Messbereichserweiterung

2
Grundlagen
2.1
Fachbegriffe
• Strom I, Spannung U , Widerstand R, Reihenschaltung, Parallelschaltung
Physikalisches Grundlagenlabor
• Innenwiderstand, Kirchhofsche Gesetze, Ohmsches Gesetz
2.2
Versuch 4.3 Innerer Widerstand von Messinstrumenten, Messbereichserweiterung
1
Theorie
Ein Drehspulinstrument besteht aus einer Spule, die im Luftspalt zwischen
den Polen eines Permanentmagneten und einem zylindrischen Polkern drehbar
um die Achse des Polkerns gelagert ist. Durch Federn wird sie in der Nulllage
gehalten. Wird die Spule von einem Strom durchflossen, so wirkt auf sie ein
dem Strom proportionales Drehmoment. Die Spule wird so weit aus ihrer Ruhelage ausgelenkt, bis das von den Federn erzeugte Drehmoment dem durch
den Strom verursachten gleich ist. Zur Erweiterung des Messbereichs bei der
Strommessung wird ein niederohmiger Widerstand RP parallel zum Messwerk
geschaltet, so dass nur ein bestimmter Bruchteil des Gesamtstroms durch die
Spule fließt.
A
Geräte
• Vielfachmessinstrumente, analog
Rp
• Potentiometer
1
9
Beträgt z.B. dieser Widerstand des Messwerkwi1
des Gederstandes, so fließt durch die Spule 10
samtstroms. Die Spannungsmessung wird auf eine
Strommessung zurückgeführt. Der Messbereich wird
durch Reihenschaltung eines hochohmigen Widerstands RV festgelegt. Ist dieser Widerstand z.B. 9mal so groß wie der Messwerkwiderstand, so liegt
1
am Messwerk 10
der Gesamtspannung.
• Festwiderstände
• Konstanter oder Stelltrafo mit Gleichrichter
1
RV
V
Abbildung 1: zu Innenwiderstand
erstellt: 2.1.2017
3
Versuch
Bestimmen Sie ein analoges Multimeter, dass im Versuch als Messinstrument
MWahl eingesetzt wird.
3.1
Messung des Innenwiderstandes eines Spannungsmesser
MWahl
A
3.2
V
Mit einer Schaltung nach Abb. 2 werden die Innenwiderstände des Messinstrumentes MWahl für alle
Messbereiche bestimmt, indem die an den Klemmen des Instruments liegende Spannung UV und der
durch das Instrument fließende Strom IV gemessen
werden. Der Innenwiderstand ist dann
RiV =
UV
IV
(1)
Messung des Innenwiderstandes eines Strommessers
Mit einer Schaltung nach Abb. 3 werden die Innenwiderstände des Messinstrumentes MWahl für alle
Messbereiche bestimmt, indem die an den Klemmen
von Strom- und Spannungsmesser liegende Spannung UA und der durch den Stromesser fließende
Strom IA gemessen wird Der Innenwiderstand ist
dann
UA
RiA =
(2)
IA
U0
Abbildung 2: zu
RiV
Spannungsmesser
Der Vorwiderstand zur Strombegrenzung soll
50 Ω betragen.
2
A
MWahl
V
R
U0
Abbildung 3: zu
RiA Strommesser
erstellt: 2.1.2017
3.3
3.4
Messbereichserweiterung eines Strommessers
Messbereichserweiterung eines Spannungsmessers
Ein Messbereich des Multimeters MWahl mit bekanntem Innenwiderstand RiA Der Messbereich des Multimeters MWahl mit bekanntem Innenwiderstand RiV
soll durch einen parallel geschalteten Widerstand RP um den Faktor 10 erweitert soll durch einen vorgeschalteten Widerstand RV um den Faktor 10 erweitert
werden.
werden.
Berechnen Sie den Widerstand und wählen ein ge50 W
Berechnen Sie den Widerstand und wählen ein geeignetes Potentiometer aus.
RV
RP
MWahleignetes Potentiometer aus.
U0
Beachten Sie die angegebene maximale Leistung!
V
Beachten
Sie
die
angegebene
maximale
Leistung!
U0
A
In einer Schaltung nach Abb.:4 wird der Widerstand
In einer Schaltung nach Abb.:6 wird der Widerstand
RP bei 0Ω beginnend langsam erhöht, bis der Strom
RV vom Maximalwert beginnend langsam erniedA
9
1
I1 = 10
· I durch RP und der Strom I2 = 10
·I
9
MWahl V
rigt, bis die Spannung U1 = 10
· U an RV und die
durch das Multimeter fließen. Dies ist der Fall, wenn
1
Spannung U2 = 10 · U am Multimeter abfällt. Dies
Abbildung 4: Messdas Multimeter MWahl im Messbereich x den gleiist der Fall, wenn das Multimeter MWahl im Messbebereichserweiterung
Abbildung 6: Messchen Ausschlag in Skalenteilen zeigt, wie der auf den
reich x den gleichen Ausschlag in Skalenteilen zeigt,
beim Strommesser
bereichserweiterung
Messbereich 10x eingestellte Strommesser I0 .
wie der auf den Messbereich 10x eingestellte Spanbeim SpannungsWichtig: Vor dem Einschalten ist RP auf 0Ω zu
nungsmesser V0 .
messer
stellen!
Wichtig: Vor dem Einschalten ist RV auf den größDer eingestellte Widerstand RP wird durch eine
RP
MWahlten Wert einzustellen!
Strom- und Spannungsmessung nach Abb.:5 gemesU0
V Der eingestellte Widerstand RV wird durch eine
sen. Der Widerstand wird aus
Strom- und Spannungsmessung mit einer Schaltung
RV
nach Abb.7 gemessen. Der Widerstand wird aus
Up
A
U0
V
Rp =
(3)
Up
I − RiV
U
−
U
0
A
Abbildung 5: MesRV =
I
v
1
sen
von
R
P
berechnet. Für ihn muss gelten: Rp = 9 · RiA
MWahlA
berechnet. Für ihn muss gelten: RV = 9 · RiV .
UA ist dabei der Spannungsabfall am Strommesser,
der mit Hilfe des zuvor bestimmten Innenwiderstandes zu berechnen ist.
3
Abbildung 7: Messen von RV
erstellt: 2.1.2017