Dipl.-Ing. Gerhard Münch’s research while affiliated with Paul Hartmann AG and other places

Bei fast allen im ersten Teil behandelten Meßinstrumenten wird der Wert der Meßgröße als Zeigerausschlag dargestellt und somit auf der Skale als analoger, zwischen Skalenanfangsstrich und Zeiger liegender Längenwert abgebildet. Diesen muß man beim Ablesen nach Teilstrichen auszählen und den verbleibenden Rest interpolieren, um den Betrag der Meßgröße als Zahlenwert zu erhalten. Solche Meßgeräte nennt man analog anzeigende Geräte.

Die elektrostatischen Spannungsmesser und die Spannungswandler zur Hochspannungsmessung sind auf S. 134 und 210 bereits beschrieben. In Hochspannungsnetzen wird die Spannung meist mit Spannungswandlern gemessen, die mit der erforderlichen Spannungssicherheit und Leistung hergestellt werden können. Vom unmittelbaren Einbau elektrostatischer Spannungsmesser ist man abgekommen, da ihre Spannungssicherheit nicht hoch genug ist. Dagegen werden kapazitive Spannungsteiler oder Vorkondensatoren verwendet, wie sie auf S. 213 beschrieben sind, auch in Verbindung mit Meßwandlern. Hierbei liegt die Spannungs- sicherheit- im Meßkondensator. In Prüfräumen ist die Spannungssicherheit der Meßeinrichtung weniger wichtig als in Betrieben. Dafür gilt es hier, sowohl den Effektivwert als auch den Scheitelwert sehr hoher Spannungen möglichst genau zu bestimmen. Von den zahlreichen Meßeinrichtungen für diesen Zweck sollen hier einige beschrieben werden; über die Messung hoher Spannungen mit Vorwiderständen ist auf S. 238 Näheres zu finden.

Vor allem durch die Automatisierung der chemischen Produktionsverfahren ist es nötig geworden, chemische Analysen schnell und möglichst kontinuierlich durchzuführen. Es hat sich gezeigt, daß dies häufig mit Hilfe chemisch-physikalischer oder rein physikalischer Verfahren möglich ist. Dabei kann in vielen Fällen die Analyse auf das Messen elektrischer Größen zurückgeführt werden. Von den zahlreichen für solche Zwecke entwickelten Meßeinrichtungen sollen hier einige angeführt werden, die speziell für die Analyse von Gasgemischen (Gasanalyse) bestimmt sind.

Ein wichtiger Bestandteil zahlreicher Meßeinrichtungen sind Stromquellen, die eine konstante Spannung oder einen konstanten Strom abgeben; an verschiedenen Stellen der vorhergehenden Abschnitte wurde bereits darauf hingewiesen (z.B. Meßbrücken, Kompensatoren, Gasanalysegeräte). Im allgemeinen sollen solche Stromquellen an das normale Wechselstromnetz angeschlossen werden. Sie müssen dann Einrichtungen enthalten, die die Ausgangsspannung bzw. den Ausgangsstrom unabhängig von den üblichen Schwankungen der Netzspannung (meist zwischen +10 und −15%) machen. Man benutzt dazu vorwiegend Bauelemente mit strom- oder spannungsabhängigem Widerstand, die bei geeigneter Charakteristik ström- oder spannungsstabilisierende Wirkung besitzen. Bei hohen Anforderungen an die Konstanz, besonders eines vom Verbraucherwiderstand unabhängigen Stroms, muß zusätzlich eine Regeleinrichtung vorgesehen werden.

Elektrizitätszähler messen die in einer elektrischen Leitung übertragene Energie. Ihre Angaben dienen als Grundlage für die Verrechnung derselben und unterliegen daher — wie z.B. auch Waagen — der staatlichen Aufsicht, welche für Zähler von den konzessionierten Elektrischen Prüfämtern wahrgenommen wird. Da es viele Stromabnehmer gibt, werden Elektrizitätszähler in außerordentlich großen Stückzahlen gebraucht. Dabei werden an die Genauigkeit von Zählern für Haushalte geringere Anforderungen gestellt als an die von Zählern für Großabnehmer oder an Übergabestellen, weil mit letzteren viel größere Energiemengen verrechnet werden und sich eine Fehlanzeige von 1% beispielsweise schon in beachtlichen Geldbeträgen auswirkt.

Man kann die beschriebenen Meßwerke dazu verwenden, um beim Erreichen eines bestimmten Meßwertes unmittelbar oder mittelbar einen Signalstromkreis zu schließen. Ein solches Signalgerät hat neben der laufenden Anzeige des Meßwertes zusätzlich die Aufgabe, beim Über- oder Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes ein Signal auszulösen. Es ist also nicht nur ein Anzeigegerät, sondern gleichzeitig eine „Sicherung“ für den zu überwachenden Vorgang. Das ausgelöste Signal kann zur optischen oder akustischen Warnung verwendet werden oder unmittelbar in den zu überwachenden Vorgang eingreifen (z.B. Abschalten eines Ofens bei Überschreitung einer gefährlichen Temperatur). Bei dem vielseitigen Einsatz elektrischer Meßgeräte zur Überwachung von Prozeßabläufen haben Signalgeräte eine große Bedeutung gewonnen.

Während die oben beschriebenen Instrumente im Prinzip Strommesser sind, die durch die Art der Schaltung auch für Spannungsmessungen eingerichtet werden, ist beim elektrostatischen Meßprinzip die wirksame Kraft die unmittelbare Folge einer Potentialdifferenz zwischen zwei Leitern. Das Goldblattelektroskop ist wohl das älteste elektrische Meßgerät, das die Physiker besaßen. Im Laufe der Jahrzehnte sind ganz außerordentlich viele Konstruktionen entstanden; es hat sich jedoch bis heute noch keine einheitliche Form herausgebildet, die, wie dies bei anderen Meßgeräten der Fall ist, mit wenigen Abweichungen allgemein angewendet wird1.

Die Meßbrücken mit ihrer mittelbaren Anzeige eignen sich nicht für rasche Betriebsmessungen. Die selbstabgleichenden Brücken sind vielfach zu aufwendig, besonders wenn man nicht sehr genau zu messen braucht. Man hat deshalb zahlreiche einfache Widerstandsmeßeinrichtungen ersonnen, die meist auf der direkten Anwendung des Ohmschen Gesetzes beruhen.

Das Hitzdrahtinstrument ist eines der ältesten Meßinstrumente und wurde in seiner ersten technischen Form von Cardew1 mit einem langen, geraden Hitzdraht ausgeführt. Es hat nicht nur in seiner Form, sondern vielleicht noch mehr in seiner Geltung in wenigen Jahrzehnten manchen Wandel durchgemacht. Als erstes wirklich brauchbares Gerät für Wechselstrommessungen hat es seinerzeit große Verbreitung gefunden. Durch die Verbesserung der anderen Wechselstromgeräte wurde es allmählich aus der Starkstromtechnik verdrängt. In der jungen Hoch- frequenztechnik spielte es zeitweise eine große Rolle. Hier wurde es seit etwa 1930 durch das Drehspulinstrument mit Gleichrichter oder Thermoumformer wieder zurückgedrängt. Von den Schalttafeln der Elektrizitätswerke ist es verschwunden, man findet es aber noch hie und da in Prüfräumen und Laboratorien.

In diesem Kapitel sollen einige Meßfühler für nichtelektrische Größen besprochen werden, die die betreffenden Größen auf Grund physikalischer Gesetzmäßigkeiten in elektrische Größen umwandeln. Solche Meßfühler gestatten es demnach, nichtelektrische Größen auf einfache Weise mit elektrischen Meßinstrumenten zu messen. Wegen ihrer hervorragenden Bedeutung in der industriellen Meßtechnik werden die beiden elektrischen Meßfühler für die Temperatur, das Widerstandsthermometer und das Thermoelement, eingehender behandelt und dabei auch die speziellen Probleme der Widerstands- und Thermospannungsmessung berücksichtigt.