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Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik Lehrstuhl für Aerodynamik Labview-Kurs Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik Labview
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Labview-Kurs - aer.mw.tum.de · 1. Benutzeroberfläche 2. Platzieren von Bedien- und Anzeigeelemente. 3. Steuerung des Programms. 1. Festlegen der Programm-Funktionalität. 2. Bedien-,Anzeigeelemente

Oct 21, 2019

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Praktikum – Experimentelle Strömungsmechanik

Lehrstuhl für Aerodynamik

Labview-KursPraktikum –

Experimentelle Strömungsmechanik

Labview

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

Organisation:

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• Durchführung – Experiment– Vorgehensweise

• Grundlagen– Messtechnik

• Labview – Kurs– Grundlagen– Beispielprogramme

Inhalt:

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Durchführung - Experiment:

Problemstellung

Versuchsplanung

Versuchsaufbau

Versuchsdurchführung

Auswertung

Versuchsvorbereitung

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Problemstellung

Versuchsplanung

Versuchsaufbau

Versuchsdurchführung

Auswertung

Welches Strömungsphänomen soll untersucht werden?

z.B.:Geschwindigkeitsprofil und Turbulenz der Rohrströmung

Rohrströmung

Versuchsvorbereitung

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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

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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

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Problemstellung

Versuchsplanung

Versuchsaufbau

Versuchsdurchführung

Auswertung

Versuchsvorbereitung

• Erstellen von Programmen zur digitalenMessdatenerfassung am PC

• Erstellen von Programmen zur Automatisierungdes Messprozesses (Traversierung)

• Sondenkalibrierung

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Problemstellung

Versuchsplanung

Versuchsaufbau

Versuchsdurchführung

Auswertung

Versuchsvorbereitung

• Dokumentation- Vorgehensweise- Einstellungen- Versuchsaufbau

• Plausibilität prüfen• Reproduzierbarkeit prüfen• Messdaten Speicherung

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Problemstellung

Versuchsplanung

Versuchsaufbau

Versuchsdurchführung

Auswertung

Versuchsvorbereitung

• Ergebnisanalyse• Bericht:

- Motivation- Beschreibung des Versuchsaufbaus- Beschreibung der Versuchsdurchführung- Ergebnisse- Zusammenfassung

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Grundlagen - MessketteStrömungs-phänomen

DruckGeschwindigkeitTemperatur

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Sensor / Sonde

• Drucksonde Druck• DMS Kraft• Hitzdrahtsonde, Prandtlsonde Geschwindigkeit

Viele Sensoren basieren auf piezoresistievem Effekt

Änderung der Messgröße hat Widerstandsänderung zur Folge

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Messbrücke

WheatstonescheBrückenschaltung

U +-

Sonde(Druck, Kraft)Widerstands-änderung

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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

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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

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Labview - Kurs

• Labview - Grundlagen• Allgemeine Schaltelemente• Datentypen, lokale Variablen• Programmstrukturen• DAQ - Elemente

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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.

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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

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Bedienleiste - Blockdiagramm

HighlightFunktion

Sensor-punkt

Einzelschritt-Ausführung

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Elementen - PalettenBlockdiagrammFrontpanel

Rechter Maus-Klickin Arbeitsfläche

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Übung 1a

BlockdiagrammFrontpanel

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Übung 1b

Blockdiagramm

Frontpanel

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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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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

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StrukturenFOR - Schleife WHILE - Schleife

CASE - Struktur SEQUENZ

Anzahl vonSchleifendurch-läufen

AktuellerSchleifen-durchlauf

AktuellerSchleifen-durchlauf

Abbruch

Auswahl

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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

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Übung 3b (Arrays)

Case 2:

Case 1:

Case 1:

Case 2:

Blockdiagramm

Frontpanel

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Übung 3c (in Datei schreiben)

Blockdiagramm

Frontpanel

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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

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Übung 4 (DAQ)

Frontpanel

Case-Struktur:

Blockdiagramm

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Ende