Elektrostatisches Meßwerk

Das elektrostatische Meßwerk wie in Abbildung 1 dargestellt besteht aus zwei festen, senkrecht angeordneten Metallplatten, zwischen denen eine dritte Platte beweglich aufgehängt ist. Die zu messende Spannung wird einerseits an die bewegliche Platte und an die linke feste Platte angelegt, andererseils an die rechte feste Platte. Beim Einschalten der Spannung wird die bewegliche Platte von der rechten Platte entsprechend der Potentialdifferenz U angezogen, was eine Vergrößerung der Kapazität C zur Folge hat. Das auftretende Drehmoment M lässt sich berechnen aus:

M = 1/2 U 2 dC/dα     mit α = Ausschlagwinkel

dC/dα läßt sich durch einfache Kapazitätsmessung bestimmen. Für die Kpazität C gilt die Beziehung:

C = ε · A / 4 π · d    mit F = wirksame Fläche des Kondensators und d = Abstand der Platten

Entsprechend der Drehmomentgleichung wird der Skalenverlauf in Abhängigkeit von U quadratisch. Durch entsprechende Formgebung der Platten läßt sich jedoch dC/dα derart beeinflussen, daß ein nahezu linearer Skalenverlauf erreicht wird.
Elektrostatisches Messwerk
Elektrostatisches Messwerk
Abb. 1: Elektrostatisches Messwerk (Firmenbild H&B)
Abb. 2: Multizellular-Messwerk (Firmenbild H&B)

Elektrostatische Meßgeräte sind für Gleich- und Wechselstrom, auch bei Hochfrequenz, verwendbar. Ihr größter Vorteil ist der äußerst geringe Eigenverbrauch. Bei Gleichspannungsmessungen wird lediglich der Aufladestrom beim Einschalten gebraucht, während der Dauerverbrauch Null ist; bei Wechselspannungsmessungen beträgt der Dauerverbrauch bei technischen Frequenzen nur Bruchteile eines Mikroamperes, der Verbrauch steigt mit der Frequenz und beträgt bei 105 ... 106 Hz etwa 1 mA. Elektrostatische Spannungsmesser mit Lichtzeiger erlauben die Messungen von Spannungen bis ca. 20 V.

Das elektrostatische Multizellular-Meßwerk nach Abbildung 2 wurde in seiner ursprünglichen Form von Lord Kelvin angegeben. Das Messwerk besteht aus zellenartig angeordneter Metallkammern, zwischen denen je eine leichte Metallnadel spielt, die an einer gemeinsamen Achse befestigt sind. Diese wiederum ist an einem Band aus Bronze aufgehängt. Wird die zu messende Spannung einerseits an die Kammern, andererseits an die Nadeln gelegt, so erfolgt eine Drehung der Nadeln, bis dem elektrostatisch erzeugten Drehmoment durch die Torsionskraft des Aufhängebandes das Gleichgewicht gehalten wird. Das ganze Meßwerk ist metallisch abgeschirmt. Eine kräftige Luftdämpfung bewirkt schwingungsfreie Zeigereinstellung. Durch die besondere Form der Metallkammern (hyperbolische Spiralen) wird eine fast gleichmäßige Skalenteilung erreicht. Das Instrument zeigt bei Gleich- und Wechselstrom - auch bei hohen Frequenzen - richtig an.


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