Über das Arbeiten mit der Experimentierwippe in Verbindung mit dem CASSY-LAB

1.2.2 Über das Arbeiten mit der Experimentierwippe in Verbindung mit dem CASSY-LAB

Meßparameter: Intervall = 1 ms; Meßzeit = 5s

Mit Integratorbox

Die Experimentierwippe wird an das SENSOR - oder das POCKET-CASSY über die Integratorbox (Höhne - Meßtechnik) angeschlossen. 1 V am Ausgang dieser Box entsprechen der Ladung 1 µA·s oder dem Spannungsstoß 10 mV·s.

Mit dem CASSY-LAB können zur Integratorbox die Messbereiche ±1000 mV, ± 300 mV, ±100 mV, ± 30 mV, ± 10 mV ± 3 mV gewählt werden.

Die Kapazität des in der Integratorbox vorhandenen Kondensators ist 1 µF, der Ladewiderstand beträgt 10 kΩ. Wird eine geringere Empfindlichkeit gewünscht, dann muss der roten Eingangsbuche ein passender Widerstand vorgeschaltet werden.

Vor einer Messung mit der Integratorbox sollte der Kondensator des Integrators durch Herunterdrücken des an der Box sichtbaren Tasters entladen werden.

Zur Arbeit mit dem Programm CASSY- LAB in Verbindung mit der Wippe ist folgendes zu sagen:

Die Experimentierwippe hat eine Eigenschwingungszeit von ca. 100 ms . Wenn es nicht erwünscht ist, dass diese Eigenschwingungen am Diagramm erkennbar sind, dann sollte das CASSY-LAB-PROGRAMM auf Mittelwertbildung eingestellt werden.Dies und die Kalibrierung der Wippe geschieht wie folgt:

1. Werkzeuge anklicken

2. Parameter/Formeln/FFT

3. Neue Größe (f₁)

4. Formeln (Beispiel: UA1*69/400), von - 35 bis 35 und die Einheit cm eintragen

69/400 ist ein Kalibrierfaktor - 400mV entsprechen einer Verschiebung einer 65g-Kugel um 69 cm. Zur Kalibrierung wird die Kugel zunächst auf die Nut der vorderen, und dann auf die der hinteren Rahmenleiste gelegt und die Spannungsänderung z.B. 400 mV bestimmt. Der Abstand der beiden Nuten ist 69 cm.

5. Neue Größe (f₂)

6. Mittelwert über 100 ms von f₁

7. Von - 35 bis 35 und die Einheit cm für den Messbereich eintragen

8. Rechtsklick über dem Diagrammfenster

9. Achsenbelegung ändern

10.y-Achse, nur f₂

Bei schnell ablaufenden Vorgängen sollte die Mittelungszeit kleiner gewählt werden, damit das Diagramm nicht eckig ausfällt.

Die einmal durchgeführte Einstellung sollte in einer *.LAB-Datei gespeichert werden. Bei dem Aufruf einer solchen Datei wird die in der Datei registrierte Einstellung vorgenommen.

Wird diese Datei angeklickt. Dann wird das Programm CASSY-LAB (es muss installiert sein) mit den angegebenen Einstellungen aufgerufen.

Dämpfungsfett an der Wippe wirkt sich etwas auf die Empfindlichkeit aus. Man sollte sich deshalb auf wenig Fett beschränken.

Zum Auswerten der mit dem CASSY-LAB-PROGRAMM erhaltenen Diagramme ist das Programm „Mathe-Physik“ gut geeignet. Die Messwerte des CASSY-LAB-PROGRAMMS können problemlos in die Tabellenfenster von „Mathe-Physik“ geschrieben werden.

Dies geschieht mit "Mathe. - Rechnen, Funktionen, Tabellenkalkulation_Tabelle I_Datei_Tabelle (txt-Datei) aus dem Cassyprogramm laden " .

Zuvor muss eine solche Tabelle im Cassy_Lab.-Programm als txt-Datei gespeichert worden sein. Eine übernommene Tabelle kann leicht graphisch dargestellt werden. Über die Tabelle wird der Befehl _a;b geschrieben und doppelt angeklickt ( Bildschirmmaße festlegen !). Hiernach erscheint das gewünschte Diagramm, aus dem mit "Diagrammausschnitt" ein vergrößerter Ausschnitt gebildet werden kann. Eine sofortige Integration ist mit "Mathe.-Integralfunktion" möglich. Sehr viele Auswertemöglichkeiten sind mit diesem Programm gegeben.

Ohne Integratorbox

Hier muss darauf hingewiesen werden, dass beim Arbeiten mit numerischer Integration nur die Verschiebung während der Aufnahme eines Diagramms erfasst wird, da zu Beginn jeder Messung das Integral auf den Wert 0 gesetzt wird. Bei Verwendung einer Integratorbox werden Abstände zu einem bestimmten Bezugspunkt gemessen. Dieser wird ausgewählt, indem man das Experimentierobjekt zu ihm hin schiebt und dann die Nulltaste drückt. Eine Abstandsmessung ist z.B. dann angebracht, wenn Schwingungsdiagramme aufgenommen werden sollen.

Da der AD-Wandler auch bei der Induktionsspannung 0 einen sehr kleinen Wert zum Rechner überträgt, muss zum Ausgangswert des Wandlers fast immer ein kleiner Wert ε ( negativ oder positiv) zur Kompensation hinzuaddiert werden.

Zur Experimentierwippe wird folgende Einstellung empfohlen:

1. Messbereich ± 100 mV

2. Parameter/Formeln/FFT

3. Neue Größe f₁, Formeln

4. Zunächst nur UA1 + 0,1 eintragen (0,1 steht für ε, eine genaue Korrektur kann erst später erfolgen).

5. Neue Größe f₂ , zeitliches Integral von f₁, Einheit cm, - 10 bis 60, Dezimalstellen 2. Nun wird der unter 4. eingetragene Summand ε solange geändert, bis das von f₂bei der Quellenspannung 0 angezeigte Signal konstant bleibt.

6. Ein Experimentierobjekt z.B. eine Kugel wird um eine bestimmte Strecke auf der Wippe verschoben und die zugehörende Anzeige von f₂ bestimmt. Wird bei einer Verschiebung um 69 cm die Anzeige von f₂ um 26,8 Einheiten geändert, dann wird die in f₁ eingetragene Summe mit 69/26,8 multipliziert. Folgende Formel ist möglich: (UA1+0,13)*69/26,8

7. Neue Größe f₃, Mittelwert über 100 ms von f₂

8. Rechtsklick über dem Diagrammfenster

9. Achsenbelegung ändern

10. y-Achse, nur f₃

Achtung beim Kalibrieren !

Beim Aufsetzen oder Abnehmen eines Gegenstandes kann die Spannung über 100 mV ( Messbereich) hinausgehen. In diesem Fall wird U falsch integriert.

ANMERKUNG:

Der Verfasser verwendet statt einer CASSY-Verstärkerbox den in Abb. 1 sichtbaren 15-poligen Stecker. Er wird vom CASSY-LAB als Verstärkerbox mit den Messbereichen ±1000 mV, ± 300 mV, ±100 mV, ± 30 mV, ± 10 mV ± 3 mV angezeigt. Die Leybold- Box mit den genannten Messbereichen ist nur ein Impedanzwandler. Mit dem Stecker hat man einen niederohmigen (10 kΩ) Zugang zu dem CASSY-Verstärker. Die am Stecker sichtbaren Dioden sind Schottkydioden, die zum Schutz des CASSYs die Eingangspannung auf 0,3 V begrenzen (Schottkydioden Bar 28 bei Reichel ca. 0,2 E/Stück).

Abb. 1