Table Of ContentElektrische Meßgeräte
und
Meßeinrichtungen
Von
A.Palm
Oberingenieur
Mit 205 Abbildungen Im Text
und 6Tafeln
Springer-Verlag Berlin Beideiberg GmbH
1937
Alle Remte, Insbesondere das der Übersetzung
in fremde Spramen, vorbehalten.
Copyright 1937 by Springer-Verlag Berlin Heidelberg
Ursprünglich erschienen bei Julius Springer in Berlin 1937
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1937
ISBN 978-3-662-23781-6 ISBN 978-3-662-25884-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-25884-2
Vorwort.
Das vorliegende Buch ist in Form eines Lehrbuches geschrieben,
das die Kenntnis der Grundlagen der Elektrotechnik voraussetzt. Es
soll dem Techniker und Ingenieur, auch dem Nicht-Elektroingenieur,
vor allem das Wesen und die Anwendungsmöglichkeiten der elektrischen
Meßgeräte und Maßeinrichtungen zeigen. Die Beziehung für den Zeiger
ausschlag ist jeweils kurz abgeleitet und der Aufbau durch Bilder gezeigt.
Die Ausführungsformen der Herstellerfirmen sind in kennzeichnenden
Beispielen wiedergegeben. Die Schaltungen, insbesondere die der Maß
einrichtungen, sind möglichst vereinfacht dargestellt.
Es blieb so noch Raum für die kurze Darstellung einiger Meßgeräte
und -einrichtungen, die schon zur Messung nichtelektrischer Größen
gehören, die aber das große Anwendungsgebiet elektrischer Maßmethoden
zeigen sollen. Zahlreiche Hinweise auf das Schrifttum geben dem Leser
die Möglichkeit, sich über Einzelheiten weitere Auskünfte zu verschaffen.
Die großen Erfahrungen der Firma Hartmann & Braun standen
mir in vollem Umfang zur Verfügung, und so wird deren Eigenart in
diesem Buch häufig zu finden sein. Ich habe mich bemüht, auch Geräte
anderer Firmen nach Möglichkeit zu bringen, und möchte hier für die
trberlassung von Schriften und Druckstöcken meinen Dank aussprechen.
Herr Dipl.-Ing. W. Schaaf hat mich bei der Ausarbeitung und
Korrektur, und insbesondere bei der Anfertigung der Bilder mit Eüer
und Umsicht unterstützt.
Frankfurt a. M., im Januar 1937.
A. Palm.
VDE, VDI
Inhaltsverzeichnis.
Erster Teil.
Die Meßgeräte.
Seite
I. Drehspul-Meßgeräte. 1
1. Maßprinzip . . . . . 2
2. Aufbau des Meßwerks . 3
Bewegliches Organ 3. - Lagerung 5. - Meßwerkträger 5. -
Dauermagnet und Polschuhe 6. - Magnetisoher Nebenschluß 8.
3. Dämpfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Aperiodische Dämpfung 9.-Beruhigungszeit 9. - Elektromagne
tische Dämpfung 9. - Spulendämpfung 9.
4. Skala und Zeiger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Skala 10. - Skalenbeleuchtung 10. - Länge der Skala 10. -
Skalenaufschrift 11. - Zeigerformen 11. - Fehler durch Par
allaxe 11. - Skala mit unterdrücktem Nullpunkt 12.
5. Gehäuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Gehäuse für Schalttafelgeräte 13. - Prüfspannungen 13. - Ge
häuse für tragbare Geräte 16.
6. Schaltung bei Gleichstrom. . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
.Strommessersohaltung 16. - Spannungsmesserschaltung 18.
7. Schaltung bei Wechselstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Schwingkontaktgleichrichter 19. - Trockengleichrichter 19. -
Thermoumformer 21. - Photostrommesser 24.
8. Vielfachgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Drehspulgeräte hoher Genauigkeit 24. - Universalgeräte 24.
9. Galvanometer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Allgemeine Eigenscha.ften 26. - Spiegelgalvanometer 27. -Zeiger
galvanometer 28. - Ballistische Galvanometer 29. - Kriechgalvano
meter 29. - Besondere Aufhängung der Drehspule bei Zeiger
galvanometern 30. - Spannfadenaufhängung 30. - Galvanometer
als Nullinstrument 31.
10. Geräte mit Lichtzeiger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
11. Allgemeine Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Toleranz 33. - Anwendungsgebiet 34. - Eigenverbrauch 34. -
Empfindlichkeit 34. - Überlastbarkeit 35. - Mechanische Güte-
zahl 35.
II. Kreuzspulmeßgeräte mit Dauermagnet. 36
Maßprinzip . . . . . . . . 36
III. Drehmagnet-Me.ßgeräte . . . . . . . . • 39
Inhaltsverzeichnis. V
Seite
IV. Dreheisen- (Weicheisen-) Meßgeräte. 40
1. Maßprinzip • . • . . . . . . . . . . 40
2. Meßwerkarten . . . . . . . . . . . . 41
Flachspule von S. & H. 41.-Meßwerk nach Stanley 42.-Meß
werk von H. & B. 42. - Meßwerk für geradlinigen Skalenverlauf 42. -
Anordnung von Weston 43. - Dämpfung 43. - Gehäuse 43.
3. Skalenverlauf . . . . . . . . • . . . . . . 43
4. Schaltweise • . . . . . . . . . . . . . . . 44
StrommeBBer 44. - Spannungsmesser 45.
5. Verhalten bei Gleich- und Wechselstrom • • . 45
Gleichstromfehler 45. - Wechselstromfehler 46.
6. Toleranz und Eigenschaften . . . . . . . . . . . . 46
Toleranz 46.- Temperatureinfluß 46.- Frequenzeinfluß 47.
Fremdfeldeinfluß 47.-Kurvenformeinfluß 47.-Überlastbarkeit 48.
Prüfspannung 48. -Verbrauch 48.
7. SonderausführungEn . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . 49
Astatische und geschützte Meßwerke 49. - Meßwerk für 270° Aus
schlag 49. - Ringeisen-QuotiententneBBer 49. - DreheiBen-Quotien
tenmesser 50.
V. Elektrodynamometer . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
1. Strom- und Spannungsmesser . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Maßprinzip 51.-Dämpfung 53.-Spannungsmesser 53.-Strom
messer 53. - Spiegel-Elektrodynamometer 54.
2. Leistungsmesser ohne Eisen 54
Maßprinzip 54. - Meßwerk 56.
3. Leistungsmesser mit Eisen . . . . 56
Eisengeschirmte Leistungsmesser 57. - Eisengeschlossene Leistungs
messer 57.
4. LeistungsmeBBer mit mehreren Meßwerken . . . . . . . . . . . . 59
Doppelmeßwerk auf einer Achse 59. - Astatisches Meßwerk 59. -
Dreifach-Meßwerk mit Bandkupplung 60.
5. Schaltweise der Leistungsmesser • . . . . . . . . . . . . . • . . 60
Zweileiter-Gleichstromnetz 60.-Wechselstrom und Hochspannung
mit Meßwandlern 61.-Drehstrom, gleichbelastete Phasen 61.-Dreh
strom, ungleich belastete Phasen (Aron-Schaltung) 62.-Drehstrom
mit beliebig belasteten Phasen und Nulleiter 62.
6. Elektrodynamische Kreuzfeld- und Kreuzspulmeßgeräte . . . . . . 63
PhasenmeBBer 63. - Synchronoskop 66. - Frequenzmesser 67. -
Widerstandsmesser 68.
7. Induktions-Elektrodynamometer • . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Maßprinzip 68. - FrequenzmeBBer 70. - Kapazitätsmesser 70. -
Widersta.ndsmeBBer 71.
VI. Induktions- (Drehfeld-) Meßgeräte 71
1. Maßprinzip • . . . . . . . 71
2. Aufbau des Meßwerks . . . 72
Wirbelstromdämpfung 73.
3. Schaltweise • . • . . . . . • . . . 74
Spannungsmesser 74. - Strommesser 74. - Leistungsmesser 75.
4. Frequenzmesser ( QuotientenmeBBer) 76
5. Toleranz und Eigenschaften • . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
VI Inhaltsverzeichnis.
Seite
VII. Hitzdraht- und Hitzband-Meßgeräte 78
1. Maßprinzip • • . . . . . . . . . . . 78
2. Aufbau des Meßwerks • . . • . . . . • 78
3. Schaltweise, Bildung der Meßbareiche und Verbrauch 80
Spa.nnungsmeBBer 80. - HitzdrahtstrommeBBer 80. - Hochfre·
quenzstrommeBBer 81. - HitzdrahtleistungsmeBBer 81.
4. Besondere Eigenschaften . . 82
5. Bimetall-Hitzbandgeräte. . . 83
VIII. Elektrostatische Meßgeräte 83
1. Maßprinzip • . . . . . . . 84
Beziehung zwischen Spannung und Kraft 84. - Dielektrikum 85.
LadungsmeBBung 86.
2. Aufbau der Meßwerke und Instrumente • . . 86
a) Änderung des wirksamen Abstandes der Elektroden . . • . • 86
Schutzring-Elektrometer von Thomson 86. - Schutzring
spa.nnungsmeBBer mit veränderbarem Elektrodenabstand 87. -
Spa.nnungsmeBBer nach Seidler (H. & B.) 88.-Kugelspannungs
messer nach Hueter 89. - Saitenelektrometer 89.
b) Änderung der wirksamen Elektrodenflächen . . . . . • . • . 89
Quadranten-Voltmeter von Trüb, Täuber 89.-Multizellu
larvoltmeter von Kelvin 90. - SpannungsmeBBer mit linearem
Skalenverlauf 90. - Lichtzeigergerät 91.
3. Dämpfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4. Besondere Eigenschaften und Anwendungsbereich . . . . • • • • 92
Verbrauch 92. - ÜberschlagBBpannung 93. - Anwendungsbe
reich 93.
5. Gehäuse ............ . 93
6. Elektrostatischer Spannungsteiler . 93
7. Elektrostatischer QuotientenmeBBer 94
Ohmmeter 94. - Drehfeldinstrument 94.
IX. Schwingungsinstrumente . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
1. Resonanzinstrumente • . • • • . . . . . . . . . . . . • • • . 96
Elektromagnetischer Zungenfrequenzmesser 96. -Nach Hart
mann-Kempf 96. - Nach Frahm 97. - Meßbareicherweiterung
durch überlagertes Dauerfeld 98. - Elektrostatischer Zungenfre
quenzmeBBer 99.
2. Vibrationsgalvanometer . . . . . . . . . • • . . . . . . • • • 99
Saitengalvanometer 99. - Spulengalvanometer 100. - Nadel
galvanometer 100.
3. Oszillographen • . . . . . . . . . . • . . • • . . . • . • • . 102
Schleüen-Oszillograph 103. - Elektrostatischer Oszillograph 104.
Kathodenstrahl-Oszillograph 105.
X. Kontakt- und Regelgeräte. . . . . . 107
1. Geräte mit unmittelbarer Kontaktgabe 107
2. Geräte mit mittelbarer Kontaktgabe . . 108
Fallbügelregler 108. - Programmregler 109. - Kompensations
regler 109. - Stetiger Regler 109.
InhaJtsverzeichnis. VII
Seite
XI. Schreibende Meßgeräte ................... I09
I. Linienschreiber mit unmittelbarer Aufzeichnung. . . . . . . . I09
Führung der Schreibfeder I09. - Schreibfedern und Tintenbe
hälter 112. -Tinte 112. - Schreibpapier 113. - Papierantrieb 113.
Papiervorschub 113. - Meßwerke 114. - Gehäuse 114. - Zusatz
schreiber 114.
2. Linienschreiber mit fremder Hilfskraft . . . . . . . . . . . . . 115
Instrumentvon Olivetti 115. -Leeds&Northrup-Schreiber 115.
3. Punktschreiber . . . . . . . . . . . . . 117
Aufzeichnung 117. -Meßwerke 119.
4. Lichtschreiber . . . . . . ll9
XII. Zubehör und Meßwandler . . . . . . . I20
I. Nebenwiderstände . . . . . . . . . . . I20
Verbindungsleitungen 120.-Werkstoff 121.-Wärmeentwick
lung 121.
2. Vorwiderstände ........................ 122
3. Stromwandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
Allgemeines über Meßwandler 124. - Schaltung und Wirkungs
weise 125.-Vektorschaubild 125.- Schenkelkernwandler I26.
Ringkernstromwandler 126. - Stabwandler 127.- Querlochwandler
127.-D ietze -Anleger I28.-Kurzschlußfestigkeit 128. - Toleranz
und Bürde 129. - Normalstromwandler 129.
4. Spannungswandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Schaltung 130. - Ausführungsbeispiel130. - Stromüberlastung
I31. -Toleranz und Bürde I31.
XIII. Zusammenstellung von Angaben über elektrische Meßgeräte 131
I. Verwendungsmöglichkeit (Tafel I S. I34) . . . . . . . . . . . . 131
2. Anwendungsbereiche (Tafel lla S. I35) . . . . . . . . . . . . . I32
3. Kurzzeichen für die Skalenaufschrift (Tafel Ilb S. 135, W S. I36) 132
4. Toleranz und Einflußgrößen (Tafel IV S. 137) . • • . . • . . . . 132
5. Eigenverbrauch der Strom- und SpannungsmeBBer (Tafel V S. 138,
Tafel VI S. I39 . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 132
Zweiter Teil.
Die elektrischen He.8eimichtungen.
XIV. Meßwiderstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
1. Werkstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Konstantan I40. -Manganin I40. - Edelmetall141. - Halb
leiter 141. - FlÜBBigkeiten 141.
2. Niederohmige Widerstände für hohe Ströme . . . . . . . . . 141
3. Hochohmige Widerstände für kleine Ströme . . . . . . . . . 143
Zeitkonstante 143. - Bifilare Wicklung aus Blechen und auf
Rollen 144. - Wicklung nach Chaperon 144. - Wicklung nach
Wagner und Wertheimer 144.
4. Hochspannungswiderstände . . ..•.•.....•.. 145
5. Regelbare Widerstände . . . . . . . . . . . . . . . 145
Schleifdrahtwiderstand 146. Stöpselwiderstand 146. -
Kurbelwiderstand 147.
VIII Inhaltsverzeichnis.
Seite
XV. Induktivitä.ten und Kapazitäten. . . . . . . . . . . . . 148
I. Induktivitäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
Einheit 148.-Allgemeines 149.-Selbstinduktionen 149.
Gegenseitige Induktion 149. - Regelbare Induktivität 149.
2. Kapazitäten ........................ 150
Einheit 150. - Dielektrizitätskonstante 150. - Dielektrische
Verluste 150.-Luftkondensatoren 151.-Preßgaskondensatoren
152. - Kondensatoren mit festem Dielektrikum 152.
XVI. Meßbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
I. Meßbrücken für Gleichstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Wheatstone-Brücke 154. - Schleifdrahtbrücke nach Kohl
rausch 155. - Walzenmeßbrücke nach Kohlrausch 156. -
Fehlerortsmeßbrücken 156. - Thomson-Brücke 157. - Schleif
draht-Doppelbrücke 158.
2. Brücken für Wechselstrom .................. 159
Allgemeines 159. -Einfache Kapazitäts-Vergleichsmaßbrücke
(reine Wirk- oder Blindwiderstä.nde) 160. - Brücke von Wien
(Kapazität und Frequenz) 161.-Hilfszweig nach K. W. Wagner
162.-Brücke von Maxwell (Kapazität und Induktivität) 162.
Brücke von S chering (Kapazität und dielektrischer Verlustwinkel)
163. - Erdwiderstandsbrücken 164.
XVII. Kompensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
I. Kompensatoren für Gleichstrom . . . . . . . . . . . . . . . 166
Kompensator nach Lindeck-Rothe 166. - Feußner-Kom
pensator 166.-Normalkompensator von H. & B. 167.-Normal
kompensator von Raps (S. & H.) 168.-Stufenkompensator nach
Schmidt 169. - Schleifdrahtkompensator zur Pu-Messung 171.
2. Kompensatoren für Wechselstrom .............. 172
Kompensator von Geyger 173. -Stromwandlerprüfeinrichtung
nach Schering-Alberti 173. - Stromwandlerprüfeinrichtung
nach Hohle 174.
3. Selbsttätige Kompensatoren . . . . 175
XVIII. Hochspannungsmaßeinrichtungen 176
I. Funkenstrecken . . . . . . . . . 176
Nadeln 177. -Kugeln 177.
2. Kugelspannungsmesser nach Hueter . 178
3. Hochspannungsmesser mit Ventilröhren. 179
Methode von Chubb 179. - Methode von Craighead 180.
4. Hochspannungsteiler mit Glimmröhre . . . . . 180
5. Röntgenspektrum . . . . . . . . . . . . . . 182
XIX. Anzeigende Widerstandsmaßeinrichtungen 182
I. Widerstandsmesser für Leitungen. . . . . . . 182
Strommesser mit Ohmskala 182. - Leitungsprüfer 184.
Doppelspulmeßwerk als Strom- und Spannungsmesser 184. -
Kreuzspul-Widersta.ndsmesser 185.
2. Isolationsmesser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Kurbelinduktor 186. - Batterieumspanner 188. - Elektrosta
tische Isolationsmesser 189. - Prüfung des Oberflächenwider
standes von Isolierstoffen 189.
Inhaltsverzeichnis. IX
Seite
3. Leitfähigkeitsmesser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Empfindlicher Wechselstrommesser 191.-Leitfähigkeitsmesser
mit Temperaturausgleich 191.
XX. Magnetische Meßeinrichtul}gen . . . . . . . . . . . . . . 192
1. Messung der Induktion ................... 192
Wismutspirale 192.-Ballistische-und Kriechgalvanometer 193.
Joch-Methode 194.
2. Eisenverlustmessungen . . . . . . . . . 194
Epstein-Appa.rat 194. - Ferrometer 195
XXI. Temperaturmaßeinrichtungen . . . . . 196
1. Widerstands-Temperaturmaßeinrichtungen. 196
Kreuzspulgerät mit Vergleichswiderstand 196.-Thermometer
in Brückenschaltung 197.-Thermometer am Kompensator 198.
Ausführung und Zubehör der Widerstandsthermometer 199. -
Bolometer 203.
2. Thermoelektrische Temperaturmaßeinrichtungen . . . . 203
Thermospannung 203. - Ausgleichsleitungen 204. - Meß
werke 204. - Mechanischer Aufbau der Thermoelemente 205. -
Temperatur der kalten Lötstelle 206.
3. Strahlungspyrometer . . . . . . ............ 207
Teilstrahlungspyrometer 207. - Gesamtstrahlungspyrometer
207.
XXII. Fernmaßeinrichtungen ........... . 209
1. Fernmaßeinrichtungen mit Widerstandsgeber . . 210
Widerstandswalze 210. - Ringrohrgeber 211. - Induktiver
Geber 211. - Fernzähler 212.
2. Kompensations-Fernmaßeinrichtungen. . . . . . . . . . . . 212
3. Impuls-Fernmeßeinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . 214
Impulszeitverfahren 214. - Impulsfrequenzverfahren 215.
XXIll. Verschiedenes . . . . . . . 216
1. Piezoelektrischer Druckmesser . . . . . . . . . . . 216
2. Beleuchtungsmesser . . . . . . . . . . . . . . . . 217
Photozelle 217. - Sperrschichtphotoelement 218.
3. Vorratmesser für Flüssigkeiten 219
Namen- und Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . 221
