Joule- und Wattmeter
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06/05-W97-Hund Gebrauchsanweisung 531 831 Joule- und Wattmeter (531 831) 1 Zahlenwertanzeige 2 Einheitenanzeige 3 Taster t START/STOP, mit Status-LED 4 Taster OUTPUT, mit zwei Status-LEDs 5 Steckdose 6 7 8 9 Ausgang, auf 4-mm-Sicherheitsbuchsen Eingang, auf 4-mm-Sicherheitsbuchsen USB-Port Taster RANGE, mit Status-LED 10 Taster U, I, P 1 Beschreibung Das Joule- und Wattmeter ist als universelles Multimeter mit Leistungsmesser für den Einsatz in Vorlesungen, im Demonstrationsunterricht und in Praktika konzipiert. Es hat eine große Leuchtziffernanzeige und bietet Anschlussmöglichkeiten für Verbraucher über 4-mm-Sicherheitsbuchsen oder eine auf der Frontseite eingebaute Steckdose. Der Leistungsbereich erstreckt sich über 12 Dekaden von nW bis kW. Das Gerät misst die Effektivspannung U, den Effektivstrom I und die Wirkleistung P bei Spannungen und Strömen beliebiger Kurvenform und bestimmt wahlweise die elektrische Arbeit W = ∫ P(t) dt, den Spannungsstoß Φ = ∫ U(t) dt oder die Ladung Q = ∫ I(t) dt. Bei Anschluss des Gerätes an einen Computer können zusätzlich die zeitaufgelösten Kurven U(t), I(t) und P(t) sowie die Scheinleistung und der Leistungsfaktor cos ϕ dargestellt und ausgewertet und die Verbraucher computergesteuert ein- und ausgeschaltet werden. Sicherheitshinweise Das Joule- und Wattmeter entspricht den Sicherheitsbestimmungen für elektrische Mess-, Steuer-, Regel- und Laborgeräte nach DIN EN 61010 Teil 1 und ist nach Schutzklasse I aufgebaut. Es ist für den Betrieb in trockenen Räumen vorgesehen, welche für elektrische Betriebsmittel oder Einrichtungen geeignet sind. Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch ist der sichere Betrieb des Gerätes gewährleistet. Die Sicherheit ist jedoch nicht garantiert, wenn das Gerät unsachgemäß bedient oder unachtsam behandelt wird. Wenn anzunehmen ist, dass ein gefahrloser Betrieb nicht mehr möglich ist, ist das Gerät unverzüglich außer Betrieb zu setzen (z.B. bei sichtbaren Schäden). • Vor Erstinbetriebnahme überprüfen, ob der auf dem Leistungsschild (Gehäuse-Rückseite) aufgedruckte Wert für die Netzanschlussspannung mit dem ortsüblichen Wert übereinstimmt. • Vor Inbetriebnahme das Gehäuse auf Beschädigungen untersuchen. Bei Funktionsstörungen oder sichtbaren Schäden das Gerät außer Betrieb setzen und gegen unbeabsichtigten Betrieb sichern. • Gerät nur an Steckdosen mit geerdetem Nullleiter und Schutzleiter anschließen. • Gerät nicht mit Spannungen über 250 V und Strömen über 10 A beschalten. • Defekte Sicherung nur mit einer dem Originalwert entsprechenden Sicherung ersetzen. • Lüftungsschlitze am Gehäuse immer frei lassen, um ausreichende Luftzirkulation zu gewährleisten. • Gerät nur durch eine Elektrofachkraft öffnen lassen. Die eingebaute Steckdose auf der Frontseite kann berührungsgefährliche Spannung u.U. auch dann führen, wenn der Ausgang nicht aktiv ist. Das gilt auch für die 4-mm-Buchsen, wenn mit berührungsgefährlicher Spannung experimentiert wird. • An die Steckdose nur Geräte mit passenden Netzsteckern anschließen. • Beim Experimentieren mit berührungsgefährlichen Spannungen an den 4-mm-Buchsen nur (unbeschädigte) Sicherheitsexperimentierkabel verwenden. Gebrauchsanweisung 531 831 2 Seite 2/8 Technische Daten Messung der Spannung U (Anschluss an Steckdose): Messbereich AC: 250 V Auflösung: 0,1 V Messung der Ladung Q: Anzeigebereiche: ±10 mAs ±10 As ±10 Ah ±10 kAh Eingangswiderstand: 2 MΩ Messgenauigkeit: 1 % am Messbereichsende ±1000 µAs ±100 mAs ±1000 mAs ±100 As ±1000 As ±100 Ah ±1000 Ahs ±9999*** kAh Auflösung: Messung der Spannung U (Anschluss an 4-mm-Buchsen): Messbereiche DC: ±5 mV ±50 mV ±500 mV ±5 V ±50 V ±250 V Messbereiche AC *: ––– ––– 350 mV 3,5 V 35 V 250 V Auflösung: 0,001 mV 0,01 mV 0,1 mV 0,001 V 0,01 V 0,1 V Eingangswiderstand: ≥1 MΩ 0,001 mAs 0,001 As 0,001 Ah 0,001 kAh Messung der elektrischen Arbeit W: Anzeigebereiche: ±10 µWs ±10 mWs ±10 Ws ±10 kWs ±10 kWh ±100 µWs ±1000 µWs ±100 mWs ±1000 mWs ±100 Ws ±1000 Ws ±100 kWs ±1000 kWs ±9999 kWh*** Auflösung: 0,001 µWs 0,001 mWs 0,001 Ws 0,001 kWs 0,001 kWh 0,01 µWs 0,01 mWs 0,01 Ws 0,01 kWs Messung des Stromes I: ±200 µA ±200 mA Messbereiche AC *: 140 µA 140 mA Auflösung: 0,1 µA 0,1 mA ±2 mA ±2 A ±20 mA ±10 A 1,4 mA 1,4 A 14 mA, 10 A 0,001 mA 0,001 A 0,01 mA 0,01 A Eingangswiderstand: 10 Ω bis 20 mA ca. 0,01 Ω über 20 mA Messgenauigkeit **: 1 % am Messbereichsende Messung der Leistung P: Anzeigebereiche: ±10 µW ±10 mW ±10 W ±2,5 kW ±100 µW ±100 mW ±100 W ±1000 µW ±1000 mW ±1000 W 0,001 µW 0,01 µW 0,1 µW 0,001 mW 0,01 mW 0,1 mW 0,001 W 0,01 W 0,1 W 0,001 kW Der kleinste aktuell zur Verfügung stehende Messbereich hängt von den gewählten Strom- und Spannungsmessbereichen ab. Auflösung: Messung des Spannungsstoßes Φ: Anzeigebereiche: ±10 mVs ±100 mVs ±1000 mVs ±10 Vs ±100 Vs ±1000 Vs ±10 kVs ±100 kVs ±1000 kVs ±10 kVh ±9999 kVh*** Auflösung: 0,001 mVs 0,01 mVs 0,1 mVs 0,001 Vs 0,01 Vs 0,1 Vs 0,001 kVs 0,01 kVs 0,1 kVs 0,001 kVh Der kleinste aktuell zur Verfügung stehende Messbereich hängt vom gewählten Spannungsmessbereich ab. 0,1 µAs 0,1 mAs 0,1 As 0,1 Ah Der kleinste aktuell zur Verfügung stehende Messbereich hängt vom gewählten Strommessbereich ab. Messgenauigkeit **: 1 % am Messbereichsende Messbereiche DC: 0,01 mAs 0,01 As 0,01 Ah 0,1 µWs 0,1 mWs 0,1 Ws 0,1 kWs Der kleinste aktuell zur Verfügung stehende Messbereich hängt von den gewählten Strom- und Spannungsmessbereichen ab. Allgemeine Daten: Anschluss: wahlweise 4-mm-Sicherheitsbuchsen oder Steckdose (Frontseite) Zahlenwertanzeige: 5-stellige 7-Segment-Anzeige Einheitenanzeige: 7x15-Matrix Ziffernhöhe: 25 mm Messbereichswahl: automatisch oder manuell AC/DCUmschaltung: automatisch oder manuell Netzspannung: Sicherung: Abmessungen: Masse: siehe Leistungsschild auf der Gehäuserückseite siehe Sicherungsschild auf der Gehäuserückseite 20 cm x 21 cm x 23 cm ca. 2 kg Weitere Daten: Abtastrate: max. 10.000 Werte/s (für Kurvenformmessung am Computer) Messwertspeicher: je 16.000 Werte für U und I (für Kurvenformmessung am Computer) USB 1.x und 2.0 (full speed), galvanisch getrennt http://www.leybold-didactic.com/software/ cassy-s.html USB-Port: DeveloperInformation: * bei sinusförmigen Eingangssignalen ** für DC sowie für AC (50 oder 60 Hz) und Crestfaktor ≤ 2 (Crestfaktor = Scheitelwert / Effektivwert) *** nur durch automatische Messbereichswahl erreichbar Seite 3/8 3 Lieferumfang Gebrauchsanweisung 531 831 4-mm-Buchsen 1 Joule- und Wattmeter 1 Software CASSY Lab für Windows 98/ Me/ 2000/ XP oder höher, mit ausführlicher Hilfe (ohne Freischaltcode, für Joule- und Wattmeter unbeschränkt nutzbar) ermöglichen die Einspeisung von elektrischer Leistung (U ≤ 250 V, I ≤ 10 A) und den Anschluss eines Verbrauchers zur Messung der elektrischen Daten. 1 USB-Kabel 5 Bedienung (ohne Computeranschluss) 5.1 Messung der Spannung (Anschluss an die 4-mm-Buchsen): 4 Kurzanleitung Taster U, I, P schaltet zyklisch von der Anzeige einer Messgröße (angezeigt durch die Messeinheit) zur nächsten. Voreingestellt ist die Auswahlliste „Spannung (V), Strom (A), Leistung (W), elektrische Arbeit (Ws)“. Mit der Tasterkombination U, I, P und t START/STOP kann anstelle der elektrischen Arbeit der Spannungsstoß (Vs) oder die Ladung (As) in die Auswahlliste aufgenommen werden. Taster RANGE schaltet zyklisch von einem Messbereich zum nächsten bzw. schaltet die automatische Messbereichswahl ein (Status-LED AUTO leuchtet). Wird der gewählte Messbereich überschritten, so schaltet das Gerät in jedem Fall automatisch zum größeren Messbereich um. Eine automatische Umschaltung zu kleineren Messbereichen erfolgt jedoch nur bei eingeschalteter automatischer Messbereichswahl. Die Umschaltung zwischen DC- und AC-Messbereichen geschieht normalerweise automatisch. Mit der Tasterkombination U, I, P und RANGE kann manuell zwischen Gleich- und Wechselstrommessbereichen umgeschaltet werden. Taster t START/STOP startet und stoppt die Integration zur Bestimmung der elektrische Arbeit, des Spannungsstoßes oder der Ladung. Taster OUTPUT schaltet zwischen der Anschlussmöglichkeit über die 4-mmSicherheitsbuchsen oder die eingebaute Steckdose hin und her. Der aktuellen Zustand wird mit Status-LEDs angezeigt. Beim Umschalten wird auch kurzzeitig der Stromnullpunkt des Jouleund Wattmeters neu kalibriert. Eingebaute Steckdose ermöglicht den Anschluss eines handelsüblichen Verbrauchers (I ≤ 10 A) zur Messung der elektrischen Daten. Die Einspeisung von elektrischer Leistung ist nicht erlaubt. Messungen an Spannungsquellen sind nur bei Anschluss an die 4-mm-Buchsen möglich. - Ggf. Taster OUTPUT drücken, um die Status-LED der 4-mm-Buchsen einzuschalten. - 4-mm-Eingangsbuchsen beschalten. - Mit Taster U, I, P in der Einheitenanzeige die Einheit mV oder V auswählen. - Mit Taster RANGE die automatische Messbereichswahl einschalten (LED AUTO leuchtet) oder einen geeigneten Messbereich wählen. Hinweis zu Gleich- und Wechselspannung: AC-Messbereiche werden durch das zusätzliche Symbol „~“ in der Einheitenanzeige dargestellt. Bei ungeglätteter Gleichspannung werden AC-Messbereiche eingeschaltet und Effektivwerte angezeigt. Hinweis zur Wahl der Messbereiche: Wird der gewählte Messbereich überschritten, so wird in jedem Fall automatisch der nächstgrößere Messbereich eingeschaltet. Eine automatische Umschaltung zu kleineren Messbereichen erfolgt nur bei eingeschalteter automatischer Bereichswahl (Autorange). Hinweis zur Genauigkeit: Bei unbeschalteten Eingangsbuchsen hängt der angezeigte Messwert von äußeren Umgebungseinflüssen ab und ist daher nicht aussagekräftig. Anwendungsbeispiel: Im empfindlichsten Messbereich (±5 mV, DC) kann man problemlos die Spannungen eines Thermoelements messen. Allerdings treten Thermospannungen auch bei kleinen Temperatur- Gebrauchsanweisung 531 831 unterschieden im Gerät selbst auf, die dann zu einem kleinen Offset führen können. Seite 4/8 5.3 Messung der Leistung (Anschluss an die 4-mm-Buchsen): 5.2 Messung der Stromstärke (Anschluss an die 4-mm-Buchsen): - Ggf. Taster OUTPUT drücken, um die Status-LED der 4-mm-Buchsen einzuschalten. - Ggf. Taster OUTPUT drücken, um die Status-LED der 4-mm-Buchsen einzuschalten. - Obere 4-mm-Eingangs- und obere 4-mm-Ausgangsbuchse beschalten. - Mit Taster U, I, P in der Einheitenanzeige die Einheit µA, mA oder A auswählen. - Mit Taster RANGE die automatische Messbereichswahl einschalten (LED AUTO leuchtet) oder einen geeigneten Messbereich wählen. Hinweis zu Gleich- und Wechselstrom: AC-Messbereiche werden durch das zusätzliche Symbol „~“ in der Einheitenanzeige dargestellt. Hinweis zur Wahl der Messbereiche: Wird der gewählte Messbereich überschritten, so wird in jedem Fall automatisch der nächstgrößere Messbereich eingeschaltet. Eine automatische Umschaltung zu kleineren Messbereichen erfolgt nur bei eingeschalteter automatischer Bereichswahl (Autorange). Hinweis zur Überstromfestigkeit: Die Strommessung ist geschützt bis 10 A. Zur Messung der aufgenommenen Leistung eines Verbrauchers: - Versorgungsspannung an 4-mm-Eingangsbuchsen und Verbraucher an 4-mm-Ausgangsbuchsen anschließen. Zur Messung der abgegebenen Leistung einer Spannungsquelle (z.B. Generator, Solarzelle): - Spannungsquelle an 4-mm-Ausgangsbuchsen und Verbraucher (Last) an 4-mm-Eingangsbuchsen anschließen. - Mit Taster U, I, P in der Einheitenanzeige die Einheit µW, mW, W oder kW auswählen. Hinweis zu den Messgrößen: Die angezeigte Leistung ist die Wirkleistung, d.h. bei Wechselspannungen wird die Phasenverschiebung zwischen U und I berücksichtigt. In die Ausgangsbuchsen eingespeiste Leistung wird negativ angezeigt. Die angezeigte Spannung U entspricht der Spannung an den Ausgangsbuchsen (bei einem Stromfluss I durch das Messgerät wird der Spannungsabfall ∆U = RShunt ⋅ I berücksichtigt). Hinweis zur Wahl der Anzeigebereiche: Wird der gewählte Anzeigebereich überschritten, so wird in jedem Fall automatisch der nächstgrößere Anzeigebereich eingeschaltet. Hinweis zur Genauigkeit: Bei Wechselströmen können Kabelkapazitäten innerhalb und außerhalb des Geräts für einen kleinen, aber messbaren Blindstrom im µA-Bereich sorgen. Hinweis zur Genauigkeit: Bei Wechselspannungen können Kabelkapazitäten innerhalb und außerhalb des Geräts für einen kleinen Blindstrom im µABereich sorgen. Ohmsche Verluste dieses Blindstrom im Kabel verursachen u.U. eine kleine aber messbare Wirkleistung im µW- oder mW-Bereich. Anwendungsbeispiele: Leistung eines Thermoelements; Leistung einer Solarzelle, einer Brennstoffzelle, eines galvanischen Elements; Leistungsanpassung und Wirkungsgrad am Transformator; Leistung von Motor und Generator Seite 5/8 5.4 Messung der elektrischen Arbeit (Anschluss an die 4-mm-Buchsen): Gebrauchsanweisung 531 831 Anwendungsbeispiel: Wechselstromzähler; elektrische Arbeit einer Brennstoffzelle, eines galvanischen Elements; Energieinhalt eines Kondensators 5.5 Messung des Spannungsstoßes (Anschluss an die 4-mm-Buchsen): - Ggf. Taster OUTPUT drücken, um die Status-LED der 4-mm-Buchsen einzuschalten. Zur Messung der aufgenommenen elektrischen Arbeit eines Verbrauchers: - Versorgungsspannung an 4-mm-Eingangsbuchsen und Verbraucher an 4-mm-Ausgangsbuchsen anschließen. Zur Messung der abgegebenen elektrischen Arbeit einer Spannungsquelle (z.B. Generator, Solarzelle): - Spannungsquelle an 4-mm-Ausgangsbuchsen und Verbraucher (Last) an 4-mm-Eingangsbuchsen anschließen. - Einen geeigneten Spannungsmessbereich und einen geeigneten Strommessbereich wählen (siehe 5.1 und 5.2). - Mit Taster U, I, P in der Einheitenanzeige die Einheit mWs, Ws, kWs oder kWh auswählen. Falls beim Weiterblättern mit Taster U, I, P keine dieser Einheiten wählbar ist, können sie durch gleichzeitiges Drücken der Taster U, I, P und Taster t START/STOP in die Auswahlliste aufgenommen werden. - Mit Taster t START/STOP die Integration starten. - Nach Ablauf der gewünschten Messzeit t mit dem Taster t START/STOP die Integration stoppen. Hinweis zur physikalischen Größe elektrische Arbeit: Die bis zum Ablauf der Messzeit t verrichtete elektrische Arbeit W ist das Zeitintegral über die Leistung P: - Ggf. Taster OUTPUT drücken, um die Status-LED der 4-mm-Buchsen einzuschalten. - 4-mm-Eingangsbuchsen beschalten. - Einen geeigneten Spannungsmessbereich wählen (siehe 5.1). - Durch gleichzeitiges Drücken der Taster U, I, P und Taster t START/STOP in der Einheitenanzeige die Einheit mVs, Vs, kVs oder kVh auswählen. Nun erscheint der Spannungsstoß anstelle der elektrischen Arbeit in der Auswahlliste des Tasters U, I, P . - Mit Taster t START/STOP die Integration starten. - Nach Ablauf der gewünschten Messzeit t mit dem Taster t START/STOP die Integration stoppen. Hinweis zur physikalischen Größe Spannungsstoß: Der Spannungsstoß Φ nach Ablauf der Messzeit t ist das Zeitintegral über die Spannung U: t Φ (t ) = ∫ U (t ' ) dt ' 0 t W (t ) = ∫ P (t ' ) dt ' 0 Hinweis zur Genauigkeit: Bei der Integration sehr kleiner Messgrößen können ihre Messfehler (z.B. Offsetfehler und Rundungsfehler) das Ergebnis verfälschen. Hinweis zu den Strom- und Spannungs-Messbereichen: Während eines automatischen Umschaltvorganges bei Überoder Unterschreiten eines Messbereiches wird das Integral kurzzeitig nicht korrekt berechnet. Vor einer nur wenige Sekunden dauernden Integration sollten daher geeignete Messbereiche für Strom und Spannung ausgewählt werden. Hinweis zur Genauigkeit: Bei der Integration sehr kleiner Messgrößen können ihre Messfehler (z.B. Offsetfehler und Rundungsfehler) das Ergebnis verfälschen. Hinweis zu den Spannungs-Messbereichen: Während eines automatischen Umschaltvorganges bei Überoder Unterschreiten eines Messbereiches wird das Integral kurzzeitig nicht korrekt berechnet. Vor einer nur wenige Sekunden dauernden Integration sollte daher ein geeigneter Messbereich für die Spannung ausgewählt werden. Gebrauchsanweisung 531 831 Seite 6/8 Anwendungsbeispiel: Faradaysches Induktionsgesetz: Beim Eintauchen eines Permanentmagneten in eine Spule misst man den Spannungsstoß ∆Φ, beim Wiederherausziehen den Spannungsstoß −∆Φ. Anwendungsbeispiel: Bestimmung der Faradayschen Konstante durch Messung der Gasentwicklung bei einer Elektrolyse und der dazu benötigten Ladung Q, Bestimmung der Ladung auf einem Kondensator. 5.6 Messung der Ladung (Anschluss an die 4-mm-Buchsen): 5.7 Messung der Spannung (Anschluss an die eingebaute Steckdose): - Ggf. Taster OUTPUT drücken, um die Status-LED der 4-mm-Buchsen einzuschalten. - Obere 4-mm-Eingangs- und obere 4-mm-Ausgangsbuchse beschalten. - Einen geeigneten Strommessbereich wählen (siehe 5.2). - Evtl. Verbraucher an die eingebaute Steckdose anschließen. - Taster OUTPUT drücken, um die Status-LED der eingebauten Steckdose einzuschalten. - Durch gleichzeitiges Drücken der Taster U, I, P und Taster t START/STOP in der Einheitenanzeige die Einheit mAs, As, Ah oder kAh auswählen. Nun erscheint die Ladung anstelle der elektrischen Arbeit in der Auswahlliste des Tasters U, I, P . - Mit Taster t START/STOP die Integration starten. - Nach Ablauf der gewünschten Messzeit t mit dem Taster t START/STOP die Integration stoppen. Hinweis zur physikalischen Größe Ladung: Die bis zum Ablauf der Messzeit t geflossene Ladung Q ist das Zeitintegral über die Stromstärke I: t Q (t ) = ∫ I (t ' ) dt ' 0 Hinweis zur Genauigkeit: Bei der Integration sehr kleiner Messgrößen können ihre Messfehler (z.B. Offsetfehler und Rundungsfehler) das Ergebnis verfälschen. Hinweis zu den Strom-Messbereichen: Während eines automatischen Umschaltvorganges bei Überoder Unterschreiten eines Messbereiches wird das Integral kurzzeitig nicht korrekt berechnet. Vor einer nur wenige Sekunden dauernden Integration sollte daher ein geeigneter Messbereiche für die Stromstärke ausgewählt werden. - Mit Taster U, I, P in der Einheitenanzeige die Einheit V auswählen (der AC-Messbereich wird durch das zusätzliche Symbol „~“ in der Einheitenanzeige dargestellt). Angezeigt wird die Spannung U an der eingebauten Steckdose, also bei angeschlossenem Verbraucher die Spannung am Verbraucher, da bei einem Stromfluss I um den Spannungsabfall ∆U = RShunt ⋅ I korrigiert wird.
