A nleitungen zum A rbeiten im E lektrotechnischen Laboratorium
von
E. O r l i c h
E r s t e r T e i l
D ritte, durchgesehene Auflage
M it 88 T ex tb ild ern
B e rli n
V e r l a g v o n J u l i u s S p r i n g e r
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A nleitungen zum A rbeiten im E lektrotechnischen Laboratorium
von
E. O r l i c h
E r s t e r T e i l
D ritte, durchgesehene Auflage
M it 88 T ex tb ild ern
B e r li n
V e r l a g v o n J u l i u s S p r i n g e r
. 7 1
■ST stfj
Alle R ech te, insbesondere d as d e r Ü bersetzung in frem de S prachen, V orbehalten.
P rin te d in G erm any.
Z b l r S O
D35D (S9
D ie „ A n le itu n g e n “ sin d e n tsta n d e n a ls H ilfs m itte l b eim A r
b e ite n im E lek tro la b o ra to riu m der T ech n isch en H o ch sch u le B erlin u n d w aren ursp rü n glich n ur a u f d ie b eson d eren E in rich tu n g en dieses L ab oratoriu m s zu g e sc h n itte n . A lle th eo re tisch en E rörteru n gen w aren w eg g ela ssen , w e il d ie se in d en zu g eh ö rig en V orlesu n gen g e b r a ch t w u rden. D ieser S ta n d p u n k t, der sch o n im z w e ite n T e il d er A n le itu n g en v erla ssen w erden m u ß te , i s t je t z t a u ch in der d r itte n A u fla g e des ersten T eiles a u fg eg eb en . D ie w issen sch a ftlic h en G rund
la g e n sin d , w en n a u c h seh r k u rz, g eb r a c h t worden-, u n d d ie p ra k tisch en A n w eisu n g en für d ie ein z e ln e n A u fg a b en so a llgem ein g e s ta lte t, daß sie au ch in an d eren L ab o ra to rien m it N u tz e n g e b r a u ch t w erd en k ö n n en .
D ie A u fg a b en sin d so a u sg ew ä h lt, daß sie im e r sten L a b o ra to riu m ssem ester (4 S tu d ien se m ester) b e w ä ltig t w erden k ön n en .
E ü r w e rtv o lle H ilfe b ei der A u sa rb eitu n g u n d b eim L esen der K orrek tu ren b in ic h den H erren D r. O l l e n d o r f f , D ip l.-In g . W o e l k e n , D r. Z u h r t u n d D ip l.-I n g . M ü h 1 i n g h a u s zu D a n k v e r p flic h te t.
C h arlotten b u rg, im D ez em b er 1933.
E. O rlich.
S eite
I. A l l g e m e i n e s ... 1
1. R egeln fü r d as A rb eiten im L a b o r a t o r iu m ...~ ... 1
2. E nergiequellen u n d E n e rg ie v e rte ilu n g ... 3
3. A uszug aus d en R egeln des V D E fü r M e ß g e r ä t e ... 4
4. Sym bole fü r A p p a ra te u n d M aschinen in d en S ehaltskizzen . . . . 7
5. M eßgenauigkeit... 10
I I . W i d e r s t a n d s m e s s u n g e n ...11
6. Allgem eines ü b er W id e r s ta n d s m e s s u n g e n ... 11
7. D ie W heatstonosche B rücke. A llg e m e in e s ... 11
8. M essungen m it d e r W heatsto n esch en B r ü c k e ...13
9. B rückenm ethode z u r ¡Messung k lein er W i d e r s t ä n d e ...16
10. M essung des spezifischen W id erstan d es m it d e r T hom sonbrücke . . 17
11. V orsch riften fü r L e i t u n g s k u p f e r ... 20
12. M essungen u n te r B e tr ie b s b e d in g u n g e n ... 21
13. I s o la ti o n s m e s s u n g e n ...28
14. M essung v on E rd w id e r s tä n d e n ... 31
I I I . S t r o m - u n d S p a n n u n g s m e s s u n g ...33
15. A llgem eines ü b er Strom - u n d S pannungsm essung ...33
16. S pannungsm essung n a c h d e r K o m p e n s a tio n s m e th o d e ... 38
17. E ich u n g v on M e ß in s tru m e n te n ...39
18. P rü fu n g eines G leichspannungs- u n d G leichstrom m essers m it dem K o m p e n s a t o r ...40
19. P rü fu n g eines d ynam om etrischen W a tts tu n d e n - Z ä h le r s ...45
20. P rü fu n g eines W e n d e m o to r z ä h l e r s ...47
IV . E l e k t r o w ä r m e - M e s s u n g e n ...48
21. A bschm elzversuche a n D r ä h t e n ... 48
22. W irkungsgrad von elek trisch beheizten K o c h g e r ä t e n ... 50
V. M a g n e t i s c h e M e s s u n g e n ... 52
23. M agnetische G r u n d b e g r i f f e ...52
24. K öpselscher A p p a r a t ... 53
25. Z u g k ra ft eines E l e k t r o m a g n e t e n ...56
26. B estim m ung des F lu sses v on D au e rm a g n e te n ... 58
27. U n tersu ch u n g eines Ü b e rstro m re la is...61
V I. M e s s u n g e n a n M a s c h i n e n ... 63
28. Einige E le m e n ta rsä tz c fü r G leichstrom m asehinen ... 63
29. S ch altu n g u n d B edienung d er N ebenschlußm otoren fü r G leichstrom 63 30. C h arak te ristik ein er frem d erreg ten G le ic h s tro m m a s c h in e ...65
31. C h a ra k te ristik eines N e b e n s c h lu ß g e n e r a to r s ... 68
32. R egelungskurve eines N e b e n s c h lu ß g e n e r a to r s ... 69
33. C h a ra k te ristik eines H a u p ts c h lu ß g e n e r a to r s ...70
34. A bbrem sen eines N e b e n s c h lu ß m o to r s ...71
35. A bbrem sen ein es H a u p ts c h l u ß m o t o r s ... 73
V II. W e o h s e l s t r o m m e s s u n g e n ' . ... 75
36. A llgem eines ü b er W ech se lstro m m e ssu n g e n ...75
37. L eistungsm essungen... 76
38. S chaltung u n d B edienung d e r W e c h se lstro m g e n e ra to re n ...80
39. U n tersu ch u n g eines E in p h a se n -W e c h se lstro m -Z ä h le rs...82
40. U n tersu ch u n g eines D re h s tro m z ä h le rs ... 85
41. U n tersu ch u n g ein er eisenfreien D r o s s e l s p u l e ... 88
42. Schaltungen u n d M essungen a n D r e h s t r o m s y s t e m e n ... 91
1. Regeln für das Arbeiten im Laboratorium.
1. Zunächst sämtliche Apparate, die gebraucht werden, zusammen
holen und übersichtlich anordnen; vor allem Apparate, an denen ab
gelesen oder geregelt werden soll, so aufstellen, daß sie bequem zu
gänglich sind, z. B . Akkumulatoren nicht so aufstellen, daß man sie beim Arbeiten und Ablesen m it den Kleidern berühren muß.
2. Erst w enn der Standort der Apparate gew ählt ist, die notw en
digen Leitungen ziehen. Auch die Neben- und Hilfsapparate, wie Schalter, Sicherungen, Akkumulatoren usw. genau betrachten, schon vor dem Zusammenbau alle Aufschriften, Klem m en, Hantierungen studieren, um die Apparate richtig anwenden und ausnützen zu können.
3. D en Aufbau der Schaltungen n ie bei angeschlossener Energie
quelle beginnen, vielmehr erst alle Verbindungen o h n e Energiequellen unter Zwischenschaltung eines g e ö f f n e t e n doppelpohgen Schalters fertig m achen und zum Schluß die Energiequelle einfügen. Verbindungs
leitungen hierfür e r s t an den Schalter und d a n n an die Energiequelle legen. Beim Abmontieren umgekehrt verfahren, d. h. zuerst Leitungen von den K lem m en der Energiequellen abnehmen. B ei Schaltungen an den Verteilungstafeln ist wegen des großen Nennstrom es der Batterie
sicherungen besondere Vorsicht nötig. D iese Schaltungen sind daher nur in Gegenwart eines A ssistenten auszuführen.
4. D ie Leitungen nie so anordnen, daß sie ein unentwirrbares K näuel bilden. Besonders für kurze Verbindungen nicht lange K abel und für Leitungen, die nur schwache Ströme führen, nicht dicke K abel nehmen. Eine Ausnahme bilden Leitungen, deren W iderstände aus m eßtechnischen Gründen klein sein müssen, sowie bei Hochspannungs
m essungen die Erdleitungen, für die aus Sicherheitsgründen stets Kabel m it größerem Querschnitt (mindestens 10 mm 2) zu verwenden sind.
D ie H öchstbelastung von Leitungen beträgt für
1 4 6 10 16 25 35 50 70 m m 2 Querschnitt 11 25 31 43 75 100 125 160 200 A.
5. V o r d e m E i n s c h a l t e n m u ß d ie g a n z e S c h a l t u n g v o n e in e m A s s i s t e n t e n d u r c h g e s e h e n w e r d e n ; n ie m a n d d a r f s e i n e n V e r s u c h b e g i n n e n , b e v o r d i e s e A b n a h m e e r f o l g t i s t . A n d e r n f a l l s w ir d fü r e v e n t u e l l e n S c h a d e n v o l l e r E r s a t z g e f o r d e r t .
O r lic h , A n le it u n g I . 3 . A u f l. 1
6. N ach Beendigung der Versuche den Arbeitsplatz aufräumen, die A p p a r a t e u n d L e i t u n g s k a b e l an die Stellen zurückbringen, wo sie hingehören.
7. E l e k t r i s c h e A p p a r a t e s in d m e i s t e m p f i n d l i c h u n d k ö n n e n r a u h e B e h a n d lu n g w e d e r in e l e k t r i s c h e r n o c h in m e c h a n is c h e r H i n s i c h t v e r t r a g e n , s c h o n e in s c h a r f e s H i n s e t z e n a u f d e n T is c h k a n n s c h ä d l i c h s e in . D as bewegliche System von Instrum enten, die eme Feststellvorrichtung besitzen, muß bei jeder Ortsveränderung festgestellt werden.
8. B esteht Verdacht, daß ein Apparat nicht richtig arbeitet, oder daß seine Teile nicht zueinander passen oder sich nicht trennen lassen, so darf man nie versuchen m it G e w a lt den Fehler zu beseitigen; man läuft sonst Gefahr, den Apparat zu zerstören. Am besten ist es den Fall einem Assistenten zu melden.
9. Ist die Schaltung in Ordnung gewesen und der Versuch im Gange, so überzeuge man sich durch stetiges Mitrechnen und dauernde K on
trolle der abgelesenen W erte, ob keine größeren Fehler auf treten. D as Ergebnis s o f o r t ausrechnen, mindestens in großen Zügen, s o la n g e d e r V e r s u c h s a u f b a u n o c h s t e h t . N achdem abgebaut ist, lassen sich Unstim m igkeiten, die dann erst zutage kommen, nur sehr schwer aufklären und oft gar nicht beseitigen. Meist muß dazu der Versuch wiederholt werden.
10. Ablesungen an den M eßinstrumenten bis auf die letzte noch geschätzte Ziffer ausführen und angeben, auch wenn diese Ziffer eine N ull ist. Die an den Instrum enten angebrachten Korrekturkurven oder Tabellen beachten. E in Ablesungsergebnis soll im allgemeinen das M ittel aus mehreren Einzelergebnissen sein, auch w enn anscheinend unveränderliche Versuchsbedingungen vorliegen, besonders aber, wenn sich schwankende Einstellungen ergeben. Im allgem einen em pfiehlt es sich, mindestens je zwei gleiche Versuchsreihen in einander entgegen
gesetzter Reihenfolge (Hingang und Rückgang) auszuführen. In der Niederschrift sind nebeneinander in Tabellenform anzugeben:
a) die ohne Rechnung unm ittelbar an der Skala abgelesenen Zahlen, b) der Meßbereich und die dafür berechnete K onstante,
c) der W ert der gem essenen Größe und die zugehörige E i n h e i t . 11. Korrekturgrößen beeinflussen das Meßergebnis oft nur in g e ringem Maße. Es genügt daher m eist, sie m it geringerer Genauigkeit zu bestimmen. Jedoch stets K ritik an dem Gesamtergebnis üben, um zu wissen, w ie w eit die Messung zuverlässig ist. Ergebnisse nur m it einer Stellenzahl angeben, die der tatsächlich erreichten M eßgenauigkeit entspricht (s. S. 10).
12. Über jeden Versuch ist eine Niederschrift zu führen, aus der jederzeit wieder ersehen werden kann, wie der Versuch ausgeführt wurde. Sie muß daher m indestens enthalten: Zeit und Ort des Ver
suches, N am e und Nummer der untersuchten Maschine (Angabe des Leistungsschildes) oder des untersuchten Apparates, die bei der Messung verwandten Meßinstrumente (Art des Meßwerkes, Anzeigebereich).
Schaltskizze, kurze Angabe des Meßprinzips, Ergebnisse in Tabellen und Kurven, Kritik.
13. D ie Ergebnisse übersichtlich in Tabellen und K urven zusammen
stellen. D ie K urve soll eine einfache Gesetzm äßigkeit zum Ausdruck bringen; man ziehe deshalb eine schlanke Linie zwischen den einzelnen Versuchspunkten hindurch. D ie Abweichungen ergeben einen A nhalt für die Brauchbarkeit des Ergebnisses. Im allgemeinen sollen die K oordinatenteilungen m it dem Nullwert beginnen, w enn sich dabei eine ausreichende Ablesungsgenauigkeit ergibt. N ur wer schon für die darzustellenden Größen sichere anschauliche Vorstellungen mitbringt, darf von diesem Grundsatz gelegentlich abweichen.
14. D ie Schaltbilder übersichtlich m it geraden Linien zeichnen.
Haupt- und Nebenstrom pfade und Kreise für Hoch- und Niederspannung unterscheiden, Apparate und Maschinen lücht als Konstruktionszeich
nung, sondern sym bolisch unter Beachtung der Normen des V D E dar
stellen (s. S. 7—9).
15. E s ist streng verboten, fremde Aufbauten und Meßanordnungen zu berühren, daran irgendwelche Veränderungen vorzunehmen oder gar einen Apparat oder eine Leitung daraus zu entfernen.
2. Energiequellen und Energieverteilung.
An Energiequellen stehen zur V< ' igung:
1. Eine Akkumulatorenbatterie ' ron 58 + 9 Zellen in R eihen
schaltung für 1268 A std. K apazitä Maximale Entladestromstärke 230 A.
2. Eine Akkumulatorenbatterie II von 60 Zellen für 324 Astd.
K apazität. Maximale Entladestrom stärke 108 A.
Die Batterie ist in zwei gleiche H älften geteilt, die entweder parallel (60 Volt) oder hintereinander (120 Volt) geschaltet werden können.
3. Eine Akkumulatorenbatterie I II von 60 Zellen für 108 A std.
K apazität. Maximale Entladestrom stärke 36 A.
Die Batterie I I I ist in Gruppen von je zw ei hintereinander geschal
teten Elem enten angeordnet, deren Pole zu Quecksilbernäpfen gefülirt sind. Verschiedene Einsatzbretter gestatten, die Gruppen teils hinter
einander, teils parallel zu schalten. Sind säm tliche Gruppen parallel geschaltet, so beträgt som it der resultierende zulässige Entladestrom 30 x 36 = 1080 A bei 4 Volt. In die 4-Volt-Leitung ist fest ein pas
sender W iderstand eingeschaltet, der den Strom bis zur genannten Höhe in jeder beliebigen Abstufung zu regeln g esta ttet (vgl. S. 24 u. 44).
4. Anschluß an die BEW AG (Berliner städt. Elektrizitätswerke), Drehstrom von 3 x 220 V, Frequenz 50 Hz und 100 kVA Leistung.
5. Anschluß an die allgemeine Hochsclmlzentrale, Gleichspannung von 220 Volt. Anschlußquerschnitt 70 mm2.
Säm tliche Energiequellen sind a n Sam m elschienen g efü h rt, die auf Tafel I angeordnet s in d ; von d o rt aus erfolgt die w eitere V erteilung d u rch biegsame K abel m it S teck k o n tak ten , en tw ed er zu d e n Tafeln II , I I I , IV u n d V o d er d ir e k t zu den einzelnen A rb eitsp lätzen . T afel I I u n d I I I sind a n d e r Ost- u n d W estw and des llasch in en saales a u fg estellt; die an diese T afeln von T afel I a u s gesch alteten Span-
1*
nungcn können au f dieselbe W eise d u rc h K a b e l m it S tec k k o n ta k te n a n die v e r
schiedenen A rb eitsp lätze g e le ite t w erden. T afel IV u n d V h a b e n die F o rm von T.inie n w ä h le m .
Im M aschinensaal sind a n neu n D oppelscbaltw änden die S tatio n en I bis X V I I I aufgebaut. An diesen S tatio n en enden einerseits K abel, die v on d e n T afeln I I und I I I herkom m en; andererseits befinden sich a n jed er S ta tio n zwei sogenannte S tationsklem m en, die d u rch ein blaues Schild k en n tlich g em ac h t sind. Säm tliche S tationsklem m en liegen fe s t a n zwei Sam m elschicuen, au f die die G leichstrom quollen g esch altet w orden können; zw ischen d e n S tationsklem m cn h e rrsc h t also eine Spannung v on 120 V olt, sobald d e r H a u p tsta tio n ssc h a lte r geschlossen is t. I n d en m eisten F ä lle n w ird diese S tatio n ssp an n u n g b e n u tz t w erd en ; d a n n k an n m an also d u rch Öffnen des H a u p tsc h a lte rs die gesam te M eßordnung stro m lo s m achen.
D as Schließen eines H a u p tsc h a lte rs w ird d u rc h eine Signallam pe angezeigt.
A n einigen S tatio n en befin d et sich auch ein d ire k te r D reh stro m an sch lu ß an d as B E W A G -N etz.
D ie L adung d e r B a tte rie n erfolgt entw eder d u rc h zwei M otorgeneratoren oder zwei Q uecksilberdam pfgleichrichter au s dem N etz d er B EW A G . D ie S chaltungen w erden d u rch eine im M aschinenhaus aufgestellte gekapselte Schaltanlage bew erk
stelligt.
3. Auszug aus den Regeln des Y D E für Meßgeräte.
(ETZ 1922, S. 290 u. 5 1 9 .x)
Die Meßgeräte werden nach der Größe des Anzeigefehlers, den sie machen dürfen, in K l a s s e n cingeteilt. Dieser Fehler wird für säm tliche Instrum ente in Prozenten des S k alen en d w ertes festgelegt; eine U nter
scheidung nach Art der Mcßwerke w ird dabei nicht gem acht. Dieser Prozentwert ward nach einem deutschen Vorschlag, der voraussichtlich international angenommen wird, als K lasse genannt. Steht z. B. auf einem Instrum ent m it 120 Skalenteilen die K l a s s e n b e z e i c h n u n g IEC 0,5, so heißt das, daß der Anzeigefehler an keiner Stelle der Skale mehr als — ’- —.0,6 Skalenteile beträgt. Als K lassen sind festgelegt:
0,2 0,5 1 1,5 2,5
D ie K ontrolle hat zu erfolgen: bei 20° C, Nennfrequenz, m it Sinus
strom, ohne Fremdfelder, bei Leistungsmessern bei Nennspannung und Leistungsfaktor 1,0.
I n s t r u m e n t ist das Meßwerk zusammen m it dem Gehäuse und gegebenenfalls eingebautem Zubehör.
M e ß g e r ä t ist das Instrum ent zusammen m it sämtlichem Zu
behör, also auch m it solchem, das nicht untrennbar m it dem Instrum ent verbunden, sondern getrennt gehalten ist.
Der S t r o m p f a d des Meßwerks führt unm ittelbar oder mittelbar den ganzen Meßstrom oder einen bestim m ten B rachteil von ihm.
Der S p a n n u n g s p f a d des Meßgeräts liegt unmittelbar oder m ittel
bar an der Meßspannung.
N e b e n w id er s t a n d ist ein W iderstand, der parallel zu dem Strom
pfad und diesem etwa zugcschalteten Stromvorwiderstand liegt.
1 E in e Ä nderung d e r R egeln s te h t bevor.
V o r w id e r s t a n d ist ein W iderstand, der im Spamiungspfad liegt.
M e ß le it u n g e n sind Leitungen im Strom- und Spamiungspfad des Meßgeräts, die einen bestim m ten W iderstand haben müssen.
B ezeich n u n g en der In stru m en te.
(D ie zugehörigen S ym bole s. a u f S. C.)
M 1: D r e h s p u l i n s t r u m e n t e besitzen einen feststehenden Magnet und eine oder mehrere Spulen, die bei Stromdurchgang elektrom agne
tisch abgelenkt werden.
M 2 : D r e h e i s e n - o d e r W e i c h e i s e n i n s t r u m e n t e besitzen ein oder mehrere bewegliche Eisenstücke, die von dem Magnetfeld einer oder mehrerer feststehender, stromdurchflossener Spulen abgelenkt werden.
M 3 : E l e k t r o d y n a m i s c h e I n s t r u m e n t e haben feststehende und elektrodynamisch abgelenkte bewegliche Spulen. Allen Spulen wird Strom durch Leitung zugeführt.
M 4 : I n d u k t i o n s i n s t r u m e n t e (Drelifeldinstrumente u .a .) be
sitzen feststehende und bewegliche Stromleiter (Spulen, Kurzschluß
ringe, Scheiben oder Trommeln); m indestens in einem dieser Strom
leiter wird Strom durch elektromagnetische Induktion induziert.
M 5 : H i t z d r a h t i n s t r u m e n t e . D ie durch Stromwärme bewirkte Verlängerung eines Leiters stellt unm ittelbar oder m ittelbar den Zeiger ein.
M 6 : E l e k t r o s t a t i s c h e I n s t r u m e n t e . D ie Kraft, die zwischen elektrisch geladenen Körpern verschiedenen Potentials auftritt, stellt den Zeiger ein.
M 7 : V i b r a t i o n s i n s t r u i n e n t c . Die Übereinstimmung der E igen
frequenz eines schwingungsfähigen Körpers m it der Meßfrequenz wird sichtbar gemacht.
M e ß g r ö ß e ist die Größe, zu deren Messung das Meßgerät bestim m t ist. (Strom, Spannung, Leistung usw.)
A n z e i g e n b e r e i c h ist der Bereich, in dessen Grenzen die Meß
größe ohne R ücksicht auf Genauigkeit angezeigt wird.
M e ß b e r e ic h ist der Teil des Anzeigebereichs, für den die B e
stimmungen über Genauigkeit eingehalten werden.
E r w e i t e r t e S k a le n sind über den Meßbereich hinaus fortgesetzt.
Der M e ß b e r e ic h um faßt:
a) bei Instrum enten m it durchweg genau oder angenähert gleich
mäßiger Teilung den ganzen Anzeigebereich vom Anfang bis zum Ende der Skale,
b) bei Instrum enten m it ungleichmäßiger Teilung den besonders gekennzeichneten Teil des Anzeigebereichs, der zusammengedrängte Teile am Anfang und am Ende der Skale ausschließen darf.
A n z e i g e f e h l e r ist der Unterschied zwischen der Anzeige und dem wahren W ert der Meßgröße, der lediglich durch die mechanische U nvollkom m enheit des Meßgerätes und durch die Unvollkom m enheit der Eichung, also in der richtigen Lage, bei Bezugstemperatur, bei Abwesenheit von fremden Eeldem , bei der Nennspannung und bei
der Nennfrequenz verursacht wird. E r w ir d in P r o z e n t e n d e s E n d w e r t e s d e s M e ß b e r e ic h e s a n g e g e b e n , s o f e r n n i c h t s a n d e r e s b e s t i m m t i s t . I s t d e r a n g e z e i g t e W e r t g r ö ß e r a l s d e r w a h r e W e r t , so i s t d e r A n z e i g e f e h l e r p o s i t i v .
a angezeigte Größe, iü wahrer W ert der Größe,
e Endwert des Meßbereiches.
p = a ~ - • 100%
e
S y m b o le d e r M e ß w e r k e . Lfde. N r. A rt d er Meßwerke
Sy.
mit Bichtkratt nbole
ohne Rlchtkraft (Kreuz^pule)
M 1 D rehspule
ö ©
M 2 W eicheisen oder D rehoisen
M 3
E lektrodynam isch eisenlos
eisengeschifm t
eisongeschlossen ©
M 4 In d u k tio n (F erraris)
©
M 5 H itz d ra h t
T
M 6 E le k tro sta tisc h JL
T
M 7 V ibration
t
S t r o m a r t , L a g e z e ic h e n . Bezeichnung
d er S tro m a rt fü r
V G leichst rom instrum ente
•'V- W echselstrom instrum ente
Gleich- und W echselstrom instrum ente
S t r o m a r t , L a g e z e i c h e n (Fortsetzung).
B ezeichnung d e r S tro m a rt
.
fü r
In s tru m e n te fü r:
Z w eiphasenstrom
% D reh stro m fü r gleiche B elastung
% D rehstrom fü r ungleiche B elastu n g
% V ierleitersystem e
L ag ezeich en :
1 S enkrechte G ebraucbslage
Schräge G erbauchslagc
— W aagerechte G ebrauchslage
4. Symbole für Apparate und Maschinen in den Sehaltskizzen.
(Vgl. D IN-Taschenbuch 2; Schaltzeichen und Schaltbilder. 3. Aufl.
Beuth-Verlag 1931.)
— / , — Einpoliger H ebelausschalter U l i — D oppelpoliger H ebelausschalter
~ ^ | r z U m sch alter
O
— )i-
. i
U m schalter fü r Spannungspfade
A kkum ulator, galvanisches E lem ent A k k u m u lato ren b atterie
S chleifdraht
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G alvanom eter R elais
„ R “ O hm scher W id e rsta n d , p rak tisch ohne I n d u k tiv itä t V ib ratio n sg al
v anom eter
n f>fL- -H ( T n - I T regelbarer O hm scher W id ersta n d , p ra k tisc h ohne y O A Li U I n d u k tiv itä t
, , A“ in d u k tiv e r W id ersta n d , p rak tisch ohne O hm sehen W id erstan d (D rosselspule)
desgl., s te tig oder stufenw eise reg elb ar (V ariato r d er In d u k tiv itä t)
■ w - I
- T R M P - 1
D rosselspule m it Eisen
G e g en in d u k tiv ität
V ariato r d e r G eg en in d u k tiv ität
a a a v\ a a a ¡ „ ¿ “ und „ Ii‘‘ In d u k tiv itä t m it O hm schem W id e rsta n d ,
\ außerdem W icklungen H h -
- ü h
,,G “ K o ndensator
D reh k o n d en sato r A nlasser fü r G leich
strom m otoren / A 1 rr^ F ek
ß w ü
Tą F eldregler (M agnetreg.
ler), q K urzschluß
k o n ta k t
- x (g h 4 - f
A nlasser fü r D reh strom m otoren
Bogenlam pe K o n ta k td e te k to r
G lühkathodenröhre
G lühlam pe
E rd u n g
Sicherung
L citungsanschluß und K reuzung
G leichrichter, d rei
phasig
F ern h ö rer
K l e m m e n b e z e i c h n u n g : L e itu n g
Z w eileitem etz 1 D reileiternetz f E in p h asen stro m
r /-
G leiebstrom L P N PON R T
j - y \ _ y ~ ß m it E rregerw icklung
E inphasenstrom , D reileiter R O T Z w eiphasenstrom
D rehstrom N u lleiter
N ebenschlußw icklung A nker
G leichstrom m aschine
H auptstrom w icklung
W endepolw icklung bzw .K om pw . GH E rem derregte M agnetw icklung I K
Q S .R T R S T 0 GD A B
E F
i/WVW*——
¿7-wvwaa-j, (N iedere Spannung), U n tersp am iu n g 1 T ran sfo rm ato r (H öhere S pannung), O berspannung J einphasig
u—WA u —WA
W —W*A
ww—U
vm—F T ran sfo rm ato r, dreiphasig, S ch altu n g S tern — S tern
o d e r:
S trom w andler (m it Strom m esser)
W echsel- ström - m aschine
D reh stro m - m aschine
D rehstrom - A synchron-
m otor
T ransform ator, dreiphasig, Schal
tu n g D reieck— D reieck
U P FF
Spannungsw andler K lem m hezeichnung :
E in p h asen stro m Z w eiphasenstrom (V e rk e ttu n g sp u n k t
V—X,
U V Y— V
X Y )
Dreh ström,
offene Schaltung U— X , V— Y , W— Z E in p h a se n m o to re n :
H au p tw iek lu n g U V H ilfsw icklung Y Z S ekundäranker, dreiphasig uvw Sekundäranlasser, zw eiphasig
u — x , y — v S ek u n d äran lasser, dreip h asig uvw P rim äran lasse r bei
A nschluß im N u llp u n k t X Y Z A nschluß zw ischen N etz u nd M otor
Ü! — U» Fi — F., Wx — 1F2 B ei D rehstrom generatoren soll die R eihenfolge d er B u ch stab en U V W bei R echtslauf (s. S. 82) und beim N etz die d e r B u ch stab en R S T die zeitliche R eihen
folge d e r P h asen angeben.
A l l g e m e i n e B e z e i c h n u n g e n :
Spannung U m agn. F eld stärk e
S tro m stärk e I m agn. In d u k tio n 21
W id ersta n d Tt m agn. F lu ß 0
elek tr. L eitw ert G spezifisches Gewicht a
L eistung N spezifischer W iderstand Q
A rb eit A D ielek trizitätsk o n stan te £
Energie W P erm eab ilität /i
K a p a z itä t
c
W irkungsgrad VS e lb stin d u k tiv itä t L F requenz f
G eg en in d u k tiv ität M K reisfrequenz ( o = 2 x f
B ei W echselstrom w erden A u g e n b l i c k s w e r t e d u rc h kleine lateinische B uchstaben, E f f e k t i v w e r t e d u rc h große lateinische B u ch stab en bezeichnet.
V ektoren w erden d u rch große d eu tsch e B u ch stab en bezeichnet.
5. Meßgenauigkeit.
Beobachtungen sind immer m it mehr oder weniger großen Fehlern behaftet. In den m eisten Fällen wind der Fehler in Bruchteilen der zu m essenden Größe angegeben, rechnet m an diesen Bruchteil auf den Nenner 100 um, so gib t der Zähler den prozentischen Fehler. I s t G die gemessene Größe, W der wahre Wert. / der Absolutwert des Fehlers, p sein prozentiseher W ert, so ist:
G - J F = / ; p - , 100.
Ist der Fehler nur klein, so kann man in der letzten Form el W durch G ersetzen. Eine „U ngenauigkeit“ wird m eist durch ein doppeltes Vor
zeichen (i p %) ausgedrückt.
Eine gesuchte Größe setze sich nach der Formel ah
G . c d
aus a b c d zusammen, die einzeln durch Messung bestim m t werden;
sei i a der prozentische Fehler von a, 4; ß von b, + y von c, ¿ 5 von d, so ist der Gesamtfehler von G gleich ± (« + /? + y + <5)%.
Ist die gesuchte Größe G == a —b, und sind « und ß die prozentischen Fehler von a und b, so ist der prozentische Fehler von Ggleich^h %.
Sind a und b nahezu einander gleich, so kann man den letzten Ausdruck durch ^
«(« + /?> 0/
a b % ersetzen. Daraus geht hervor, daß die Genauigkeit von sog. Differenzmessungen nur sehr gering zu sein pflegt Beispiel: Gesucht der Drehzahlabfall eines Motors bei Belastung.
E s sei gemessen die Drehzahl in 1 Minute durch direktes Abzählen mit einem U m d r e h u n g sz a h l e r ; z .B . — 998 in 60,3". D a man die Zeit m it Stoppuhr nur auf etwa 0,2" genau erhält, ist der Fehler der Drehzahl
0,2 x 1000 : 60,3 ** 3,3 °/00 = <x
und die Drehzahl in 60" wird gleich 993. Ist der Motor belastet, so ergebe die Messung 995 in 61,0"; d. h. in 60" b = 979, ebenfalls m it dem Felder ß = 3,3° /00.
Der gesuchte Drehzahlabfall a = 9 9 3 — 9 7 9 = 14 hat, obwohl die Einzelbeobachtungen bis auf 3,3°/00 genau sind, einen Fehler von
993.6,6 p, =47%
14 'oo /0 •Man wird daher derartige Differenzmessungen m öglichst vermeiden.
Sei um gekehrt in d —a — b, d({ a und b genau bek an n t; dann braucht man d nur verhältnismäßig ungenau zu messen, trotzdem bekommt man a m it großer Genauigkeit (sog. Nullmethoden).
a ( l ± «) = 6 + d (1 ± <5) = ( 6 + d ) ( l ± - ^ ) d .h . öd/b wird der prozentische Fehler von a.
II. Widerstandsmessimgen.
6. Allgemeines über Widerstandsmessungen.
D ie E inheit des W iderstandes ist durch das Reichsgesetz betr. die elektrischen Maßeinheiten vom 1. Juni 1898 rein praktisch festgelegt.
Diese D efinition ist in fast allen zivilisierten Staaten nahezu dieselbe.
Sie lautet:
„O hm is t die E in h e it des elektrischen W iderstandes. E s w ird d a rg estellt durch den W id ersta n d einer Q uecksilbersäule von d e r T e m p eratu r des schm elzenden Eises, d eren L änge bei durchw eg gleichem , einem Q u ad ratm illim eter gleich zu achtenden Q u ersch n itt 106,3 cm und deren M asse 14,4521 g b e trä g t.“
D iese D efinition stim m t n ic h t genau m it derjenigen des absoluten elektro
m agnetischen M aaßsystem es überein. N ach neuesten M essungen ist 1 0 h lV a k t = 1.0005 O hm absoI. Maaß
Für den praktischen Gebrauch werden Drahtwiderstände als Ge
brauchsnormale ausgegeben. Diese werden in der R egel aus Manganin (84% Cu, 12% Mn, 4% N i) hergestellt, das etwa den spezifischen W ider
stand 0,42 besitzt und dessen Widerstand praktisch von der Temperatur unabhängig ist. Außer den Normaluaderständen in Einzelbüchsen werden W id ersta n d ssä tze hergestellt, entweder in der älteren Form als S t ö p s e l k ä s t e n oder in der neueren Form a b K urbelkästen. Über die Anforderungen bei W echselstrom s. Anl. 2, S. 128.
Für die M essung kommen grundsätzlich zwei verschiedene Arten der M eßm ethoden in Frage:
a) Präzisionsm essungen in Brücken (Nullm ethoden) m it großer G e
nauigkeit (Fehler < 1/ioooo0);
b) Gebrauchsmessungen von geringerer Genauigkeit, aber m it B e
rücksichtigung der praktischen Betriebsbedingungen. D ie zw eiten sind für den Ingenieur die wichtigeren (s. Nr. 12).
7. Die Wheatstonesche Brücke. Allgemeines.
Die Schaltung der W heatstoneschen Brücke ist in Bild 1 dargestellt.
Die Bedingung für den Nullstrom im Galvanometerzweig lautet:
A, : R 2 = R 3 : ü 4 oder R j : R 3 — R 2 : A4 .
Man legt z. B. in
R r den unbekannten W iderstand
R 3 den bekannten Normalwiderstand oder einen W iderstandssatz.
D ann bilden R z '■ R \ die Verhältnisarme der Brücke (entsprechend den W aagebalken einer Waage).
Am günstigsten arbeitet die gleicharmige Brücke R 2 = dafür lautet die Gleichgewichtsbedingung
ii, = R 3
D ie Empfindlichkeit wird am größten, wenn m an außerdem R 0_ = R 4 ^ R 1 wählt.
Eine ungleicharmige Brücke wendet man an, wenn der unbekannte W iderstand R x sehr groß ist.
Man w ählt zweckmäßig R 2 : R i = 10 : 1 oder 100 : 1, dann wird auch: R y = 10 R 3 oder 100 R 3;
man kom m t also im Zweige 3 m it einem Wider
standskasten m it verhältnismäßig geringen B e
trägen aus.
Bei sehr genauen M essungen können Thermo- ströme, die in den vier Zweigen ihren Ursprung haben, die Nulleinstellung stören; denn sie können, auch wenn die W iderstandsgleichung erfüllt ist, Ablenkungen im Galvanometer hervorrufen. U m diesen Fehler zu vermeiden, darf man im Galvano
meterzweig keinen Schalter anbringen, im H aupt
zw eig aber einen Um schalter U S für den Hauptstrom . Man stellt dann darauf ein, daß beim U m schalten des H auptstrom es die Einstellung des Galvanometers unverändert bleibt; d. h. nicht, daß das Galvanometer stromlos ist, sondern daß die Thermoströme unverändert hindurch
fließen, während die Spannung zwischen A und D, die vom Hauptstrom herrülu-t, zu N ull geworden ist.
Enthält aber einer der Zweige eine größere Induktivität (Spule), so würde beim U m schalten des H auptzweiges das Galvanometer einen kräftigen Stromstoß erhalten. In diesem Falle ist es daher angebracht, die Thcrmokräfte in K auf zu nehmen (sie natürlich durch vorsichtiges Arbeiten m öglichst klein machen) und einen Taster in den Galvanometer
zweig zu legen, m it dem man auf ein V e r s c h w in d e n des Galvanometer
strom es einstellt.
Über die W ald der zweckm äßigsten Galvanometer s. S. 37.
Sind R l . . Ra W iderstände, die nicht stetig, sondern nur stufenweise regelbar sind (Widerstandssätze), so ist die Gleichgewichtsbedingung nicht genau erfüllbar. Man muß dann interpolieren; das m acht man am besten folgendermaßen: die Brücke sei gleicharmig, R x R., seien Festwiderstände. D ann bringt man in Zweig 3 und 4 eine Verzweigungs
büchse, wie sie z. B. in Bild 2 dargestellt ist.
Durch eine kleine Kurbel kann man den Arm B entweder auf B v H
B ild 1. 'W h eatston csch e B rü ck e.
8
J r
B,, oder B s stellen. D as Verhältnis der Zweige 3 und 4 (A B : BG) wird, bei
K ontakt 2 100 : 100 = 1
„ 1 99,95 : 100,05 = 1 + 0,001
„ 3 100,05 : 99,95 = 1 — 0,001 W enn der K ontakt auf 2 steht, beobachtet m an den Galvanometerausschlag «, der bei W enden des H auptstrom es entsteht; dann liest man bei unveränderter Stellung des U m schalters US die Einschaltungen ab, die ent
stehen, wenn man den K ontakt d er Verz weigungs- brücke erst auf 1, dann auf 3 stellt; die D if
ferenz dieser beiden Einstellungen sei ß. Dann unterscheiden sich i?1 und l i , um
W ertes. Welcher von beiden W iderständen der größere ist, ergibt eine einfache Überlegung.
AsdnnnrDj/ii
i
'B C
JKrfuinnr«?
‘¿2
-100SI r~fOOß~
° / 00 ihres
B ild 2.
8. Messungen mit der Wheatstoneschen Brücke.
Zubehör (Bild 3):
E Akkumulator (2 Volt),
A G Schleifdraht, Länge l = 100 cm, 11 W idcrstandsnormale,
R x Versuchswiderstand, G Doscngalvanom eter, S Schalter,
T Taster,
Meßbrücke m it Kreisschleifdraht.
Versuche:
a) Messung m it geradem Schleifdraht.
B ei der Schaltung nach B ild 3 ist darauf zu achten, daß die Widerstände der Verbindungsleitungen und die Übergangswiderstände in der Brücken
schaltung m öglichst klein sind. Zunächst
\ ^
wird der Schalter S geschlossen. Der Schleifkontakt ist so zu verschieben, daß beim Schließen von T das Galvanometer in R uhe bleibt. Dann ist
„ _ L än g e A B „
* Länge B C
Der Vergleichswiderstand B wird zweckmäßigerweise etwa in derselben Größenordnung w ie R x gewählt.
b) Messung m it der Kreisbrücke.
Die Schaltung der Kreisbrücke (Bild 4) entspricht unter Verwendung derselben Buchstaben, wie in B ild 3 genau der Schaltung unter a ;
der Schleifdraht ist kreisförmig angeordnet. An X wird der zu messende W iderstand R x, an B ein Akkumulator angeschlossen. An der Teilung
fies Schleifdrahtes kann unm ittelbar der W ert des Quotienten <x = —~ abgelesen
1 JJ (j
werden.
Es ist R x = o. ■ R, wobei R der g e stöpselte W iderstand 1, 10 oder 100 Ohm ist (W iderstandsschaltung hier anders als bei den üblichen Stöpselwiderständen).
Den W iderstand der Zuleitungen zu R x kann man dadurch berücksichtigen, daß man sie allein an X anlegt und ihren m it der Brücke gemessenen W iderstand von den ersten Messungsergebnissen ab- Rlld 4. zieht.
e) Messung großer Widerstände m it der Präzisions-Kurbelmeßbrücke.
Grundlagen s. Nr. 7.
Zubehör:
Präzisions-Kurbelmeßbrücke von S. & H. (Bild 5), G Spiegelgalvanometer m it objektiver Ablesung, Xj X 2unbekannte Versuchswiderstände,
A Akkumulator (2 V.), US Stromwender,
E D C Schiebewiderstand als Spannungsteiler (Bild 6).
1?3 und R i sind die beiden in der M itte des K astens angeordneten Stöp
selwiderstände, R., die rings um diese angeordneten 5 Kurbeln (Zehntel bis Tausender). Die Klennnbezeichnungen des Bildes 5 stim m en m it den auf dem K asten angebrachten überein; es b ed eu tet:
B Klemmen für die Batterie, G Klem m en für das G alvano-
ß meter,
Z X Klem m en für den zu messen
den W iderstand.
Versuche: E s ist zweckmäßig als Spannungsquelle, die an die K lem men B zu legen ist. eine solche zu wählen, die von null V olt an stetig gesteigert werden kann. Eine solche ist in B ild 6 dargestellt: Der A k kumulator A wird an den Stromwender U S und dieser an die E nd
klemmen E C eines Scliiebewiderstandes angeschlossen, die K lent
m en B der Kurbelmeß brücke werden m it der Schleif schiene D und K lem me G des W iderstandes verbunden. Anfangs wird D ganz dicht an C heran
geschoben, so daß an den Klem m en B praktisch die Spannung Kuli liegt.
Schiebt m an nun D allmählich t on C nach E, so w ächst die Spannung an den K lem m en B stetig bis zur Spannung der Spannungsquelle A .
An G (Bild 5) wird das Galvanometer, an X einer der zu messenden Versuchswiderstände X 1 oder X 2 angeschlossen. Sind diese sehr groß, so wählt man die in der M itte der Kurbelmeßbrücke liegenden W ider
stände
R 3 = 1000 Ohm, A4 = 100 Ohm, oder B 3 = 1000 Ohm, Jü4 = 10 Ohm.
Man macht die ersten Messungen zweckmäßig bei sehr kleiner Betriebsspannung (D dicht an O). Man stellt die fünf Kurbeln ( f i2), Tausender- bis Zehn
tel-Ohm so ein, daß beim Umlegen von U S in G kein Ausschlag mehr zu sehen ist. Dann vergrößert
man die Spannung zwischen CD und wiederholt die Einstellung von R 2 , bis die volle Spannung von A an den Klem m en B der Brücken
anordnung liegt. Das Galvanometer hat eine ziemlich lange Schwin
gungsdauer; man muß daher etw as Geduld haben und nach jeder Regelung warten, bis das Galvanometer zur Ruhe gekommen ist.
Auf tadellosen Zustand der Isolation ist peinlichst zu a ch ten ; wie stark die Fehler bei mangelhafter Isolation werden können, erkennt man, w enn man nach Einstellung des Nullausschlages zwei Finger auf die Klemmen X legt; der Lichtzeiger wird sofort einen Ausschlag zei
gen. Man muß sich also hüten, während des Einstellens irgendwelche Metallteile zu berühren.
Der gesuchte W iderstand ist:
n R 2-R 3
x Ai “ '
E s sind die W erte der Versuchswiderstände X t und X 2 als M ittel aus mehreren Abgleichungen zu bestim m en1.
Zuerst ist jeder W iderstand für sich zu messen, dann beide in Hinter
einanderschaltung und schließlich in Parallelschaltung. Sind Ra und Rb die W erte der beiden Einzelwiderstände, so muß die Reihenschaltung l i a + B b, die Parallelschaltung - ~a - - ergeben; diese Beziehungen sind
tia + Hb
unter Berücksichtigung der erreichten Genauigkeit nachzuprüfen.
(1) Fehlerortsbcstinimung.
Zubehör;
E Akkumulator, A B Schleifdraht,
G Dosengalvanometer, T Taster,
'______ R Schutzwiderstand 200 Q.
1 M an überzeuge sich, d aß au c h bei v ersch ied en en W erten d e r W id erstä n d e /f3, A4 sich derselbe W e rt fü r R x e rg ib t.
Versuch: Ist für eine Fernleitung ein unzulässig kleiner Isolations
wert gegen Erde gefunden, so bildet das Aufsuchen der Lage des Isola
tionsfehlers eine Aufgabe für sich. Man unterteilt das N etz in Teil
strecken und lokalisiert dadurch den Fehler. In der Teilstrecke, in welcher der Fehler stecken muß, bestim m t man d e n F e h le r o r tn a c h d e r S c h le ife n - m e t h o d e .
E s sei vorausgesetzt, daß in der Teilstrecke ein vollständiger Leiter
kreis vorhanden und der Querschnitt der Leitung überall derselbe sei.
Man schließt die Doppelleitung a c, a' c' (Bild 7) an ihrem entfernten E nde c c' durch einen dicken kurzen Draht und bildet nach dem Schema eine W heatstonesche Brücke, bestehend aus einem beliebigen Elem ent E.
z .B . einem Akkum ulator zu 2 V olt, einem Schleif draht A B und dem zu untersuchenden Leiterkreis acc' a'. Die Verbindung aA und Ba'
wird durch m öglichst kurze dicke Drähte hergestellt. Der Batteriezweig geht vom Schleifkontakt durch Batterie E, Taste T, Erde (Isolations
widerstand) zur Fehlerstelle D. D ie gesam te Meßanordnung befindet sich also an e in e m Ende (aaF) der Fernleitung.
Der Schleifkontakt wird so eingestellt, daß das Galvanometer strom
los ist. Dann ist
ly _ Da L Dca' *
Ist die Gesamtlänge L des fehlerhaften Leiters bekannt (sie kann durch Bestim m ung des Querschnitts und des Gesamtwiderstands der Leitung oder durch direkte Messung m it dem Meßband erm ittelt werden), so ist der Abstand der Fehlerstelle aus der Gleichung x — D a = (2 L — a;) l j l 2 zu berechnen. Das gewonnene Ergebnis ist durch Messung der Fehler
ortsentfernung nachzuprüfen.
9. Briickenmethode zur Messung kleiner Widerstände.
( ^
1/100ü .)B ei größeren W iderständen rechnen die fest m it dem M anganin
körper verlöteten Zuführungen m it zum W iderstand; man kann das tun, w eil die Temperaturabhängigkeit dieser Zuleitungen eine kaum merkbare B olle spielt. B ei kleinen W iderständen würde sich aber die Fehlerquelle unangenehm bemerkbar machen. Deshalb bringt man an
-aruin-'-T-
B ild S .
jeder Seite des m eist aus Blechen bestehenden W iderstandskörpers je zwei m it ihnen verlötete Zuleitungen an (Bild S). Der W iderstand hat also zw ei Hauptstrom klem m en h h und zwei Poten- a a tial- oder Abzweigklem men a a und rechnet nur zwischen
den Verzweigungspunkten, ist also nur aus Manganin.
Durch h h wird der H auptstrom I zu- und abgeleitet und an a a der Spannungsabfall R I gemessen.
Der Vergleich zweier kleiner W iderstände wird in der Thomsonschen Doppelbrücke vorgenommen, deren
Schaltung in B ild 9 dargestellt ist. Der unbekannte W iderstand R x und der bekannte Normalwiderstand R n sind m it ihren Hauptstromklemmen hintereinander geschaltet, R0 sei der W iderstand der Kupferleiter zwischen diesen beiden W iderständen. D ie B atterie B
liefert einen verhältnism äßig starken Strom , der beide W iderstände hintereinander durch - fließt; der Spannungsabfall in R x bzw. R ,, wird zw eckm äßig in der Größenordnung von 0,1 V gew ählt. An die A bzw eig- klem m en sind die Brückenzweige m it den größeren W iderständen R 1; iü2, R 3, Ri an
geschlossen. D ie Gleichgewichtsbedingung für den N ullstrom der Brücke lautet:
Rx Ri
Rn
+
R„i?3 ' Rn+ Rt
Rx Rn | R%
R\ R.::, R\
!k
' R,
: 0
Soll diese Bedingung von dem W ert des ziemlich unkontrollierbaren R 0 unabhängig werden, so muß
Rx ^ J h ^ R i R n /f 3 R^
gem acht werden. Diese Doppelbedingung wird am leichtesten erfüllt, indem m an sowohl R x = R 2 als auch R s — ß , m acht, so daß wird
A
R , ' R r = R,i10. Messung des spezifischen Widerstandes mit der Thomsonbriicke.
Zubehör:
Eine Doppelkurbelmeßbrücke von S. & H.
G Spiegelgalvanom eter m it objektiver Ablesung, RN Normalwiderstand von V I000 Ohm,
K Einspannvorrichtung für M etallstäbe im Petroleum bad m it H eizspirale1 und Rührer (Konstruktion: O t t o W o lff);
ein Antriebsmotor für den Rührer m it Vorwiderstand R m und Holzzwinge zum Festklem m en des Motors am Tisch, 1 Die H eizvorrichtung w ird n u r bei d er M essung des T em peraturkoeffizienten gebraucht.
O rlicli, A n leitu n g e n I . 3 . A u f l. 2
A Strommesser für 5 und 20 Amp (Dreheiseninstru m ente), S1 Ausschalter für den Hauptstrom kreis für 20 Amp, S.2 Ausschalter für den Rührmotor,
T Taster für den Galvanometerkreis,
R Regelwiderstand für den Hauptstromkreis von 22 Ohm für m ax. 15 Am p und Schiebewiderstand 380 Ohm, 5 Amp in R eih e ;
mehrere Stäbe aus Handelskupfer, elektrolytischem K u p fer, Eisen, Stahl, Aluminium und Messing,
ein Thermometer.
Versuche: D ie in Bild 10 dargestellte Thomsonbrücke ist in Bild 11 unter Verwendung derselben Buchstaben noch einmal so dargestellt, wie sie bei den hier verwendeten besonderen Apparaten sich gestaltet.
D ie untere H älfte zeigt den besonders aufzubauenden Teil des Starkstromkreises, die stark gezeichneten Leiter sind m indestens 10 m m 2 stark zu wählen; A D sind die H au p t
stromklem men eines H eiz
kastens m it Einspannvorrich
tung, in dem der zu unter
suchende Stab hegt; da die W iderstände der reinen Metalle von der Temperatur abhängig sind, so liegt der Stab in einem Petroleumbad.
U m den Stab, dessen W i
derstand bestim m t werden soll, einspannen zu können, n im m t m a n z u n ä c h s t d a s im D e c k e l s t e c k e n d e T h e r m o m e t e r h e r a u s ( s o n s t z e r b r i c h t es), hebt dann den Deckel des Petroleum kastens ab, dreht ihn um, schiebt den Stab von der Seite her durch die hierfür vorgesehenen Ösen und klem m t ihn m it den beiden Kordelschrauben fest. Beim W iederaufsetzen des Deckels legen sich selbsttätig durch die Schwere zwei in genau 50 cm Abstand stehende Schneiden, die m it den Potentialklcm m en BG ver
bunden sind, auf den Stab.
U m eine gleichm äßige Verteilung der Temperatur zu erzielen, ist eine kleine Pum pe im Petroleum kasten angebracht, die durch einen kleinen Gleichstrommotor angetrieben wird. Der Motor wird unter Vorschaltung eines Schiebe widerstand es R m an 120 V olt angeschlossen (Bild 12); der W iderstand, der zuerst ganz einzuschalten ist, wird all
mählich verringert-, bis der Motor langsam zu laufen beginnt (bei zu raschem Lauf spritzt das Petroleum umher). D ie Drehrichtung der Pum pe soll derart sein, daß das Petroleum in dem Rohr von u n t e n nach o b e n gesogen wird. Au einem durch den Deckel eingeführten Thermometer wird die Temperatur bis auf Zehntel-Grade abgelesen.
In der oberen H älfte des Bildes 11 sind die Widerstände R v R 2, i?3, iü4, so wie sie in der „Doppelkurbelmeßbrücke“ verteilt sind, dargestellt, -ßj und Rn sind zw ei Vierkurbelkästen (Hunderter bis Zehntel Ohm), deren Kurbeln miteinander gekuppelt sind, so daß zwangsmäßig die W iderstände R l und R., bis
auf vier Stellen einander gleich eingestellt werden.
R 3 und i?4 werden durch zwei kleine Stöpselkästen (10 • 50 • 100 Q) gebildet; da auch R 3 = ü 4 sein soll, so zieht man in jedem der kleinen K ästen je einen Stöpsel m it demselben Kennwert des W iderstan
des; seine Größe w ählt man im Interesse einer großen Em pfindlichkeit so, daß in Zweig 1 und 2 möglichst alle vier Kurbeln zur E in stellung benutzt werden.
Der Regelwiderstand R ist zunächst vollständig ein
zuschalten, der Rührer in Gang zu setzen und der Schalter S 1 zu schließen.
Dann wird an den Doppelkurbcln geregelt, bis das Galvanometer beim Drücken der Taste T stromlos ist. Hierauf verringere man den Vorwider- standiü. bis die in untenstehend er Tabelle angegebene Stromstärke erreicht
o o
fl B Heizkasten
Turbine M otor ^
ö Z Z T > ^ <3 __
£ £ ; LvW^A--- cro—■
fl D * Hauptstromklemmen B C= Potenfiatktemmen
120 VN
B ild I2.
ist; soll eine Stromstärke größer als 5 Amp eingestellt werden, so ist in R erst der Schiebewiderstand 380 Q kurz zu schließen, bevor der R egel
widerstand 22 Q verkleinert wird. Danach regle man nötigenfalls von neuem an den Doppelkurbeln, bis der Galvanometerausschlag ver
schwunden ist. Nur wenn vollständiges Temperaturgleichgewicht eingetreten ist, bleibt der Galvanometerzeiger ruhig stehen; andern
falls wandert er dauernd. Der gesuchte W iderstand wird nach Kr. 9 aus 2*
der Formel
' E -
berechnet. D ie M essungen sind nach W ahl an drei Stäben verschiedenen Materials (darunter ein Kupferstab) auszuführen. Hieraus findet man den spezifischen W iderstand gt bei der gem essenen Temperatur t aus
(? in mm2 s. Tabelle, 1 = 0 , 5 m).
T a b e lle .
N r. M aterial D urchm esser
in m m
T em p.-K oeff.
«15
B elastungs- s tro m stä rk e i
1 Messing 4,00 1,5 ■ 10~3 l 4 A
2 J» 4,00 1,5 • 10~3 1
3 4
S tahl ft
4,01 3.90
5.2 • 10~3 5.2 • IO“ 3 1
1 0,5 A
5 A lum inium 3,98 3,7 • IO” 3 l Q A
6 t> 4,00 3,7 • IO“ 3 1
7 K upfer 3,54 1 _ Qli ’ «15 1 15 A
8 It 4,03 f ~ 6,78 • IO“ “ 1
9 E isen 3,97 4,7 ■ 10~3 1,5 A
Die Umrechnung auf die Temperatur 15° erfolgt nach der Formel:
Qt
Q is — i + 0 i u ( i — 150)
wobei für « 15 die in der Tabelle angegebenen W erte als bekannt eingesetzt werden mögen. Vgl. auch Nr. 11.
11. Vorschriften für Leituiigskupfer1.
Der spezifische W iderstand eines reinen M etalles ändert sich sehr stark, sobald auch nur geringe Beim engungen von anderen Metallen vorhanden sind. Sog. „Leitungskupfer“ ist Kupfer von einem so hohen Grad der Reinheit, daß sein spezifischer W iderstand bestim m te vom Verband Deutscher Elektrotechniker festgesetzte Grenzwerte nicht über
schreitet. Diese W erte sind in ü • mm2/m bei 20° C:
1. bei weichgeglühtem Draht 1 /5 7 = 0 ,0 1 7 5 4 ,
2. bei kaltgerecktem Draht m it einer Festigkeit von mein: als 30 kg/m m 2
1/56 = 0,017 86 für Drahtdicken ) > lm m 1/55 = 0 ,0 1 8 1 8 für Drahtdicken < 1 mm, 3. bei weichgeglühtem verzinnten Draht
1/56,5 = 0,017 70 für Drahtdicken ^>0,3 mm 1/55,5 = 0 ,0 1 8 0 2 für Drahtdicken 0,3 4 0 , 1 mm 1/54 = 0 ,0 1 8 5 2 für Drahtdicken < 0 , 1 mm.
Der spezifische W iderstand ist von der Temperatur abhängig; man kann dafür die Gleichung ansetzen:
___________ Q t = e 0 ( l + « o i ) = = 2 2 » [ l + « 2 o ( < — 2 0 ° ) ] 1 V D E -V orschriftenbueh 0201/1932.
Der Tem peraturkoeffizient ist also von der Ausgangstemperatur (0° oder 20°) abhängig; aus den beiden letzten Formeln folgt unm ittel
bar:
p20 (1 — 20öc20) = po und £?2o a 2o = eo <*o
D ie Erfahrung lehrt nun, daß in w eiten Grenzen für s ä m t l i c h e K u p f e r s o r t e n das Produkt n a konstant ist, näm lich 0,678 • 1 0 ~ l . H at man also den spezifischen W iderstand o( bei der Temperatur t g e messen, so braucht man keine Messung bei einer zw eiten Temperatur zu machen, sondern berechnet direkt aus:
Q20 = Qt— 0,678 • 10—4 (t— 20°)
12. Messungen unter Betriebsbedingungen.
In der Praxis kommen viele Fälle vor, wo der W iderstand von der Strombelastung abhängt, ja wo der Quotient U /I auch nicht annähernd mehr konstant ist (Gasentladungen).
Man muß dann durch Messung von u U und I die „Charakteristik“ auf- nehmen. In Bild 13 ist a die Cha
rakteristik eines tem peraturunabhän
gigen W iderstandes R == U / I = t g a . Sie ist eine Gerade, die um so steiler ver
läuft, je größer der W iderstand ist.
b ist die Charakteristik einer M etall
fadenlampe, deren W iderstand m it der Belastung w ächst, c die Charakteristik eines Eisenbandwiderstandes in einer
W asserstoffatmosphäre, die sich da- bim 13. durch auszeichnet, daß die Spannung
in einem erheblichen Intervall steigen kann, ohne daß sich merklich der Strom än d ert1. Am stärksten w eicht die Charakteristik eines Lichtbogens von der eines Ohmischen
W iderstandes ab; sie ist in d darge
stellt.
Man m ißt m it direkt zeigenden Strom- und Spannungsm essem den Strom I , der durch den gesuchten Wider
stand fließt, und die Spannung Uk an seinen K lem m en; dann ist R — U^/I der W iderstand bei der Belastung m it Strom stä r k e /. Bei der praktischen Ausführung i
ist der Eigenverbrauch der Meßinstru- U--- u m ente zu beachten. Von den zwei mög- Bild in liehen Schaltungen, die in Bild 14 und 15
dargestellt sind, w ählt man diejenige, die die kleinere Korrektur wegen des Eigenverbrauchs der Meßinstrumente verursacht.
i E T Z 1906 S. 45.
A. M essung größerer W iderstände.
Die Schaltung nach Bild 14 wird in der R egel benutzt, wenn es sich um W iderstände für verhältnism äßig hohe Spannungen, die nur wenig Strom verbrauchen, handelt. Mit A m ißt man den Strom I r, der R x durchfließt, m it Spannungsmesser V eine Spannung JJ, die sich aus Uk an R x und Spannungsabfall u an Strommesser A zusam m ensetzt.
Uk ist in der R egel groß gegen u: es wird:
Uk= U — u ; R x — { U — u ) / I r
B enutzt man als Strommesser einen empfindlichen Drehspulapparat.
so ist dieser in der R egel entsprechend seiner Aufschrift auch als Span
nungsmesser brauchbar; man kann daim an ihm sowohl den Strom I r.
als auch den Spannungsabfall u ablesen. Ist eine solche Aufschrift nicht vorhanden, so muß man den W iderstand Äj des Strommessers besonders bestimmen und es wird u — I r Ri-
Beispiele: Als Versuchswiderstände R x sind zu messen:
a) W iderstandsdraht in A sbestgeflecht (wird zu Heizzwecken be
nutzt).
b) Kohlefadenlampe, c) M etallfadcnlampe,
d) Eisenwiderstand in W asserstoffatmosphäre, e) Silitstab.
f) Kohledruckregler.
Zubehör:
A ein Rrehspul-Strommesser m it Nebenwiderständen für 0,75 Amp für die Versuche a bis d, für 3 und 7,5 Amp für den Versuch e,
V ein Drehspul-Spannungsmesser Meßbereich 150 Volt, R ein Regelwiderstand 830 Ohm, 1,2 Amp (Schiebewider
stand m it einem Rohr) oder zwei Regelwiderstände von je 380 Ohm in Hintereinanderschaltung (Schiebewider
stände, d. h. zusammen 760 Q). für die Versuche m it den W iderständen a bis d,
ein Schiebewiderstand 380 Ohm, 5 Amp für den Versuch m it dem Silitstabe.
S ein doppelpoliger Schalter.
Versuche: Für R.x sind nacheinander die W iderstände a bis f cin- zuschalten. Bei den Versuchen a bis d ist der Strommesser m it dem Nebenwiderstand für 0,75 Amp und der Regelwiderstand 830 Ohm oder zwei W iderstände (je 3S0 Ohm) in Reihenschaltung zu benutzen, beim Versuch e nacheinander die Nebenwiderständc für 3 und 7,5 Amp und der Regelwiderstand von 380 Ohm.
Anfangs ist der ganze Betrag des Regelwiderstandes R einzuschalten, V und A sind abzulesen, dann ist der Regelwiderstand R zu verkleinern, so daß U stufenweise um je 10 V olt steigt: auf jeder Stufe ist V und .4 abzulesen, bis der W iderstand R ganz ausgeschaltet ist, also die volle
Spannung am W iderstande R x liegt (Hingang). Bei 120 V olt K lem m en
spannung kom m en die Widerstandskörper b bis e ins Glühen. Dann wird die ganze Meßreihe rückwärts bei fallendem Strom wiederholt, bis R wieder ganz eingeschaltet ist. B ei jeder R egelstufe ist zu warten, bis die Meßapparate eine feste Einstellung angenommen haben, d .h . bis W ärm egleichgewicht eingetreten ist. Je größer die zu erwärmende Masse (Silitstab) ist, um so länger muß man warten.
Berechnung und Darstellung (1er Ergebnisse. Die W erte von U, U — u, I r, R x sind unter Berücksichtigung der erreichten M eßgenauig
keit für jeden W iderstand in eine Tabelle einzutragen. Außerdem ist für jeden untersuchten W iderstand eine K urve (Bild 13) zu zeichnen (Abszisse I r, Ordinate U — u), in welche die W erte aus Hingang und Rückgang eingetragen werden.
Außerdem wird eine zw eite K urve gezeichnet, in der R x (Ordinate) als Funktion von I r (Abszisse) aufgetragen wird.
Kohlcdruckreglcr. (Fakultative Aufgabe.) Es ist die W iderstands
änderung eines Kohledruckreglers, w ie er z. B. in der Berliner Stadt- und R ingbahn zur Reglung der Spannung an den Lampen benutzt wird, zu untersuchen. Der Regler besteht aus einer großen Zahl dünner K ohleplättchen, die aufgeschichtet zwischen zwei kräftigen Druckplatten liegen und durch Gewichte verschieden stark zusammengedrückt werden können. Dadurch wird der Übergangswiderstand zwischen je zwei aneinander liegenden P lättchen geändert.
Es soll bei konstantem Strom die Abhängigkeit des W iderstandes von der Gewichtsbelastung untersucht werden. Dazu steigert man all
m ählich den Druck durch Auflegen von Gewichten bis m axim al 250 g.
regelt bei jeder Gewichtsbelastung P m ittels Regelwiderstand R den Strom auf einen konstanten W ert von 20 mA und m ißt die zugehörige K lemmenspannung Uk am K ohlew iderstand. Danach m acht man eine zw eite Meßreihe bei abnehmenden Drücken P in denselben Stufen.
Man zeichnet für Hin- und Rückgang je eine Kurve, P als Abszisse, R x als Ordinate.
B. Messung kleiner W iderstände durch Strom- und Spannungsm essung.
Sollen kleine W iderstände R x bei großer Strom belastung I x g e
messen werden, so ist es zweckmäßig die Schaltung nach Bild 15 zu wählen. Der Spannungsm es
ser V liegt an den Klemmen
(gegebenenfalls den Abzweig- A klemmen s. S. 17) des W ider
standes R x und m ißt unm ittel
bar Uk; dagegen fließt durch u—uy—,j den Strommesser A nicht nur I,
sondern auch der Strom i u, den
der Spannungsmesser beansprucht. Zeigt der Strommesser I a an, so i s t : I = I a - U k/ R u
