Beschreibung der Sensoren

Der Rundlauf hat fünf Sensoren:

1. Sensor für die Schleppkraft,
2. Sensor für den Fliehraftwinkel,
3. Sensor für den Drehwinkel,
4. Sensor für den Schlagwinkel und
5. Sensor für die Umlaufposition.

Sensor	Typ	Kenndaten	Bezeichnung
Schleppkraft	Präzisionswinkelpotentiometer	5 kOhm - Drehpotentiometer	Winkel ("gamma")
Fliehkraftwinkel	Präzisionswinkelpotentiometer	5 kOhm - Drehpotentiometer	Winkel ("beta")
Drehwinkel	Feldplattenpotentiometer	15 kOhm - Inklinometer	Winkel ("alpha")
Schlagwinkel	Feldplattenpotentiometer	15 kOhm - Inklinometer	Winkel ("theta")
Umlaufposition	Gabellichtschranke	180 Striche/Umfang	Winkel ("phi")

1. Sensor für die Schleppkraft
 

Sensor Schleppkraft	Aufsicht auf die Messanordnung

Die Auslenkung des Schleppkraftsensors ist konstruktionsbedingt nicht groß: Zwischen minimaler und maximaler Auslenkung ist ein Spannungsunterschied von ungefähr 0.5 V. Die Position des Winkelpotentiometers kann so justiert werden, dass bei minimalem Ausschlag gerade 0 Volt angezeigt werden. Je nach Kraftmesser ist die Spannung entsprechen umzurechnen, um die Schleppkraft zu erhalten. Das nachfolgende Diagramm zeigt eine typische Eichkurve, bei der der Sensor nicht zuvor auf den Nullpunkt gestellt worden ist. Die Eichung ist für den Krafmesser 5 Newton durchgeführt. Die blauen Punkte sind die gemessenen Daten. Man erkennt, dass der Verlauf praktisch linear ist:
 

2. Sensor für den Fliehkraftwinkel
 

Sensor Fliehkraftwinkel	Position des Sensors

Der Sensor für den Fliehkraftwinkel zeigt die Position des äußeren Auslegers an. Die nachfolgende Grafik zeigt die eingeführte Definition, bei der der Winkel   für die horizontale Lage 0 Grad beträgt und 90 Grad für die vertikale Position. Leztere ist die Ruheposition.
 

Im linken, oberen Teil des Diagramms Messung des Fliehkraftwinkels wird das Ablesen des zugehörigen Winkels an einem Beispiel demonstriert. Die schwarze Einer-Skala mit den Zahlen 0, 2, 4, 6, 8, 10 (von rechts nach links) gibt an der Schnittstelle mit der farbigen Zehner-Skala den genauen Winkel an, der zu dem darüber liegenden Zehnerbereich gehört. Wird der Fliehkraftwinkel kleiner (höhere Bahngeschwindigkeit), dann bewegt sich die farbige Zehner-Skala nach unten gegenüber der Einer-Skala.
 

Die kleine Grafik unten links zeigt die empfohlenen Bezeichnungen an: Innerer Ausleger R_i, Gelenkkopf Gk, Äußerer Ausleger R_a, Abstand R des Modells m von der Drehachse sowie die drei Kräfte Schwerkraft F_G, Zentrifugalkraft F_Z und Auftriebskraft F_A.
Das rechte Diagramm zeigt den Zusammenhang zwischen Fliehkraftwinkel und Bahngeschwindigkeit, wenn keine zusätzlich Auftriebskraft wirkt. Mit Auftrieb kann natürlich der Äußere Ausleger schon bei mäßigen Geschwindigkeiten eine horizontale Position einnehmen.

Das nachfolgende Diagramm zeigt eine Eichkurve für den Fliehkraftwinkel. Die blauen Punkte sind die gemessenen Daten.  Die Kurve ist im gesamten Bereich linear, aber sie trifft im vorliegenden Beispiel nicht die Skala bei 90 Grad. Der Fehler beträgt ungefähr 4 Grad. Ursache dieses Fehlers ist die Elastizität der Auslegers. Die Verformung, d.h. die Durchbiegung des Inneren Auslegers, hängt vom Modellgewicht ab. Jedes Gewicht verlangt prinzipiell eine genaue Überprüfung, ob der Ausleger genau horizontal ist. Dann ist im Ruhezustand der Winkel zwischen Innerem und Äußerem Ausleger genau 90 Grad. Dieser Winkel ist 180°-.  Hängt der Innere Ausleger geringfügig durch, dann ist dieser komplementäre Winkel 180°-größer als 90°.
Wird nun der Rundlauf bewegt, so verändert sich durch die zunnehmende Fliehkraft der Kraftvektor des Äußeren Auslegers mit dem Modell. Angriffspunkt dieser Kraft ist der Gelenkkopf.
 

3. Sensor für den Drehwinkel
 

Position des Drehwinkels	Eichung des Drehwinkels

Der Sensor ist ein Feldplattenpotentiometer, das als Inklinometer gebaut ist. Die Ausführung ist besonders leicht und wiegt nur etwa 3.5 g. Das technische Datenblatt zeigt, dass der Sensor in der mittlern Ruhelage auch die Hälfte der angelegten Spannung anzeigt, nämlich 2.5 Volt.  Die Veränderung der Spannung mit dem Winkel laut Datenblatt ist eine erste Näherung, die mit einer Eichscheibe überprüft werden sollte. Die nachfolgende Grafik zeigt die Genauigkeit, die sich an der Flügelspitze erreichen lässt:
 

4. Sensor für den Schlagwinkel
 

Position des Schlagwinkels	Eichung des Schlagwinkels

Der Sensor ist wie der Sensor der Drehbewegung ein Feldplattenpotentiometer, das als Inklinometer gebaut ist. Die Ausführung ist besonders leicht und wiegt nur etwa 3.5 g. Das technische Datenblatt zeigt, dass der Sensor in der mittlern Ruhelage auch die Hälfte der angelegten Spannung anzeigt, nämlich 2.5 Volt.  Die Veränderung der Spannung mit dem Winkel laut Datenblatt ist eine erste Näherung, die mit einer Eichscheibe überprüft werden sollte. Die nachfolgende Grafik zeigt die Genauigkeit, die sich an der Flügelwurzel erreichen lässt:
 

Der Vergleich mit der Grafik für den Drehsensor zeigt auch, dass die relative Empfindlichkeit (Differenz Winkel)/(Differenz Volt), der  Koeffizient a1, bei den beiden Sensoren keinesweg gleich ist.
Eichen der Sensoren: Die Eichung der Sensoren geschieht in der Weise, dass die Verdrehung beim Schlag- und Drehwinkel mit einem längeren Eichzeiger auf einer Eichscheibe angzeigt wird.  Das Zentrum der Winkelskala befindet sich im Drehzentrum der  jeweiligen Bewegung, wie dies auch die voran stehenden Bilder zeigen. Als Zeiger kann zum Beispiel ein längerer viereckiger Aluminiumstift dienen, der am Sensor in den kleinen Noppen fixiert wird, die sich auf Seite mit den Anschlüssen befinden. Die Seite des Zeigers zur Eichscheibe hin wird als Spitze ausgeformt, so das man den jeweiligen Winkel gut ablesen kann. Die Eichscheibe muss mit einem weiteren Stativ in der Messposition gehalten werden.
 

Sensor mit Eichzeiger	Noppen für Zeiger

5. Sensor für die Umlaufposition

Der Sensor für die Umlaufposition ist oberhalb der Schleifringe an der Zentraleinheit eingebaut. Unter einer Gabellichtschranke wird eine Strichscheibe mit 180 Strichen bewegt. Die Strichscheibe ist fest mit dem drehbaren Halter des Ausleger an der Zentraleinheit verbunden. Die Signale der Lichtschranke werden noch einmal verstärkt und ergeben pro Umlauf eine Impulsfolge von 180 Impulsen. Das nachfolgende Beispiel ist mit der Datenerfassung eines PCs aufgenommen worden (DAQ Card 700 von National Instruments zusammen mit der Software Labview). Die weitere numerische Auswertung kann mit der Software Microsoft Excel vorgenommen werden. Die Grafik zeigt die Daten für den Anfahrvorgang des künstlichen Vogels. In den ersten 10 Sekunden sind etwa 26/360 des Umfangs zurückgelegt worden:
 

Sensor Umlaufposition (K09)

Letzte Änderung: 24. August 2007