Wie schon im
Abschnitt 4.1.1 ausgeführt gibt es zwei unterschiedliche
Möglichkeiten im PAKMA Programme mit Messaufgaben zu erstellen. Entweder man gibt das
Kernprogramm mit den Messbefehlen selbst ein, oder aber man misst über ein VisEdit-Wirkungsgefüge
und lässt sich das Kernprogramm automatisch von VisEdit erzeugen.
Das Messen über ein VisEdit-Wirkungsgefüge
wird im nächsten
Abschnitt 4.2.4 beschrieben.
Die Messbefehle im PAKMA-Kernprogramm zur Messung mit der PAKMA-Box und zur Messung mit dem
Sensor Cassy sind völlig analog. Daher sind die folgenden Ausführungen für beide
Messboxen gültig.
Zunächst werden einige Messbefehle von PAKMA charakterisiert
Prinzipiell kann man die Messbefehle von PAKMA in die beiden Gruppen
Messtypen und
Messschritte einteilen.
Mit PAKMA-Messtypen wird der Rechner auf das Messen einer bestimmten Art von Messungen eingestellt.
In jedem Fall muss, bevor eine Messung erfolgen kann, ein solcher Messtyp
im Kernprogramm festgelegt werden.
Ein einmal aufgerufener Messtyp bleibt so lange aktuell,
(d. h. die folgenden Messschritte beziehen sich
auf diesen Messtyp) bis er durch einen neu aufgerufenen Messtyp abgelöst wird.
Die Ausführungen in diesem Kapitel werden sich auf die beiden Messtypen
beschränken, da sich viele Messungwerte der Physik mit Hilfe von Impulsen oder Spannungen darstellen
lassen, man denke z.B. an die Temperaturmessung, die mit Hilfe eines NTC auf eine Spannungsmessung
zurückgeführt wird, ebenso die Messung von Geschwindigkeiten, die auf die Messgröße Impulse/Zeiteinheit
zurückgeführt werden, oder aber an Ort-Messung mit einem Sonarmeter, die ebenfalls auf die
Messgröße Impulszählung zurückgeführt wird.
Der zugehörige PAKMA-Messtyp lautet:
zählen
Mit dem Messtyp
zählen werden Impulse innerhalb eines Zeitintervalls dt gezählt.
Diese Impulszahl kann dann, wie gewünscht, weiterverarbeitet werden.
Beispielsweise kann man die Gesamtimpulszahl seit Beginn einer Messung ermitteln,
indem man die Impulszahlen, die in den einzelnen Zeitintervallen gemessen wurden,
durch entsprechende Anweisungen im Kernprogramm aufsummiert.
Ein Anwendungsgebiet des Messtyps zählen ist das Ausmessen von Wegen bzw. Entfernungen.
Dies kann realisiert werden, indem pro zurückgelegter Einheitslänge auf geeignete
Weise ein Impuls erzeugt wird z B. mit einer Lichtschranke.
Mit einer Doppelgabellichtschranke kann auch eine Vor-rückwärts-Bewegung erfasst werden.
Die Zählimpulse, die die Rückwärtsbewegung erfassen, werden dann als zweite Zählrate intern mitgemessen.
Mit dem Befehl
vor_rück
werden die Anzahl der Impulse, welch ein einem Zeitintervall dt registriert wurden, vorzeichengerecht
addiert.
Multipliziert man dann die Anzahl der Impulse mit der Einheitslänge, so erhält man den während
dieses Zeitintervalls zurückgelegten Weg. Ein Anwendungsbeispiel hierfür ist die
Aufnahme der
Ort-Zeit-Kurve des Federschwingers mit dem Zählrad.
Ein weiteres Beispiel ist die Ortsmessung mit einem Sonarmeter. Im Gegensatz zum Sensor-CASSY
besitzt die PAKMA-Box einen extra Eingang zum Anschluss eines Sonarmeters. Die Messung
über diesen Eingang wird in PAKMA durch den Befehl
Sonarmeter(Kanal)
vorbereitet. Die Verwendung eines Sonarmeters wird am Beispiel
Aufnahme der Ort-Zeit-Kurve des Federschwingers mit dem Sonarmeter
gezeigt.
Der zugehörige PAKMA-Befehl lautet:
u_meter
Mit Hilfe dieses Messtyps können Spannungen gemessen werden.
Die maximalen Werte, die dabei vom Rechner mit Hilfe der PAKMAbox erfasst werden können, sind ±10 Volt.
Demzufolge müssen, wenn nötig, die aufzunehmenden Spannungen über eine Spannungsteilerschaltung
so verkleinert werden, dass sie vom Rechner gemessen werden können.
Als Meßbereiche stehen bei der PAKMA-Box ±10V, ±1V, ±0,1V sowie ±0,01V zur Verfügung.
Beim Sensor CASSY kommen als Messbereiche ±30V, ±10V, ±3V, ±1V, ±0,3V sowie ±0,1V in Frage.
Vorsicht : Betreiben Sie die Messboxen nur innerhalb des vom Hersteller angegebenen zulässigen
Spannungsbereich!
Mit dem Messtyp u_meter kann gleichzeitig auf bis zu 16 Kanälen gemessen werden.
Ein Beispiel für den mehrkanaligen Einsatz des Messtyps u_meter ist die Untersuchung von
Auf- und Entladevorgängen am Kondensator.
Nachdem ein bestimmter Messtyp festgelegt wurde, wird die Messung durch die Angabe sogenannter
Messschritte gesteuert und durchgeführt. Erst durch diese Messschritte wird der Messvorgang ermöglicht.
Messschritte können prinzipiell erst dann ausgeführt werden, wenn zuvor ein Messtyp aufgerufen wurde.
Alle folgenden Messschritt-Befehle beziehen sich dann auf diesen Messtyp.
Wir werden oft verwendete Messschritte kurz erläutern.
Die Messschritte von PAKMA sind einfach zu erlernen,
da sie im Wesentlichen den Handlungen entsprechen,
welche bei manuell durchgeführten Messungen auszuführen sind.
Bei einigen Messschrittbefehlen müssen zusätzliche Parameter angegeben werden,
dies wird bei den entsprechenden Befehlen näher erläutert.
Welche Messschritte zur Verfügung stehen, und in welcher Reihenfolge diese anzuwenden sind,
wird zusätzlich anhand von Beispielen verdeutlicht.
Bevor der eigentliche Messvorgang, der dem Ablesen eines Meßgerätes entspricht,
erfolgen kann, sind einige Vorbereitungen zu treffen.
Zuerst erfolgt das Vorbereiten des Messschritts
vorb(f);
Damit wird der Rechner auf das Aufnehmen einer neuen Messreihe vorbereitet.
Der zugehörige PAKMA-Befehl lautet vorb(f),
wobei als Parameter eine Feldvariable f angegeben werden muss, die angibt,
in welchem Feld die Messwerte gespeichert werden sollen.
Dies ist notwendig, um Messwerte gegebenenfalls später bei einer
Reproduktion wieder aus dem Speicher aufrufen zu können.
Es stehen dazu 16 einzelne Messdatenfelder zur Verfügung,
die mit 1, 2, ... durchnummeriert sind und dadurch voneinander unterschieden werden
können. Wenn Sie z.B. eine 3-Kanalige Spannungsmessung aufnehmen, werden diese intern zu
einem Block zusammengefasst, so dass eine neue zweite Messreihe mit vorb(2) aufzurufen ist
und nicht unter vorb(4). Trotzdem können nur insgesamt fünf Messreihen gespeichert
werden, da damit intern 15 Datenfelder (5x3 =15) belegt sind.
Nun legt man die äußere Form des Messablaufs durch den Befehl
s_folg('modus',zeitschritt)
die „Schrittfolge“ fest.
Mit diesem Befehl gibt man an, auf welche Art und Weise zwei Messungen nacheinander
durchgeführt werden sollen.
In den meisten Fällen bietet sich die zeitgesteuert intermittierende Messung an.
Der Typische Messbefehl lautet dann s_folg('i',dt).
Bei dieser Art der Schrittfolge wird bei Aufruf der Messung
vor dem „Ablesen“ des Messwertes so lange gewartet, bis ein vorgegebenes
Zeitintervall dt ab dem letzten Meßaufruf abgelaufen ist.
Genau dann wird die erneute Messung ausgeführt.
Dabei steht der erste Parameter 'i' für die durchzuführende
zeitgesteuert intermittierende Messung,
der zweite Parameter dt gibt das Zeitintervall zwischen zwei Messungen in Sekunden an.
Dieses Zeitintervall dt definiert man als Konstante zu Beginn des Kernprogramms.
Diese Art der Messung ermöglicht es, jeweils zwischen zwei Messungen
die Aufbereitung der Messwerte
(eventuell notwendige Berechnungen sowie die Darstellung der Ausgabegrößen in einem
Ausgaben-Fenster) zeitgetreu vorzunehmen.
Der Verlauf der Ausgabegrößen kann somit
parallel zum Versuchsablauf auf dem Bildschirm in Echtzeit beobachtet werden.
Die Alternativen modus=f für fortlaufende Messung, d.h. beim ersten Messaufruf werden
alle Messungen (normalerweise 256) durchgeführt und
anschließend verarbeitet und ausgegeben und modus=e
für Einzelmessungen d.h bei jedem Messaufruf wird eine Messung durchgeführt, werden in
Kapitel 5 näher beschrieben.
Falls eine einkanalige Messung mit dem aktuell aufgerufenen Messtyp durchgeführt wird
ist der Befehl
mes
zur Aufnahme eines Messwertes zu verwenden.
Der Messwert wird dann mit
v:=mes_w
an eine Variable v übergeben.
Bei einer Parallelmessung auf n Kanälen wird zur Messung der Befehl
mes_p(n)
verwendet, wobei n die Zahl der Kanäle angibt.
Mit dem Befehl
u_j:=mes_wp(j)
bei einer mehrkanaligen Messung wird der Messwert im Kanal j
aus der letzten Messung an die Variable u_j übergeben.