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Grundlagen |
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| Prinzipiell schaltet man bei einem Amperemeter einen kleinen Widerstand parallel zum Messwerk. Man bezeichnet diesen Parallelwiderstand auch als Nebenwiderstand oder Shunt. In der Parallelschaltung ergibt sich eine Aufteilung des Stroms, wobei nur ein kleinerer Teil durch da Messwerk fließt. |
| Ein Messwerk mit 100 µA/ 1000 Ohm soll in einem
Amperemeter mit dem Messbereich 1 A eingesetzt werden. Für Vollausschlag
wird eine Spannung von 100 mV am Messwerk benötigt. Der Shunt muss
daher einen Widerstand von 0,1 Ohm haben.
Prinzipiell muss zwar bei der Parallelschaltung auch der Widerstand des Messwerks beachtet werden, so dass der Shunt entsprechend höher gewählt werden muss. Im vorliegenden Beispiel ergibt sich durch den 10000-fach höheren Innenwiderstand des Messwerks jedoch nur ein Fehler von 0,01%. Alle anderen Fehler wie die Toleranz des Messwerks (z.B. Güteklasse 2,5%) oder des Shunts (typ. 1%) sind jedoch wesentlich größer. |
Erweiterung eines Strommessbereichs
| Speziell bei sehr großen Messbereichen muss
die Verlustleistung im Shunt beachtet werden. Bei einem Messbereich bis
50 A, wie er z.B. oft im Modellbau benötigt wird, wird im Shunt bei
einer Endspannung von 100 mV bereits eine Leistung von 5 W umgesetzt. Deshalb
besitzen Shunt-Widerstände für höhere Ströme oft eine
erhebliche Größe. Allgemein ist es günstig, wenn Messwerke
mit geringem Innenwiderstand und damit geringer Endspannung eingesetzt
werden. In elektronischen Messgeräten lässt sich das Problem
durch einen geeigneten Messverstärker verringern, der z.B. eine Endspannung
von 1 mV ermöglicht.
Ein Problem bei der Messbereichsumschaltung liegt darin, dass der Übergangswiderstand des Umschalters zu erheblichen Messfehlern führen kann, wenn man einfach verschiedene Shunts parallel zum Messwerk umschaltet. Besser ist es daher, verschiedene Shunts in Reihe zu schalten und nur die Eingangsklemmen umzuschalten. Eventuelle Spannungsabfälle an den Umschaltkontakten treten dann zwar nach außen hin auf, verändern jedoch nicht das Messergebnis. Außerdem kann beim Umschalten während einer Messung niemals der Fall eintreten, dass das Messgerät ohne Parallelwiderstand überlastet wird. |
Richtige und fehlerhafte Umschaltung von Strombereichen
| Für Amperemeter muss allgemein ein möglichst geringer Innenwiderstand angestrebt werden, weil jeder Spannungsabfall am Messgerät zu einer ungewollten Beeinflussung des Messobjekts führt. Für kleinere Ströme bis zu wenigen mA kann durch den Einsatz eines gegengekoppelten OPVs ein Innenwiderstand von annähernd Null erreicht werden. Zugleich ermöglicht der Verstärker auch eine Verbesserung der Messempfindlichkeit bis in den Nanoamperebereich. Durch einfache Umschaltung der Gegenkopplungswiderstände lässt sich eine Bereichswahl vornehmen. |
Ein OPV als Strom-Spannungswandler
