MIS I (Subject) / MIS I mündl. Prüfung (Lesson)

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• Störeinflüsse Einfärben Wirkung des Geschwindigkeitsgradienten Bewegung weg von der Wand in GSten
• Störeinflüsse Einfärben (6) Diffusität Folgevermögen Teilchenschlupf Brownsche Bewegung Schwerkraftwirkung Wirkung des Geschwindigkeitsgradienten
• Fehlinterpretation Anstrichbilder (2) Einleitungsposition Bezugssystem
• LDA Primärer genutzter Effekt Doppler-Effekt  
• Eigenschaften Laserlicht (5) stark gebündelt monochromatisch (eine Farbe, eine Wellenlänge) kohärent (ortsfeste, gleiche Frequenz und konstante Phase) Interferenz Linear polarisiert
• Kohärenzlänge? erlaubter Wegunterschied zweier Wellen um noch interferenzfähig zu sein. Sonnenlicht: 1μm HeNeLaser: 20 cm
• Zweistrahlverfahren 1 Laser 1 Strahlteiler, 2 Strahlen 1 Empfänger Partikel sendet 2 Streulichtfrequenzen, da verschiedene U-Komponenten in Laserrichtung Empfängerposition wurst, Winkel zwischen Lasern wichtig
• Messvolumen Interferenzmuster Partikel erzeugt Burst Freq entspicht DopplerDifferenzFrequenz Richtungsbestimmung durch bewegliche Interferenzstreifen (Shift-Frequenz) Shiftfrequenz muss von DDF abgezogen werden.  
• Erzeugung Shiftfrequenz Rotierende Scheibe (Gitter) oder Bragg-Zelle Dichteänderung durch Schall auf Kristall
• Empfänger Photomultiplier wandelt Licht in Spannung um. Photon schlägt auf Photokathodenschicht und löst Elektron. Elektronen durch Dynodenkette verstärkt --> Elektrodenstrom wächst.  
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• Streuungsarten dp<λ  Raleigh-Streuung dp=λ  Mie.Streuung dp>>λ  geometrische Optik
• Burstsignalqualität Einflussgrößen (3) Zentraler Flugweg durch Messvolumen Mie-Parameter (dp/λ , Brechungsindexverhältnis) Streurichtung (Mie-Streuung)
• Modulationstiefe Burst (Partikelgröße) Modulationstiefe nimmt mit zunehmender Partikelgröße ab.
• Wann ist einsatz von Histogrammen sinnvoll? Bei turbulenter Strömung und damit verschiedenen Geschwindigkeiten
• Dopplerdifferenzfrequenz 3 Bestimmungsmöglichkeiten FFT Fast Fourier Transformation Tracker Counter
• Fast Fourier Transformation Vorgehensweise Digitalisierung low-pass-filter Verstärker Spectrum mittels FFT erstellen
• Signalerfassung mit Tracker Vorgehensweise Vor- und Nachteil Bandpass-Filterung Vergleich zu spannungskontroliertem Ozi Bei Abweichungen Spannung am Ozi nachregeln Spannung ~ Dopplerdifferenzfrequenz +: für hohe Teilchenraten (sonst Regelkreisproblem) -: ungeeignet für hohe Geschw.-Schwankungen (langsame Regelung)
• Signalerfassung mit Counter Vorgehensweise Bandpass-Filter Zeitmessung zwischen Start u. Stop (trigger-freq) Dopplerdifferenzfrequenz = NST / Zeit  
• Signalerfassung Fehlerquellen (6) Geschw.-Biasing: mehr schnelle als langsame Teilchen; MW zu hoch Fringe bias: Streifenabstand; zu wenig Streifen passiert validation: Signallänge an Volumen und Geschwindigkeit anpassen velocity gradient: U-Gradient zu groß relativ zu Messvolumen Fehlerhaftes Messvolumen: falsch ausgerichtete Optik Astigmatismus: Abbildungsfehler in Optik bei Schrägeinfall
• Signalerfassung Koinzidenz bei mehreren Gesch.-Komponenten: checkt ob in allen Komponenten Burst gleichzeitig stattfindet. notwendig zum Bestimmen von Korelationen guter Filter gegen Rauschen
• Signalvalidierung über Amplitudenverhältnis von größter zur zweitgrößten.
• LDA 6 Vorteile Kalibrationsfrei Exakte Komponentenmessung Berührungsfreie Messung Temperaturunabhängigkeit sehr großer Messbereich Relativ genaues Verfahren Fehler <1%
• LDA 5 Nachteile Vorhandensein von Streupartikeln Vorrausetzung Medium optisch durchsichtig in geschl. Kanälen optisch hochwertige Fenster Messausrüstung teuer keine einstellbare Datenrate
• Aufbau Dantec-System Laser Transmitting Optics (Shift-Freq) Flow Receiving Optics (Photomultiplier) Signal Conditioner (Filter, Amplifter) Signal-processing (Spec-Analyser, Counter, Tracker) PC
• wahrer Wert (Formel) XW = X +- dX
• Gesamtfehler= systematische + zufällige Fehler
• Systematische Fehler (Eigenschaft+ 3 Beispiele) reproduzierbar unvollkommene Messverfahren defekte Messgeräte (Eich-/Justierfehler) vernachlässigte Umwelteinflüsse Korrektur der Messergebnisse möglich!
• Zufällige Fehler (Eigenschaft und 3 Beispiele) nicht reproduzierbar Ablesefehler, Ungeschicktheit regellos wirkende äußere Einflüsse (Erschütterungen) Reibung, toter Gang bei mechanischer Bewegung
• Schätzung Mittelwert x_schlange = 1/n Summe(xi) xi Messwerte 1<i<n
• Schwankungsanteil von geschätztem MW xi'_schlange = xi - x_schlange
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• Wahrer Mittelwert x_quer = limes( 1/n summe( xi ) )
• Schwankungsanteil vom wahren Mittelwert xi'_quer = xi - x_quer
• Standardabweichung D = RMS-Wert = sqrt( 1/n summe( xi'2 ) ) wenn wahrer MW bekannt.   Wenn wahrer MW nicht bekannt: sample standard deviation mit geschätztem Schwankungsanteil vom MW (xi'_schlange)
• Wahrscheinlichkeiten Gaussche Normalverteilung bei n->unendl. 95,4% im Intervall x_quer +- 2σ 68,3% im Intervall x_quer +- σ σ Standardabweichung (D)
• Gaussverteilung Zentraler Grenzwertsatz Ist Zufallsgröße Summe unendlich vieler unabhängiger Prozesse, so besitzt sie Gaussche Wahrscheinlichkeitsverteilung.
• Maße für Gaussverteilung (Formeln und Idealwerte) Schiefe (skewness): S = 1/(nD3) summe(xi'3)    norm: S = 0S<0: linksschief, Ausreißer nach links, Peak rechts S>0: rechtsschief, Ausreißer nach rechts, Peak links Kurtosis (flatness): K = 1/(nD4) summe(xi'4)    norm: K = 3K<3: flacher K>3: steiler
• Vertrauensbereich (Konfidenzintervall) Standardabweichung des Mittelwerts: σx = σ / sqrt(n) σ wahre std. Abweichung der Werte, schwer zu schätzen; n Anzahl der Werte   Besser: student-t-Verteilung (mit Tabelle ablesen)
• Gaussches Fehlerfortpflanzungsgesetz Größte Produkt aus Eingangsvarianz und Empfindlichkeit geht überproportional in den Gesamtfehler mit ein.
• Maßnahmen zur Verminderung von Fehlern allgemein, zufällig, systematisch mathematische Modellierung erst größte Eingangsfehler bearbeiten Dimensionslos Messen Lieber Änderungen in einem Versuch nachweisen, als in zwei Hohe Automatisierung zufällige Fehler: Alles konstant Halten (Umgebung, Geräte, Traversierrichtung) systematische Fehler: Kalibration vor-, während- und nach dem Versuch Vergleichsmessungen Korrekturverfahren wenn Fehler bekannt
• Vorgehensweise Gesamtfehlerabschätzung Guestimate: 20:1 Intervall für jede Eingangröße schätzen Fehlerfortpflanzungsrechnung für Std.-Abweichung Falls Zwischenergebnisse -> Wiederholen bis Endergebnis
• Druckmessung benötigte Utensilien Sonde Leitung Druckaufnehmer
• Pitotrohr Was wird gemessen? Formel? Einsatzbereich? Besonderheiten pg =  p0 + ρ/2 u02 Gesamtdrucksonde bis Ma = 0,2 Staupunkt und Bohrung sollen zusammen fallen -> Kopfform
• Statiksonden 3 Arten "Normal" Sersche Scheine Wandruckbohrung Fehler bei Anbringung an falscher Stelle, Dreck, Kanten, Phasen
• Prandtl-Rohr Differenzdrucksonde u2 = 2/ρ (pges- pstat)
• Messfehler beim Druckmessen mittels Sonden Verdrängung der Sonde Turbulenzgrad (Trägheit: liefert nur MW) Differenzdruck = ρ/2 u2 [ 1+ Tux2] -> Gemessene Druckdifferenz wird um Tux2 überschätzt.
• Druckmessung mit Sonden Zähigkeitseinfluss Bernoulli nur für zähigkeitsfreie Strömungen -> Trägheitsterme >> Zähigkeitstermen  (Re > 400) Re = u D / nü --> Sondendurchmesser groß
• Einflüsse Druckmessung mit Sonden Gradienteneffekt Bei Scherströmungen zu hoher Messwert Besser 0,15 D außermittig messen.
• Richtungssonden Eigenschaften+Nachteile Gültigkeitskegel Muss kalibriert werden Betrag und Winkel Aufwendige Kalibrilation Invasiv (große Körper) Einfluss Tu-Grad
• Funktionsprinzip Flüssigkeitsmanometer U-Rohr Spiegelverschiebung an Sperrflüssigkeit (Nachjustieren mit Stellschraube)
• Elektronische Drucktransducer Funktionsprinzip Membran wird ausgebeult Membran und Elektrode bilden Kondensator Auslenkung ändert Kapazität   keine direkte Messmethode Temperaturabhängigkeit -> Heizung

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