MESSGERÄTE. GRUNDLAGEN

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1 MESSGERÄTE. GRUNDLAGEN 1.Zweck der Arbeit Die Laborarbeit hat die folgenden Ziele: - Die richtige Wahl eines Gerätes (Voltmeter oder Ampermeter) entsprechend einer angegebenen Anwendung; - Die Benutzung von Digital und Analogvoltmeter; - Das Einflussstudium auf die zu messenden Gröβen; - Die Vorstellung eines Messergebnisses. 2. Einleitung. Analog und Digitalgeräte für Strom- und Spannungsmessungen Üblicherweise wird die Messung der elektrischen Spannung und des elektrischen Stromes mit Geräten die direkt den Wert der Gröβe angeben: - Voltmeter (oder Kilovoltmeter, Milivoltmeter usw.); - Ampermeter (oder Kiloampermeter, Miliampermeter usw.) Die beiden Funktionen (Strom und Spannungsmessung) können auch mit Hilfe eines einzigen Gerätes durchgeführt werden, das Multimeter heisst. Die Messgeräte können entweder analog (mit Anzeige ausgestattet) oder digital (mit numerischer Angabe). Die Analoggeräte können entweder elektromechanisch (Drehspulmesswerk, Dreheisenmesswerk, elektrostatisch usw.) oder elektronisch. Im Anhang 4.1 werden die wichtigste Informationen aus dem Dattenblatt der beim Versuch verwendete Analog- und Digitalvoltmeter angezeigt Die Wahl der Analog- und Digitalgeräte als Funktion der Form und der Gröβenfrequenz Für die Messung einer Gleichgröβe benutzt man: Analoggeräte(Drehspulmeβgeräte, elektrodynamische Geräte, Dreheisengeräte, elektrostatische usw.). Für eine zeitlich veränderliche Gröβe, wegen der Trägheit der beweglichen Vorrichtung, können die Analoggeräte die Augenblicksänderungen der zu messenden periodischen Gröβen nicht verfolgen. Deswegen geben sie an: - Effektivwerte (wenn das Augenblickdrehmoment proportionell dem Quadrat der zu messenden Gröβe ist), z.b.:elektrodynamische Geräte, Dreheiesenmessgeräte, Eelektrostatische usw.; - Mittelwerte (wenn das Drehmoment proportionell der zu messenden Gröβe ist); z.b.:drehspulmesswerk mit Gleichrichtern. - Unabhängig des gemessenen Wertes (effektiv oder mittel)zeigen die Analoggeräte Effektivwerte der sinusförmigen Gröβe an. Bei der Messung einer periodischen, nichtsinusförmige Gröβe nimmt man an dass: - die Analoggeräte (elektrodynamisch, elektrostatisch usw.)geben den Effektivwert der zu messenden Gröβe an (Spannung, Strom), unabhängig von der Form(falls die Frequenz dieser Gröβe sich im Frequenzintervall des Gerätes befindet)

2 - die Drehspulmesswerke mit Gleichrichtern messen korrekt den Mittelwert der Gröβe, aber ihre Angabe wird von einem Fehler beeinflusst (weil die Skala zeigt uns Effektivwerte einer sinusförmigen Gröβe).Der Bestimmungsfehler ist: k k ε[% ] = 1 f = 1 f k f s in 1,1 1 Die Digitalgeräte messen den Effektivwert. Für nichtsinusförmige Gröβe, mesen die Digitalgeräte den Effektivwert nur wenn sie mit Konvertern für Effektivwert ausgestattet sind (markiert true r.m.s. - true root mean square). Wenn beim Eingang eines Digitalgerätes ein Abschaltungskondensator angeschlossen ist, wird die Gleichkompoenente beseitigt und das Instrument wird nur den Effektivwert der Wechselkomponente messen. Die periodischen Gröβen haben unetrschiedliche Frequenzen. Ein Gerät misst korrekt lediglich für Frequenzintervall, das angegeben ist (für Analoggeräte) oder im Prospekt (für Digitalinstrumente). 3. Versuchsvorbereitung 3.1. Meßbereichserweiterungen für Spannungsmessungen 1.1.a) Gleichspannungsmessung Bild 1. Gleichspannungsmessung Bild 2.Wechselspannungsmessung Den Meßbereich des Drehspulmeßwerks erweitere man mit dem Vorwiderstand Rv auf 10 V Endausschlag, weiterhin beschalte man das Digitalvoltmeter mit dem Spannungsteiler 10:1. U ist eine Gleichspannungsquelle (0 24V) V1-Drehspulvoltmeter V2-Dreheisenvoltmeter V3-Digital Voltmeter (Protek) V4-Digital Voltmeter (HP) V5-Digital Voltmeter (ITT) 1.1.b) Wechselspannungsmessung Man wiederholt die Messungen mit Hilfe der Schaltung im Bild 2 (wobei der Spartransformator den Effektivwert der zumessenden Spannung einstellt). Welche Me geräte werden eine sinvolle Anzeige geben? 2. Versuchsdurchführung

3 Die zumessende Größe Gleichspannung Meßgerät Typ analog digital Wechselspannung analog digital V1 V3 V2 V3 Meßbereich Ux Umax εx=100 Umax /Ux V V V %

4 Anhang 4.1.

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