Das kleine Handbuch für die Grundlagenlabore der Elektrotechnik Christian Stoll Betreuer : Dipl.-Ing. Sebastian Nowoisky Datum: 9. Oktober 2014 Technische Universität Berlin Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik Institut für Energie- und Automatisierungstechnik Fachgebiet Elektronische Mess- und Diagnosetechnik
Impressum Titel: Das kleine Handbuch für die Grundlagenlabore der Elektrotechnik Autor: Christian Stoll 2. Auflage Juni 2014 Erschienen im : Institut für Energie- und Automatisierungstechnik Fachgebiet Elektronische Mess- und Diagnosetechnik Technische Universität Berlin Sekr. Sekretariat EN13, Einsteinufer 17 D-10587 Berlin Leitung: Prof. Dr.-Ing. Clemens Gühmann Abbildung: Helios Voltmeter (CC0 1.0) (Helios, 2013) Aktuelle Informationen des Fachgebietes finden Sie unter: http://www.mdt.tu-berlin.de/ Die vorliegende Fassung des Handbuches wurde sorgfältigst auf Fehler hin überprüft. Um das Handbuch dennoch laufend verbessern zu können, würden wir uns über Hinweise auf etwaig vorhandene Fehler sowie Verbesserungsvorschläge sehr freuen. Wenden Sie sich dazu bitte an die Tutoren des Fachgebietes.
Inhaltsverzeichnis Seite 3 / 31 Inhaltsverzeichnis 1 Multimeter 4 1.1 Digitale Multimeter................................... 4 1.2 Analoge Multimeter................................... 6 1.3 Tischmultimeter..................................... 7 1.3.1 Steuerelemente und Anschlüsse........................ 7 1.3.2 Anzeige..................................... 9 1.3.3 Speichern von Messwerten........................... 10 1.3.4 Vierleiter-Messung............................... 11 1.3.5 Durchgangsprüfung............................... 12 1.3.6 Diodenprüfung................................. 12 2 Leistungsmesser 13 3 Oszilloskop 15 3.1 Messen mit dem Oszilloskop.............................. 15 3.1.1 Messen einer Gleichspannung......................... 15 3.1.2 Messen einer Wechselspannung........................ 16 3.1.3 Messen von Strömen.............................. 17 3.1.4 Messen einer Phasenverschiebung φ...................... 18 3.1.5 Messen eines Zündwinkels α......................... 18 3.2 Messen mit dem Oszilloskop am Beispiel des Oszilloskops AT DSO3062A..... 19 3.2.1 Steuerelemente und Anschlüsse........................ 19 3.2.2 Anzeige..................................... 20 3.2.3 Messen einer Effektivspannung........................ 20 3.2.4 Messen von Periodendauer und Frequenz................... 22 3.2.5 Messen einer Phasenverschiebung....................... 23 3.2.6 Messen der Anstiegszeit............................ 24 3.2.7 X-Y-Anzeigeformat............................... 25 4 Funktionsgenerator 26 5 Labornetzgerät 28 Literaturverzeichnis 30 Abbildungsverzeichnis 31
Seite 4 / 31 1 Multimeter 1 Multimeter 1.1 Digitale Multimeter 1.1.a Digitales Multimeter 1.1.b Digitales Multimeter ohne automatische Bereichsumschaltung Abbildung 1.1: Digitale Multimeter, 1.1.a (Karwath, 2005), 1.1.b (Häckel, 2004) 1. Anzeige -digital2. Anzeige -analog3. Funktionstasten 4. Messbereichsschalter 5. Anschlussbuchsen Digitale Multimeter (Vielfachmessgeräte) bestehen ganz allgemein aus einem Eingangsverstärker, einem Analog-Digital-Umsetzer, einem Display und einer Stromversorgung. Um eine Messung durchzuführen, müssen die Messleitungen in die entsprechenden Anschlussbuchsen (5) gesteckt und
1.1 Digitale Multimeter Seite 5 / 31 am Messbereichsschalter (4) muss der richtige Messbereich ausgewählt werden. Bei Messgeräten ohne automatische Bereichsumschaltung (Abbildung 1.1.b) wird zunächst auf die größte Stufe des zu messenden Wertes gestellt und dann in den kleineren Bereich angepasst bis ein möglichst genaues Messergebnis erzielt wird. Darüber hinaus ist diese Vorgehensweise auch wichtig, um das Messgerät nicht zu beschädigen. digitale Anzeige (1) Messwertanzeige des Messgerätes. Entsprechend ausgestattete Messgeräte können Messwerte über eine entsprechende Schnittstelle an einen Computer oder Datenspeicher übertragen. analoge Anzeige (2) Dient dazu, sich schnell verändernde oder instabile Signale besser messen zu können. Funktionstasten (3) Die Funktionstasten haben je nach Hersteller und Multimetertyp unterschiedliche Funktionen. Zum Beispiel zum Umschalten zwischen Wechselspannung und Gleichspannung als Messbereich oder zum Aktivieren der Hintergrundbeleuchtung des Displays. Messbereichsschalter (4) Hier lässt sich der benötigte Messbereich einstellen, je nachdem ob das Messgerät zur Messung eines Stromes, einer Spannung oder eines Widerstandes verwendet werden soll. Beim Messgerät in Abbildung 1.1.b ist es notwendig, den Messbereich genau zu wählen, da sonst die angezeigten Werte zu ungenau oder mit einem unnötig hohen Messfehler behaftet sind bzw. gar nicht möglich ist zu messen. Beim Messgerät in Abbildung 1.1.a ist dies jedoch nicht notwendig, da es über eine automatische Bereichsumschaltung verfügt und automatisch den Messbereich mit der größten Genauigkeit auswählt. Messen von Kapazität, Indiktivität und Widerstand von Bauteilen Neben Strom und Spannung lassen sich zusätzlich mit den entsprechend ausgelegten Multimetern auch der Widerstand, die Kapazität oder die Induktivität von Bauteilen messen. Dazu müssen die Beinchen beispielsweise eines Kondensators in die kleinen Schlitze gesteckt werden, welche sich in der Nähe der Anschlussbuchsen (5) befinden (siehe Abbildung 1.1.a, 1.1.b). Widerstandsmessung und Durchgangsprüfung Widerstandsmessungen lassen sich ebenso mit den Messleitungen durchführen. Zusätzlich kann diese Funktion auch als Durchgangsprüfer genutzt werden. Bei sehr geringen Widerstandswerten ertönt ein akustisches Signal, welches signalisiert, dass das Messobjekt als elektrisch leitend angenommen wird.
Seite 6 / 31 1 Multimeter Diodentest Mit Hilfe dieser Funktion lässt sich die Funktionsfähigkeit von Dioden feststellen. Bei einwandfrei funktionierenden Dioden muss in Durchlassrichtung je nach Diodentyp ein Spannungswert zwischen 0, 3V und 0, 8V angezeigt werden. 1.2 Analoge Multimeter Bei analogen Messgeräten wie den Zeiger-Vielfachmessgeräten (siehe Abbildung 1.2) folgt die Anzeige des Messgerätes stetig der Eingangsgröße. Um das Messgerät vor Beschädigungen oder Zerstörung zu schützen, ist es notwendig, bei jeder neuen Messung von unbekannten Messwerten den größten Messbereich der entsprechenden Messgröße einzustellen. Für die Messung verschiedener Größen können auch verschiedene Skalen vorhanden sein. Beim Ablesen der Messwerte muss darauf geachtet werden, von der dem Messbereich entsprechenden Skala abzulesen und wenn nötig umzurechnen (siehe Ablesebeispiel in Abbildung 1.2). Bei dem im Ablesebeispiel verwendeten Messgerät, werden alle Messbereiche die mit einer 1 beginnen (z.b. 1000, 100, 10...) der 100-Skala zugeordnet. Hingegen werden Messbereiche die mit einer 3 beginnen, (z.b. 300, 30, 3) von der 30-Skala abgelesen. Um eine möglichst hohe Messgenauigkeit zu erzielen, sollte darauf geachtet werden, dass sich der Zeiger bei der Messung in der hinteren Hälfte der Skala befindet. 1.2.a Messbereich: 10V, Abgelesen: 70, Messwert: 7V 1.2.b Messbereich: 300mV, Abgelesen: 22.5, Messwert: 225mV Abbildung 1.2: Ablesebeispiel
1.3 Tischmultimeter Seite 7 / 31 1.3 Tischmultimeter Abbildung 1.3: Tischmultimeter Fluke 8846A Das Tischmultimeter Fluke 8846A kann über die Steuerelemente der Vorderseite bedient werden, aber auch eine Fernsteuerung über die Computerschnittstellen an der Rückseite ist möglich. 1.3.1 Steuerelemente und Anschlüsse Auf der Rückseite des Fluke 8846A befinden sich neben Computerschnittstellen noch einmal die selben Anschlüsse wie auf der Vorderseite. Abbildung 1.4: Frontalansicht des Tischmultimeter Fluke 8846a (Fluke, 2007, S.3-4)
Seite 8 / 31 1 Multimeter 1 Anschlüsse INPUT HI und INPUT LO. Eingangsanschlüsse für Volt-, 2-Draht-Ohm-, Hz-, Perioden-, Temperatur- und Kapazitätsmessungen. Alle Messungen verwenden den Anschluss INPUT LO als gemeinsamen Eingang. Der INPUT LO ist isoliert und kann unabhängig vom Messtyp sicher bis zu 1000 V Spitze erdfrei verwendet werden. 1000 V ist die maximale Nennspannung zwischen den Anschlüssen INPUT HI und LO. 2 Anschlüsse SENSE HI und SENSE LO. Ausgangsanschlüsse zu Quellenstrom für Vierleiter-Messung. 3 Softkeys F1 bis F5. Softkeys werden beim Navigieren der Menüs des Messgeräts zum Auswählen verschiedener Menüoptionen verwendet. 4 Memory-Taste für Zugriff auf internen und externen Speicher mit Messgeräteinstellungen und Messwerten. 5 USB-Anschluss. Anschluss für externe Massenspeicher zur Speicherung von Messdaten. 6 Standby-Taste zum Ausschalten der Anzeige. Im Standby-Modus spricht das Messgerät nicht auf Fernsteuerungsbefehle bzw. die Steuerelemente der Vorderseite an. Wenn der Standby-Modus beendet wird, aktiviert das Messgerät seine Einschaltkonfiguration. 7 INSTR SETUP-Taste. Zugang zu Kommunikationsschnittstellen-Einstellung und SetupFernsteuerungsbefehlssatz, Systemeinstellungen und Messgerätrücksetzung. 8 MEAS SETUP-Taste. Zugang zu Auflösungseinstellung, Triggerfunktionen, Temperatureinstellung, dbm-referenzeinstellung, Kontinuitätseinstellungen und anderen messbezogenen Parametern. 9 TRIG-Taste. Löst Messung aus, wenn Trigger auf externe Auslösung gesetzt ist. 10 ANALYZE-Taste. Zugang zu mathematischen Funktionen, Statistik, TrendPlot und Histogramm. 11 ZERO-Taste. Verwendet den aktuellen Messwert als Offsetwert zum Erstellen von relativen Anzeigen. 12 Messgerätfunktionstasten. Bestimmt die Messgerätfunktion: Strom/Spannung AC/DC, Widerstand, Kontinuität, Diodenprüfung, Frequenz, Periode, Kapazität und Temperatur. 13 RANGE-Tasten. Wählt zwischen manueller und automatischer Bereichswahl. Erhöht bzw. verringert den Bereich, wenn manuelle Bereichswahl aktiviert ist. 14 BACK-Taste. Springt in der Menüstruktur eine Stufe zurück. 15 Eingangsschalter FRONT und REAR. Alle Eingangsanschlüsse der Vorderseite, ausgenommen 10 A, sind an der Rückseite des Messgeräts verfügbar. Diese Schalter schalten die Eingänge des Messgeräts zwischen Rückseite und Vorderseite um. 16 Eingangsanschlüsse 400 ma und 10 A für Wechselstrom- und Gleichstrom- Messfunktionen. Tabelle 1.1: Steuerelemente und Anschlüsse (vgl. Fluke, 2007, S.3-4)
1.3 Tischmultimeter Seite 9 / 31 1.3.2 Anzeige Die Anzeige des Fluke 8846A erfüllt verschiedene Aufgaben. Zum einen werden die jeweiligen Messwerte angezeigt, zum anderen das Fluke 8846A in der Lage, Messstatistiken sowohl numerisch als auch grafisch anzuzeigen. Darüber hinaus informiert die Anzeige auch über die aktuelle Tastenbelegung der Softkeys und den aktuellen Betriebsmodus. Abbildung 1.5: Anzeige des Tischmultimeter Fluke 8846a (Fluke, 2007, S.3-6) 1 Primäranzeige. 2 Sekundäranzeige. 3 Gibt PASS, HIGH oder LOW für Grenzwerttests an. 4 Ausgewählte mathematische Funktion. 5 Fehler erkannt. 6 Speicher zur Speicherung von Messwerten aktiviert. Erlischt nach Speicherung der letzten Probe. 7 Softkey-Beschriftungen. 8 Manuelle Bereichswahl ausgewählt. 9 Remote. Das Messgerät wird derzeit ferngesteuert. 10 Externer Trigger aktiviert. 11 Rear. Rückseitige Eingangsanschlüsse ausgewählt. 12 Menüpfad. Tabelle 1.2: Anzeigelemente des Fluke 8846A (vgl. Fluke, 2007, S.3-6)
Seite 10 / 31 1 Multimeter 1.3.3 Speichern von Messwerten Das Fluke 8846A kann im internen Speicher Messwerte aufnehmen. Des Weiteren ist es möglich, Messwerte auf einem externen Massenspeicher zu speichern. Speichern von Messwerten in einem externen Massenspeicher: 1. MEMORY-Taste (4) drücken. 2. Softkey STORE READINGS drücken. 3. Softkey USB drücken. 4. Softkey SAMPLES drücken. 5. Um die Anzahl der zu speichernden Messwerte einzustellen, kann zur Auswahl einer Stelle entweder < oder > gedrückt werden. Wenn die gewünschte Stelle ausgewählt ist, den Softkey mit der Beschriftung drücken, um den Wert zu verringern, bzw. ++, um den Wert zu erhöhen. 6. Wenn die gewünschte Probenanzahl eingestellt ist, den Softkey ENTER drücken. 7. Den Softkey START drücken, um die Messwertspeicherung zu beginnen 8. Der Softkey START ändert sich zu STOP, wenn der Speicherungsprozess beendet werden kann. Wenn die angeforderte Anzahl Proben gespeichert wurde, ändert sich der Softkey wieder zu START. Darüber hinaus wird der Hinweis MEM auf der Anzeige eingeblendet, während Messwerte gespeichert werden. (vgl. Fluke, 2007, S.3-19 f.)
1.3 Tischmultimeter Seite 11 / 31 1.3.4 Vierleiter-Messung Die Vierleiter-Messung ist die präziseste Möglichkeit mit Hilfe des Fluke 8846A den Widerstandswert beispielsweise eines Bauteils zu ermitteln. 1. Die Messleitungen wie in Abbildung 1.6 anschließen. 2. Ω-Taste drücken. 3. Softkey 4WIRE drücken. (vgl. Fluke, 2007, S.4-9) Abbildung 1.6: Eingangsanschlüsse für Vierleiter-Messung (Fluke, 2007, S.4-9)
Seite 12 / 31 1 Multimeter 1.3.5 Durchgangsprüfung Mit Hilfe der Durchgangsprüfung lässt sich beispielsweise bei einem Schaltkreis überprüfen, ob er intakt ist. Die Schwelle, ab welchem Widerstandswert der Schaltkreis als intakt angezeigt wird, kann vorher eingestellt werden (vgl. Fluke, 2007, S.4-16). 1. (12) drücken. 2. Messleitungen bei INPUT HI und INPUT LO (1) anschließen. 3. Ist der Stromkreis leitend, ertönt ein Piepton und das Wort OPEN erscheint auf der Anzeige. (vgl. Fluke, 2007, S.4-16) 1.3.6 Diodenprüfung Bei der Diodenprüfung sendet das Fluke 8846A einen Messstrom durch die Diode, während gleichzeitig der Spannungsabfall gemessen wird. Sobald das Wort OPEN in der Anzeige erscheint, ist die Spannung 10 % über der Bürdenspannungseinstellung. Typischer Spannungsabfall guter Übergänge liegt im Bereich von 0,3V bis 0,8V. Falls aktiviert, gibt das Gerät einen Piepton ab, wenn ein guter Übergang erkannt wird (vgl. Fluke, 2007, S.4-17). 1. (12) zweimal drücken. 2. Prüfspannung und Prüfstrom gemäß der zu prüfenden Diode durch Drücken der entsprechenden Softkeys auswählen. 3. Die Messleitungen wie in Abbildung 1.7 anschließen. (vgl. Fluke, 2007, S.4-17) Abbildung 1.7: Anzeige und Eingangsanschlüsse für Diodenprüfung (Fluke, 2007, S.4-17)
Seite 13 / 31 2 Leistungsmesser W U 2.1.a Leistungsmesser 2.1.b direkte Leistungsmessung Abbildung 2.1: Leistungsmessung Die elektrische Leistung lässt sich entweder indirekt über eine Strom- und eine Spannugsmessung, beispielsweise mit Hilfe von zwei Multimetern, oder direkt mit Hilfe eines Leistungssmessers bestimmen. Leistungsmesser verfügen über vier Anschlüsse. Zwei Anschlüsse dienen der Spannungsmessung (Abbildung 2.1.a Anschluss R und Anschluss S) und zwei Anschlüsse dienen der Strommessung (Abbildung 2.1.a Anschluss I und Anschluss I). Wie bei Multimetern wird der Leistungsmesser mit den Anschlüssen zur Spannungsmessung parallel zum Messobjekt und mit den Anschlüssen zur Strommessung in Reihe angeschlossen. Mit Hilfe eines Leistungsmessers kann im Dreiphasennetz auch die Blindleistung bestimmt werden. Hierfür wird der Leistungsmesser an den Außenleitern L2 und L3 angeschlossen. Der Verbraucher verbleibt zwischen L1 und N (siehe Abbildung 2.2). Der angezeigte Wert muss nur noch durch 3 geteilt werden. P Blind = P Messwert 3 (2.1)
Seite 14 / 31 2 Leistungsmesser L1 L2 L3 N W Abbildung 2.2: Schaltungsaufbau zur Blindleistungsmessung im Dreiphasennetz
Seite 15 / 31 3 Oszilloskop Abbildung 3.1: Digital-Oszilloskop Agilent Technologies DSO3062A 3.1 Messen mit dem Oszilloskop Mit Hilfe eines Oszilloskops lassen sich die zeitlichen Verläufe einer Messgröße darstellen. In erster Linie wird die Spannung in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Grundsätzlich muss darauf geachtet werden, dass nur Spannungen gegen Masse gemessen werden können. Es kann sein, dass das Gehäuse des Oszilloskops mit dem Schutzleiter des Versorgungsnetzes verbunden ist, daher kann es notwendig sein, Messobjekte über einen Trenntrafo zu betreiben. Der eingestellte Spannungs- und Zeitbereich am Oszilloskop (siehe Abbildung 3.8 Kanal 1 - Status) verhält sich pro div. Das ist die Abkürzung für divit (Teil) und bezieht sich auf die Rastereinheit des Bildschirms. In Abbildung 3.8 sind dies also 20mV bzw. 500µs pro Rastereinheit. Es ist wichtig die maximale Eingangsspannung am BNC-Anschluss eines Oszilloskops nicht zu überschreiten, um Schäden zu vermeiden. Die maximale Eingangsspannung des Digital-Oszilloskop Agilent Technologies DSO3062A liegt bei 300V (vgl. AgilentTechnologies, 2006, S.1-6). 3.1.1 Messen einer Gleichspannung CH 1 U CH1 = 5V U R1 R2 5V 2div div = 10V U= U 3.2.a Schaltunsgaufbau 3.2.b Anzeige des Oszilloskops Abbildung 3.2: Messen einer Gleichspannung 3.2.c Beispiel Spannung U
Seite 16 / 31 3 Oszilloskop 3.1.2 Messen einer Wechselspannung CH 1 Û R1 U R2 T U 3.3.a Schaltungsaufbau 3.3.b Anzeige des Oszilloskops CH1 = 2V H = 2ms Û = 2V div 3div = 6V U = Û 2 = 4,2V 6V 2 T = 2ms div 10div = 20ms 1 f = T = 1 20ms = 50Hz 3.3.c Beispiel Spannung U 3.3.d Beispiel Preiodendauer T und Frequenz f Abbildung 3.3: Messen einer Wechselspannung
3.1 Messen mit dem Oszilloskop Seite 17 / 31 3.1.3 Messen von Strömen Um den Strom mit Hilfe eines Oszilloskops zu ermitteln, wird die Spannung an einem bekannten Widerstand gemessen und mit Hilfe des ohmschen Gesetzes berechnet. CH 1 x U R1 I R2 U 3.4.a Schaltunsgaufbau 3.4.b Anzeige des Oszilloskops CH1 = 50mV R2 = 1Ω Û = 50mV div 3div = 0, 15V I = U R = 0,1V 1Ω = 0,1A U = Û 2 = 0,15V 2 0,1V 3.4.c Beispiel Spannung U 3.4.d Beispiel Strom I Abbildung 3.4: Messen eines Wechselstroms
Seite 18 / 31 3 Oszilloskop 3.1.4 Messen einer Phasenverschiebung φ Hierzu muss der Abstand der Spannungsverläufe x an der Anzeige gemessen und durch die Länge einer Periode x T dividiert werden. CH 1 CH 2 U 1 U 2 U C1 U 1 U 2 R1 x T Δ x φ = x 360 x T 2div 360 = 10div = 72 3.5.a Schaltunsgaufbau 3.5.b Anzeige des Oszilloskops 3.5.c Beispiel Phasenverschiebung φ Abbildung 3.5: Messen einer Phasenverschiebung 3.1.5 Messen eines Zündwinkels α Zur Ermittlung des Zündwinkels α muss die Breite des Phasenanschnittes der Spannungsverläufe x an der Anzeige gemessen und durch die Länge einer Periode x T dividiert werden. CH 1 U Δ x x T α = x 360 x T 0,5div 360 = 5div = 36 3.6.a Schaltunsgaufbau 3.6.b Anzeige des Oszilloskops Zünd- 3.6.c Beispiel winkel α Abbildung 3.6: Messen eines Zündwinkels
3.2 Messen mit dem Oszilloskop am Beispiel des Oszilloskops AT DSO3062A Seite 19 / 31 3.2 Messen mit dem Oszilloskop am Beispiel des Oszilloskops AT DSO3062A 3.2.1 Steuerelemente und Anschlüsse Abbildung 3.7: Frontalansicht des Digital-Oszilloskops AT DSO3062A (AgilentTechnologies, 2006, S.1-10) Measure-Tasten Measure (Mess-Funktion) und Cursors (Cursor-Funktion) Waveform-Tasten Acquire (Signal erfassen) und Display (Anzeigen) Menü- Save/Recall (Speichern/Abrufen) und Utility (Hilfsfunktionen) Bedienelemente Vertical- Bedienelemente Drehknöpfe für die vertikale Positionierung und Skalierung, 1, 2, Menü Math (mathematische Funktionen) und Ref (Referenz) Horizontal- Bedienelemente Positionierungsdrehknopf, Taste Main/Delayed (Hauptzeitbasis/verzögert) und Skalierungsdrehknopf Trigger- Bedienelemente Drehknopf für Triggerpegel, 50%, Mode/Coupling (Betriebsart/Eingangskopplung) und Taste Force (Erzwingen) Run Control-Tasten Run/Stop (Ausführen/Stopp), Auto-Scale (Automatische Skalierung) und Single (Einzelbetrieb) Softkeys Menüabhängige Tasten. Es handelt sich um fünf graue untereinander angeordnete Tasten rechts neben dem Display, mit denen die benachbarten Menüelemente des jeweils eingeblendeten Menüs gewählt werden. Eingabedrehknopf Abhängig von der jeweils aktiven Vorgabe, können mit dem Eingabedrehknopf weitere Einstellungen vorgenommen werden. Tabelle 3.1: Steuerelemente und Anschlüsse (vgl. AgilentTechnologies, 2006, S.1-10)
Seite 20 / 31 3 Oszilloskop 3.2.2 Anzeige Abbildung 3.8: Anzeige des Digital-Oszilloskops AT DSO3062A (AgilentTechnologies, 2006, S.1-11) 3.2.3 Messen einer Eektivspannung Messen einer Eektivspannung mit Hilfe der Cursors 1. Cursors-Taste (Measure-Tasten) drücken. 2. Softkey Modus drücken, Handbuch auswählen. 3. Softkey Art drücken, Spannung auswählen. 4. Softkey Quelle drücken, CH1 auswählen. 5. Softkey Cursor1 drücken, nun kann mit dem Eingabedrehknopf der graue Cursor verschoben werden. Den Cursor so verschieben, dass er die Amplitudenspitze berührt. 6. Softkey Cursor2 drücken, nun kann mit dem Eingabedrehknopf der blaue Cursor verschoben werden. Den Cursor auf die Nulllinie einstellen. 7. Y in der Anzeige ablesen.
3.2 Messen mit dem Oszilloskop am Beispiel des Oszilloskops AT DSO3062A Seite 21 / 31 Y 2 1.04V = 2 = 0, 74V U= Abbildung 3.9: Anzeige des AT DSO3062A beim Messen einer Effektivspannung mit Hilfe der Cursors Messen einer E ektivspannung mit Hilfe der Messfunktion 1. Measure-Taste (Measure-Tasten) drücken. 2. Softkey Quelle drücken, CH1 auswählen. 3. Softkey Spannung drücken, Vrms auswählen (Root-Mean-Square). 4. Vrms in der Anzeige ablesen. Abbildung 3.10: Anzeige des AT DSO3062A beim Messen einer Effektivspannung mit Hilfe der Messfunktion
Seite 22 / 31 3 Oszilloskop 3.2.4 Messen von Periodendauer und Frequenz Messen von Periodendauer und Frequenz mit Hilfe der Cursors 1. Cursors-Taste (Measure-Tasten) drücken. 2. Softkey Modus drücken, Handbuch auswählen. 3. Softkey Art drücken, Zeit auswählen. 4. Softkey Quelle drücken, CH1 auswählen. 5. Softkey Cursor1 drücken, nun kann mit dem Eingabedrehknopf der graue Cursor verschoben werden. Den Cursor zum Beginn einer Amplitude verschieben. 6. Softkey Cursor2 drücken, nun kann mit dem Eingabedrehknopf der blaue Cursor verschoben werden. Den Cursor zum Ende einer Amplitude verschieben. 7. X in der Anzeige ablesen. 1 X 1 = 20µs = 50kHz f= Abbildung 3.11: Anzeige des AT DSO3062A beim Messen einer Periodendauer und Frequenz
3.2 Messen mit dem Oszilloskop am Beispiel des Oszilloskops AT DSO3062A Seite 23 / 31 Messen von Periodendauer und Frequenz mit Hilfe der Messfunktion 1. Measure-Taste (Measure-Tasten) drücken. 2. Softkey Quelle drücken, CH1 auswählen. 3. Softkey Zeit drücken, Frequenz auswählen, Periodendauer auswählen. 4. Frequenz und Periodendauer in der Anzeige ablesen. Abbildung 3.12: Anzeige des AT DSO3062A beim Messen einer Periodendauer und Frequenz 3.2.5 Messen einer Phasenverschiebung Messen einer Phasenverschiebung mit Hilfe der Cursors 1. Cursors-Taste (Measure-Tasten) drücken. 2. Softkey Modus drücken, Handbuch auswählen. 3. Softkey Art drücken, Zeit auswählen. 4. Softkey Quelle drücken, CH1 auswählen. 5. Softkey Cursor1 drücken, graue Linie mit Eingabedrehknopf zum Schnittpunkt mit der x- Achse von CH2 verschieben. 6. Softkey Cursor2 drücken, blaue Linie mit Eingabedrehknopf zum Schnittpunkt mit der x- Achse von CH1 verschieben. 7. X in der Anzeige ablesen.
Seite 24 / 31 3 Oszilloskop Messen einer Phasenverschiebung mit Hilfe der Messfunktion 1. Measure-Taste (Measure-Tasten) drücken. 2. Softkey Quelle drücken, CH1 auswählen. 3. Softkey Zeit drücken, Delay1->2 auswählen, Periode auswählen. 4. Delay und Periodendauer in der Anzeige ablesen. x 360 xt 1ms 360 = 20ms = 18 φ= Abbildung 3.13: Anzeige des AT DSO3062A beim Messen einer Phasenverschiebung 3.2.6 Messen der Anstiegszeit Messen der Anstiegszeit mit Hilfe der Messfunktion 1. Measure-Taste (Measure-Tasten) drücken. 2. Softkey Quelle drücken, um jeweiligen Kanal auszuwählen. 3. Softkey Zeit drücken, Anstiegszeit auswählen. 4. Anstiegszeit in der Anzeige ablesen.
3.2 Messen mit dem Oszilloskop am Beispiel des Oszilloskops AT DSO3062A Seite 25 / 31 3.2.7 X-Y-Anzeigeformat Die XY-Messung ermöglicht es, die Spannungspegel der beiden Eingänge Punkt für Punkt miteinander zu vergleichen. Das ist sinnvoll, wenn die Phasenlagen zweier Signale gegenübergestellt werden sollen, um zum Beispiel eine Messbrücke abzugleichen. Mit dem Anzeigeformat X-Y wird der Kanal 1 auf der horizontalen und Kanal 2 auf der vertikalen Achse dargestellt (vgl. AgilentTechnologies, 2006, S.2-28). 1. Main/Delayed-Taste drücken (Horizontale Bedienelemente). 2. Softkey Zeitbasis drücken, X-Y auswählen. Abbildung 3.14: Anzeige des AT DSO3062A im Anzeigeformat X-Y (AgilentTechnologies, 2006, S.2-28)
Seite 26 / 31 4 Funktionsgenerator 4 Funktionsgenerator Abbildung 4.1: Programmable Function Generator HM8150 (HM1850, 2007, S.8) Funktionsgeneratoren sind Geräte zur Erzeugung periodischer elektrischer Signale mit unterschiedlichen Kurvenformen und einstellbarer Frequenz und Amplitude. Es können Sinus-, Rechteck-, Dreieck-, Sägezahn- und Zufallssignale erzeugt werden. 1 POWER (Taste) Netzschalter; Netzanschluss auf der Geräterückseite 2 Die REMOTE-Taste leuchtet, sobald das Gerät über die Schnittstelle angesprochen wird. 3 Display (LCD) Anzeige der Signalparameter. 4 Einstell-Knopf (digitaler Drehgeber) Einstellung sämtlicher Betriebsparameter 5 und (Tasten) Tasten zur Auswahl der zu ändernden Dezimalstelle 6/13 10 und x10 (Tasten) Tasten zur dekadischen Veränderung der Parameter 7 OFFSET (Taste) Taste zur Zuschaltung einer Gleichspannung zum Ausgangssignal des Gerätes. Die Offset-Funktion ist aktiv, wenn die Taste leuchtet. 8 OUTPUT (Taste) Taste zur Aktivierung des Ausgangs. Der Ausgang ist aktiv, wenn die Taste leuchtet. 9 INVERT (Taste) Taste zur Invertierung der Ausgangssignale beim Impuls-, Arbitraryund Sägezahnbetrieb. Wird die Invert-Funktion im Sinus,- Dreieck- oder Rechteckbetrieb aktiviert, erfolgt eine Phasenverschiebung zum Triggersignal (TRIG. OUTPUT). Die Taste leuchtet, wenn die Invertierung aktiv ist. 10 OUTPUT (BNC-Buchse) Signalausgang; Impedanz 50 Ω 11 OFFSET (Taste) Auswahltaste zur Aktivierung der Einstellung des Offsets. Der aktivierte Parameter wird mittels leuchtender Taste angezeigt und lässt sich durch den Einstell- Knopf und die Pfeiltasten verändern.
Seite 27 / 31 12 AMPL (Taste) Auswahltaste zur Aktivierung der Einstellung für die Ausgangsspannung. Der aktivierte Parameter wird mittels leuchtender Taste angezeigt und lässt sich durch den Einstell-Knopf und die Pfeiltasten verändern. 14 PULSE WIDTH (Taste) Auswahltaste zur Aktivierung der Einstellung der Impulsbreite. Der aktivierte Parameter wird mittels leuchtender Taste angezeigt und lässt sich durch den Einstell-Knopf und die Pfeiltasten verändern. 15 FREQ (Taste) Auswahltaste zur Aktivierung der Einstellung für Frequenz. Der aktivierte Parameter wird mittels leuchtender Taste angezeigt und lässt sich durch den Einstell- Knopf und den Pfeiltasten verändern. 16 SWEEP (Tasten) Sweep-Parametereinstellung für Wobbelbetriebsart. Sweepzeit (TIME), Startfrequenz (START) und Stopfrequenz (STOP) sind unabhängig voneinander einstellbar. Änderungen werden sofort wirksam. Die Sweep-Funktion ist aktiv, wenn die ON- Taste leuchtet. 17 FUNCTION (Tasten) Auswahl der Signalfunktion: Sinus, Rechteck, Dreieck, Impuls, Sägezahn und Arbitrary. Die Taste der ausgewählten Funktion leuchtet. 18 GATED (Taste) Aktivierung der Betriebsart gated (torgesteuert). Die Taste leuchtet, wenn die Funktion aktiv ist. 19 TRIG d (Taste) Aktivierung der Betriebsart triggered (ausgelöst). Die Taste leuchtet, wenn die Funktion aktiv ist. 20 GATE/TRIG INPUT (BNC-Buchse) Eingang für Trigger- und Gate-Signale Tabelle 4.1: Steuerelemente und Anschlüsse (vgl. HM1850, 2007, S.8f.) Einstellen eines Signals 1. Function (17) auswählen: Ausgewählte Funktion leuchtet. 2. Frequenz einstellen: Freq (15) drücken (wenn Freq ausgewählt wurde, leuchtet die Taste). Mit Hilfe der Einstell-Tasten (4, 5, 6, 13) und dem Einstell-Knopf (4) die gewünschte Frequenz einstellen. 3. Amplitude einstellen: Ampl (12) drücken (wenn Ampl ausgewählt wurde, leuchtet die Taste). Mit Hilfe der Einstell-Tasten (4, 5, 6, 13) und dem Einstell-Knopf (4) die gewünschte Amplitude einstellen (gleiches Vorgehen zum Einstellen des Offsets (11) und der Impulsbreite (14)). 4. Ausgang aktivieren: Wurden die gewünschten Einstellungen vorgenommen, kann mit der Output-Taste (8) der Signalausgang (10) aktiviert werden. Ist ein Offset gewünscht, muss zusätzlich die Offset-Taste (7) gedrückt werden. Der Ausgang und die Offset-Funktion sind aktiv, wenn die jeweiligen Tasten leuchten.
Seite 28 / 31 5 Labornetzgerät 5 Labornetzgerät Abbildung 5.1: Arbitrary Power Supply HM8143 (HM8143, 2006, S.8) Labornetzgeräte sind Gleichspannungsquellen mit einstellbarer Strom- und Spannungsbegrenzung. Die Ausgänge sind überlastungs-, kurzschluss-, verpolungs- und (in Grenzen) fremdspannungsfest. 1 2 3/13 4/12 5/11 6/10 7/9 8 14 15 16/18 17 19 POWER (Taste) Netzschalter; Netzanschluss auf der Geräterückseite. Die REMOTE-LED leuchtet, sobald das Gerät über die Schnittstelle angesprochen wird. CV (LED grün) Leuchtet die CV-LED, befindet sich das Gerät HM8143 im Konstantspannungsbetrieb. CC (LED rot) Leuchtet die CC-LED, befindet sich das Gerät HM8143 im Konstantstrombetrieb. Display (je 2 x 4 Digit) Anzeige der Soll- bzw. Istwerte von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom (mit Vorzeichen). VOLTAGE (Taste und LED) Aktivieren der Funktion: Einstellung des Sollwertes der Ausgangsspannung. CURRENT (Taste und LED) Aktivieren der Funktion: Einstellung der Strombegrenzung. Drehknopf Digitaler Drehgeber für die Einstellung der Sollwerte von Strom und Spannung. TRACKING (Taste und LED) Aktivierung der Tracking-Funktion der 30 V-Kanäle. FUSE (Taste und LED) Aktivierung der Elektronischen Sicherung. 0... 30 V / 2 A (einstellbar). 4mm Sicherheitsbuchsen für SOURCE und SENSE 5 V / 2 A (fest) 4mm Sicherheitsbuchsen. OUTPUT (Taste und LED) Ein- bzw. Ausschalten aller Kanäle. Tabelle 5.1: Steuerelemente und Anschlüsse (vgl. HM8143, 2006, S.8)
Seite 29 / 31 Einstellen einer Gleichspannung 1. Spannung einstellen: Voltage (6/10) drücken. Mit Hilfe des Drehknopfes (8) Höhe der Spannung einstellen. 2. Strombegrenzung einstellen: Current (7/9) drücken. Mit Hilfe des Drehknopfes (8) Höhe der Strombegrenzung einstellen. 3. Ausgang aktivieren: Wurden die gewünschten Einstellungen vorgenommen, können mit der Output-Taste (19) die Ausgänge (16/18) aktiviert werden. Die Ausgänge sind aktiv, wenn die LED (19) leuchtet.
Seite 30 / 31 Literatur Literatur [AgilentTechnologies 2006] AGILENTTECHNOLOGIES: Oszilloskope der Familie 3000: Benutzerund Servicehandbuch. Agilent Technologies, 2006. http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/d3000-97007.pdf. 11.06.2013, 21.00 [Fluke 2007] FLUKE: 8845A/8846A Digital Multimeter: Bedienungshandbuch. Fluke Corporation, 2007. http://www.pewa.de/datenblatt/dbl_fl_fl8845_fl8846_manual_deutsch.pdf. 06.06.2013, 16.00 [Helios 2013] HELIOS: Historisches Wechselspannungs-Voltmeter der Firma Helios in Köln Ehrenfeld. wikimedia, 2013. https://commons.wikimedia.org/wiki/file:helios_voltmeter. jpg. 09.07.2013, 21.00 [HM1850 2007] HM1850: 12.5 MHz Function Generator HM8150 Handbuch. Hameg Instruments, 2007. http://www.hameg.com/typo3conf/ext/hm_downloads/pi1/download.php? uid=1060. 31.07.2013, 15.00 [HM8143 2006] HM8143: Arbitrary Power Supply HM8143 Handbuch. Hameg Instruments, 2006. http://www.hameg.com/typo3conf/ext/hm_downloads/pi1/download.php? uid=1012. 05.08.2013, 14.00 [Häckel 2004] HÄCKEL, Michael: Digitalmultimeter Voltcraft 4095 bei der Widerstandsmessung. wikimedia, 2004. https://commons.wikimedia.org/wiki/file:digitalmultimeter.jpg. 09.07.2013, 21.00 [Karwath 2005] KARWATH, Andre: Digitalmultimeter Voltcraft bei der Spannungsmessung. wikimedia, 2005. http://commons.wikimedia.org/wiki/file:digital_multimeter_aka.jpg. 09.07.2013, 21.00
Abbildungsverzeichnis Seite 31 / 31 Abbildungsverzeichnis 1.1 Digitale Multimeter, 1.1.a (Karwath, 2005), 1.1.b (Häckel, 2004)........... 4 1.2 Ablesebeispiel...................................... 6 1.3 Tischmultimeter Fluke 8846A............................. 7 1.4 Frontalansicht des Tischmultimeter Fluke 8846a (Fluke, 2007, S.3-4)......... 7 1.5 Anzeige des Tischmultimeter Fluke 8846a (Fluke, 2007, S.3-6)............ 9 1.6 Eingangsanschlüsse für Vierleiter-Messung (Fluke, 2007, S.4-9)........... 11 1.7 Anzeige und Eingangsanschlüsse für Diodenprüfung (Fluke, 2007, S.4-17)...... 12 2.1 Leistungsmessung.................................... 13 2.2 Schaltungsaufbau zur Blindleistungsmessung im Dreiphasennetz........... 14 3.1 Digital-Oszilloskop Agilent Technologies DSO3062A................. 15 3.2 Messen einer Gleichspannung............................. 15 3.3 Messen einer Wechselspannung............................ 16 3.4 Messen eines Wechselstroms.............................. 17 3.5 Messen einer Phasenverschiebung........................... 18 3.6 Messen eines Zündwinkels............................... 18 3.7 Frontalansicht des Digital-Oszilloskops AT DSO3062A (AgilentTechnologies, 2006, S.1-10)......................................... 19 3.8 Anzeige des Digital-Oszilloskops AT DSO3062A (AgilentTechnologies, 2006, S.1-11) 20 3.9 Anzeige des AT DSO3062A beim Messen einer Effektivspannung mit Hilfe der Cursors 21 3.10 Anzeige des AT DSO3062A beim Messen einer Effektivspannung mit Hilfe der Messfunktion......................................... 21 3.11 Anzeige des AT DSO3062A beim Messen einer Periodendauer und Frequenz.... 22 3.12 Anzeige des AT DSO3062A beim Messen einer Periodendauer und Frequenz.... 23 3.13 Anzeige des AT DSO3062A beim Messen einer Phasenverschiebung......... 24 3.14 Anzeige des AT DSO3062A im Anzeigeformat X-Y (AgilentTechnologies, 2006, S.2-28)............................................ 25 4.1 Programmable Function Generator HM8150 (HM1850, 2007, S.8).......... 26 5.1 Arbitrary Power Supply HM8143 (HM8143, 2006, S.8)................ 28