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Voltmeter


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Ein Voltmeter dient zur Messung elektrischer Spannungen in ( Volt ). Dazu wird die Messgröße in eine (Zeigerausschlag) umgewandelt. Das Voltmeter besteht aus dem Messwerk und gegebenenfalls einem Vorwiderstand zur Anpassung Messbereiches.

Schaltzeichen eines Voltmeters

Hierbei wird nur bei einem statischen Voltmeter wirklich die Spannung direkt in einen umgesetzt. Die mechanische Wirkung beruht in diesem auf der Abstoßung gleichnamiger bzw. der Anziehung Ladungen. Das einfachste statische Voltmeter ist das Elektroskop .

In den meisten Fällen erfolgt die in Wirklichkeit über eine Strommessung . Der Strom I durch ein Messwerk dem Eigenwiderstand (Innenwiderstand) R i ist zu der anliegenden Spannung U dem Ohmschen Gesetz proportional . Das Instrument misst also eigentlich einen aber die Skala ist mit den entsprechenden beschriftet. Das Messwerk ist in der Regel Drehspulmesswerk außer im Falle von digitalen Messgeräten (Analog-Digital-Wandler).

Benutzung : Das Voltmeter wird mit den beiden einer Schaltung verbunden zwischen denen die Spannung werden soll. Dies kann mit Prüfspitzen geschehen dass dazu in die Schaltung eingegriffen werden Daher ist die Spannungsmessung die häufigste Form elektrischen Kontrolle. Sogar Strommessungen können häufig durch ersetzt werden; wenn man den Wert R Widerstandes kennt durch den der Strom fließt über das Ohm'sche Gesetz aus der gemessenen Spannung U die I = U/R berechnet werden.

Messbereich : Ein Messwerk hat konstruktionsbedingt einen maximalen bei einer bestimmten maximal möglichen Stromstärke I max . Zugleich besitzt es seinen Eigenwiderstand (Innenwiderstand i ). Das bedeutet wenn die maximale Stromstärke liegt eine gewisse maximal mögliche Spannung an die sich nach dem Ohm'schen Gesetz zu

U max = R i · I max

berechnet. Bei Überschreiten der maximalen Spannung der maximalen Stromstärke kann das Messwerk überlastet Auf der zugehörigen Skala entspricht die maximale dem Vollausschlag.

Um das Messwerk an den gewünschten anzupassen wird es mit einem geeigneten Vorwiderstand R v in Reihe geschaltet. Von der zu messenden Spannung entfällt dann höchstens ein Teil U max auf das Messwerk der Rest U v = U - U max auf den Vorwiderstand.

Beispiel : Das Messwerk habe einen Innenwiderstand R i = 200 Ω und schlage beim I max = 0 002 A (2 mA) aus. Es soll in einem Voltmeter für Messbereich U = 10 V verwendet werden. dem Messwerk liegt bei Vollausschlag die Spannung max = R i · I max = 200 Ω · 0 002 = 0 4 V. Es müssen also v = 10 V - 0 4 = 9 6 V am Vorwiderstand liegen. auch durch ihn der Strom von 0 A fließt berechnet sich hieraus R v = U v /I max = 9 6 V/0 002 A 4800 Ω (4 8 kΩ).

Der Umstand dass (außer im Falle statischen Voltmeters) durch das Spannungsmessgerät Strom fließt dazu dass jede Messung die ursprünglichen Verhältnisse Messobjekt verfälscht da zur Messung ein zusätzlicher entnommen wird. Daher sollte dieser möglichst klein werden d.h. der Widerstand des Voltmeters (R v +R i ) sollte möglichst hoch sein. Um dies wird bei Voltmetern der Widerstand angegeben und in Ω/V (Ohm pro Volt Messbereich). Diese ist mit dem Vollausschlag des jeweiligen Messbereiches multiplizieren um den tatsächlichen Widerstand zu erhalten.

Beispiel : Das oben berechnete Messgerät hat einen von 200 Ω bei einem Messbereich von 4 V. Daraus folgt 200 Ω/0 4 = 500 Ω/V. Wenn man es für Messbereich von 10 V einsetzt hat es den Widerstand 10 V · 500 Ω/V 5000 Ω (5 kΩ) der sich aus eigentlichen Widerstand des Messwerks R i = 200 Ω und dem Vorwiderstand v = 4800 Ω zusammensetzt. Sollte das in diesem Falle seinerseits einen Widerstand von B. 500 Ω haben so wird durch Messung ein Strom von 10 % des zusätzlich entnommen und das Ergebnis in dieser verfälscht.

Vorverstärker : Um den Widerstand des Voltmeters möglichst zu bekommen werden in hochwertigeren Modellen Operationsverstärker als Vorverstärker eingesetzt. Damit gelingt es Eingangswiderstand auf einige Millionen Ω (MΩ) zu so dass die Messung weniger verfälscht wird.

Siehe auch: Amperemeter Genauigkeitsklasse



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