Grundlagen

Seit PAKMA 2002 besteht die Möglichkeit, mit der seriellen Schnittstelle Messungen durchzuführen. Die Messwerte werden direkt von den Messgeräten übernommen, die PAKMA-Interface-Box ist hierfür nicht nötig.

Zunächst müssen die verwendeten Geräte in PAKMA angemeldet werden. Im Menüpunkt „Eingaben“ kann unter „Serielle Geräte definieren...“ eine Liste der verwendeten Messgeräte angelegt werden. Diese Liste wurde bereits in Abschnitt 3.4.3 vorgestellt.

Mit wird ein neues Gerät angemeldet, dazu werden Geräte- und Schnittstelleneinstellungen mit dem Formular aus Abb. 4.22 abgefragt, die der Herstellerdokumentation zu entnehmen sind.

Messbefehle im PAKMA - Kernprogramm

1. Schritt : Wahl des Messtyps

Zunächst muss der Messtyp gewählt werden.
Die Auswahl des Messtyps im Kernprogramm erfolgt über den Befehl

Seriell(comport,'Gerätename')

Dabei müssen Sie mit comport die Nummer des COM-Ports angeben, an der Sie das Messgerät angeschlossen haben, z.B. 2 falls Sie das Messgerät an COM 2 des Computers betreiben. Nähere Informationen hierzu lesen Sie in der Hardwarebeschreibung Ihres PC nach. Als Gerätename müssen Sie den Aliasname aus der Liste der verwendeten Messgeräte (Abschnitt 3.4.3) eintragen, also z.B. 'Waage1'.

2. Schritt : Messwerte erfassen

Um eine Messdatenablage zu wählen gibt es den Befehl

Vorb_Seriell(comport,Ablage)

mit dem Sie aus 8 Ablagen wählen können.
So können Sie, falls Sie mit mehreren seriellen Messgeräte gleichzeitig messen wollen, die Messwerte in verschiedenen Ablagen speichern.

Die Aufnahme eines Messwerts und die Zuweisung zu einer Kernprogrammvariable erfolgt über den Befehl

mes_w_seriell(comport) 

Hinweis : Der Befehl 'mes' entfällt hier, ebenso 's_folg(..)' , da die Messintervalle nicht durch die Interface-Box vorgegeben werden.

Messen über ein VisEdit - Wirkungsgefüge

Abb.4.23 serielles Gerät in VisEdit einfügen

Um in VisEdit eine Messung über die serielle Schnittstelle einzufügen, wählen Sie im Eigenschaftsdialog des Messymbols unter dem Punkt "Sonstiges" den Typ "Messen mit der seriellen Schnittstelle" so wie dies in Abb.4.23 zu sehen ist. Anschließend müssen Sie wählen an welchem COM-Port Sie das Gerät betreiben. Um auf beide Mauskomponenten in ihrem VisEdit-Wirkungsgefüge zugreifen zu können müssen Sie für jeden COM-Port ein eigenes Messsymbol verwenden.

Beispiele

Messen mit einem seriellen Gerät : typisches Kernprogramm

Ein typisches Kernprogramm für die Messung einer Spannung mit dem Multimeter ME-32 am COM-Port 1 lautet dann folgendermaßen:

 
 Seriell(1,'Multimeter');	// An COM 1 angeschlossenes Mutimeter anmelden 
 Vorb_Seriell(1,3);	// Messdatenablage von COM 1 in Messdatenablage Nr. 3 
  repeat
   U:=mes_w_seriell(1);	// Messwertabfrage und Zuweisung 
   ausgabe(U); 
   Schleifenzeit(2);	// Messwertablesung alle 2 Sekunden
 until taste='e'; 	// Ende der Messung mit Tastendruck 'e'

Messung mit zwei seriellen Geräten : Spannungswaage

Es können auch zwei Messgeräte gleichzeitig über die seriellen Schnittstellen abgefragt werden. Beide Geräte müssen dazu durch den Befehl Seriell(comport,'Gerätename') aufgerufen werden. Es ist darauf zu achten beiden Geräten verschiedene Messdatenablagen zuzuweisen.

Abb.4.24a Versuchsanordnung zur Spannungswaage (Quelle : siehe Anhang);

Abb.4.24b Kondensatorring mit Abstandhaltern (Quelle : siehe Anhang);

Eine zweigeteilte Kondensatorplatte wird isoliert auf eine elektronische Analysenwaage gelegt und der äußere Ring mit Hilfe von Unterleghölzer auf eine Höhe mit der kreisförmigen Platte gebracht und mit einem sehr dünnen Drähtchen leitend mit dieser verbunden. Danach wird die obere Platte auf drei Abstandshalter mit 2 mm Dicke gelegt, die auf dem äußeren Kondensatorring liegen.
Die Analysenwaage wird an die serielle Schnittstelle COM 2 des Rechners angeschlossen.

Hinweis : Die im Versuch verwendete Waage "Sartorius L 420 P wird mit einem seriellen Schnittstellenkabel an den COM-Port des Computers angeschlossen. Dabei ist die Steckerbelegung am Schnittstellenkabel beachten. Beachten Sie dazu den jeweiligen Steckerbelegungsplan des Herstellers.

Die Kondensatorplatten werden über den Spannungsteiler mit der Hochspannungsquelle verbunden, wobei die angelegte Spannung über die Spannungsteilerschaltung mit dem digitalen Multimeter (Anschluss an COM 1 des Rechners) in den Rechner eingelesen wird. Vor der Messung wurde der genaue Umrechnungsfaktor für die Spannungsteilerschaltung mit einer Messreihe bestimmt und im Kernprogramm des zugehörigen PAKMA-Projektes berücksichtigt (U_faktor). In unserem Beispiel wurde eine Spannungsteilerschaltung von 1 M zu 9,6 M verwendet.
Die Kraft zwischen den Kondensatorplatten bei einem homogenen E-Feld zwischen den Platten wächst theoretisch linear mit dem Quadrat der zwischen den Platten angelegten Spannung. Daher soll zusätzlich zum u-F-Graphen auch noch der u²-F-Graph ausgegeben werden.
Die Messwerte werden jeweils durch Klicken auf die Ablauftaste aufgenommen.
Uns kommt es hier vorallem auf die Messbefehle im Kernprogramm an. Im Initialisierungsteil werden die beiden seriellen Messtypen mit dem Befehl Seriell(comport,'Aliasname') deklariert. Im Ausgabeteil, d.h. innerhalb der 'repeat ... until' - Schleife, werden aktuelle Messwerte durch den Befehl mes_w_seriell(comport) aufgenommen und an die Kernprogrammvariablen übergeben. Die Übernahme der Messwerte soll "auf Knopfdruck" durch Drücken der Ablauftaste vorgenommen werden (zur Programmsteuerung mit Ablauftaste siehe Abschnitt 3.1.5 Kernprogrammerweiterung ). Dadurch ergeben sich deutlich bessere Graphen im Vergleich zur zeitgesteuerten Messwerterfassung, da mehr Zeit zum Einstellen des Messwerts zur Verfügung steht.

 
Seriell (1,'Waage1');
Seriell (2,'Multimeter');
n:=0;
U_faktor:=0.104;    ;//Umrechnungsfaktor (Spannungsteilerschaltung)
                    ;//für gemessene Spannung in kV
      n:=0;
      U:=0; F:=0; U_2:=0;
repeat
 if ablauf_an=1 then 
    begin
      n:=n+1;
      m:=-mes_w_Seriell (1) // Messwert der Waage erfassen
      f:=m*9.81*0.001;
      U:=mes_w_Seriell (2)*U_faktor;// Messung der Spannung am Multimeter
      U_2:=U*U;  // u² Berechnen
      Ablauf_ruecksetzen;
     end;
    ausgabe (U, F, U_2, n,m);
  until n>=18; // 18 Messwerte werden aufgenommen

Spannungswaage.prj


Abb.4.25 zeigt die Ausgabe des Projekts.

Abb.4.25 Ausgabe

Hinweis : Mehr zum Thema "Spannungswaage" finden Sie in von D. Heuer und dem PAKMA-Projekte-Team erstellten : PAKMA 2000 Physik interaktiv simulieren, messen, reproduzieren, modellieren und analysieren mit detaillierten Schüleranleitungen und Aufgaben, CD incl. PAKMA- System Ver.4.6 und PAKMA-Anleitung, zum Lösungsheft Dorn-Bader, Physik Gymnasium 12/13 Schroedel-Verlag, 2001, ISBN 3-507-10732-5