Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften
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Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke Laboraufbau und Ausstattung: Messtechnische Ausstattung: Versuch 1: Kennlinie einer ohmschen Potentiometerschaltung: Ohmsche Widerstände mit Schleifer dienen in vielfältiger Form als Aufnehmer für Wege und Winkel. Die Bedeutung der richtigen Abstimmung von Geberwiderstand und Innenwiderstand des verwendeten Messgerätes soll durch den Versuch messtechnisch erarbeitet werden. Der Versuch simuliert mit einem verstellbarem Widerstand (Schiebewiderstand oder Potentiometer) einen ohmschen Weg- oder Stellungsgeber. Zwischen dem Schleifer und der Einspeisung bei der Nullposition des Geberwiderstandes wird die Spannung mit einem Voltmeter abgegriffen, dem zur Veränderung des Widerstandes im Anzeigekreis bekannte Widerstände parallel geschaltet werden können. Für mindestens 10 gleichmäßig über den Einstellbereich verteilte Schleiferstellungen ist die Anzeige am Voltmeter für folgende Kombinationen abzulesen: 1. 2. 3. 4. ohne Parallelwiderstand mit Parallelwiderstand von ______________Ohm mit Parallelwiderstand von ______________Ohm mit Parallelwiderstand von ______________Ohm Die Messwertaufnahme geschieht mit einem DMM mit USB - Port und der Software METRA win 10. Die Messwerte sollen mit dem Programm MathCad weiterverarbeitet werden. Die Messwerte sind in Tabellenform aufzutragen und mit den theoretisch zu erwarteten Werten gemäß Ua = U ⋅ x 1+ Rx ⋅ (1 − x) Ri zu vergleichen. Die Messwerte sind in der Form Ua = f ( x ; Ri ) graphisch darzustellen und die maximalen Abweichungen von der Linearität in Abhängigkeit vom Verhältnis der Widerstandswerte des Gebers und des Innenwiderstandes des Anzeigekreises in einem Diagramm aufzutragen. Dipl.-Ing. F. Willeke 1 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke 1-X R R (1-X) X U U Ri RX Ri Ua Ua Schaltbild Ersatzschaltbild Die automatische Messwerterfassung geschieht folgendermaßen: DMM an USB - Port anschließen Im Gerätemanager gültigen USB - Port ermitteln Software METRA win 10 öffnen In der Taskleiste Gerätetyp 12-295/M/C/I einstellen -Kommunikation aktivieren Block Mode und gültigen COM Port einstellen Test Geräteeinstellung aktivieren Multi Meter Einstellung – Suchen – Einlesen – Rate auf manuell einstellen Schließen Datei - Aufzeichnung starten Messwerte einlesen mit „Speichern“ Datei - Aufzeichnung stoppen Bearbeiten – Alle kopieren – Einfügen in Exel zur Weiterverarbeitung. Dipl.-Ing. F. Willeke 2 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke Kennlinie einer ohmschen Potentiometerkennlinie Messkette 10 V Netzgerät 0-10 V Schiebewid erstand USB Multimeter PC Geräteaufbau: Labornetzgerät Schiebewiderstand als ohmscher Geber Multimeter mit USB Schnittstelle PC Dipl.-Ing. F. Willeke 3 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke Versuch 2: Kalibrierung eines Thermoelementes: Ein einfaches______________Thermoelement in Drahtform soll nach dem Ausschlagverfahren kalibriert werden.Zweck der Eichung ist die Thermokraft E in mV abhängig vom Temperaturunterschied Δ t zwischen der warmen und der kalten Lötstelle zu ermitteln. Länge des Thermoelementes___________________________ Durchmesser beider Elementedrähte____________________ Das Element wird im Ausschlagverfahren geeicht.Die kalte Lötstelle wird in einen mit schmelzendem Eis gefüllten Thermobehälter getaucht. Als Fixpunkt dient siedendes Wasser ( t = 100 °C bei 760mm QS ) Als Meßgeräte werden verwendet: 1. Ausdehnungsthermometer geeicht 2. Barometer 3. DMM als Anzeige der Thermospannung Die Meßwerte sind in Tabellenform aufzutragen. Für alle Werte ist t1 = 0 °C da die kalte Lötstelle in schmelzendem Eis liegt. Zur Auswertung der Meßergebnisse muß der Siedepunkt des Wassers auf den abgelesenen Barometerstand umgerechnet werden. Barometerstand bt = _______________________ mm QS Temperatur am Meßplatz t = ___________________________ Berichtigter Barometerstand b0 = bt - t 8 °C = _____________ mm QS Siedepunkt des Wassers t = 100,00 + 0,0367 ( b0 - 760 ) = _______°C Bei der Abkühlung des siedenden Wassers ist in bestimmten Temperatur-Abständen ( 5 °C ) die Anzeige des Ausdehnungsthermometers und die Größe der Thermospannung zu protokollieren. Die Werte sind in der Ausarbeitung graphisch darzustellen. Die Empfindlichkeit des Thermoelementes ist innerhalb des Versuchsbereiches mit Hilfe der Ausgleichsrechnung zu bestimmen. Dipl.-Ing. F. Willeke 4 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke Versuchsaufbau: Metall " A " 1 2 1-Messtelle 2-Vergleichsstelle Metall " B " Geräteaufbau: Heizplatte Thermobehälter für Eiswasser Thermoelement Geeichtes Ausdehnungsthermometer Digitalmultimeter Barometer Dipl.-Ing. F. Willeke 5 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke Versuch 3: Weg und Kraftgeber: Aufgabenstellung: Grundlagen und Anwendungen wurden in der Vorlesung vorgetragen und erörtert. Versuch 1: Tastlose Weggeber Grundabstand durch Spion links und rechts vom Blech einstellen. Grundabstände 1,0 und 2,0 mm. Schrittweite der Messungen 0,1 mm. Darstellung der Kennlinie mit Hilfe der kubischen Spline Interpolation. Versuch 2: Tastender Weggeber +/- 1 mm Aufnahme einer Kennlinie mit angepasster Abschwächung für den gesamten Messbereich des Gebers. Schrittweite der Messungen 0,1 mm. Darstellung der Kennlinie mit Hilfe der linearen Ausgleichsrechnung 1. Grades. Versuch 3: Mit Hilfe eines Ringkraftmessers ist in einem Spannrahmen eine Quarzmessscheibe zu kalibrieren. Lastmaximum 200 kp. Laststufen 10 kp. Darstellung der Kennlinie mit Hilfe der linearen Ausgleichsrechnung 1. Grades. Versuch 4: Ein Kraftaufnehmer ( HBM - DMS – Geber ) soll mit Hilfe von geeichten Gewichten kalibriert werden. Lastmaximum 5 Kp. Laststufen 0,5 kp. Darstellung der Kennlinie mit Hilfe der linearen Ausgleichsrechnung 1. Grades. Dipl.-Ing. F. Willeke 6 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke Tastloser Weggeber: L L s Hellige TF 19 mV V Typ HBM Tr2-5 Geräteaufbau: Mikrometerschraube Induktives berührungsloses Wegmesssystem TF- Verstärker Digitalmultimeter Dipl.-Ing. F. Willeke 7 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke Tastender Weggeber: HBM W 1 s = + / - 1 mm s KWS 506 C mV V Typ HBM W1K Geräteaufbau: Mikrometerschraube Induktives tastendes Wegmesssystem TF- Verstärker Digitalmultimeter Dipl.-Ing. F. Willeke 8 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke Quarzmessscheibe: F F 267 Ringkraftmesser 9021 A F Kistler LV 5011 pC V Typ Kistler 9021 A Geräteaufbau: Spannrahmen Ringkraftmesser als Vergleich Quarzmessscheibe Ladungsverstärker Digitalmultimeter Dipl.-Ing. F. Willeke 9 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke Wägezelle: F DMS Kraftaufnehmer HBM Typ U 1 F KWS 506 C mV V Typ HBM U1 Geräteaufbau: Wägezelle Geeichte Gewichte TF Verstärker Digitalmultimeter Dipl.-Ing. F. Willeke 10 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke Versuch 4: OP- Verstärker: Aufgabenstellung: Grundlagen und Anwendungen wurden in der Vorlesung vorgetragen und erörtert. I. Versuchsobjekt, Aufbau und Beschaltung. 1. Verwendeter integrierter Verstärker: Typ 741 2. Schaltung des Bauteils. 3. Anschlussplan des Verstärkers Dipl.-Ing. F. Willeke 11 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke II. Die Versuchsplatine: 1. Schaltbild der Versuchsplatine und Leiterplan. Dipl.-Ing. F. Willeke 12 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke III. Ziel und Gegenstand der Versuche: Sie sollen mit grundsätzlichen messtechnischen Aufbauten bekannt machen, die Handhabung unterschiedlicher Geräte und Kombinationen davon vermitteln, die Auswertung von Messungen und deren kritische Deutung in Bezug auf das Versuchsobjekt einüben. 1. Kontrolle der Verstärkungskonstanz der Verstärkerschaltung für Gleichspannung. 2. Verwendung des Verstärkers als Impedanz-Wandler für Gleich- und Wechselspannung. 3. Verwendung des Verstärkers als Integrierer. 4. Verwendung des Verstärkers als Summierer. IV. Durchführung der Versuche. Die Versuchsplatinen werden dem jeweiligen Versuch entsprechend mit Bauteilen bestückt und gegebenenfalls die Schaltung durch weitere komplettiert. Alle Schaltungen können an eine gemeinsame Versorgung angeschlossen werden. Dipl.-Ing. F. Willeke 13 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke Versuch 1: Für die ausgewählte Verstärkungen 10, 20, 50, 100-fach ist für mindestens 20 Einstellungen des Potentiometers die Abhängigkeit zwischen Ue und Ua zu protokollieren und die Ausgleichsgerade zu berechnen. Die Eingangsspannung ist so zu wählen, dass der Verstärker sowohl im positiven als auch im negativen Bereich in die „Sättigung“ kommt. Dipl.-Ing. F. Willeke 14 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke Versuch 2: Der Versuch gliedert sich in zwei Abschnitte. In beiden ist der Verstärker als Impedanzwandler geschaltet. Zuerst wird die Eingangsspannung in Schritten von 500 mV von –10 V bis +10 V eingestellt und der jeweilige Ausgangsstrom gemessen. Es ist die Funktion iL = f (Ue) zu ermitteln und die Ausgleichsgrade zu bestimmen. Der zweite Abschnitt soll in den Gebrauch eines Oszilloskopes einführen. Dazu wird die Schaltung von einem Transformator gespeist, die Eingangsspannung und der Spannungsabfall über den Lastwiderstand auf dem Oszilloskop dargestellt. Dipl.-Ing. F. Willeke 15 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke Versuch 3: Mit diesem Versuch sollen zwei Ziele erreicht werden: Er soll den Nachweis erbringen, dass sich mit der Schaltung als Integrierer Zeit-Spannungsverläufe hoher Qualität erzeugen lassen und zweitens die Handhabung eines X-(t)-Y- Schreibers vermitteln. Dazu sind die Grenzen des X-Y- Schreibers für den t-Y- Betrieb durch die Variation des Sprunges der Eingangsspannung und der R-C- Kombination mindestens 9 Kennlinien aufzunehmen und die Gültigkeit der unten aufgeführten Grundbeziehung zu beweisen. t 1 1 ua = − ue ⋅ dt + U e 0 ∫ R ⋅ C t0 Dipl.-Ing. F. Willeke Beispiel: 16 Ue= 10V R = 100KΩ C = 1µF ΔUa/Δt = 1 V/s Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke Versuch 4: Bei diesem Versuch ist eine Summierschaltung aufzubauen und der Nachweis zu erbringen, dass OP-Verstärker diese Aufgabe gut erfüllen. Vorausgesetzt wird, dass die Eingangswiderstände Re1 und Re2 gut übereinstimmen. Dann gilt Ua = - Ra * ( U1 + U2) / Re Zur Auswertung sind die Spannungen U1 und U2 sowie die Summenspannung Ua zu protokollieren. Es soll die Übereinstimmung zwischen den Messwerten und dem formelmäßig zu erwartenden Ergebnis aufgezeigt werden. Dazu sind die einzelnen Messwerte und der theoretisch erwartete Wert anzugeben und zu protokollieren. Es sind mindestens 20 Eingangsspannungen zu wählen. Die grafische Darstellung erfolgt mit Mathcad. Abschließend soll eine Fehlerbetrachtung durchgeführt werden. Dipl.-Ing. F. Willeke 17 Laborausstattung Messtechnik Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften Meschede Labor für Messen Steuern Regeln Prof. Dr.-Ing. J. Bechtloff Dipl.–Ing. F. Willeke Zu 1: Geräteaufbau: Netzgerät Versuchsplatinen Elektronische Bauteile 2 Digitalmultimeter Zu 2: Geräteaufbau: Netzgerät Versuchsplatinen Elektronische Bauteile Klingeltransformator 2 Digitalmultimeter Oscilloskop Zu 3: Geräteaufbau: Netzgerät Versuchsplatinen Elektronische Bauteile XY-T Schreiber Zu 4: Geräteaufbau: Netzgerät Versuchsplatinen Elektronische Bauteile 3 Digitalmultimeter Dipl.-Ing. F. Willeke 18 Laborausstattung Messtechnik
