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physik referate |
In dieser Übung am 21-11-2000 behandelten wir die Aufgabenstellung Abstandsmessgeräte und optische Sensoren.
Ultraschallsensor:
Analog - Pulsoren (Induktiv)
Selbstabgleichende Faseroptische Lichtschranke
Kombiniertes Drehzahlmessgerät (mechanisch; optisch)
Verwendeter Sensor:
Firma: Honeywell Serie 946
Analog Spannungs- und Stromausgang
Teach - in - Programmierung
Messbereich 60 - 500 mm
Hierbei wird ein Schall ausgesendet und reflektiert. Die dafür benötigte Zeit ist zu messen!
Der Ultraschallsensor reagiert auf jedes Material.
Das zu messende Profil befindet sich auf einem Schlitten.
Der Sensor besteht aus vier Komponenten:
Zu ermitteln ist die Ausgangsspannung des Sensors in Anhängigkeit vom Abstand des Messobjektes. Dies ist in folgendem Diagramm angeführt.
Verwendeter Sensor:
Firma: Pulsotronic Type 9914 - 0500
Analoger Spannungsausgang 1 - 9 V
Messbereich 7 - 14 mm
Dieser Sensor reagiert nur auf ferromagnetische Stoffe (=der Sensor baut ein magnetisches Feld auf, welches durch die Einwirkung eines Metalles verändert wird). Zusätzlich haben wir das Metall in zwei verschiedenen Lagen gemessen.
Zu ermitteln ist die Ausgangsspannung des Sensors, in Abhängigkeit vom Abstand des Messobjektes.
Die Ergebnisse werden durch das nachfolgende Diagramm ersichtlich:
Selbstabgleichende faseroptische Lichtschranke
Kombiniertes Drehzahlmessgerät (mechanisch & optisch)
Verwendete Sensoren:
Firma Honeywell Serie HPX-T
Kontrasterkennung
Positionierung
Empfindlichkeitseinstellung
Das Netzgerät wird zuerst auf Ausgang geschaltet, damit der Ventilator sich in Bewegung setzten kann.
Auf dem Flügelrad ist ein Reflektor angebracht, womit die Impulse gemessen werden können (Versorgungsspannung 10 - 30 V).
Der Sensor, welcher sich auf der Hutschiene befindet ist zweigeteilt:
Sensorkopf (mit rotem Licht, welches mit 2 Leitungen geleitet wird -> durch die Glasfaser treten kaum Verluste auf.)
Elektronik des Sensors
Das Licht wird ausgesendet und später reflektiert - vgl. Strichcode - das Signal wir danach von der Elektronik ausgearbeitet. Daraus folgt, dass der Sensor in der Lage ist, Kontraste zu erkennen, man kann ihm dies "einlernen", indem man auf "SET" umschaltet und mit "TUNING" bestätigt.
Mit Hilfe zweier Messgeräte wurde gearbeitet.
Die ermittelten Ergebnisse sind dem nachfolgenden Diagramm zu entnehmen.
optisch:
Es wurde ein Lichtstrahl auf das Rad projiziert und somit die Umdrehungen pro Minute gemessen.
mechanisch:
Auf das Messgerät wurde ein Kegel aufgebracht, den wir in die Mitte des Rades steckten , hierbei gab es Abweichungen in den Messergebnissen aufgrund des Reibungsverlustes.
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Spannung Motor [V] |
Frequenz Oszi. [Hz] |
Errechnete Drehzahl [1/min] |
Optisch [1/min] |
Mechanisch [1/min] |
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Dehnungsmessstreifen (DMS - Widerstandsdraht)
Spannungsmessung mit DMS an einem Biegebalken. Der DMS ist ein kalibriertes Messmittel mit dem innerhalb des Hook´schen Gesetzes Dehnungen (= Widerstandsänderung = Messwert = Spannung = Belastung) gemessen werden.
Dehnungsmessstreifen finden viele praktische Anwendungen in der Technik. Mit ihnen kann man das Maß für die Verformung festlegen. Deswegen sind die Streifen an 2 Seiten angebracht, denn wenn man dann z.B. einen Eisenstab biegt, dehnt sich der DMS an der einen Seite aus, an der anderen aber wird er gestaucht. Das ganze läuft nach dem Prinzip ab, dass dort wo der Querschnitt kleiner wird, der Widerstand größer wird, und umgekehrt!
In unserem Versuch haben wir Gewichte auf einen Metallstab gehängt und die Veränderung anhand der DMS gemessen. Die Ausdehnung erfolgt in direkter Proportionalität!
Für die jeweiligen Berechnungen verwendet man dementsprechende Formeln.
Thermoelemente: Jedes Thermoelement besitz einen Typ und eine Legierung. Wir hatten zwei Anschauungsmateriale:
a) Typ N mit der Legierung Rosa(+)/Weiß
b) Typ K mit der Legierung Grün(+)/Weiß
Thermoelemente unterscheiden sich in ihren Messbereichen, welche in der Grundwerttabelle eingetragen sind. Anhand dieser Grundwerte kann man auf die Temperatur schließen.
Bei Thermoelementen wird die Thermospannung gemessen, bei Widerstandselementen wird die Widerstandsspannung gemessen.
Beispiel:
Ein Wasserkocher in dem ein Thermoelement vom Typ J gehängt wurde. Mit Hilfe eines Messgerätes wurde die Spannung abgelesen, welche 560 mV betrug. Dies haben wir dann mit der Grundwerttabelle verglichen, und stellten fest, dass das Wasser ungefähr 60 °C hatte. Danach haben wir den Spannungsunterschied gemessen, welcher 3150 mV betrug, somit war der Temperaturunterschied (laut Grundwerttabelle) 60,7°C.
Widerstandselemente: Das eigentliche Widerstandselement befindet sich in einem Schutzrohr und besteht aus 2 Drähten welche in Keramik eingegossen sind. Die Spitze dieses Elementes wird in den Raum, der die Bemessungsgrundlage darstellt, gehalten. Das Element ist in unserem Falle ein Pt 100 Element, wobei das Pt für Platin und die Zahl den Widerstandswert bei 0°C angibt. Diese Messung ist nicht exakt, deshalb wird das Element auch in ein Eiswasser mit der Temperatur 0°C hineingehalten, um auch die Thermospannung des Eisbehälters miteinzubeziehen. Wir erhalten nun 1330 mV und erhalten aus der Grundwerttabelle einen Wert von ca. 25 °C.
Kocher Eis
| -
12V |
| -
12V |
|
24V
Thermoelemtent Typ K:
Maximale Temperatur wird abgespeichert
Verschiedene Netzköpfe
Messung der Oberfläche des Lötkolbens (Temperatur)
Ergebnis: 334°C
Beispiel:
-ws
Uv
Tv
+gn
+gn
Um
-ws
Tm
Lötbad
Messungen in Flüssigkeit: (Typ K)
Das offene Ende wird ins Zinnbad gehalten um die Spannung und in weiterer Folge die Temperatur zu ermitteln.
Ergebnis: 11600mV / 270°C (laut Tabelle)
13000mV / 330°C
die Raumtemperatur muss addiert werden.
Durchflussmessung:
Der Durchfluss ist eine wichtige Größe in der industriellen Messtechnik. Er gibt an, welches Volumen in einem bestimmten Zeitraum durch eine Rohrleitung fließt. In der durchströmten Rohrleitung gelten die Prinzipien der Kontinuität und der Energieerhaltung. Ist die Rohrleitung an einer Stelle verengt, so bleiben trotzdem die Volumen- und Massenströme an jeder Stelle der Leitung gleich!
Durchflussmessung mit Normmessblende und Flügelradanemometer
Aufgabenstellung:
Gegeben ist ein Rohr mit der Länge von 2225 mm und einem Rohrinnendurchmesser von 46,5 mm. Am Anfang des Rohres befindet sich ein Verdichter. Im Abstand von 523 mm vom Verdichter befindet sich eine Rohrblende mit dem Blendendurchmesser von 30 mm.
Die gesamte Messung wird bei einer Raumtemperatur von ca. 25 °C durchgeführt.
Zu messen ist die Durchflussmenge der Luft bei verschieden hohen Drehzahlen der Verdichters. Die dazu benötigten Druckmessungen sind der statische bzw. relative Druck, sowie der Differenzdruck an der Blende. Der Relativdruck gibt die Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck im Rohr zwischen Verdichter und Blende an. Diese Messstelle befindet sich 523 mm vom Verdichter entfernt. Der Differenzdruck misst den Druck direkt vor und nach der Blende. Diese Messstelle befindet sich 760 mm nach der ersten.
Der Druck Dp kann am U-Rohr in mm Wassersäule abgelesen werden. Die Durchflussgeschwindigkeit v1 kann am Flügelanemometer abgelesen werden.
Es ist eine Messreihe von Dp und v1 aufzunehmen, der Durchfluss rechnerisch zu ermitteln und gegenüberzustellen.
Schematische Darstellung
Durchflussberechnung mit Flügelradanemometer
Fläche des
Flügelradanemometer A Anemometer Durchmesser
15mm
A3=A1-AAnemometer
Messung der Strömungsgeschwindigkeit VAnemometer in [m/s]
Der Durchfluss errechnet sich aus: Q2=A3* VAnemometer
Messergebnisse:
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Messung |
Messung |
Messung |
Messung |
Messung |
Messung |
Berechnung |
Messung |
Messung |
Berechnung |
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Druckverlust nach 0,5 m [mmWs] |
Druck [mmWS] |
Dp [mmWs] |
Spannung Lüfter [V] |
Drehzahl Lüfter [U/min] |
Temperatur °C |
QV [m3/s] |
V Anemometer (Meßpunkt) [m/s] |
V Anemometer (Rohrende) [m/s] |
Q2 [m3/s] |
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Berechnung:
r = 110598,39
A1 = 1,69823* 10-3
A2 = 0,70686 * 10-3
p0 = 1,030 * 105 Pa
T = 298 K
a = 1,099798
0,101972 1 Pa
p
p
15 147,1 Pa
28 274,6 Pa
V2 = a * 
= 1,099798 * 
= v2 =
0,0401092 m/s
Qv = A2 * v2
Qv = 2,835*10-5
Mit êp2 v2 = 27,667703
Qv = A2 * v2
Qv = 0,0195571
7,5 * 10-3 m r
A = r2 * π
AA = 1,325 * 10-6 m2
A3 = A1 * AA
A3 = 1,696905 * 10-3 m2
Q2 = A3 * vA
vA1 = 0,01154 m/s Q2 = 1,9582284 * 10-5
vA2 = 0,013185 m/s Q2 = 0,0223736 * 10-3
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