Schallgeschwindigkeit in Gasen

2.1. SCHALLGESCHWINDIGKEIT IN GASEN 41
An der Tischklemme wird der Wegaufnehmer befestigt und ein an der Mikrophon-Stativstange
befestigter Faden parallel zur Schiene über das Rad geführt, und mit einem Gewicht beschwert.
An Kanal A wird die Timer-Box angeschlossen. Sie benötigt zur Laufzeitmessung ein Start-
Signal am Eingang E und ein Stop-Signal am Eingang F. An den Eingang E wird der Piezolautsprecher
richtig herum gepolt (E an +/gelb) angeschlossen. Parallel dazu wird das rechte
Relais-Schalterpaar (R2/R3) geschaltet. Schließt das Relais, wird das Piezoelement entladen und
sendet eine Stoßwelle aus. Gleichzeitig fällt die am Eingang E intern anliegende Spannung auf
0V, Startzeit ist somit die negative Flanke an E. Öffnet der Relais Schalter, so wird das Piezoelement
– über den internen 15 kΩ Widerstand RP von Eingang E mit größerer Zeitkonstante
ohne meßbare Schallaussendung – wieder auf +5V aufgeladen. Das Mikrophon im Triggermodus
liefert bei Eintreffen der Stoßwelle das Stop-Signal und wird an Eingang F angeschlossen.
Zur Streckenmessung wird der Wegaufnehmer (Mehrgangpotentiometer) über die Stromquellen-
Box (liefert konstanten Strom) an Kanal B angeschlossen. Die Laufrichtung kann durch die
Wechsel des Potentiometer-Endabgriffs umgekehrt werden. Der Nullpunkt wird so eingestellt
(und während der Messung kontrolliert), daß der gesamte Verschiebebereich des Mikrophons gemessen
werden kann.
Wegen der Bauteiletoleranz des Potentiometers im Prozentbereich muß der Wegaufnehmer in
einem Vorversuch mit dem Bandmaß kalibriert werden. Dazu werden die mit dem Bandmaß gemessenen
Orte S gegen den Widerstand Rb1 des Wegaufnehmers wie in Abb. 2.2 aufgezeichnet.
Bei äquidistanten Kalibrationspunkten mit ähnlichen Einzelfehlern reduziert die Parametrisierung
S −S0 = K ·(R−R0) die Anpassung auf eine Ursprungsgerade (S0 und R0 sind die mittleren
Orte und Widerstände). Die Steigung der Ausgleichsgeraden liefert den Kalibrationsfaktor K, zur
Umrechnung von Widerstandseinheiten auf Längeneinheiten.
CASSY / Kanal B / Strombox
Widerstand Rb1, 0-3kOhm,
gemittelt 1000 ms
Meßparameter / manuell
Formel / neue Größe S = 60-2*n
(Messungen bei 58,56,...)
Darstellung / X-Achse Rb1
Y-Achse S
Abbildung 2.2: CASSY-LAB Kalibration des Wegaufnehmers.
Wie bei allen Ausgleichsrechnungen sind die Einzelfehler auf der x- und y-Achse zu berücksichtigen.
Liefert die Geradenanpassung ein χ 2 von etwa 1 pro Freiheitsgrad, so ist die Fehlerabschätzung
– und damit auch der Fehler des Steigungsfaktors – sinnvoll. Diese Unsicherheit von
K muß bei den folgenden Messungen als systematischer Fehler berücksichtigt werden, d.h. er liefert
unabhängig von den jeweiligen Einzel-Meßwerten einen zusätzlichen Beitrag als Skalenfehler
bei der Umrechnung des Endergebnisses von kΩ auf m.