Gebrauchsanweisung 524 080 AE Q ⋅⋅ = QI
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11/05-W97-Wie Gebrauchsanweisung 524 080 Elektrofeldmeter S (524 080) 1 2 3 4 1 Beschreibung 3 Das Elektrofeldmeter S wird in Verbindung mit dem computerunterstützten Meßsystem CASSY eingesetzt. Es ermöglicht die Messung von statischen elektrischen Feldern sowie von Spannungen. Versuchsbeispiele finden Sie auf der CD zur Software CASSY Lab (524 200) bzw. in der Downloadversion der Software unter http://www.ld-didactic.com oder auch im Handbuch zur Software CASSY Lab (524 201). 2 Lieferumfang 1 Elektrofeldmeter S 1 Stativstab mit Gewinde 1 Spannungsmessplatte, 1 cm Abstand 4 Zubehör Zubehörsatz zum Elektrofeldmeter Optikreiter mit Muffe 540 540 460 311 Messgrößen Messgröße Feldstärke Spannung /1/ geerdeter Flügel Sensorfelder Spannungsmessplatte Erdungsbuchse (auf Rückseite) CASSY CASSYMobile/1/ /2/ Lab Display CASSY (524 200) (524 020) (524 009) E U Messbereiche E ± 1 kV/m ± 10 kV/m ± 100 kV/m ± 1 MV/m U ± 10 V ± 100 V ± 1 kV ± 10 kV für Sensor-CASSY (524 010), Pocket-CASSY (524 006) oder Mobile-CASSY (524 009) am PC /2/ in Verbindung mit Sensor-CASSY (524 010) 5 Funktionsweise Das Elektrofeldmeter S misst ein statisches elektrisches Feld. Der Sensor besteht aus einem geerdeten, rotierenden Flügel und den dahinterliegenden vier vergoldeten Messsensoren, die jeweils eine Fläche von etwa 80 Winkelgrad einnehmen. Durch die Drehung werden die Messplatten der Fläche A wechselweise dem äußeren elektrostatischen Feld E ausgesetzt, oder durch den geerdeten Flügel abgeschirmt. Dementsprechend variiert die Ladung auf der Oberfläche der Platten periodisch zwischen Null und Q = ε0 ⋅ E ⋅ A Durch diese periodische Änderung der Ladung fliest ein Strom I = Q& in der Größenordnung von 1 nA bei 1 kV/m in den Zuleitungen zu den Messplatten. Dieser wird gemessen und elektronisch wieder aufintegriert. Damit werden die aktuellen Ladungen der Seite 2/3 Gebrauchsanweisung 524 080 Messplatten bestimmt. Jeweils die maximalen und minimalen Werte der Ladung werden gemessen und aus der Differenz wird unter Kenntnis von ε0 und A die Feldstärke E berech- net. Während die Größe des Stromflusses von der aktuellen Drehgeschwindigkeit des Flügels abhängt, ist die integrierte Ladung nicht davon abhängig. Das Messergebnis ändert sich also nicht, ob der Flügel schneller oder langsamer dreht. Aufgrund des Messprinzips ist das Elektrofeldmeter S für die Messung von statischen elektrischen Feldern geeignet, elektrische Wechselfelder, z.B. 50 Hz von Hochspannungsleitungen, werden als Störung angesehen und herausgemittelt. Auf der Vorderseite des E-Feldsensors sind hinter dem Flügel vier vergoldete Messplatten sichtbar. Jede nimmt 80 Winkelgrad ein und je zwei sind diagonal miteinander verbunden. Die schmalen Segmente zwischen den Messplatten dienen zum einen der Abschirmung und als Blitzableiter. Zum anderen bleibt bei der Bewegung der Flügelkanten über diese Bereiche die Ladung auf den Platten konstant. In diesem Zeitraum wird der Messwert genommen. Die Messung an zwei Plattenpaaren gleichzeitig erhöht die Messfrequenz und liefert eine Störunterdrückung. Neben der elektrischen Feldstärke kann das Elektrofeldmeter S auch Spannungen messen. Die Spannungsmessung wird zurückgeführt auf eine Messung der Feldstärke in einem bekannten Kondensator. Die mitgelieferte Spannungsmessplatte wird in einem festen Abstand von 1 cm montiert. Damit ergibt sich bei einer angelegten Spannung von beispielsweise 1 kV eine Feldstärke von 1 kV/cm = 100 kV/m. Die Software zeigt natürlich direkt die Spannung an. Die Spannungsmessplatte wird nur über die drei Stifte gehalten und ist elektrisch nicht weiter verbunden. Damit stellt sie einen sehr hochohmigen und kapazitätsarmen Spannungsmesseingang bereit. Zur Messung von elektrischen Potentialen in der Umgebung geladener Körper oder z.B. im Inneren eines Plattenkondensators dient die Flammensonde aus dem Zubehörsatz 540 540. Im Metallrohr fließt ein brennbares Gas bis in die Spitze und verbrennt dort mit kleiner Flamme. Aufgrund der Flamme an der Spitze fließt ein Ionisationsstrom, bis das Potential der Umgebung erreicht ist. Die resultierende Spannung wird über ein Experimentierkabel auf die Spannungsmessplatte am Elektrofeldmeter S übertragen und dort gemessen. Da der Ionisationsstrom nur durch die Flamme an der Spitze fließt, wird das dort vorhandene Potential angenommen. Da aber die Flammensonde aus Metall besteht, führt allein ihre Anwesenheit zu einer Störung des elektrischen Feldes in der Umgebung. Ideal ist es, wenn die Flammensonde wie im Plattenkondensator in einer Äquipotentialfläche positioniert werden kann. Bei Messungen des elektrischen Feldes um eine geladene Kugel ist dies nur näherungsweise möglich, indem die Flammensonde senkrecht zur Verbindungslinie Flamme-Kugel gehalten wird. Aus Sicherheitsgründen ist die Flammensonde an der Spitze verengt. Wird der Gasstrom zu groß, reißt die Flamme ab. Bei Anwendung der Feldmühle im Freien, z.B. um das elektrische Feld einer aufziehenden Gewitterwolke zu bestimmen, ist entsprechende Vorsicht des Benutzers vor Blitzen zu empfehlen und die Feldmühle trocken zu halten. Praktische Hinweise Der maximale Spannungsmessbereich mit der Spannungsmessplatte beträgt 10 kV. Unter normalen Bedingungen kommt es dabei nicht zu Überschlägen. Sollten sich trotzdem Überschläge entlang der Stifte der Spannungsmessplatte ergeben, hilft es, diese zu reinigen und zu entfetten. Unter extremen klimatischen Bedingungen wie hoher Luftfeuchtigkeit oder geringem Luftdruck in Höhenlagen kann der Eingangswiderstand der Spannungsmessung und die Spannungsfestigkeit nicht garantiert werden. 6 Bedienung Es ist unbedingt auf eine korrekte Masseführung bzw. Erdung des Elektrofeldmeter S zu achten. Da typischerweise in Verbindung mit Hochspannung gemessen wird, darf das Elektrofeldmeter S nie ohne Verbindung der rückseitigen 4 mm Buchse mit der Versuchsmasse betreiben werden. Bei korrektem Anschluss fließt der Strom bei einem Spannungsüberschlag direkt wieder zum Netzteil zurück (1,2,3) und nicht zum CASSY (4). Bitte beachten Sie, dass es beim Experimentieren mit Hochspannung immer wieder zu Überschlägen kommen kann. Diese Überspannungen treffen auf das Gehäuse des Elektrofeldmeters S. Das Elektrofeldmeter S als solches ist zwar vor Überspannungseinschlägen geschützt, aber die Energie muss irgendwohin abgeleitet werden und dies geschieht über die rückseitige 4 mm Buchse. Sollte keine korrekte Erdung vorliegen, so kann die an das Elektrofeldmeter S angeschlossene Peripherie beschädigt werden, inklusive CASSY und Rechner. LD DIDACTIC GMBH . Leyboldstrasse 1 . D-50354 Hürth . Phone (02233) 604-0 . Fax (02233) 604-222 . e-mail: [email protected] by LD Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany Technical alterations reserved Seite 3/3 Gebrauchsanweisung 524 080 6.1 Messung der statischen elektrischen Feldes: - Elektrofeldmeter S in Versuchsaufbau bringen und anschließen - Falls gewünscht mit durchbohrter Kondensatorplatte die Fläche um das Elektrofeldmeter vergrößern. - Hochspannung einschalten - Messwert ablesen oder - Messung mit dem Button oder der Taste F9 starten. 6.2 Messung der Spannung: - Spannungsmessplatte auf Elektrofeldmeter aufsetzen. Möglichst bei stehendem Flügel, damit dieser bei versehentlichem Kontakt mit den Beinen der Spannungsmessplatte nicht beschädigt wird. - Spannungsquelle an die Spannungsmessplatte anschließen. - Messwert ablesen oder - Messung mit dem Button 7 Technische Daten Spannungsversorgung: Grenzfrequenz: ±12 V aus CASSY 10 Hz Spannungsmessung: Spannungsfestigkeit Eingangswiderstand: Eingangskapazität: 10 kV bei korrekter Erdung 15 10 Ohm (unter Normalbedingungen) 4 pF Durchmesser: Aufnahme für Kondensator: Rückseitig Länge 58,3 mm 60 mm 96 mm Länger der Stativstange 190 mm ohne Gewinde oder der Taste F9 starten. 8 Kompatibilität Das Elektrofeldmeter S ist verwendbar mit folgenden CASSYModulen: Sensor-CASSY (524 010) mit PC ohne PC Pocket-CASSY (524 006) Mobile-CASSY (524 009) Software CASSY Lab ab Version 1.53 mit CASSY-Display ab Firmware 1.21 ––– ab Firmware 1.15 Als Mitglied der CASSY-Familie hat das Elektrofeldmeter S folgende Eigenschaften: • Das Gerät darf zu jeder Zeit aufgesteckt werden. • Das aufgesteckte Gerät wird automatisch erkannt. • Messgrößen und Messbereiche werden menügeführt eingestellt. CASSY ist eine eingetragene Marke der Firma LD Didactic GmbH LD DIDACTIC GMBH . Leyboldstrasse 1 . D-50354 Hürth . Phone (02233) 604-0 . Fax (02233) 604-222 . e-mail: [email protected] by LD Didactic GmbH Printed in the Federal Republic of Germany Technical alterations reserved
