Repetitionen. Messinstrumente Messtechnik

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1 ES ERWEITERTE SYSTEMTECHNIK Kapitel Repetitionen Messinstrumente Messtechnik Verfasser: Hans-Rudolf Niederberger Elektroingenieur FH/HTL Vordergut 1, 8772 Nidfurn Ausgabe: April 2009 Copy is right Die Autoren haftet nicht für irgendwelche mittelbaren oder unmittelbaren Schäden, die in Zusammenhang mit dem in dieser Publikation Gedruckten zu bringen sind. Die vorliegende Publikation ist nicht geschützt. Alle Rechte liegen beim Verwender. Kein Teil dieser Publikation darf verborgen bleiben. Der Autor wünscht, dass alles reproduziert wird. Vielen Dank für eine Rückmeldung, ihre Anregungen und Ergänzungen.

2 REPETITIONENSFRAGEN Anordnung von Messgeräten Was zeigen die Messinstrumente an beim Anschluss eines Heizkissens - 40 W, 0 V an 230 V Netzspannung: a) bei der Schaltung links, b) bei der Schaltung rechts? Voltmeter 0 bis R i = 4'000Ω 250 V Ampèremeter 0 bis R i = 6Ω 0,3 A

3 REPETITIONENSFRAGEN 2 5 Schalttafel-Voltmeter Ein Schalttafel-Voltmeter für 0 bis R i = 9'000Ω. 60 V hat einen inneren Widerstand von a) Berechnen Sie den erforderlichen Vorwiderstand, wenn der Messbereich auf 300 V erweitert werden soll. b) Zeichnen Sie ein Schema und tragen Sie alle Werte ein.

4 REPETITIONENSFRAGEN 3 3 Prüfvoltmeter Ein Prüfvoltmeter für 0 bis auf. 600 V nimmt bei der Maximalspannung 1,1 ma Berechnen Sie a) den Widerstand des Voltmeters, b) den Leistungsverbrauch des Voltmeters an 600 V, c) den Leistungsverbrauch des Voltmeters an 230 V.

5 REPETITIONENSFRAGEN 4 4 Amperemeter Ein Messinstrument hat beim 6 A -Messbereich einen inneren Widerstand von 0, 2Ω. Berechnen Sie den Spannungsverlust im Instrument beim Nennstrom.

6 REPETITIONENSFRAGEN 5 9 Shunt-Widerstand Der Spannungabfall im 400 A -Shunt beträgt 60 mv. Berechnen Sie a) den Widerstand des Shunts, b) den Leistungsverlust im Shunt bei Nennstrom.

7 REPETITIONENSFRAGEN Messbereichserweiterung Ampèremeter Ein Ampère-Meter für 0 bis 6 A hat einen inneren Widerstand von 0, 15Ω. a) Welchen Widerstand muss der Shunt aufweisen, wenn Ströme von 0 bis A 30 gemessen werden müssen? b) Zeichnen Sie das Messschema und tragen alle elektrischen Werte ein.

8 REPETITIONENSFRAGEN Skaleneinteilung Voltmeter Ein Volt-Meter mit 150 Skalenteilen und Anschlussklemmen für 150 V, 300 V und 600 V Messbereichen liegt an der Spannung 138 V. Bestimmen Sie den Zeigerausschlag bei jedem Messbereich in Skalenteilstrichen.

9 REPETITIONENSFRAGEN 8 8 Messbereichserweiterung Voltmeter Ein altes Volt-Meter für 0 bis 50 V nimmt bei 35 V einen Strom von 2,8 ma auf. Welcher Vorwiderstand ist erforderlich, wenn mit diesem Instrument Spannungen bis 250 V gemessen werden sollen? Für welche Leistung muss der Vorwiderstand gebaut sein? Welcher Normreihe müsste der Widerstand entnommen werden (auch Farbcode angeben)?

10 REPETITIONENSFRAGEN Messfehler Analog-Messinstrument Ein Voltmeter der Klasse 2,5 (tolerierte Abweichung ± 2, 5 Prozent des Skalenendwertes) mit den Messbereichen 150 V, 300 V und 600 V ist an 126 V angeschlossen. a) Berechnen Sie für jeden Messbereich den Anzeigefehler in V und den prozentualen Fehler für den Messwert 126 V. b) Wie gross wären dieselben Werte bei einem Instrument mit der Genauigkeitsklasse 1? Dreheisen- Messgerät

11 REPETITIONENSFRAGEN 10 7 Viefach-Analog-Messinstrument Ein Vielfach-Messinstruen mit 30 Skalenteilen hat folgende Messbereiche: 1,5V 150 V 0,003 A 0,3A 6 V 300 V 0,015A 1,5 A 30 V 600 V 0,06 A 6 A Bestimmen Sie für jeden Bereich den angelegten Messwert. Der Zeigerausschlag betzrägt jeweils 23,6 Skalenteile. Stellen Sie die Ergebnisse in einer Tabelle zusammen.

12 REPETITIONENSFRAGEN Drehspulmessinstrument Ein Drehspulmessinstrument für 300 V hat eine Genauigkeitsklasse 1,5. a) Wie gross ist der Anzeigefehler in V? b) Zwischen welchen Werten kann die Spannung liegen, wenn das Gerät 75 V anzeigt? c) Wie viel Prozente vom Messwert beträgt der maximale Fehler, wenn das Instrument 45 V anzeigt? Drehspul- Messwerk

13 REPETITIONENSFRAGEN 12 Messbereichserweiterung Drehspulmesswerk Ein Drehspulmesswerk hat bei einem Messbereich von 60 mv einen Innenwiderstand von 60 Ω. Durch Vorschalten eines Widerstands soll der Messbereich auf 10 V erweitert werden. Berechnen Sie den erforderlichen Vorwiderstand. Drehspul- Messwerk

14 REPETITIONENSFRAGEN 13 Messbereichserweiterung Strommessung Ein Strommesser mit einem Drehspulmesswerk hat mit Parallelwiderstand einen Messbereich von 300 ma bei R = 0,33 Ω. Ohne Parallelwiderstand fliessen bei Vollausschlag 2 ma durch das Messwerk. Prinzip Drehspul- Messwerk Berechnen Sie den Widerstand des Messwerks. Prinzip Dreheisen- Messwerk

15 REPETITIONENSFRAGEN 14 Digitales Einbau-Voltmeter Ein Einbauvoltmeter hat 3 ½ Digit-Anzeige. Welchen maximalen Spannungswert kann angezeigt werden, wenn der Messbereichsschalter auf 200 V steht?

16 101 Was heisst messen? 102 Welche drei Messgeräte und Anzeigesysteme kennen Sie? 103 Welche drei Analogen Messsysteme kennen Sie? 104 Welche Grössen können mit dem Dreheisenmesswerk gemessen werde?

17 105 Welche Symbol hat das Drehspulmessinstrument? 106 In welchem Skalenbereich muss bei analogen Messinstrumenten gemessen werden? 107 a Welche elektrotechnischen Grössen können mit Messgeräten bestimmt werden (5 Beispiele)? a) Grössen b) Instrumente c) Einheiten d) Schemazeichen 107 b Welche elektrotechnischen Grössen können mit Messgeräten bestimmt werden (5 Beispiele)? a) Grössen b) Instrumente c) Einheiten d) Schemazeichen

18 107 c Welche elektrotechnischen Grössen können mit Messgeräten bestimmt werden (5 Beispiele)? a) Grössen b) Instrumente c) Einheiten d) Schemazeichen 108 Was bedeuten die untenstehenden Symbole? Wie kann der Messbereich beim Messen erweitert werden? a) Voltmeter b) Amperemeter 110 Zeichne ein Messbereichserweiterung bei der Strommessung! a) Schema b) Messgeräte c) Alle Teile bezeichnen

19 111 Berechnen Sie für ein Messgerät mit einem maximalen Strom von 300mA den notwendigenparallelwiderstand, wenn der Verbraucherstrom 3A beträgt und der Innenwiderstand des Messgerätes mit 0,48 Ohm angegeben wird! 112 Welche Grössen können mit dem Elektrodynamischen Messgerät gemessen werden? 113 a) Welche Messgeräte kennen Sie bezüglich der Genauigkeitsklassen? b) Welche Klassenindexe werden diesen zwei Messgerätetypen zugeordnet? 114 Zeichnen Sie das Symbol eines Dreheisenmesswerkes.

20 115 Zeichne ein Messbereichserweiterung bei der Spannungsmessung! a) Schema b) Messgeräte c) Alle Teile bezeichnen 116 Berechnen Sie für ein Messgerät mit einem maximalen Spannung von 10V den notwendigen Seriewiderstand, wenn der Verbraucherstrom 3A und die zu messende Spannung 100 V beträgt. Der Innenwiderstand des Messgerätes wird mit 100 kohm und der Messstrom mit 0,1mA angegeben! 117 Wie funktioniert ein Dreheisenmesswerk? 118 Erkläre und begründe die Reaktion des Zeigers am Wattmeter, wenn die Anschlüsse des Strompfades vertauscht werden!

21 119 Zeichne die Messschaltung mit einem Wattmeter! 120 Ein Prüfvoltmeter für 0 bis 600 V nimmt bei der Maximalspannung 1,1 ma auf. Berechnen Sie a) den Widerstand des Voltmeters, b) den Leistungsverbrauch im Voltmeter beim Anschluss an 600 V, c) den Leistungsverbrauch im Voltmeter beim Anschluss an 0 V. 121 Ein Messinstrument hat beim 6-A-Bereich einen inneren Widerstand von 0,2 Ω. Berechen Sie den Spannungsverlust im Instrument beim Nennstrom. 1 Ein Schalttafel-Voltmeter für 0 bis 60 V hat einen inneren Widerstand von 9000 Ω. a) Berechnen Sie den erforderlichen Vorwiderstand, wenn der Messbereich auf 300 V erweitert werden soll. b) Zeichnen Sie ein Schema, und tragen Sie Strom und Spannungen ein.

22 123 Ein Voltmeter mit 150 Skalenteilen und Anschlussklemen für 150 V, 300 V, und 600 V Messbereich liegt an der Spannung 138 V. Bestimmen Sie den Zeigerausschlag bei jedem Messbereich (Skalenteilstriche) 124 Ein Vielfach-Messinstrument mit 30 Skalenteilen hat folgende Messbereiche: a) b) c) d) 1,5 V 150 V 0,003 A 0,3 A 6 V 300 V 0,015 A 1,5 A 30 V 600 V 0,06 A 6 A Bestimmen Sie für jeden Bereich den angelegten Messwert. Der Zeigerausschlag beträgt jeweils 23,6 Skalenteile. Stellen Sie die Ergebnisse in einer Tabelle zusammen. 125 Ein altes Voltmeter für 0 bis 50 V nimmt bei 35 V 2,8 ma auf. Welcher Vorwiderstand ist erforderlich, wenn mit diesem Instrument Spannungen bis 250 V gemessen werden sollen? 126 Der Spannungsabfall im 800-A-Shunt beträgt bei Nennstrom 60 mv. Berechnen Sie a) den Widerstand des Shunts, b) den Verlust im Shunt bei Nennstrom.

23 127 Ein Drehspulinstrument für 300 V hat die Genauigkeitsklasse 1,5. a) Anzeigefehler des Instruments in V? b) Zwischen welchen Werten kann die Spannung liegen, wenn das Gerät 75 V anzeigt? c) Wie viele % vom Messwert beträgt der max. Fehler, wenn das Instrument 45 V anzeigt? 128 Ein Voltmeter der Klasse 2,5 (tolerierte Abweichung ± 2,5 % des Skalenendwertes) mit den Messbereichen 150 V, 300 V und 600 V ist an 126 V angeschlossen. a) Berechnen Sie für jeden Bereich den Anzeigefehler in V und den prozentualen Fehler für den Messwert 126 V. b) Wie gross wären dieselben Werte bei einem Instrument mit der Genauigkeitsklasse 1? 129 Das an einen 150/5-A-Stromwandler angeschlossene Amperemeter zeigt 3,4 A an. Berechnen Sie den Strom in der Hauptleitung. 130 Ein Amperemeter für 0 bis 6 A hat einen inneren Widerstand von 0,15Ω. a) Welchen Widerstand muss der Shunt aufweisen, wenn Ströme von 0 bis 30 A gemessen werden müssen? b) Zeichnen Sie ein Schema, und tragen Sie die Ströme ein.

24 131 Ein Wattmeter mit einem Strommessbereich von 0 bis 5 A und zwei Spannungsmessbereichen für 0 bis 150 V und 0 bis 300 V hat eine Skala mit 150 Teilstrichen. a) Welche Leistungen können mit dem Wattmeter gemessen werden? b) Welcher Leistung entspricht jeweils ein Skalen-Teil [W/ST] (Instrumentenkonstante c)? 132 Was zeigen die Messinstrumente an beim Anschluss eines Heizkissens 40W/ 0V an 0 V Netzspannung a) bei der Schaltung 1 A b) bei der Schaltung 2 A V R L V R L Voltmeter 0 bis 250 V R V = 4000 Ω Amperemeter 0 bis 0,3 A R A = 6 Ω 133 Beschreibe den Aufbau des Prüfstiftes anhand einer Skizze! (Phasenprüfer) 134 Beschreibe den Stromkreis, wenn mit dem Prüfstift gemessen wird (Skizze)!

25 135 Warum leuchtet der Prüfstift auch beim Berühren des unterbrochenen Neutralleiters auf? 136 Zähle 6 wichtige Punkte auf, die beim Kauf eines Vielfachinstrumentes für den täglichen Gebrauch des Elektromonteurs wichtig sind! 137 Aus welchen Gründen soll der Zeiger beim Messen im letzten Drittel der Skala stehen? 138 Mit welcher Schalterstellung beendigt man eine Messung mit einem Vielfachmessinstrument?

26 139 Aus welchen Gründen misst man mit Drehspulinstrumenten falsch, wenn die Messgrösse nicht sinusförmig sind? 140 Auf welchem Prinzip funktioniert das Zangen-A- Meter? Schema eines Zangenamperemeters mit analogem Messsystem 141 Welche elektrischen Grössen muss der Elektromonteur mit Messgeräten messen können? (Nenne sechs) 142 Nenne die Messgerätenamen der sechs obengenannten Messgrössen!

27 143 Was versteht man unter den Bezeichnungen: a) Analoges Messgerät? b) Digitales Messgerät? 144 Jedes analoge Messgerät hat am unteren Rand der Skala eine Reihe von Zeichen. a) Welche? b) Was bedeuten Sie? 145 Was heisst Genauigkeitsklasse 2,5? 146 Erkläre den Unterschied im Aufbau und in der Wirkungsweise eines: a) Drehspulmesswerks und eines b) Dreheisenmesswerks

28 147 Ein Messwerk mit einem Messbereich von 100 mv hat einen inneren Widerstand von 100 Ω. Berechne die Vorwiderstände für die Messbereiche: a) 150 V b) 300 V c) 600 V. 148 Durch ein Drehspulmesswerk mit R M =1,5 Ω darf höchstens ein Strom von 40 ma fliessen. Durch Shunten soll der Messbereich auf 1A und 4A erweitert werden. Berechne die Nebenwiderstände! 149 Erkläre das Prinzip der analog-digitalen Signalumwandlung! 150 Nenne die Vorteile eines DVM (Digital-Voltmeter)!

29 151 Welche elektrischen Grössen können mit den Vielfachmessgeräten im Praktikum gemessen werden? 152 Auf welche Punkte ist der Reihe nach zu achten, bevor mit Vielfachmessgeräten Messungen durchgeführt werden? 153 Das elektrodynamische Messgerät wird meist als Wattmeter eingesetzt. Es besteht im Wesentlichen aus zwei Spulen. a) Wie heissen diese Spulen? b) Wie sind sie geschaltet? c) Welches sind ihre äusseren Merkmale? 154 Wie können elektrische Leistungen gemessen werden?

30 155 Zeichne eine Messschaltung mit einem Verbraucher, an dem die Spannung, der Strom und die Leistung gemessen werden können! 156 Zeichne das Schema zur Widerstandsmessung mit dem Ohmmeter! 157 Zeichne den Aufbau einer Widerstandsmessbrücke! 158 Wann werden Widerstandsmessbrücken eingesetzt?

31 159 Wie sind Isolationsmessungen durchzuführen? 160 Welche Messwerte sind bei der ISO-Messung einzuhalten? 161 Worin besteht der Hauptunterschied zwischen: a) Analog-Messgeräten b) Digital-Messgeräten und c) Kathodenstrahl-Oszillograph? 162 Bestimmen Sie die Skalenbeschriftungen:

32 163 Bestimmen Sie die Skalenbeschriftungen: 164 Bestimmen Sie die Skalenbeschriftungen: 165 Bestimmen Sie die Skalenbeschriftungen: 166 Wie gross können die Anzeigefehler sein bei einem Messgerät a) der Klasse 0,5 für einen Messbereich von 250 V? b) der Klasse 1,5 für einen Messbereich von 500 V?

33 167 Wie gross können a) der Anzeigefehler in V und in % eines Spannungsmessers der Klasse 0,5 mit einem Messbereich von 300V sein? b) der Anzeigefehler in V und % des gleichen Messgerätes bei einer Messung von 150 V und einer von 250 V? 168 Wie wird eine Fehlerrechnung mit einem Digtalen messgerät ausgeführt? 169 Welchen Wert zeigt ein Messgerät bei der Spannungsmessung an? 170 Was bedeutet die Abkürzung TRMS?