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.
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 9 5 4. Meßgenauigkeit und Einflußgrößeu it a) Anzeigefehler 9 b) Elektrische und magnetische Einflußgrüßen 9 o) Thermische Einflußgrößeu und Alterungserscheinungen 9 II. Abschnitt. Dreheisenmeßgeräte 10 5. Begriffserklärung und Meßwertbildung 10 a) Kundspuhueßgoräte mit.spitzenlagerung 10 I)) Kundspulinstruinente mit ispannbandlagerung 10 c) Rundspulmeßgeräte mit Spitzenlagerung 10 d) Flachspulmeßgeräte 11 6. 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 18 10. Skalen verlauf 19 11. Anwendungsgebiet und Eigenverbrauch 20 12. 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 24 15. Anwendungsgebiet und Eigenverbrauch 24 16. Meßgenauigkeit und Kinflußgrößen 24 Iß
Vlll Inhaltsverzeichnis V. Abschnitt. Klcktrostatisclie Meßgeräte 25 17. Begriffserklärung und Meßwertbildung 2ö 18. Skalenverlauf 26 S 19. Anwendungsgebiet und Eigenverbrauch 26 20. Meßgeiiauigkeit und Einflußgrößen 26 a) Anzeigefehler 26 b) Elektrische und magnetische Einflußgrößen 27 c) Thermische Einflußgrößen 27 VI. Abschnitt. Gleichrichtermeßgcräte (mit Trockeugleichrichtor) 27 21. Begriffserklärung und Mcßwertbildung 27 a) Aussteuerung der Gleichrichterkeimlinie 29 1. Quadratische Aussteuerung 29 2. Exponentielle Aussteuerung 31 3. Lineare Aussteuerung (Flächengleiehrichtung) 33 b) Schaltungsarten 33 1. Einwegschaltungen 33 2. Doppelwegsohaltungen 34 3. Spitzengleichrichtung 36 4. [mpulsgleichrichtung 36 c) Bedingung der Gleichrichtung 36 S 22. Skalenverlauf 37 S 23. Anwendungsgebiet und Eigenverbrauch 37 24. Meßgenauigkeit und Einflußgrößen 38 a) Anzeigefehler 38 b) Elektrische und magnetische Einflußgrößen 38 c) Thermische Einflußgrößen 39 VII. Abschnitt. Hitzdrahtmeßgeräte 39 25. Begriffserklärung und Meßwertbildung 39 26. Skalenverlauf 40 27. Anwendungsgebiet und Eigenverbrauch 41 28. Meßgenauigkeit und Einflußgrößen 41 a) Anzeigefehler 41 b) Elektrische und magnetische Einflußgrößen 41 c) Thermische Einflußgrößen 42 VIII. Abschnitt. Tbermoumformer-Meßgeräte 42 29. Begriffserklärung und Meßwertbildung 42 j) 30. Skalenverlauf 44 31. Anwendungsgebiet und Eigenverbrauch 44 32. Meßgenauigkeit und Einflußgrößen 44 a) Anzeigefehler 45 b) Elektrische Einflußgrößen 45 c) Thermische Einflußgrößen 45
Inhaltsverzeichnis IX Genauigkeit und EinfluBgrößen von elektrischen Meßgeräten TEIL В I. Absehnitt. Mechanisehe Einflußgrößen 46 S 33. Anzeigefehler 46 34. Reibungsfehler 47 a) Einfluß der Reibung 47 1. Messung der Reibung 48 2. Ursachen der Reibung 50 3. Einstellsicherheit 65 4. Spanuhandineßwerke 57 b) Gütefaktor 62 1. Bei vertikaler Lagerung 62 2. Bei horizontaler Lagerung 62 c) Erschütterungsfestigkeit 64 35. Kippfehler 68 36. 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 81 37. Eich- und Skalenfehler 87 $ 38. Ablesefehler N8 a) Einfluß und Beseitigung der Parallaxe 80 1. Spiegelablesung 90 2. Lichtmarkcnablesung 90 3. Weitere Vorschläge zur Beseitigung der Parallaxe 92 b) Störung der Ablesung durch Reflcxbildung 94 39. Lagefehler 94 40. Dynamische Überlastung 95 41. Mechanisehe Alterung 96 IL Absehnitt. Einfluß der Temperatur 96 a) Federfehler 97 b) Änderungdes OhmschenWiderstandesdeselektrisehenStromkreises 98 o) Kompensation des Temperatureinflusses 98 42. Drelispulmcßgeräte 98 a) Einfache Kompensationsschaltungen 100 1. Spannungsmessung 100 2. Strommessung 102 3. Vielfachmeßgeräte für Strom- und Spannungsmessung 103 b) Kunstschaltungen 104 1. SWINBUKNE-Schaltung 104 2. CAMl'BELL-Sehaltung 10»
X Inhaltsverzeichnis 43. Dreheisenmeßgeräte HO a) Strommesser 110 b) Spannungsmesser 111 1. Feldspule mit Vorwiderstand 111 2. Umschaltbare Feldspule mit Vorwiderstand 11.'! 44. Elektrodynamische Meßgeräte 114 a) Strommesser 114 1. Bewegliche und feste Spide direkt in Reihe geschaltet 114 2. Bewegliche Spule liegt als Nebenschluß zu einem Vorwiderstand der festen Spule 114 b) Spannungsmesser 114 c) Leistungsmesser 115 1. Spannungspfad ohne Parallelschaltung 11") 2. Spannungspfad mit Parallelschaltung 115 45. Gleichrichtermeßgeräte (mit Trockengleichrichter) 118 a) Kleine Aussteuerung, quadratische und exponentielle Gleichrichtung 110 1. Temperaturkompensation bei eingeprägter Spannung 120 2. Temperaturkompensation bei eingeprägtem Strom 124 b) Große Aussteuerung, Flachengleichrichtung 12f> o) Spit/.cnglciclirichtung 127 46. Hitzdrahtmeßgeräte 127 47. Thermournformer-Meßgeräte 128 a) Anwärmefehler 128 b) Einfluß der Raumtemperatur 131 c) PELTIEU-Effekt und Umpolfehler 131 5 48. Thermische Alterung von Widerständen 132 a) Temperaturkoeffizient und Alterung von Manganin 134 b) Alterung von Meßgerätewiderständen 135 III. Abschnitt. Elektrische Einflußgrößen 136 1. Kapitel. Einfluß der Frequenz 136 49. Dreheisenmeßgeräte 138 a) Strommesser 138 b) Spannungsmesser 13!t 1. Feldspule' mit Vorwiderstand 140 2. Umsehaltbare Feldspule 141 3. Kompensationsschaltungen 142 50. Elektrodynamische Meßgeräte 145 a) Beeinflussung durch Wirbelströme 145 1. Allgemeine Berechnung 145 2. Wirbelstromeinfluß bei Strom- und Spannungsmessern 146
Inhaltsverzeichnis XI 3. Wirbelstromeinfluß bei Leistungsmossorn 146 4. Eieengcschlossene Leistungsmesser 148 b) Beeinflussung von Leistungsmessern durch den Scheinwiderstand des Spannungspfades 151 1. Einfluß des Leistungsfaktors 151 2. Einfluß bei verschiedenen Spannungspfadschaltungen 153 o) Heeinflußung durch Wechselinduktion 160 1. Allgemeine ISerccIinung des Wecliselinduktionsfehlers 160 2. Einfluß hei verschiedenen Spanmmgspfadschaltungen 161 51. Induktionsgeräte 165 52. Elektrostatische Meßgeräte 166 53. Gleichrichtermeßgeräte (mit Trockengleichrichter) 167 a) Kleine Aussteuerung. Quadratische und exponentielle Gleichrichtung 170 1. Spannungsmessung 170 2. Strommessung 175 b) Große Aussteuerung. Lineare oder Flächengleiehrichtung 177 1. Spannungsmessung 178 2. Strommessung 178 c) Erequenzkompensation für Frequenzen bis 1,6 MHz 180 54. Thermoumformer-Meßgeräte 181 a) Strommesser 181 1. Strom Verdrängung (SKIN-Effekt) 181 2. Einfluß von Kapazität und Selbstinduktion 184 I)) Spannungamener 192 1. Spannungsmesser ohne Vorwiderstand, Induktivität der Zuleitungen 192 2. Spannungsmesser mit Vorwiderstand. Einfluß der Eigen- und Erdkapazität 193 2. Kapitel. Einfluß der Kurvcnform 194 55. Dreheisenmeßgeräte 194 a) Strommesser 194 b) Spannungsmesser 197 50. Elektrodynamische Meßgeräte 198 67. Gleichriehtermeßgeräte (mit Trockengleieliriehter) 202 a) Äußerer Kiirvenforinfeliler 202 1. Quadratische Aussteuerung 203 2. Exponentielle Aussteuerung 203 3. Lineare Gleichrichtung 205 4. Spitzengleichriehtung 206 b) Innerer Kurvenformfelder 206
XII Inhaltsverzeichnis IV. Abschnitt. Magnetische und elektrostatische Beeinflussung.. 208 1. Kapitel. Beeinflussung durch Frcmdfelder 208 58. Magnetische Fremdfelder 208 a) Homogenes Fremdfeld 209 b) Inhomogenes Fremdfeld 209 59. Beseitigung der Wirkung magnetischer Fremdfelder 209 a) Durch geeignetes Meßverfahren 209 b) Astatische Anordnung 210 c) Magnetische Abschirmung 210 60. Drehspulmeßgeräte 213 61. Dreheisenmeßgeräte 216 a) Astatische Anordnung 217 b) Magnetische Abschirmung 219 62. Elektrodynamische Meßgeräte 221 a) Eisengeschlossene Ausführung 222 b) Astatische Anordnung 223 e) Magnetische Abschirmung 224 63. Beeinflussung durch elektrostatische Fremdfelder 225 2. Kapitel. Eisenhaltige Bauteile und magnetische Alteruugserscheinmigen. 226 64. Beeinflussung von Drehspulmeßgeräten durch eisenhaltige Bauteile 226 65. Alterungserscheinungen bei permanenten Magneten 227 V. Abschnitt. Fehler, die durch das Vorhandensein von Eisen bedingt werden 230 66. Gleichstromfehler bei Dreheisenmeßgeräten 230 a) Hysteresefehler 230 b) Remanenzfchler 235 67. Gleichstromfehler bei eisengeschlossenen, elektrodynamischen Meßgeräten 235 68. Krümmungsfehler bei eisengeschlossenen, elektrodynamischen Leistungsmessern 236 69. Unsymmetriefehler bei eisengeschlossenen, elektrodynamischen Leistungsmessern 238 Anhang. Drehmagnetmeßgeräte 239 70. Begriffserklärung und Meßwertbildung 239 jj 71. Skalenverlauf und Einstellmoment 241 72. Anwendungsbereich und Eigenverbrauch 243 73. Meßgenauigkeit und Einfhißgrößen 243 a) Anzeigefehler 243 b) Elektrische und magnetische Einflußgrößen 244 c) Thermische Einflußgrößen 245 Literaturverzeichnis 246 Sachverzeichnis 249