Spannung

Auszüge des Handbüchleins "Elektrische und wärmetechnische Messungen" der Firma Hartmann & Braun AG Frankfurt/Main, 2. Auflage, 1941 (H&B Druckschrift 481a / 20.000 / 6.41). Entsprechend UrhG §66 ist die Schutzfrist inzwischen abgelaufen (Stand von 2012), der Inhalt ist daher gemeinfrei. Das gescannte Büchlein findet sich im Abschnitt Schrifttum als PDF Datei.

Einheit: Volt (V).
1O^-3 V = 1 mV (Millivolt)
10^3 V = 1 kV (Kilovolt)

Mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes läßt sich die Spannungsmessung auf eine Strommessung zurückführen. Wird der Spulenstrom des Strommessers durch einen Widerstand begrenzt, und das Gerät an die Spannung angeschlossen, so ist der in der Meßspule fließende Strom und damit der Zeigerausschlag nur noch abhängig von der Größe der angelegten Spannung. Die für die Strommessung verwendeten Meßwerke auf Seite 53 ... 56 können deshalb auch für Spannungsmessungen verwendet werden.
Zur Messung von Wechselstrom in Hochspannung werden zum Schutz des Messenden und des Meßgerätes Spannungswandler verwendet, deren Unterspannung in der Regel 100 V beträgt.
Der Meßbereich der Dreheisen-Spannungsmesser beginnt erst bei einigen Volt, da der Eigenverbrauch bei kleinen Meßbereichen relativ hoch ist, während sich mit empfindlichen Drehspulgeräten Bruchteile eines Millivolt noch messen lassen.

Elektrostatische Geräte

Elektrostatische Geräte sind im Gegensatz zu den obigen Geräten reine Spannungsmesser. Das Meßprinzip fußt darauf, daß zwei Elektroden, die an Spannung liegen, sich gegenseitig an- ziehen. Elektrostatische Geräte sind für Gleich- und Wechselstrom, auch bei Hochfrequenz, verwendbar.
Bei dem Spannungsmesser nach Seidler (Bild71) ist eine bewegliche Platte zwischen zwei senkrechten Metallschutzplatten aufgehängt. Die zu messende Spannung wird einerseits an die bewegliche Platte und die eine feste Schutzplatte angelegt, andererseits an die zweite Schutzplatte. Bei Einschalten der Spannung wird die bewegliche Platte von der gleichnamig geladenen festen abgestoßen und von der ungleichnamig geladenen angezogen. Diese Bewegung wird auf den Zeiger übertragen. Der besondere Vorteil der elektrostatischen Geräte besteht in ihrem äußerst geringen Eigenverbrauch.

Bei Gleichstrom wird lediglich der Aufladestrom beim Einschalten gebraucht, während der Dauerverbrauch Null ist; bei Wechselstrom beträgt der Dauerverbrauch bei technischen Frequenzen nur geringe Bruchteile eines Milliamperes und steigt mit der Frequenz.

Elektrostatische Geräte eignen sich in erster Linie für hohe und höchste Spannungen in Gleich- und Wechselstrom, wobei bei Wechselstrom der Meßbereich durch Vorschaltung von Kondensatoren oder durch kapazitive Spannungsteilung noch erheblich nach oben erweitert werden kann. Es werden jedoch auch Geräte für kleine Spannungen gebaut, bei denen 1 Volt schon einen merklichen Ausschlag erzeugt. Die obere Verwendungsgrenze, die durch den Blindstrom und die Zuleitungen gesetzt ist, liegt bei 107 Hz.

Für Betriebsmessungen in Starkstrom werden elektrostatische Geräte seltener verwendet, da die Überschlagsspannung nur höchstens 50% über der Meßspannung liegt und nach den Vorschriften des VDE für den Einbau in Starkstromnetze nicht ausreicht. Häufiger werden sie in Laboratorien und Prüfräumen benutzt, besonders für Messungen von Mittel- und Hochfrequenz.

Gleichstrom-Kompensatoren

Die Kompensationsmessung beruht auf dem Vergleich der unbekannten, zu messenden Spannung mit einer bekannten Spannung. Die Messung erfolgt stromlos, d. h. der Stromquelle, die die zu messende Spannung liefert, wird im Augenblick der Messung kein Strom entnommen. Daraus ergibt sich ein wesentliches Anwendungsgebiet der Kompensationsmessung, nämlich die Messung bzw. die Kontrolle der EMK von Spannungsquellen mit relativ hohem inneren Widerstand (z. B. von Thermo-Elementen), sowie die Messung von Spannungen, wenn durch Stromentnahme Polarisationsfehler entstehen würden (z. B. pH-Messung). Besondere Bedeutung hat die Kompensation für die genaue Nachprüfung von Präzisions-Meßgeräten, da auf diese Weise genaue Spannungs- und Strommessungen bis zu 5 Dezimalstellen bei einer Fehlergrenze von ± 0,02% möglich sind.

Im Prinzipschaltbild (Bild 72) ist Bh die bekannte, Bx die unbekannte Spannung. Wird der Widerstand R stetig geändert, bis im Galvanometer G kein Strom fließt, so läßt sich aus der Größe des Teilwiderstandes r die Bild 72 unbekannte Spannung Bx ermitteln.

HB-Präzisions-Kompensator

Diese Schaltung liegt dem HB-Präzisions-Kompensator zugrunde, der in erster Linie zur genauesten Nachprüfung von Präzisions-Meßgeräten in Laboratorien und Prüfämtern verwendet wird. Alle Messungen werden hier auf die genau bekannte, unveränderliche Spannung eines Normalelementes zurückgeführt (etwa 1,0183 V bei 20° C). Da dieses jedoch nicht belastet werden darf, wird die Messung auf dem Umweg über einen Hilfsstromkreis durchgeführt. — Im Nachstehenden soll nur auf die grundsätzliche Schaltung unter Außerachtlassung aller Zusatzeinrichtungen eingegangen werden.

R2, R3 und R4 sind Doppelkurbel-Widerstände mit 10 Stellungen; der Abstand der beiden Schleifkontakte ist fest. R, und R5 sind Einfachkurbel-Widerstände. Bei der Messung wird zunächst der Strom aus der Hilfsstrombatterie Bh mit Hilfe des Strommessers A auf 0,1 mA eingestellt. Dann wird durch Einstellung von R1 ... R5 eine Spannung zwischen A und B abgegriffen, die der Spannung des Normalelementes entspricht (1,0183 V). Da diese Widerstände so bemessen sind, daß die Ziffer der Kurbelstellung gleichzeitig eine Ziffer des Spannungswertes darstellt, sind die Kurbeln von R2, R3, R4 und R5 auf 10, 1, 8, 3 zu stellen (Rt steht auf 0). — Durch den Umschalter wird diese Spannung gegen das Normalelement geschaltet und am Hilfsstromregler nachgeregelt, bis das Galvanometer keinen Ausschlag mehr zeigt. Dann sind beide Spannungen genau gleich und der Hilfsstrom beträgt auf fünf Dezimalstellen genau 0,1000 mA.

Die zu messende Spannung wird dann ermittelt, indem der Umschalter auf Bx geschaltet und die Kurbeln R1 ... R4 eingestellt werden, bis das Galvanometer keinen Ausschlag mehr zeigt. Die gesuchte Spannung kann dann an den Kurbelstellungen abgelesen werden.
Spannungen über 1,1 V werden gemessen, indem eine Teilspannung eines Präzisions-Widerstandes an den Kompensator gelegt wird. Bei Strommessungen wird der Spannungsabfall eines Normalwiderstandes kompensiert und daraus der Strom errechnet.

Der Kompensator nach Lindeck-Rothe

Der Kompensator nach Lindeck-Rothe ist in erster Linie zur Kontrolle der EMK von Thermoelementen bestimmt. Zur Bestimmung der unbekannten Spannung Ux wird der Strom I unter Verwendung des Strommessers A stetig geregelt, bis das Galvanometer G stromlos wird. Die unbekannte Spannung errechnet sich dann aus: U = I. R. Die Fehlergrenze der Messung ist durch die des Strommessers und die des Widerstandes Bild 74 gegeben.

Kompensator für pH-Messung

Kompensator für pH-Messung siehe hier.

Der Fotozellen-Kompensator "Potentiolux"

Der Fotozellen-Kompensator „Potentiolux“ ist ein selbsttätiges, verzögerungs- und verzerrungsfreies Verstärkergerät für kleine Gleichspannungen von etwa 0,1 mV aufwärts. Durch seine Verwendung wird es ermöglicht, daß kleine Spannungen praktisch ohne Stromverbrauch mit robusten Meßgeräten gemessen oder registriert werden können (z. B. die EMK vonThermoelementen oder pH-Werte). Dem Fotozellen-Kompensator „Potentiolux“ liegt die Schaltung des Lindeck-Rothe-Kompensators zugrunde. An die Stelle des handgesteuerten Regelwiderstandes tritt ein vom Null- Galvanometer selbsttätig geregelter Widerstand. Dieser wird dargestellt durch eine Drei- Elektrodenröhre, deren Gittervorspannung durch eine Fotozelle gesteuert wird. Die Fotozelle wird beim Ausschlagen des richtkraftlosen Spiegel-Galvanometers mehr oder weniger belichtet; dadurch ändert sich ihr Widerstand und damit die Gitter Vorspannung, die den Anodenstrom der Röhre steuert. Die für Röhre und Fotozelle erforderlichen Hilfsspannungen werden dem Wechselstromnetz entnommen und durch die Röhre bzw. die Fotozelle selbst gleichgerichtet. Die Meßgenauigkeit wird praktisch nur durch den angeschlossenen Strommesser bestimmt.

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