Vielfachmessgerät - Dokumentation

Vielfachmessgerät
Dokumentation
Hendrik Lüth
Ausbildungswerkstatt der Marine
28.01.2013
Hendrik Lüth
Flensburg, 28.01.13
Inhaltsverzeichnis
1. Datenblatt des Messgerätes
2. Innerer Aufbau
a. Schaltplan
b. Bestückungspläne
c. Platinenlayout
3. Funktionsbeschreibung
4. Messprotokoll
5. Stück- und Preiß-Liste
6. Begleitfragen
Herr Max Mustermann
Weisnichtwo-Weg 7a
12345 Musterstadt
MSM-Ausbildungswerkstatt
Hendrik Lüth,
MSM-Ausbildungswerkstatt
Mürwiker Str. 203
24944 Flensburg
Mürwiker Str. 203
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Hendrik Lüth
Flensburg, 28.01.13
Technische Spezifikation des Messgerätes „MessGe13“
Messbereich DC
Messbereiche Spannung
Messbereich Strom
Innenwiderstand
Genauigkeitsklasse
1V / 3V / 10V / 30V / 100V
1mA / 3mA / 10mA / 30mA / 100mA / 300mA / 1A
10kΩ/10V
2,5
Messbereich AC
Messbereiche Spannung
Messbereich Strom
Innenwiderstand
Genauigkeitsklasse
1V / 3V / 10V / 30V / 100V
1mA / 3mA / 10mA / 30mA / 100mA / 300mA / 1A
10kΩ/10V
2,5
Messbereich
Widerstand
Messbereich
Genauigkeitsklasse
Siehe Funktionsbeschreibung
2,5
Allgemeine
techn. Daten
Stromversorgung
Abmessungen (lxbxh)
Gewicht
1x 9V-Blockbatterie
130 x 80 x 40 mm
450g
Widerstandsmessbereich
Wert auf der Skala
100%
90%
80%
70%
60%
Widerstandswert
0Ω
8,5 kΩ
16 kΩ
40,6 kΩ
64 kΩ
Wert auf der Skala
50%
40%
30%
20%
10%
Widerstandswert
94 kΩ
144,5 kΩ
234,4 kΩ
405 kΩ
900 kΩ
Bei einer Anzeige von Weniger als 10% ist der Wert höher als ein Megaohm.
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Funktionsbeschreibung
Messbereich Gleichspannung
Nachdem man den Drehschalter auf den 100V Messbereich und den AC/DC Schalter auf
Gleichspannung (DC) eingestellt hat legt man eine Spannung bis 100V DC an die rote und
schwarze Anschlussklemme an, wobei die schwarze Klemme Masse ist. Nun fließt ein sehr
geringer Strom von maximal 10mA bei 100V durch das Messgerät. Er fließt durch die
Vorwiderstände, an denen im 100V Messbereich 99,5 V an den Vorwiderständen ab. Die
restlichen 0,5V fallen an der Parallelschaltung der Widerstände des Strommessbereichs und
des Messwerks ab. Vor das Messwerk ist ein Trimmer als Vorwiderstand geschaltet, um das
Messwerk kalibrieren zu können, da die Vorwiderstände für die Messbereiche nicht exakt
auf die berechneten Werte angepasst werden können. Der Trimmer ist nach beim
Kalibrieren so eingestellt worden, das bei 30V im 30V-DC Messbereich ein Ausschlag von
100% erreicht wird. Von den 0,5V, die noch an der Parallelschaltung anliegen fallen in der
Reihenschaltung des Trimmers und des Messwerkes 0,4V an dem Trimmer ab und 100mV an
dem Messwerk. Das Messwerk zeigt nun einen Vollausschlag an.
Wenn die angelegte Spannung entsprechend kleiner als 30V ist, was man auf dem Messwerk
ablesen kann, so kann man einen Messbereich weiter herunter schalten um den Wert
genauer ablesen zu können.
Messbereich Wechselspannung
Möchte man eine Wechselspannung messen, so geht man auf die gleiche Weise vor,
allerdings stellt man den AC/DC Schalter am Anfang auf Wechselspannung (AC). Das
Funktionsprinzip ist allerdings anders. Bei der positiven Halbwelle der Wechselspannung
fließt der Strom über die Vorwiderstände bis zur Parallelschaltung der Widerstände des
Strommessbereichs und des Messwerks, wie beim Messen der Gleichspannung. Da
allerdings der AC/DC Schalter umgelegt ist fließt der Strom durch die Diode und lädt den Elko
auf den Spitzenwert der Halbwelle auf. Zugleich fließt der Strom durch den Trimmer und das
Messwerk und erzeugt einen entsprechenden Ausschlag.
Bei einer negativen Halbwelle fließt der Strom genau in die andere Richtung. Allerdings teilt
er sich auf eine Parallelschaltung von drei „Verbrauchern“ auf. Zum einen die Widerstände
des Strommessbereichs, zum anderen Die Diode, welche leitend in Richtung der Diode vor
dem Elko und dem Trimmer und den Vorwiderständen geschaltet ist. Der Strom welcher
zum Kondensator fließt lädt diesen auf, welcher sich beim Abfallen der Spannung der
positiven Halbwelle entladen hat und fließt auch durch das Messwerk, welches den
Ausschlag dadurch beibehält. Nach dem Messwerk treffen die pulsierende Gleichspannung,
welche durch die Diode und den Elko erzeugt wird, und die Sinus-Wechselspannung
aufeinander und Heben sich teilweise auf. Dies ist unter anderem der Grund dafür, dass
Messungen im Wechselspannungsbereich des Messgerätes sehr ungenau sind und eine
Fehlertoleranz von bis zu 25% aufweisen können.
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Messbereich Gleichstrom
Um einen Gleichstrom zu messen stellt man das Messgerät auf den 1A Messbereich und den
AC/DC Schalter auf Gleichspannung (DC) und schleift das Messgerät in Reihe zu einem
Verbraucher in den Stromkreiß ein. Der Strom fließt in eine Parallelschaltung von
Widerständen und dem Messwerk mit Vorwiderstand. Da der Strom sich verhältnismäßig zu
den Widerständen aufteilt fließt der größte Teil des Stromes nicht durch das Messwerk,
sondern durch den 0,5Ω Widerstand fließt. Der Strom durch das Messwerk ist von der
Schaltung der Widerstände her so begrenzt das er bei 1A im selben Messbereich nicht mehr
als 100µA hat. Somit stehen die Widerstände im Verhältnis 1:10.000 bzw. 0,5Ω zu 5kΩ.
wenn abzulesen ist das der Strom kleiner als 300mA ist, kann man herunter in den 300mA
Messbereich schalten, um den Wert genauer ablesen zu können.
Messbereich Wechselstrom
Möchte man einen Wechselstrom messen, so geht man auf dieselbe Weise vor wie bei
einem Gleichstrom, schaltet aber den AC/DC Schalter auf AC. Auch hier ist das
Funktionsprinzip wie bei der Gleichspannung, nur das die negative Halbwelle, wie beim
Messen von Wechselspannung, mit Hilfe des Einweggleichrichters gleichgerichtet wird.
Messbereich Widerstand
Möchte man einen Widerstand messen, so schließt man die schwarze und die gelbe
Klemmen zum Kalibrieren miteinander kurz und stellt an dem Potentiometer das
Zeigerinstrument auf den Vollausschlag ein. Nun hebt man den Kurzschluss auf und schließt
zwischen denselben Anschlussklemmen den zu messenden Widerstand an. Nun liest man
den Widerstand mithilfe der Messskala ab.
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Begleitfragen
Nr. 1)
Bei einer Reihenschaltung von z.B. zwei Widerständen unterscheidet man zwischen der
Gesamtspannung und der Teilspannung. Die Teilspannung ist die Spannung die über einem
Widerstand der Reihenschaltung abfällt. Die Gesamtspannung ist, wie der Name schon sagt,
die Spannung, welche über der gesamten Reihenschaltung abfällt und ergibt sich aus der
Summe der Teilspannungen.
Nr. 2)
Ein Vorwiderstand hat die Aufgabe den Strom durch einen Verbraucher zu begrenzen und
die Spannung an dem Verbraucher herabzusetzen. Dieses passiert, da an dem Vorwiderstand
auch eine Spannung abfällt. Somit kann man berechnen, was für Widerstand benötigt wird
wenn man die Gesamtspannung, die benötigte Spannung und den Benötigten Strom hat.
Nr. 3)
Bei dem Messen einer Spannung wird das Messgerät Parallel zu dem Verbraucher
geschaltet, an dem gemessen werden soll, welche Spannung an ihm abfällt. Es muss parallel
geschaltet werden, da sich in einer Parallelschaltung von zwei Verbrauchern, bzw. in
unserem Fall von dem Messgerät und dem Verbraucher die Ströme aufteilen, aber die
Spannungen, welche an ihnen abfallen, gleich sind.
Nr. 4)
Bei einer Parallelschaltung zweier Widerstände teilt sich der Gesamtstrom im Verhältnis zu
den Widerständen auf. Wenn zum Beispiel der eine Widerstand doppelt so groß ist wie der
zweite, so ist der Strom durch den kleineren Widerstand doppelt so groß wie der durch den
doppelt so großen Widerstand.
Nr. 5)
Bei einem Strommesser erhält man verschiedene Messbereiche, indem man zu dem
Messwerk einen Widerstand parallel schaltet. Wenn man den Messbereich ändern will, so
muss man nur das Verhältnis des Widerstandes zum Messwerk ändern.
Nr. 6)
Damit ein elektrischer Strom fließen kann muss eine Spannung vorhanden sein, weil sie die
Ursache des Stromes ist. Des Weiteren muss auch ein geschlossener Stromkreis vorhanden
sein.
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Nr. 7)
Bei einer Reihenschaltung von mehreren Widerständen teilen sich die Spannungen, welche
an den einzelnen Widerständen abfallen entsprechend der Größe der Widerstände auf. Je
größer ein Widerstand, desto größer auch die Teilspannung, die an ihm abfällt.
Nr. 8)
Um einen Strom zu Messen muss man das Messgerät in Reihe zu dem Verbraucher
einschleifen, da der Strom bei einer Reihenschaltung durch jedes Bauteil dieser Schaltung
der Selbe ist. Bei der Strommessung ist der Innenwiderstand des Messgerätes sehr niedrig,
so dass die Messung so gut wie keinen Einfluss auf den Stromfluss hat.
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Oben: Bestückungsplan
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Unten: Platinenlayout
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Schaltplan:
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Messprotokoll zum Vielfachmessgerät
Die Werte der folgenden Messungen geben den Messbereich an, die zweite Spalte die
Spannung bzw. den Strom die zu einem Vollausschlag nötig ist und die dritte Spalte stellt den
Wert auf der Anzeige beim Anlegen der Sollspannung, bzw. des Sollstroms.
Messbereich DC
Messbereich Spannung
Messbereich
Strom/Spannung für
Vollausschlag
Wert auf der Anzeige bei
angelegtem Soll
1V
3V
10V
30V
100V
0,96V
2,986V
9,99V
30,06V
20% bei 19,34V
104%
100%
100%
100%
21% bei 20V
Messbereich Strom
1mA
3 mA
10 mA
30 mA
100 mA
300 mA
1A
1,03mA
3,44mA
10,55mA
32,87mA
100mA
313mA
836mA
100%
90%
96%
93%
100%
97%
Anschlag
Messbereich Spannung
1V
3V
10V
30V
1,12V
3,69V
12,56V
37,8V
75%
55%
55%
52%
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Messbereich AC
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Stück- und Preiß-Liste
Im nachfolgenden ist eine Liste mit sämtlichen Verbauten Teilen, ihrer Anzahl, ihrem Preiß
und der Bestellnummer für den Elektronikversand Reichelt Elektronik zu finden. Alle
Preisangaben ohne Gewähr, da sich die Preise täglich ändern und somit abweichen können.
Bezeichnung
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Potentiometer
Trimmwiderstand
Messwerk
4mm Bananenbuchse
4mm Bananenbuchse
4mm Bananenbuchse
Wechselschalter
Diode
Elko
9V Blockbatterie
Batterieklipp 9V Block
12-punkt-schalter
Platine
Best.Nr
MPR 68,0K
MPR 330
MPR 15,0
MPR 100
MPR 22
MPR 11
MPR 10
Metall 1,10
Metall 2,20
Metall 1,0
MPR 470
MPR 1,80K
MPR 180
MPR 6,8K
MPR 18,0K
MPR 1,6K
PO6M-LIN 22K
962-20 10K
PM 2-100µA
BB 4 RT
BB 4 GE
BB 4 SW
AS 500APC
1N 4148
RAD 100/35
DURACELL 1X6LR61
HALTER 9VI
DS 1PC
BEL 75X100-1
Wert
68k
330R
15R
100R
22R
11R
10R
1,1R
2,2R
1R
470R
1,8k
180R
6,8K
18K
1,6K
22K
10k
Anzahl Preiß einzeln Preiß gesamt
2
0,150 €
0,300 €
4
0,120 €
0,480 €
1
0,180 €
0,180 €
3
0,120 €
0,360 €
2
0,120 €
0,240 €
1
0,180 €
0,180 €
1
0,120 €
0,120 €
1
0,082 €
0,082 €
1
0,082 €
0,082 €
3
0,082 €
0,246 €
1
0,120 €
0,120 €
1
0,150 €
0,150 €
1
0,150 €
0,150 €
1
0,150 €
0,150 €
1
0,120 €
0,120 €
1
0,150 €
0,150 €
1
1,450 €
1,450 €
1
0,280 €
0,280 €
1
8,900 €
8,900 €
Rot
2
0,310 €
0,620 €
Gelb
1
0,310 €
0,310 €
Schwarz
1
0,310 €
0,310 €
ein-ein
1
1,250 €
1,250 €
1N4148
1
0,020 €
0,020 €
100uF
1
0,040 €
0,040 €
4
1,100 €
4,400 €
1
0,290 €
0,290 €
1
1,700 €
1,700 €
75x100x1,5
1
0,990 €
0,990 €
Gesamt:
MSM-Ausbildungswerkstatt
Mürwiker Str. 203
23,670 €
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