M-Pool

Das M-Pool ist ähnlich aufgebaut wie der E-Pool, den Sie im Wintersemester kennengelernt haben. Beim M-Pool steht speziell das Messsen mit digitalen Messmitteln im Vordergrund. Der Arduino Nano dient dabei als digitale Basis.

Sie wählen sich aus unserem Katalog der Komponenten ein Objekt und eine dort noch nicht erfasste Eigenschaft aus.1) Es ist auch “erlaubt”, mehrere Eigenschaften des Objekts zu messen Dazu entwerfen Sie einen Messaufbau und schreiben für den Arduino ein Programm, mit dem Sie am Versuchsnachmittag die Eigenschaft so genau wie möglich erfassen. Diese Messung werten Sie nach allen Regeln der Messkunst aus. Das Ergebnis Ihrer Messung wird dauerhaft in den Katalog der Komponenten übernommen.

Ablauf

1. Wahl von Messobjekt und Eigenschaft

Wählen Sie aus dem Katalog eine Komponente und dazu eine Eigenschaft, die Sie am Versuchsnachmittag bestimmen möchten. Dabei gilt die Randbedingung, dass jedes Paar von Messobjekt und Eigenschaft von maximal einer Gruppe bearbeitet wird. Ihre Wahl tragen Sie in die unten auf dieser Seite vorbereitete Tabelle ein.

Damit wir Versuchsleiter sicher stellen können, dass es zu keinen Engpässen beim Material kommt, muss die Auswahl bis spätestens 24 Stunden vor Beginn des Versuchsnachmittags erfolgen.

Letzter Zeitpunkt für die Auswahl des Messobjekts ist Sonntag 14:00 Uhr.Wer dies aus welchen Gründen auch immer verpasst, meldet sich bei Kai-Martin Knaak um eine alternative Lösung zu finden (knaak@iqo.uni-hannover.de).

2. Schaltplan, Pseudocode und Unsicherheiten

Skizzieren Sie einen Aufbau, mit dem Sie ihre Messung durchführen möchten. Da der Ardunio letztlich elektrische Spannungen misst, sollte ihre Skizze die Form eines Schaltplans haben.

Entwerfen Sie ein Programm für den Arduino, mit dem Sie Ihre Messung durchführen werden. Verwenden Sie Pseudocode, um den Ablauf ohne Bindung an eine konkrete Programmiersprache deutlich zu machen.

Welche Fehlerquellen erwarten Sie für ihre Messung? Schätzen Sie ab, in welcher Größenordnung die Unsicherheit ihrer Messergebnisse liegen wird. Berücksichtigen Sie dabei die Auflösung des A/D-Wandlers des Arduinos.

3. Vorstellung des Vorhabens

Am Praktikumsnachmittag, ab 14:00 Uhr stellen Sie Ihren Kommilitonen Ihr Messvorhaben in einer kurzen Präsentation vor. Für Skizzen und Stichworte steht Ihnen ein Smartboard oder ein Flip-Chart zur Verfügung.

Notieren Sie auf der Tafel ihre Gruppennummer und ihre Themenwahl.

Schreiben Sie das Messvorhaben ausformuliert an die Tafel.

Erklären Sie, wie der von Ihnen geplante Messaufbau funktioniert.

Geben Sie an, welche physikalische Größe Sie messen werden.

Geben Sie an, welche Einheit die physikalische Größe hat.

Geben Sie einen Wertebereich an, in dem Sie das Ergebnis ihrer Messung erwarten.

Die Präsentation sollte nicht länger als etwa 4 Minuten sein – also wirklich kurz.

4. Messkampagne

Zwischen etwa 14:45 Uhr und 18:00 Uhr haben Sie Gelegenheit, ihren Messaufbau zu erstellen, den Arduno zu programmieren und Messungen durchzuführen.

4.1 Digitales Aufwärmen

Überzeugen Sie sich davon, dass die digitale Seite Ihres Aufbaus funktioniert, indem Sie die LED des Arduinos blinken lassen.

4.2 Programmieren und Messen

Erstellen Sie das von Ihnen skizzierte Messprogramm. Nehmen Sie einen oder mehr Datensätze auf. Speichern Sie die Messergebnisse auf einem USB-Stick.

4.3. Prüfen und Bestätigen

Suchen Sie sich im Katalog der Komponenten eine bereits vermessene Eigenschaft aus.2) Das ist natürlich erst möglich, wenn das Semester so weit fortgeschritten ist, dass Versuchsberichte zum M-Pool abgegeben wurden Überprüfen Sie die dort angegebenen Werte mit einer eigenen Messung. Diese Überprüfungen dienen der Qualitätskontrolle der “Datenblätter”, die im Laufe der Zeit im Katalog entstehen werden.

6. Bericht

Eine Woche nach dem Versuchsnachmittag geben Sie in ILIAS einen Versuchsbericht ab. Dabei ist es noch wichtiger als bei Berichten zu “normalen” Versuchen, dass der Text für sich stehend verständlich ist. Denn beim E-Pool sind die Themen so offen formuliert, dass sich die Inhalte von Gruppe zu Gruppe deutlich unterscheiden.

Zu allen Themen

Elektrische Schaltungen brauchen üblicherweise eine gemeinsame Masse, auf das sich Signale beziehen. Ein Bereich, der ausdrücklich für die Masse reserviert ist, macht Ihren Aufbau übersichtlich (“Masseschiene”).

Messgeräte messen in Bezug auf ein Referenzpotential. Wenn ihr Eingang eine Schirmung hat, dann dient das Potential der Schirmung als Bezug. Es ist fast immer sinnvoll, die Schirmung mit der Masse der Schaltung zusammenzulegen.

In gleicher Weise bezieht sich der Ausgang von Spannungsquellen auf ein Referenzpotential. Das gilt für Funktionsgeneratoren genauso wie für Netzgeräte.

Bei unseren BNC-zu-Banane-Adaptern ist der Anschluss mit dem Fähnchen und der schwarzen Buchse verbunden mit der Schirmung.

Eingänge von integrierten Schaltungen (Opamps, Logik-Gatter) brauchen für korrekte Funktion jederzeit ein klar definiertes Spannungsniveau.

Für Signale, die von der Zeit abhängen, ist meist ein Oszilloskop das beste Messgerät.

Für Signale, die sich nicht schnell wiederholen, ist ein Speicheroszilloskop überlegen gegenüber einem Analog-Oszilloskop.

Unsere Speicheroszilloskope können Ergebnisse auf USB-Stick speichern. Als Format für die Speicherung empfiehlt sich “CSV”, nicht die Standardeinstellung “Waveform”. Es gibt Leih-USB-Sticks. Die Rückgabe erfolgt mit der Abgabe des Versuchsberichts.

Objekte und Eigenschaften

Gleiche Richter

Dioden eignen sich, um aus einer das Vorzeichen wechselnden Wechselspannung eine ständig positive Spannung zu machen.

Vorbereitung: Simulieren Sie Ihre Schaltungen mit LTspice.

zum Aufwärmen: Gleichrichtung eines Signals mit einer einzelnen Diode.

aufgewärmt: Gleichrichtung eines Signals mit einem Brückengleichrichter

voll in Schwung: aktiver Gleichrichter mit zwei Opamps (siehe Seite 17 des Datenblatts von MCP6271)

Bereits beanwortete Messfragen

“Totzeit” zwischen zwei positiven Peaks bei dem einfachen Diodengleichrichter.

Wie groß ist der Gleichwert einer Gleichrichterbrücke mit Glättungskondensator?

Joker

Sie haben eine Idee für einen Aufbau, der sich mit den Mitteln des E-Pools umsetzen lässt?

Im SS 22 gezogene Joker

(noch keiner)

Themenwahl

Wieso, Weshalb, Warum?

Hintergründe