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Post on 21-Oct-2019
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Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Labview-KursPraktikum –
Experimentelle Strömungsmechanik
Labview
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
• Praktikum in Gruppen unterteilt• Jede Gruppe bearbeitet eigenständig einen Versuch• Messungen mit digitaler Datenerfassung• Verwendung von Programmiersprache Labview
Organisation:
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
• Durchführung – Experiment– Vorgehensweise
• Grundlagen– Messtechnik
• Labview – Kurs– Grundlagen– Beispielprogramme
Inhalt:
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Durchführung - Experiment:
Problemstellung
Versuchsplanung
Versuchsaufbau
Versuchsdurchführung
Auswertung
Versuchsvorbereitung
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Problemstellung
Versuchsplanung
Versuchsaufbau
Versuchsdurchführung
Auswertung
Welches Strömungsphänomen soll untersucht werden?
z.B.:Geschwindigkeitsprofil und Turbulenz der Rohrströmung
Rohrströmung
Versuchsvorbereitung
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Problemstellung
Versuchsplanung
Versuchsaufbau
• Wahl der geeigneten Messtechnik nach:– Strömungsgröße
• Geschwindigkeit• Druck• Kraft• …
– Genauigkeit / Messbereich– Eigenschaften (Messdauer, Punktuelle Messung)
• Hitzdraht• Prandtlsonde• LDA (Laser Doppler Anemometrie)• PIV (Particel Image Velocimetry)
• Definition der Messposition– Einzelner Messpunkt in der Strömung– Mehrere Messpunkte in einer Linie (1D)– Zweidimensionales Feld (2D)
• Zeitliche u. räumliche Auflösung der Messung festlegen– Räumliche Diskretisierung des Messgitters– Auflösung des Zeitsignals (Abtastrate, Mittelungszeit)
• Bestimmung von Variationsparametern– Geschwindigkeit– Geometrische Veränderungen
• Definition von möglichen Verfälschungen der Messergebnisse– Einfluss der Sonde auf die Strömung– Experimentell bedingte Vereinfachungen
Versuchsdurchführung
Auswertung
Versuchsvorbereitung
1D 2Dskalar
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Problemstellung
Versuchsplanung
Versuchsaufbau
Versuchsdurchführung
Auswertung
Versuchsvorbereitung
• Generieren des Strömungsphänomens– Nachlauf Fahrzeuges => Windkanal + Windkanalmodell– Rohrströmung
• Aufbau und Inbetriebnahme der Messtechnik
• Positionierung der Messsonde (Traversierung)• Testen der Messtechnik
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Problemstellung
Versuchsplanung
Versuchsaufbau
Versuchsdurchführung
Auswertung
Versuchsvorbereitung
• Erstellen von Programmen zur digitalenMessdatenerfassung am PC
• Erstellen von Programmen zur Automatisierungdes Messprozesses (Traversierung)
• Sondenkalibrierung
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Problemstellung
Versuchsplanung
Versuchsaufbau
Versuchsdurchführung
Auswertung
Versuchsvorbereitung
• Dokumentation- Vorgehensweise- Einstellungen- Versuchsaufbau
• Plausibilität prüfen• Reproduzierbarkeit prüfen• Messdaten Speicherung
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Problemstellung
Versuchsplanung
Versuchsaufbau
Versuchsdurchführung
Auswertung
Versuchsvorbereitung
• Ergebnisanalyse• Bericht:
- Motivation- Beschreibung des Versuchsaufbaus- Beschreibung der Versuchsdurchführung- Ergebnisse- Zusammenfassung
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Grundlagen - MessketteStrömungs-phänomen
DruckGeschwindigkeitTemperatur
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Sensor / Sonde
• Drucksonde Druck• DMS Kraft• Hitzdrahtsonde, Prandtlsonde Geschwindigkeit
Viele Sensoren basieren auf piezoresistievem Effekt
Änderung der Messgröße hat Widerstandsänderung zur Folge
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Messbrücke
WheatstonescheBrückenschaltung
U +-
Sonde(Druck, Kraft)Widerstands-änderung
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
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MesskarteA/D Wandlung
NI USB 6009
0-5[V]Spannungsbereich(Ausgang)
2Analoge Ausgänge
±10 [V]Messbereich
8Analoge Eingänge
14bitAuflösung
40[S/s]Abtastrate
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Digitale Messdaten-erfassung
1. Datenerfassung am PC über die A/D Wandler – Karte2. Steuerung der Messinstrumente
(Starten der Messung, Ansteuerung der Traversierung, etc.)3. Verarbeiten der Messdaten
(statistische Operationen mit den Zeitreihen, Signalanalyse, etc.)4. Abspeichern der Daten
Für messtechnische Anwendungenoptimierte Programmierumgebung Labview
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
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Labview - Kurs
• Labview - Grundlagen• Allgemeine Schaltelemente• Datentypen, lokale Variablen• Programmstrukturen• DAQ - Elemente
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Labview - Grundlagen Das VI (Virtual Instrument)
BlockdiagrammFrontpanel
1. Benutzeroberfläche2. Platzieren von Bedien- und
Anzeigeelemente.3. Steuerung des Programms.
1. Festlegen der Programm-Funktionalität.2. Bedien-,Anzeigeelemente mit Funktions-
module verbinden.
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
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Programmablauf
Blockdiagramm
1. Programm-Abarbeitung erfolgt vonlinks nach rechts
2. Funktionen werden erst angewendetwenn alle Eingänge anliegen
3. Funktionsbausteine werden über Verdrahtungen verbunden
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Bedienleiste - Frontpanel
Ausführen
WiederholtAusführen
Abbrechen
Pause Schrift-Typ Ausrichten – Positionierender Elemente
Hilfe
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
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Bedienleiste - Blockdiagramm
HighlightFunktion
Sensor-punkt
Einzelschritt-Ausführung
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Elementen - PalettenBlockdiagrammFrontpanel
Rechter Maus-Klickin Arbeitsfläche
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
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Übung 1a
BlockdiagrammFrontpanel
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Übung 1b
Blockdiagramm
Frontpanel
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Lehrstuhl für Aerodynamik
Datentypen - Arrays
Ganze Zahlen
Logische Werte
Zeichen
Gleitkomma Zahlen - skalar
Gleitkomma Zahlen – 1D
Gleitkomma Zahlen – 2D
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Lokale Variablen
1. Lange Verkabelungswege vermeiden
2. Selbsterhaltung von Daten in einem laufendem Programm
Vorteile:
1. Laufzeitfehler
2. Häufiger Einsatz => Verlangsamung des Programmablaufs
Nachteile:
Lokale Variable
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Lehrstuhl für Aerodynamik
Fehlersuche:1. Gebrochener Pfeil in Taskleiste: - Fehler und Warnungen
2. Fehlerhafte Verkabelungen schnell bereinigen => Strg+b
3. Highlight Funktion im Blockdiagramm
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Übung 2
Frontpanel
Blockdiagramm
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
StrukturenFOR - Schleife WHILE - Schleife
CASE - Struktur SEQUENZ
Anzahl vonSchleifendurch-läufen
AktuellerSchleifen-durchlauf
AktuellerSchleifen-durchlauf
Abbruch
Auswahl
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Tipps:1. Blockdiagramm nie größer als Desktop-Fenster =>
unübersichtlich
2. Schnelles Erzeugen von Konstanten, Kontroll- und Anzeigeelemente => rechte Maustaste auf Ein-/Ausgänge –Erstellen
3. Falls Schaltelemente unbekannt => Hilfefunktion verwenden (Strg+h)
4. Schnelles Umschalten zwischen Frontpanel und Blockdiagramm => Strg+e
5. Suche nach Elemente => Suchfunktion in Palette
6. Beispieldatenbank => Hilfe – Beispiel finden
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Übung 3a (Strukturen)
BlockdiagrammFrontpanel
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Übung 3b (Arrays)
Case 2:
Case 1:
Case 1:
Case 2:
Blockdiagramm
Frontpanel
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
Lehrstuhl für Aerodynamik
Übung 3c (in Datei schreiben)
Blockdiagramm
Frontpanel
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
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DAQ -TreibermoduleMesskarte
analogeEingänge
analogeAusgänge
Labview - Programm
Treiber für die Kommunikation zwischenMesskarte –Labviewprogramm
• Daten senden• Daten empfangen• Messkarte konfigurieren
Task - Erzeugen Task – Einstellungen definieren Task – Ausführen
Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik
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Übung 4 (DAQ)
Frontpanel
Case-Struktur:
Blockdiagramm
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Ende
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