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Volt- /Amperemeter

Der elektrische Strom ist durch die menschlichen Sinnesorgane nicht direkt wahrnehmbar. Aber durch gezielte Beobachtung seiner Wirkung lässt sich ein sicherer Schluss auf sein Vorhandensein und seine Größe ziehen. Messgeräte für die elektrische Spannung wandeln darum immer die elektrische Energie in eine andere Energieform (meist eine mechanische Bewegung) um, die dann direkt beobachtet werden kann.


Bild 1: Drehspulinstrument

Messgerät
Bild 1: Drehspulinstrument

magnetische Wirkung

Die meisten analogen (Zeiger-) Instrumente benutzen diesen Effekt. Der häufig benutzte Name „Drehspulinstrument” beschreibt bereits die Wirkungsweise.

Eine in einem permanenten Magnetfeld drehbar gelagerte Spule wird durch eine Spiralfeder in einer definierten Lage gehalten. Fließt der zu messende Strom durch diese Spule, dann wirkt das induktiv erzeugte Magnetfeld gegen das permanente Magnetfeld und die daraus resultierende Kraft bewegt den Zeiger gegen die Kraft der Spiralfeder.

Da auch sehr kleine Ströme gemessen werden sollen und demzufolge das induktive Magnetfeld sehr schwach ist, werden hohe Anforderungen an den mechanischen Aufbau gestellt (Leichtgängigkeit, geringe Trägheit...).

Das Drehspulmessinstrument ist nur Gleichspannung / Gleichstrom geeignet, weil bereits ein Wechselstrom mit einer Frequenz von nur wenigen Herz bestenfalls ein müdes Zittern des trägen Zeigers bewirkt. Für das Messen von Wechselstrom muss ein geeigneter Gleichrichter vorgeschaltet werden so dass dann pulsierender Gleichstrom erzeugt wird. Eine Spule ändert ihren Widerstand abhängig von der Frequenz. Das bedeutet, dass die Skale für Wechselstrom extra geeicht werden muss und selbst dann nur für relativ kleine Frequenzen (für max. 1 kHz) gilt.

Schaltung
Bild 2: Einsatz als Amperemeter und als Voltmeter

Im praktischen Aufbau sind mehrere Kompromisse zu schliessen, da einige Forderungen an das Gerät sich widersprechen, z.B. :

  1. Ein Amperemeter sollte, weil es in Reihe zum Lastwiderstand geschaltet ist, einen möglichst kleinen Innenwiderstand haben, um das Messergebnis nicht zu verfälschen.
  2. Ein Voltmeter sollte, weil es parallel zum Lastwiderstand geschaltet ist, einen möglichst grossen Innenwiderstand haben, um das Messergebnis nicht zu verfälschen.

Dieser Innenwiderstand ist auch dafür verantwortlich, dass das gleichartig aufgebaute Gerät sowohl für Strommessung als auch für Spannungsmessung genutzt werden kann. Meist wird durch ein Messbereichsumschalter eine Anzahl Messwiderstände entweder parallel oder in Reihe zum eigentlichen Messwerk geschaltet.

Das Drehspulmessinstrument kann auch nur einen Effektivwert der Wechselspannung messen. Man muss also die Form der Wechselspannung (z.B. Sinusspannung) kennen, um aus dem Effektivwert eine Spitzenspannung zu errechnen.

Hitzdraht- Messinstrument


Bild 3: Hitzdraht- Messinstrument

Hitzdrahtmesswerk
Bild 3: Hitzdraht- Messinstrument

Das ist bei einem Hitzdrahtmessinstrument nicht anders, doch ist es dem Hitzdraht völlig egal, ob da Gleichstrom oder hochfrequenter Wechselstrom den Draht erhitzt - er dehnt sich aus, wird länger und die Spiralfeder zieht den Zeiger auf eine andere Position an der Skale.

Aber aus Gründen der oft geforderten Genauigkeit sind Messgeräte, die nach diesem Prinzip arbeiten heutzutage echte Exoten geworden. Meist werden komplizierte Messgeräte auf der Grundlage von Halbleitertechnik eingesetzt, die bei gleicher Frequenztoleranz um mehrere Grössenordnungen genauer sind.