstruktionstechnik
Mathematik
Berechnung von Termen, Rechnen mit Einheiten 

Unterrichtsverlauf

Einführungsphase
Planungsphase
Konstruktionsphase
Programmierphase
Experimentier- und Testphase
Abschlussphase

 

Informationen und Hinweise

Methodisch-didaktische Hinweise

Differenzierungsmöglichkeiten

Je nach Dauer der Unterrichtsreihe und der Stärke der SuS kann

  • das Ergebnis der Widerstandsmessung nicht nur als Zahl, sondern auch auf einer 
    Skalenanzeige sowie als drei- oder vierstelliger Farbcode ausgegeben werden,
  • der Versuchsaufbau verändert werden, um Temperaturmessungen an gewählten 
    Objekten durchführen zu können, 
  • der Versuchsaufbau geändert werden, um Füllstände von Trinkgefäßen bei der Befüllung messen und anzeigen zu können.

Motivationale Aspekte

Die Themen „automatische Befüllung“ und „Qualitätsüberwachung“ sind allen SuS aus dem Alltag bekannt. In vielen Haushalten gehören Kaffee- und Waschmaschinen neben vielen weiteren smarten Anwendungen längst zum Alltag. Teilautonom kochende Küchenmaschinen finden immer häufiger 
Anwendung bei der Zubereitung von Gerichten.

Zusatzmaterialien

  • Wenn vorhanden, könnte für die Einführungsphase in das Thema ein Video genutzt werden.
  • Zeichenmedien (Papier, Whiteboard oder Projektionsfläche).

Funktionen des Modells und deren technische Lösungen



Funktion der Sensoren/Aktoren



Technische Lösung


Messung von Widerständen


Messen der Leitfähigkeit (Qualitätskriterium) 
des Additivs


Messung von Temperaturen

Überwachung der Befülltemperatur


Messung von Abständen


Überwachung der Befüllmengen


Differenzierungsmöglichkeiten für 
weiterführenden Unterricht

 

 

  • Ergänzen der Ziffernanzeige durch eine Skalenanzeige
  • Einbindung von Farbcodes und/oder anderen Widerstandstypen
  • Ausgabe eines Alarms bei Unter- oder Übertemperatur
  • Messung von Abständen und
  • Berechnung der Differenz (Minimum – Maximum)

 


Materialliste

 

Sensoren 

Funktion



1 On/Off-Taster am TXT 4.0 Controller



Einschalten / Start der Messung /
Stopp der Messung

1 NTC-Widerstand


Widerstandsmessung, Temperaturbestimmung

1 Ultraschallsensor

Abstandsmessung

Aktoren

Funktion


1 Display des TXT 4.0 Controllers

Visualisierung der Messergebnisse 
(in Form von Ziffern oder als Grafik)

 

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