Labview-Kurs Praktikum Experimentelle Strömungsmechanik

Transkript

1 Labview-Kurs Praktikum Experimentelle Strömungsmechanik Labview

2 Organisation: Praktikum in Gruppen unterteilt Jede Gruppe bearbeitet eigenständig einen Versuch Messungen mit digitaler Datenerfassung Verwendung von Programmiersprache Labview

3 Inhalt: Durchführung Experiment Vorgehensweise Grundlagen Messtechnik Labview Kurs Grundlagen Beispielprogramme

4 Durchführung - Experiment: Problemstellung Versuchsplanung Versuchsaufbau Versuchsvorbereitung Versuchsdurchführung Auswertung

5 Problemstellung Versuchsplanung Versuchsaufbau Versuchsvorbereitung Versuchsdurchführung Welches Strömungsphänomen soll untersucht werden? z.b.: Geschwindigkeitsprofil und Turbulenz der Rohrströmung Auswertung Rohrströmung

6 Problemstellung Versuchsplanung Versuchsaufbau Versuchsvorbereitung Versuchsdurchführung Auswertung 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) skalar 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 1D 2D

7 Problemstellung Versuchsplanung Versuchsaufbau Versuchsvorbereitung Versuchsdurchführung Generieren des Strömungsphänomens Nachlauf Fahrzeuges => Windkanal + Windkanalmodell Rohrströmung Aufbau und Inbetriebnahme der Messtechnik Positionierung der Messsonde (Traversierung) Testen der Messtechnik Auswertung

8 Problemstellung Versuchsplanung Versuchsaufbau Versuchsvorbereitung Erstellen von Programmen zur digitalen Messdatenerfassung am PC Erstellen von Programmen zur Automatisierung des Messprozesses (Traversierung) Sondenkalibrierung Versuchsdurchführung Auswertung

9 Problemstellung Versuchsplanung Versuchsaufbau Versuchsvorbereitung Versuchsdurchführung Auswertung Dokumentation - Vorgehensweise - Einstellungen - Versuchsaufbau Plausibilität prüfen Reproduzierbarkeit prüfen Messdaten Speicherung

10 Problemstellung Versuchsplanung Versuchsaufbau Versuchsvorbereitung Versuchsdurchführung Auswertung Ergebnisanalyse Bericht: - Motivation - Beschreibung des Versuchsaufbaus - Beschreibung der Versuchsdurchführung - Ergebnisse - Zusammenfassung

11 Grundlagen - Messkette Strömungsphänomen Druck Geschwindigkeit Temperatur

12 Sensor / Sonde Lehrstuhl für Aerodynamik Drucksonde DMS Hitzdrahtsonde, Prandtlsonde Druck Kraft Geschwindigkeit Viele Sensoren basieren auf piezoresistievem Effekt Änderung der Messgröße hat Widerstandsänderung zur Folge

13 Messbrücke Lehrstuhl für Aerodynamik Sonde (Druck, Kraft) Widerstandsänderung U + - Wheatstonesche Brückenschaltung

14 Messkarte A/D Wandlung NI USB 6009 Abtastrate Auflösung Analoge Eingänge Messbereich Analoge Ausgänge Spannungsbereich (Ausgang) [S/s] bit [V] [V] ±

15 Digitale Messdatenerfassung 1. Datenerfassung am PC über die A/D Wandler Karte 2. 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 Anwendungen optimierte Programmierumgebung Labview

16 Labview - Kurs Lehrstuhl für Aerodynamik Labview - Grundlagen Allgemeine Schaltelemente Datentypen, lokale Variablen Programmstrukturen DAQ - Elemente

17 Labview - Grundlagen Das VI (Virtual Instrument) Frontpanel Blockdiagramm 1. Benutzeroberfläche 2. Platzieren von Bedien- und Anzeigeelemente. 3. Steuerung des Programms. 1. Festlegen der Programm-Funktionalität. 2. Bedien-,Anzeigeelemente mit Funktionsmodule verbinden.

18 Programmablauf Lehrstuhl für Aerodynamik Blockdiagramm 1. Programm-Abarbeitung erfolgt von links nach rechts 2. Funktionen werden erst angewendet wenn alle Eingänge anliegen 3. Funktionsbausteine werden über Verdrahtungen verbunden

19 Bedienleiste - Frontpanel Ausführen Wiederholt Ausführen Abbrechen Pause Schrift-Typ Ausrichten Positionieren der Elemente Hilfe

20 Bedienleiste - Blockdiagramm Highlight Funktion Sensorpunkt Einzelschritt- Ausführung

21 Elementen - Paletten Rechter Maus-Klick in Arbeitsfläche Frontpanel Blockdiagramm

22 Übung 1a Frontpanel Blockdiagramm

23 Übung 1b Frontpanel Blockdiagramm

24 Datentypen - Arrays Lehrstuhl für Aerodynamik Ganze Zahlen Logische Werte Zeichen Gleitkomma Zahlen - skalar Gleitkomma Zahlen 1D Gleitkomma Zahlen 2D

25 Lokale Variablen Lehrstuhl für Aerodynamik Vorteile: 1. Lange Verkabelungswege vermeiden 2. Selbsterhaltung von Daten in einem laufendem Programm Nachteile: Lokale Variable 1. Laufzeitfehler 2. Häufiger Einsatz => Verlangsamung des Programmablaufs

26 Fehlersuche: Lehrstuhl für Aerodynamik 1. Gebrochener Pfeil in Taskleiste: - Fehler und Warnungen 2. Fehlerhafte Verkabelungen schnell bereinigen => Strg+b 3. Highlight Funktion im Blockdiagramm

27 Übung 2 Frontpanel Blockdiagramm

28 Strukturen FOR - Schleife WHILE - Schleife Anzahl von Schleifendurchläufen Aktueller Schleifendurchlauf Aktueller Schleifendurchlauf Abbruch CASE - Struktur SEQUENZ Auswahl

29 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

30 Übung 3a (Strukturen) Frontpanel Blockdiagramm

31 Übung 3b (Arrays) Lehrstuhl für Aerodynamik Case 1: Case 2: Frontpanel Case 2: Case 1: Blockdiagramm

32 Übung 3c (in Datei schreiben) Frontpanel Blockdiagramm

33 DAQ -Treibermodule Messkarte analoge Eingänge analoge Ausgänge Treiber für die Kommunikation zwischen Messkarte Labviewprogramm Labview - Programm Daten senden Daten empfangen Messkarte konfigurieren Task - Erzeugen Task Einstellungen definieren Task Ausführen

34 Übung 4 (DAQ) Case-Struktur: Frontpanel Blockdiagramm

35 Ende