Kühlwassertemperatur und Widerstand

 3. Ausbildungsjahr

Reihenschaltung von Widerständen:

Mit Sensoren Temperaturen messen

Messfühler oder Sensoren sind technische Bauteile, die bestimmte Eigenschaften wie Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Schall, Beschleunigung usw. erfassen können. Sie werden vom Sensor aufgenommen und in eine weiterverarbeitbare Größe - meist ein elektrisches Signal - umgewandelt. Wir betrachten hier die Funktion eines Temperatursensors, der mit einer Reihenschaltung von zwei Widerständen arbeitet.

Für die Temperaturerfassung bilden NTC-Widerstände ein kostengünstiges Hilfsmittel. Die englische Abkürzung NTC bedeutet Negative Temperature Coefficient = negativer Temperaturkoeffizient. Negativ heißt hier: Anders als der normale Widerstand, der auch als PTC-Widerstand ( = Positive Temperature Coefficient) bezeichnet wird, verringert sich der NTC-Widerstand bei Erwärmung sehr stark. Eine deutsche Bezeichnung für diese Art Widerstände ist »Heißleiter-Widerstand«. NTC werden aus Sinterkeramik hergestellt.
Der NTC-Widerstand ist in eine Messinghülse eingebaut. Das Messingteil wird in den Motorblock eingeschraubt, wo es vom Kühlwasser umströmt wird. Auf diese Weise ist das Widerstandselement geschützt und nimmt trotzdem die Temperatur des Kühlwassers an. An die Kontakte des Sensors legt man eine 5 V-Gleichstrom-Versorgungsspannung an, die auch für andere Steuerungsaufgaben im Fahrzeug verwendet wird.

In Reihe zum R_NTC liegt ein Festwiderstand R_St = 1,5 kΩ. Der hohe Widerstand hat die Aufgabe, den durch den NTC-Widerstand fließenden Strom klein zu halten. Der Rechner erhält als Information die Teilspannung U_St. Damit kann er, wenn z. B. die Kühlwassertemperatur unzulässig steigt, ein Signal an das Einspritzsystem geben. Dieses reduziert die Menge des eingespritzten Kraftstoffs, was eine Leistungsminderung und damit eine Wärmeverringerung zur Folge hat.

Mit steigender Kühlwassertemperatur verringert sich der Widerstand des NTC-Elements entsprechend der Kurve unten. Es ist die Kurve einer bestimmten Sensorbauart. Bei anderen Sensoren sieht der Widerstandsverlauf anders aus.

Aufgabe

a) Ermitteln Sie aus der Kurve den Widerstand bei 120° Wassertemperatur.

b) Berechnen Sie die vom Rechner aufgenommene Spannung U_St, wenn der NTC-Widerstand 120°C warm wird.

c) Wie verändert sich U_St, wenn das Kühlwasser heißer wird?

Lösungen

a) ca. 220 Ω

b) U_St = R_ges • I   –> R_ges = 1500 Ω + 220 Ω = 1 720 Ω
I = U : R_ges = 5 V : 1 720 Ω = 0,0029 A
U_St = 1 500 Ω •  0,0029 A = 4,33 V

c) R_St steigt mit heißer werdendem Kühlwasser.
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In den folgenden Beiträgen geht es um die Spannungsverhältnisse in der Fahrzeugbatterie, danach um Messübungen, die für die Fehlersuche wichtig sind. Wir arbeiten mit aufgelösten Schaltplänen aus der Kfz-Praxis.

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