ELEKTRISCHE MESSGERÄTE

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1 ELEKTRISCHE MESSGERÄTE GENAUIGKEIT UND EINFLUSSGRÖSSEN VON DR.ING. R. LANGBEIN SCHRAMBERG/ SCHWARZWALD DR. ING. G. WER KMEISTER LONDON 3., neubearbcitete Auflage Mit 208 Abbildungen LEIPZIG 1959 AKADEMISCHE VERLAGSGESELLSCHAFT GEEST & PORTIG K.-G.

2 Inhaltsverzeichnis Einleitung 1 Meligeräle zur Messung von Strom, Spannung und Leistung TEIL Л J. Abschnitt. Drohspulmeßgeräte 4 1. Begriffserklärung und Meßwertbildung 4 ü 2. Skalenverlauf 8 :!. Anwendungsgebiet und Eigenverbrauch Meßgenauigkeit und Einflußgrößeu it a) Anzeigefehler 9 b) Elektrische und magnetische Einflußgrüßen 9 o) Thermische Einflußgrößeu und Alterungserscheinungen 9 II. Abschnitt. Dreheisenmeßgeräte Begriffserklärung und Meßwertbildung 10 a) Kundspuhueßgoräte mit.spitzenlagerung 10 I)) Kundspulinstruinente mit ispannbandlagerung 10 c) Rundspulmeßgeräte mit Spitzenlagerung 10 d) Flachspulmeßgeräte Skalen verlauf I 'Л ü 7. Anwendungsgebiet und Eigenverbrauch 14 ij Я. Meßgenauigkeit nnil Kinflußgrößen 15 a) Anzeigefehler 15 b) Klektrische und magnetische Einflußgrößeu 15 c) Thermische Einflußgrüßen 1(> III. Abschnitt. Elektrodynamische Meßgeräte 9. Begriffserklärung und Meßwertbildung 1С a) Kisenlose elektrodynamische Meßgeräte 16 b) Eismgeschlossene elektrodynamische Meßgeräte 17 o) Eisengeschirmte elektrodynamische Meßgeräte 18 d) Elektrodynamische Meßgeräte mit Spannbandlagerung Skalen verlauf Anwendungsgebiet und Eigenverbrauch Meßgenauigkeit und Einflußgroßen 21 a) Anzeigefehler 21 b) Einflußgrößen bei Strom- und Spannungsmossorn 21 c) Einflußgrößen bei Loistungsmessorn 21 IV. Abiohnitt. Induktionsineßgeräte 22 IS. Begriffserkläriiiig und Meßwertbildung 22 $ 14. Skalenverlauf Anwendungsgebiet und Eigenverbrauch Meßgenauigkeit und Kinflußgrößen 24 Iß

3 Vlll Inhaltsverzeichnis V. Abschnitt. Klcktrostatisclie Meßgeräte Begriffserklärung und Meßwertbildung 2ö 18. Skalenverlauf 26 S 19. Anwendungsgebiet und Eigenverbrauch Meßgeiiauigkeit und Einflußgrößen 26 a) Anzeigefehler 26 b) Elektrische und magnetische Einflußgrößen 27 c) Thermische Einflußgrößen 27 VI. Abschnitt. Gleichrichtermeßgcräte (mit Trockeugleichrichtor) Begriffserklärung und Mcßwertbildung 27 a) Aussteuerung der Gleichrichterkeimlinie Quadratische Aussteuerung Exponentielle Aussteuerung Lineare Aussteuerung (Flächengleiehrichtung) 33 b) Schaltungsarten Einwegschaltungen Doppelwegsohaltungen Spitzengleichrichtung [mpulsgleichrichtung 36 c) Bedingung der Gleichrichtung 36 S 22. Skalenverlauf 37 S 23. Anwendungsgebiet und Eigenverbrauch Meßgenauigkeit und Einflußgrößen 38 a) Anzeigefehler 38 b) Elektrische und magnetische Einflußgrößen 38 c) Thermische Einflußgrößen 39 VII. Abschnitt. Hitzdrahtmeßgeräte Begriffserklärung und Meßwertbildung Skalenverlauf Anwendungsgebiet und Eigenverbrauch Meßgenauigkeit und Einflußgrößen 41 a) Anzeigefehler 41 b) Elektrische und magnetische Einflußgrößen 41 c) Thermische Einflußgrößen 42 VIII. Abschnitt. Tbermoumformer-Meßgeräte Begriffserklärung und Meßwertbildung 42 j) 30. Skalenverlauf Anwendungsgebiet und Eigenverbrauch Meßgenauigkeit und Einflußgrößen 44 a) Anzeigefehler 45 b) Elektrische Einflußgrößen 45 c) Thermische Einflußgrößen 45

4 Inhaltsverzeichnis IX Genauigkeit und EinfluBgrößen von elektrischen Meßgeräten TEIL В I. Absehnitt. Mechanisehe Einflußgrößen 46 S 33. Anzeigefehler Reibungsfehler 47 a) Einfluß der Reibung Messung der Reibung Ursachen der Reibung Einstellsicherheit Spanuhandineßwerke 57 b) Gütefaktor Bei vertikaler Lagerung Bei horizontaler Lagerung 62 c) Erschütterungsfestigkeit Kippfehler Federfehler 6t) a) Messung des Federdrehmomentes 71 I)) Elastische Federnachwirkung 73 c) Temperatureinfluß auf die Ricbtkraft der Feder 75 d) Rolleffekt der Federn 75 e) Messung der Fedorfehler 76 f) Felder an Aiifhüiigcdrähtcii und -bändern Eich- und Skalenfehler 87 $ 38. Ablesefehler N8 a) Einfluß und Beseitigung der Parallaxe Spiegelablesung Lichtmarkcnablesung Weitere Vorschläge zur Beseitigung der Parallaxe 92 b) Störung der Ablesung durch Reflcxbildung Lagefehler Dynamische Überlastung Mechanisehe Alterung 96 IL Absehnitt. Einfluß der Temperatur 96 a) Federfehler 97 b) Änderungdes OhmschenWiderstandesdeselektrisehenStromkreises 98 o) Kompensation des Temperatureinflusses Drelispulmcßgeräte 98 a) Einfache Kompensationsschaltungen Spannungsmessung Strommessung Vielfachmeßgeräte für Strom- und Spannungsmessung 103 b) Kunstschaltungen SWINBUKNE-Schaltung CAMl'BELL-Sehaltung 10»

5 X Inhaltsverzeichnis 43. Dreheisenmeßgeräte HO a) Strommesser 110 b) Spannungsmesser Feldspule mit Vorwiderstand Umschaltbare Feldspule mit Vorwiderstand 11.'! 44. Elektrodynamische Meßgeräte 114 a) Strommesser Bewegliche und feste Spide direkt in Reihe geschaltet Bewegliche Spule liegt als Nebenschluß zu einem Vorwiderstand der festen Spule 114 b) Spannungsmesser 114 c) Leistungsmesser Spannungspfad ohne Parallelschaltung 11") 2. Spannungspfad mit Parallelschaltung Gleichrichtermeßgeräte (mit Trockengleichrichter) 118 a) Kleine Aussteuerung, quadratische und exponentielle Gleichrichtung Temperaturkompensation bei eingeprägter Spannung Temperaturkompensation bei eingeprägtem Strom 124 b) Große Aussteuerung, Flachengleichrichtung 12f> o) Spit/.cnglciclirichtung Hitzdrahtmeßgeräte Thermournformer-Meßgeräte 128 a) Anwärmefehler 128 b) Einfluß der Raumtemperatur 131 c) PELTIEU-Effekt und Umpolfehler Thermische Alterung von Widerständen 132 a) Temperaturkoeffizient und Alterung von Manganin 134 b) Alterung von Meßgerätewiderständen 135 III. Abschnitt. Elektrische Einflußgrößen Kapitel. Einfluß der Frequenz Dreheisenmeßgeräte 138 a) Strommesser 138 b) Spannungsmesser 13!t 1. Feldspule' mit Vorwiderstand Umsehaltbare Feldspule Kompensationsschaltungen Elektrodynamische Meßgeräte 145 a) Beeinflussung durch Wirbelströme Allgemeine Berechnung Wirbelstromeinfluß bei Strom- und Spannungsmessern 146

6 Inhaltsverzeichnis XI 3. Wirbelstromeinfluß bei Leistungsmossorn Eieengcschlossene Leistungsmesser 148 b) Beeinflussung von Leistungsmessern durch den Scheinwiderstand des Spannungspfades Einfluß des Leistungsfaktors Einfluß bei verschiedenen Spannungspfadschaltungen 153 o) Heeinflußung durch Wechselinduktion Allgemeine ISerccIinung des Wecliselinduktionsfehlers Einfluß hei verschiedenen Spanmmgspfadschaltungen Induktionsgeräte Elektrostatische Meßgeräte Gleichrichtermeßgeräte (mit Trockengleichrichter) 167 a) Kleine Aussteuerung. Quadratische und exponentielle Gleichrichtung Spannungsmessung Strommessung 175 b) Große Aussteuerung. Lineare oder Flächengleiehrichtung Spannungsmessung Strommessung 178 c) Erequenzkompensation für Frequenzen bis 1,6 MHz Thermoumformer-Meßgeräte 181 a) Strommesser Strom Verdrängung (SKIN-Effekt) Einfluß von Kapazität und Selbstinduktion 184 I)) Spannungamener Spannungsmesser ohne Vorwiderstand, Induktivität der Zuleitungen Spannungsmesser mit Vorwiderstand. Einfluß der Eigen- und Erdkapazität Kapitel. Einfluß der Kurvcnform Dreheisenmeßgeräte 194 a) Strommesser 194 b) Spannungsmesser Elektrodynamische Meßgeräte Gleichriehtermeßgeräte (mit Trockengleieliriehter) 202 a) Äußerer Kiirvenforinfeliler Quadratische Aussteuerung Exponentielle Aussteuerung Lineare Gleichrichtung Spitzengleichriehtung 206 b) Innerer Kurvenformfelder 206

7 XII Inhaltsverzeichnis IV. Abschnitt. Magnetische und elektrostatische Beeinflussung Kapitel. Beeinflussung durch Frcmdfelder Magnetische Fremdfelder 208 a) Homogenes Fremdfeld 209 b) Inhomogenes Fremdfeld Beseitigung der Wirkung magnetischer Fremdfelder 209 a) Durch geeignetes Meßverfahren 209 b) Astatische Anordnung 210 c) Magnetische Abschirmung Drehspulmeßgeräte Dreheisenmeßgeräte 216 a) Astatische Anordnung 217 b) Magnetische Abschirmung Elektrodynamische Meßgeräte 221 a) Eisengeschlossene Ausführung 222 b) Astatische Anordnung 223 e) Magnetische Abschirmung Beeinflussung durch elektrostatische Fremdfelder Kapitel. Eisenhaltige Bauteile und magnetische Alteruugserscheinmigen Beeinflussung von Drehspulmeßgeräten durch eisenhaltige Bauteile Alterungserscheinungen bei permanenten Magneten 227 V. Abschnitt. Fehler, die durch das Vorhandensein von Eisen bedingt werden Gleichstromfehler bei Dreheisenmeßgeräten 230 a) Hysteresefehler 230 b) Remanenzfchler Gleichstromfehler bei eisengeschlossenen, elektrodynamischen Meßgeräten Krümmungsfehler bei eisengeschlossenen, elektrodynamischen Leistungsmessern Unsymmetriefehler bei eisengeschlossenen, elektrodynamischen Leistungsmessern 238 Anhang. Drehmagnetmeßgeräte Begriffserklärung und Meßwertbildung 239 jj 71. Skalenverlauf und Einstellmoment Anwendungsbereich und Eigenverbrauch Meßgenauigkeit und Einfhißgrößen 243 a) Anzeigefehler 243 b) Elektrische und magnetische Einflußgrößen 244 c) Thermische Einflußgrößen 245 Literaturverzeichnis 246 Sachverzeichnis 249