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Messtechnik Flüssigkeitspegel mithilfe eines Thermistors erfassen

| Autor / Redakteur: John Wynne, Analog Devices / Kristin Rinortner

In diesem Schaltungstipp zeigen wir, wie man mit einem Keramik-Kaltleiter die Höhe eines Flüssigkeitsspiegels erfassen kann. Die Schaltung basiert auf dem preiswerten Halbduplex-Tranceiver ADM4850.

Bild 1:Mit dieser Position des Thermistors lässt sich feststellen, ob sich Flüssigkeit in einem Behälter ober- oder unterhalb eines bestimmten Pegels befindet
Bild 1:Mit dieser Position des Thermistors lässt sich feststellen, ob sich Flüssigkeit in einem Behälter ober- oder unterhalb eines bestimmten Pegels befindet
(Quelle: Redaktion Elektronikpraxis)

Für einen Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten bedeutet eine Temperaturerhöhung einen Anstieg des Widerstands. Dies lässt sich mit dem preiswerten Halb-Duplex-Transceiver ADM4850 mit Differenzausgang einfach erfassen.

Beim Eintauchen in eine Flüssigkeit bleibt der Widerstand eines Thermistors, der an einer Spannungsquelle anliegt, so lange konstant bis sich die Temperatur ändert. Sobald der Flüssigkeitspegel unterhalb des Thermistors absinkt, erhöht sich die Temperatur des Thermistors.

Um festzustellen, ob sich die Flüssigkeit in einem Behälter ober- oder unterhalb eines bestimmten Pegels befindet, wird ein Thermistor wie in Bild 1 gezeigt positioniert. Befindet sich der Thermistor unter der Oberfläche der Flüssigkeit, weist er einen relativ niedrigen Widerstand auf. Das Verhältnis Rt/RA wird so gewählt, dass die Spannung am Treibereingang als logische "0” interpretiert wird.

Sobald der Flüssigkeitspegel sinkt und der Thermistor an die Oberfläche gelangt, steigt die Eingangsspannung schnell an, durchläuft eine Eingangsschaltschwelle und wird als logische “1” interpretiert. Der Empfängerausgang kann über den Widerstand RB mit dem Treiberausgang verbunden werden, falls eine Hysterese gewünscht wird.

Die zuverlässige Funktion dieser Schaltung hängt von der Stabilität der Eingangsschaltschwelle und der durch Rt und RA produzierten Spannungsabweichung ab, die beim Überschreiten des kritischen Flüssigkeitsspiegels entsteht.

Der ADM4850 erkennt eine Eingangsspannung von ≤1,15 V als logische „0“ und eine Eingangsspannung von ≥1,42 V als logische „1“. Der Widerstand des Keramik-Kaltleiters (PTC) D1010 (Epcos) folgt genau der thermischen Leitfähigkeit des Umgebungsmediums. Seine R/T-Kurve steigt extrem steil an, sobald die Schwellwerttemperatur erreicht ist. Der Thermistor wird in einem Gehäuse aus rostfreiem Stahl angeboten und ist damit vor Korrosion in Treibstoffen, Lösungsmitteln und anderen Flüssigkeiten, die in rauen Umgebungen vorkommen, geschützt.

Der Wert von RA hängt von der Temperatur der Flüssigkeit und der Umgebungsluft ab. Das Worst-Case-Szenario tritt ein, wenn die Flüssigkeit heiß und die Umgebungsluft kalt ist. Im Datenblatt des D1010 wird für RA ein Standardwert von 909 Ω angegeben, der sich für Flüssigkeiten mit bis zu 50°C und für Umgebungstemperaturen bis zu –25°C eignet. Muster des D1010 messen etwa 149 Ω bei Raumtemperatur und ohne Ansteuerung.