6. Analoges Messen elektrischer Größen

Transkript

1 6. Analoges Messen elektrischer Größen Grundfunktionen eines Meßgerätes Abb. 6.1.

2 Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld Abb. 6.2.

3 Drehspulmeßwerk Abb. 6.3.

4 Auf den Endausschlag bezogene Sprungantwort eines Drehspulinstrumentes bei verschiedenen (normierten) Dämpfungskoeffizienten Abb. 6.4.

5 Bezogene Einstellzeit als Funktion des normierten Dämpfungskoeffizienten Abb. 6.5.

6 Spiegelgalvanometer Abb. 6.6.

7 Elektrodynamisches Meßwerk (eisengeschlossen) Abb. 6.7.

8 Elektrodynamisches Meßwerk (eisenlos) Abb. 6.8.

9 Dreheisenmeßwerk Abb. 6.9.

10 Drehspulquotientenmeßwerk Abb

11 Drehmagnetmeßwerk Abb

12 Vektorielle Überlagerung der magnetischen Felder im Drehmagnetmeßwerk Abb

13 Elektrostatisches Meßwerk Abb

14 Aufbau eines elektrostatischen Meßwerkes Abb

15 6.2 Messung von Gleichstrom und Gleichspannung Messung von Gleichströmen zu messender (wahrer) Strom, wenn (Meßgeräteinnenwiderstand) (6.69) gemessener Strom ist kleiner: (6.70)

16 Äquivalenz von einem Tor eines linearen Netzwerkes und einer Ersatzspannungsquelle bzw. einer Ersatzstromquelle Abb. 6.15

17 wahrer Wert, wenn (Abb. 6.16): (6.71) tatsächlich gemessener Wert : (6.72) relativer Meßfehler (6.73)

18 Strommessung in einem Zweig eines Gleichstromnetzwerkes Abb. 6.16

19 Innenwiderstand (6.74) Fehlerkorrektur nach der Messung liefert den wahren Wert : (6.75)

20 Betrag des relativen Fehlers bei der Strommessung als Funktion von Abb. 6.17

21 Meßbereichserweiterung für die Strommessung Abb (6.76) Widerstand (Shunt) (6.77)

22 Vielfachmeßgerät zur Strommessung Abb. 6.19

23 6.2.2 Messung von Gleichspannungen Maschengleichung für nicht vorhandene Last (6.78) (6.79) relativer Meßfehler (6.80) (6.81)

24 Spannungsmessung in einem Zweig eines Gleichstromnetzwerkes Abb. 6.20

25 Meßbereichserweiterung für die Spannungsmessung (Abb. 6.22) Präzisionswiderstand (6.82) Wenn bzw., dann gilt (6.83)

26 Betrag des relativen Fehlers bei der Spannungsmessung als Funktion von Abb. 6.21

27 Meßbereichserweiterung für die Spannungsmessung Abb. 6.22

28 Universal-Vielfachmeßgerät für Spannung und Strom Abb. 6.23

29 6.2.3 Gleichzeitiges Messen von Strom und Spannung relativer Meßfehler (Schaltung 6.24 a) (6.84) relativer Meßfehler (Schaltung 6.24 b) (6.85)

30 Gleichzeitige Messung von Strom und Spannung Abb. 6.24

31 6.3 Messung von Wechselstrom und Wechselspannung Begriffsdefinitionen elektrische Spannung (6.86) Arithmetischer Mittelwert (6.87) Gleichrichtwert (6.88)

32 Effektivwert (quadratischer Mittelwert) (6.89) Scheitelfaktor (6.90) Formfaktor (6.91)

33 (6.92) (6.93)

34 (6.94) (6.95) (6.96) Schwingungsgehalt (6.97) Welligkeit (6.98)

35 Messung des halben Gleichrichtwertes einer Wechselspannung mit Hilfe eines Drehspulmeßgerätes Abb. 6.25

36 Kennlinie einer Siliziumdiode (ideal, idealisiert und real) Abb. 6.26

37 Ersatzschaltbild einer Siliziumdiode Abb. 6.27

38 a) Graetz-Schaltung zur Erfassung beider Halbwellen bei der Gleichrichtung, b) Spannungsverlauf Abb. 6.28

39 Schaltung zur Messung des Spannungs-Spitzenwertes Abb Scheitelwert (6.99)

40 Spannungsverlauf bei der Spitzenwertgleichrichtung nach Abb Abb. 6.30

41 Villard-Schaltung zur Messung des Spitze-Spitze-Wertes. bei Spannungen mit unsymmetrischem Kurvenverlauf Abb. 6.31

42 Spitze-Spitze-Wert (6.100) (6.101) (6.102)

43 Delon-Schaltung zur Messung des Spitze-Spitze-Wertes. Abb. 6.32

44 Linearisierung einer Diodenkennlinie durch eine Serienschaltung mit einem hochohmigen Widerstand Abb. 6.33

45 Schaltungen zur Messung des Gleichrichtwertes von Spannungen Abb. 6.34

46 Messung des Effektivwertes (6.103)

47 Tabelle 6.2. Das Verhalten von Standard-Zeigermeßgeräten bei der Messung von Wechselgrößen

48 Transformator Abb

49 Für einen idealen Transformator gilt (6.104) (6.105) (6.106) (6.107)

50 Ersatzschaltbild eines Transformators Abb

51 Transformator-Ersatzschaltbild, bei dem alle sekundärseitig auftretenden Größen und Elemente auf die Primärseite umgerechnet wurden Abb

52 Stromwandlerschaltung mit standardmäßiger Bezeichnung der Anschlußklemmen Abb

53 Durchsteck-Stromwandler für Schienenmontage mit ki=08 (s. Gl. (6.108)) und primärseitigen Nennstrom von I1eff=40A Abb (6.108)

54 Zeigerdiagramm eines Stromwandlers Abb (6.109)

55 Fehlerkompensierende Stromwandlerschaltung Abb

56 Tabelle 6.3. Fehlerklassen und Winkelfehler für Meßwandler bei 25 bis 100 % Nennbürde

57 Spannungswandlerschaltung mit standardmäßiger Bezeichnung der Anschlußklemmen Abb (6.110)

58 Zeigerdiagramm eines Spannungswandlers Abb (6.111)

59 Grundschaltung des Spannungswandlers mit kapazitiver Teilung zur Messung sehr hoher Spannungen Abb

60 Strommeßzange Abb. 6.45

61 Strommeßzange: a) prinzipielle Anordnung b) Querschnittsgeometrie. Abb. 6.46

62 Ersatzschaltbild eines Transformators Abb (6.112) (6.113)

63 Ersatzschaltbild einer Strommeßzange Abb

64 (6.114) (6.115) (6.116)

65 (Sekundärseitiges) Ersatzschaltbild einer Strommeßzange Abb

66 (6.117) (6.118) (6.119) (6.120) (6.121)

67 Transformatoren-Ersatzschaltbild einer Strommeßzange Abb

68 Übertragungsfaktor der Strommeßzange (Transferimpedanz) (6.122) (6.123) hochohmige Last (6.124) niederohmige Last (6.125)

69 Transferimpedanz einer Strommeßzange Abb (6.126)

70 Einfügeimpedanz einer Strommeßzange Abb

71 (6.127) (6.128)

72 Hallelement (Galvanomagnetischer Effekt) (6.129) (6.130) (6.131) (6.132) (6.133)

73 Hallelement (Hallsensor) Abb

74 (6.134) (6.135) (6.136) (6.137) (6.138)

75 (6.139) (6.140)

76 Tabelle 6.4. Kennwerte von typischen Hallelementen

77 Verlauf der Äquipotentiallinien mit und ohne äußeres Magnetfeld Abb

78 (6.141) (6.142)

79 Prinzip einer Gleichstrommeßzange mit Kompensationsprinzip Abb

80 (6.143) (6.144)

81