Elektrische Meßgeräte und ihre Anwendung in der Praxis

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1 ING. WERNER H. BARTAK Elektrische Meßgeräte und ihre Anwendung in der Praxis mit einer Einleitung von Techn. Rat, Dipl.-Ing. Dr. techn. Th. Walcher Mit 225 Bildern und 5 Tabellen Pflaum Verlag RICHARD PFLAUM VERLAG KG, MÜNCHEN

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Zweck, Bedeutung und Aufgaben der elektrischen MeBtechnlk Grundbegriffe der elektrischen MeBtechnlk 2.1. Prüfen, messen, eichen Empfindlichkeit, Innenwiderstand, Eigenverbrauch Genauigkeit, Fehler Meßgerät, Meßinstrument, Definition Analog- und Digitalinstrumente 3.1. Analoginstrumente Skala, Gebrauchslage, Zeiger Lagerung Spitzenlagerung Bandaufhängung Spannbandlagerung Zapfenlagerung Steinlagerung, Kugellagerung Mechanisches Gegendrehmoment und Stromzufuhr Dämpfung, Überschwingung, Beruhigungszeit Dämpfungsgrad a Erste Überschwingung ü, Beruhigungszeit Tb MoBwerke analog anzeigender Instrumente Drehspulmeßwerk Allgemeiner Aufbau Drehspulmeßwerk mit Außenmagnet Drehspulmeßwerk mit Kernmagnet Drehspulmeßwerk mit Gleichrichtern Schleifenschwinger-Meßwerk Spulenschwinger-Meßwerk Drehspul-Kreisskalenmeßwerk Dämpfung von Drehspulmeßwerken Temperaturkompensation von Drehspulmeßwerken Kreuzspulmeßwerk (Drehspul-Quotientenmeßwerk) Drehmagnetmeßwerk Dreheisenmeßwerk Elektrodynamisches Meßwerk Elektrodynamisches Quotientenmeßwerk Bimetallmeßwerk Elektrostatisches Meßwerk Vibrationsmeßwerk Handelsübliche Ausführung von Analoginstrumenten Schalttafelinstrumente Betriebsinstrumente, Vielfachmeßgeräte Feinmeßgeräte Digitale Meßgeräte Unterschiede zwischen analoger und digitaler Meßtechnik Digitale Meßverfahren Schrittweise Annäherung Sägezahn-Vergleich oder Spannungs-Zeit-Umsetzung Spannungs-Frequenz-Umsetzung Doppelintegration 58

3 4. Schreibende Meßgeräte 4.1. MeBwerke schreibender Meßgeräte Aulzeichnungsarten Übertragung der Drehbewegung vom MeBwerk aul die Schrelbstelle Art der Diagrammbewegung Formate handelsüblicher Schreiber Linienschreiber mit galvanometrischem MeBwerk Punktschreiber Potentiometerschreiber Potentiometerschreiber in x-t-ausführung Potontiometerschreiber in x-y-auslührung FlUssIgkeltsstrahloszIllogralen Llchtstrahloazlllografen Regeleinrichtungen 5.1. Allgemeines Unstetige analog anzeigende Meßwerkregler Fallbügelregler Licht-elektrische Regler Induktivregler Unstetige elektronische (galvanometerlose) Regler Stetige elektronische Regler Zähler 6.1. Allgemeines Elektrolytzähler Quecksilber-Elektrolytzähler Wasserstoff-Elektrolytzähler Motorzähler Magnetmotor-Zähler Elektrodynamischer Motorzähler Induktionszähler Normallen 7.1. Allgemeines Normalelemente Dioden als Spannungsnormale Normalwiderstande Normalwiderstände für Gleichstrom Normalwiderstände für Wechselstrom Normalkondensator, Normalinduktivität, Normalwandler Die Messung elektrischer Größen 8.1. Gleichstrommessung Gleichstrommessung mit Anzeigeinstrumenten Gleichstrommessung mit Normalwiderstand und Kompensalor Gleichstrom-Galvanometer Wechselstrommessung Wochselstrommessung mit Anzeigeinstrumenten Wechselstrom-Galvanometer Gleichspannungsmessung Gleichspannungsmessung mit Anzeigeinstrumenten Anzeigeinstrumente für Gleichspannungsmessungen, mit veränderter Skalencharakteristik Gleichspannungsmessung mit Kompensatoren Kompensationsmeßtische 111

4 Gloichspannungsmessung mit Differenzvoltmetern Spannungs- und Stromimpulsmessung IM 8.4. Wechselspannungsmessung Wechselspannungsmessung mit Anzeigeinstrumenten Anzeigeinstrumente für Wechselspannungsmessungen, mit veränderter Skalencharakteristik bzw. mit unterdrücktem Nullpunkt Wechselspannungsmessung mit Kompensatoren Leistungemessung Leistungsmessung bei Gleichstrom Leistungsmessung bei Wechselstrom Messung der Wirkleistung in Einphasen-Anlagen Messung der Blindleistung in Einphasen-Anlagen Leistungsmessung in Drehstrom-Anlagen Wirkleistungsmessung in Drehstrom-Dreileiteranlagen bei gleichseitigem Spannungsdreieck und gleicher Phasenbelastung Blindleistungsmessung in Drehstrom-Dreileiteranlagen bei gleichseitigem Spannungsdreieck und gleicher Phasenbelastung Wirkleistungsmessung in Drehstrom-Dreileiteranlagen bei ungleichseitigem Spannungsdreieck und ungleicher Phasenbelastung Blindleistungsmessung in Drehstrom-Dreileiteranlagen bei gleichseitigem Spannungsdreieck und ungleicher Phasenbelastung Wirkleistungsmessung in Drehstrom-Vierleiteranlagen bei gleichseitigem Spannungsdreieck und gleicher Phasenbelastung Blindleistungsmessung in Drehstrom-Vierleiteranlagen bei gleichseitigem Spannungsdreieck und gleicher Phasenbelastung Wirkleistungsmessung in Drehstrom-Vierleiteranlagen bei ungleichseitigem Spannungsdreieck und ungleicher Phasenbelastung Wirkleistungsmessung in Drehstrom-Vierleiteranlagen bei nicht geschlossenem Spannungsdreieck" und ungleicher Phasenbelastung Blindleistungsmessung in Drehstrom-Vierleiteranlagen bei gleichseitigem Spannungsdreieck und ungleicher Phasenbelastung Blindleistungsmessung in Drehstrom-Vierleiteranlagen bei nicht geschlossenem Spannungsdreieck" und ungleicher Phasenbelastung Korrektur des Eigenverbrauches von Leistungsmessern Korrektur von Wandlerfehlern bei Leistungsmessungen Messung kleiner Leistungen bzw. Messung bei kleinem cos <f Leistungsmeßkoffer Leistungsmeßkoffer für Einphasen-Wechselstrom- und für Drehstrom- Dreileiteranlagen beliebiger Belastung Leistungsmeßkoffer für Einphasen-Wechselstrom-, Drehstrom-Dreileiter und Vierleiteranlagen Leistungsfaktormessung Ermittlung des Leistungsfaktors aus Strom, Spannung und Wirkleistung Ermittlung des Leistungsfaktors durch Anwendung der Drei-Amperemeter-Methode Messung des Leistungsfaktors mit elektrodynamischen Quotientenmeßwerken In Einphasen-Anlagen Messung des Leistungsfaktors mit elektrodynamischen Quotientenmeßwerken in Drehstrom-Anlagen Frequenzmessung Ermittlung der Frequenz aus einer Zeitmessung Zungenfrequenzmesser Zeigerfrequenzmesser Frequenzmeßbrücken Widerstandsmessung Strom-Spannungs-Methode Widerstandsmessung mittels Vergleichswiderstand Widerstandsmessung mit dem Kreuzspulinstrument Widerstandsmeßbrücke nach Wheatstone 144

5 Widerstandsmeßbrücke nach Thomson (Kelvin) Isolationsmessung Wesen des Isolationswiderstandes 147 B Vorschriften über den Isolationswiderstand Praktische Ausführung von Isolationsmessern Leitfähigkeitsmessung Erdungsmessung Wesen des Erdungswiderstandes Erdung in Starkstromanlagen Messung des Erdungswiderstandes Einfache geoelektrische Messungen (Mutungen) Messungen nach VDE Messungen nach VDE Messungen an Stark- und Schwachstromkabeln Kapazitätsmessung Kapazitätsmessung mit Vielfachmeßgeräten Kapazitätsmessung mit dem ballistischen Galvanometer oder mit dem Spannungs-Impulsmesser (Fluxmeter) Kapazitätsmessung mit Meßbrücken Induktivitätsmessung Einrichtungen zum Synchronisieren Messung der Frequenzgleichheit Messung der Spannungsgleichheit Messung der Gleichphasigkeit Drehfeldrichtungsanzeiger Transformatoren-Übersetzungsmesser WandlerprufelnrlcMungen MeBwandler Meßwandler für Strom und Spannung Zangenstromwandler Zangenstrommesser Meßverstärker Allgemeines Arten von Meßverstärkern Vielfachmeßgeräte mit eingebauten Verstärkern Fernmessung Meßumformer Meßumformer für Spannung Meßumformer für Strom Meßumformer für Leistung, Leistungsfaktor Meßumformer für andere physikalische Größen Die Messung nichtelektrischer Größen (Übersicht) 9.1. Temperaturmessung Temperaturmessung mit Thermoelement und Anzeigeinstrument Temperaturmessung mit Thermoelement und Kpmpensator Temperaturmessung mit Pyrometern Temperaturmessung mit Widerstandthermometer und Anzeigeinstrument Temperaturmessung mit Widerstandthermometer und Meßbrücke Temperaturmessung mit Halbleiterfühlern (Thermistoren) Druckmessung DurchlluBmessung Drehzahlmessung Feuchtigkeitsmessung Messung des ph-werte* 186

6 9.7. Magnetische Messungen Halleffekt-Meßgeräte Messung mit dem Spannungs-Impulsmesser (Fluxmeter) Beleuchtungsstärkemessung Anhang: Auszüge aus den Bestimmungen tür elektrische Meßgerate, VDE 0410" Allgemeines Geltungsbereich Genauigkeitsklassen Fehlerarten und Einfluß Nennbedingungen und Einflußbereiche Dämpfung Dauerbelastbarkeit, Dauerüberlastbarkelt, StoBUberlastbarkelt Prüfspannung Kurzzeichen und Sinnbilder Anhang: Einige Winke zur Vermeldung von Meßfehlern und Instrumentenschäden bei der Arbeit mit elektrischen Meßgeräten 12. Sachregister