Alte Messtechnik

[Und wech U. (quinny)]

Weil ich im Keller ein ausgedientes Fotometer gefunden hab, fiel mir 
u.a. ein "Spiegelgalvanometer" in die gierigen Bastlerhände.

In erster Linie handelt es sich dabei um ein Drehspulinstrument. 
Allerdings ein hochempfindliches: es hat einen Vollausschlag von 
lediglich 10uA. Die dadurch ins Messwerk eingebrachten Kräfte sind so 
gering, dass schon kleinste Lufbewegungen oder Reibungen der Lager 
reproduzierbare Messungen ausschließen würden.

Folglich verwendet man keine Reiblager! Stattdessen verwendet man zwei 
extrem dünne Drähte ("Spanndrähte"), die gleichzeitig die Drehspule mit 
Strom versorgen und sich bei einer Drehung der Spule im magnetischen 
Feld des roten Magneten verwinden (= "Torsionslager").

Weiterhin befindet sich an der Drehspule kein Zeiger sondern lediglich 
ein winziger Spiegel, der durch ein schützendes Fensterchen betrachtet 
werden kann. Auf diesen Spiegel richtet man eine gut fokussierten 
Lichtstrahl und wirft dessen Reflektion auf eine weit entfernte Skala, 
die - entsprechend der Lichtzeigerlänge - eine große Ausdehung haben 
kann.

Ein Lichtzeiger kann parallaxenfrei projiziert werden. Man braucht also 
keine Messerzeiger oder Spiegelskalen.

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Wenn man eine Skala von beispielsweise 20cm beleuchtet, so entspricht 
jeder Millimeter einem Strom von 10uA geteilt durch 200mm = 50 
Nanoampere.

Wenn man statt der im Fotometer noch verwendeten Glühlampe einen 
Laserstrahl als Lichtzeiger verwendet, so kann man die Projektion so 
weit vergrößern, dass man auch noch Picoampere ablesen könnte. Ein 
Laserstrahl hätte auch noch den Vorteil, dass man mit kleinsten 
Batterien für den Lichtzeiger ausreichen würde.

So ein Gerät hat heutzutage keinen wirklichen Nutzen. Jedes Multimeter 
kann schon im Nanoamperebereich messen. Trotzdem hat ein 
Spiegelgalvanometer für mich eine große Faszination. Es würde mich 
einfach reizen, sowas zusammenzubauen.

[Und wech U. (quinny)]

Gesagt, getan...

Es handelt sich um ein Kompenmsationsmessgerät, also eine Brücke, die so 
abgeglichen wird, dass im Messwerk im Nullabgleich kein Strom fließt. 
Damit hat dieses alte Messprinzip einen unendlichen 
Eingangswiderstand! Besser als jedes moderne Multimeter.

Damit das Gerät nicht vesrehentlich überlastet werden kann, nutze ich 
den Lichtzeiger gleich zur Notabschaltung. Sobald er die 
Fototransistoren erreicht, wird das empfindliche Messwerk ausgeschaltet 
und eine Überlast-LED leuchtet auf.

[Und wech U. (quinny)]

Mit diesem Messgerät kann man z.B. *Wirk*leistungen messen!

Oben links zwei Auszüge aus einem alten DDR-Buch. Nicht ganz klar.

kompen10.png
kompen11.png

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Also musste die Simulation ran. Nach Entfernung der schwarzen Magie 
blieb schließlich noch eine simple Phasen-Messbrücke mit 
Einweggleichrichtungen übrig - ähnlich einem SWR-Meter aus der Funkerei.

kompen12.png

...geschickterweise natürlich gleich auf den Kompensator ausgelegt.

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Mit dem rechten Brückenzweig wird die Anzeigeempfindlichkeit vorgegeben. 
Der linke Brückenzweig wird bei Blindströmen auf Null abgeglichen.

Da mein Trenntrafo noch im Umbau ist, musste ich mit einem 30V Trafo 
versorgen. So konnte ich nicht im Kilowatt-Bereich messen, sondern nur 
bei rund 10 Watt.

Durch zwei back-to-back in Reihe geschaltete Elkos von je 470uF fließt 
ein Blindstrom von 800mA. Trotzdem zeigt der Kompensator nichts an, weil 
es ja ausschließlich ein Blindstrom ist. Der Kompensator soll aber ja 
den Wirkstrom zeigen.

kompen13.jpg

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Sobald ich jedoch parallel zum Kondensator einen 10 Ohm Widerstand 
schalte, schlägt der Kompensator heftig aus (proportional der Leistung, 
wie im DDR-Artikel erwähnt):

kompen14.jpg

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Es fließt ein Scheinstrom von 1.4A.

Entferne ich den Kondensator, so verändert sich die Anzeige des 
Kompensators nicht. Und das, obwohl der Strom deutlich sinkt.

kompen15.jpg


Tatsächlich reagiert das Gerät also ausschließlich auf die Wirkleistung!

Prinzipiell kann man natürlich auch ein Multimeter verwenden, wie im 
Artikel erwähnt. Aber es muss ein mittelndes Drehspulinstrument sein - 
möglichst mit Nulllage in der Mitte. Und dann benötigt man obendrein 
noch die im Kompensator fest verbauten Potis zum Nullabgleich.

Außerdem ist der Kompensator - für ein Drehspulinstrument - irre 
empfindlich. Dadurch konnte ich die Schaltung wesentlich hochohmiger 
auslegen. Statt den empfohlenen 100uA benötigt das Galvanometer ja nur 
1,5uA.

Ach so.... eine wichtige Sache noch: das fiunktioniert alles so schön, 
weil ich nur die Wirkleistung von Sinusschwingungen vermessen hab. Bei 
Impulsströmen kann es nicht hinhauen. Aber irgendwas ist ja immer.

[Und wech U. (quinny)]

Die Altvorderen konnten Leistungen unterschiedlichster Kurvenform und 
sehr hoher Frequenz messen, wie es kein noch so moderner Mikrocomputer 
kann!


Als fast ideale Indikatoren für Effektivwert-Leistungen (aber auch 
Spannungen oder Ströme, wenn die jeweils andere Größe bekannt ist) 
beliebiger Kurvenform kann man Glühlampen nehmen.

Eine Glühlampe wird dabei von dem zu untersuchenden Gerät mit Energie 
versorgt. Und die andere Glühlampe wird von einem geeichten 
Gleichstrom-Netzteil versorgt.

Man muss jetzt nur beide Glühlampen auf gleiche Helligkeit abgleichen 
und kann dann am Gleichstromnetzteil bequem den Strom und die Spannung 
ablesen. Deren Multiplikation ergibt direkt die Leistung, mit der die zu 
untersuchende Glühlampe betrieben wurde.

Zum Helligkeitsvergleich dient ein Fettfleck (oder Öl) auf ganz normalem 
Papier. Zuerstmal hab ich die beiden Glühlampen einfach an ein 
Doppelnetzteil angeschlossen.

Die hintere Lampe ist zu dunkel: fett1.JPG

Die hintere Lampe ist zu hell: fett2.JPG

Beide Lampen sind gleich hell - der Fettfleck verschwindet: fett3.JPG

(es ist wirklich eine fast binäre Anzeige - man kann sehr genau 
einstellen)


Der Papierschirm muss genau zwischen den beiden Lampen angeordnet sein: 
fett4.JPG

Nun gucken wir mal, ob ich in beide Lampen die gleiche Leistung gesteckt 
habe: fett5.JPG

1.9V/410mA zu 1.9V/420mA


Also selbst mit meinem Pfuschaufbau und ungenauem Netzteil und 
willkürlichen Griff in die Lampenkiste habe ich ein Leistungs-Messgerät 
mit 2,5% Ungenauigkeit gebastelt!


Mit diesem Messgerät kann ich nun Leistungen bestimmen, die aus 
x-beliebigen Kurvenformen für Spannung und Strom entstanden sind. 
Entscheidend ist nur die in der Lampe umgesetzte Leistung, die die 
Helligkeit bestimmt.

[Und wech U. (quinny)]

Wolltet Ihr immer schon mal wissen, welche Leistung eigentlich von den 
tief in einer Lautsprecherbox versteckten Wirkwiderständen bei einer 
bestimmten Frequenz umgesetzt wird?

Also hauptsächlich im Wirkwiderstand der/des eigentlichen 
Lautsprecher/s?

Aber ohne die verleimte Box zu öffnen, ohne zu wissen, wie es eigentlich 
in der Frequenzweiche genau aussieht und ohne zu wissen, welchen 
Widerstand Euer Verbraucher tatsächlich hat!

Das soll gehen?

Ja... das geht tatsächlich.


Man benötigt einen Sinusgenerator "V1", einen x-beliebigen Widerstand 
"R1" und zwei simple Wechselspannungsmessungen.

Oben links eine willkürlich erdachte Boxeninnenbeschaltung aus Blind- 
und Wirkwiderständen (die gerne auch ganz anders aussehen darf).

Es müssen die Wechselspannungen u1 und u2 gemessen und dann die in der 
Skizze eingetragene simpe Formel durchgerechnet werden, um die Leistung 
in den versteckten Wirkwiderständen zu ermitteln.

Und? Stimmts auch? Der Computer sagt "ja" (rechtes Bild)


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Diese Methode wurde früher in der Fachliteratur als 
"Dreivoltmetermethode" (u1, u2 und u1-u2) bezeichnet und wurde 
mittlerweile wohl weitestgehend vergessen. Hier:

Beitrag "Re: Alte Messtechnik"

hatte ich ebenso gemessen.

[Joachim B. (jar)]

Fred Quinny schrieb:
> Wolltet Ihr immer schon mal wissen, welche Leistung eigentlich von den
> tief in einer Lautsprecherbox versteckten Wirkwiderständen bei einer
> bestimmten Frequenz umgesetzt wird?

und bei meinen Philips MFB544 und MFB567

wie mache ich das da ? (scnr)

[Und wech U. (quinny)]

Hallo Joachim,

wenn es Dir gelingt, rein sinusförmigen Strom einzuspeisen, so wird Dir 
bei der Messmethode und Formelanwendung unverändert die Leistung der bei 
der eingespeisten Spannung und Frequenz versorgten Wirkwiderstände 
dargestellt ;)

VG

Fred

[Und wech U. (quinny)]

Anlässlich dieses Themas:

Beitrag "Re: Schweißstrom anzeigen"

.........

Es scheint bei der computergestützen Generation in Vergessenheit zu 
geraten, dass simple und günstige Dreheisenmesswerke den Effektivstrom 
darstellen. Dabei ist es gleich, ob es sich um einen Wechsel- oder 
Gleichstrom handelt und welche Kurvenform der Strom hat.

VG

Fred

[F. F. (foldi)]

Hallo Fred,

meins ist es nicht so was zu bauen, aber vielen Dank, dass du uns das 
zeigst.
Warum nicht altes ausgraben, drüber nachdenken und evtl. mit 
fortgeschrittener Technik auch was neues daraus entwickeln?
Oder einfach nur staunen über das was unsere Vorfahren für teils geniale 
Ideen hatten.
Schön gemacht, Danke!

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Lichtzeiger Instrumente wurden auch in der Strahlungsmesstechnik 
benutzt, um z.B. Szintillationskristalle oder (QFD-) Dosimeter 
auszuwerten.
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Direct-reading_dosimeter.jpg
Ich hatte aus einem Röntgeninstitut mal eines mit +/- 5uA. Dieses 
Instrument leuchtete ein ellipsenförmigen Feld aus mit Trennstrich in 
der Mitte. Eine Hälfte des Leuchtzeigers war rot, eine weiss. Schönes 
Dings, aber mittlerweile futsch.
Soweit ich mich erinnere, kam das aus dem Vereinigten Königreich.

[Christian B. (casandro)]

Fred Quinny schrieb:
> Anlässlich dieses Themas:
> Es scheint bei der computergestützen Generation in Vergessenheit zu
> geraten, dass simple und günstige Dreheisenmesswerke den Effektivstrom
> darstellen. Dabei ist es gleich, ob es sich um einen Wechsel- oder
> Gleichstrom handelt und welche Kurvenform der Strom hat.

Nein, leider nicht, dadurch dass die magnetisch arbeiteten haben die 
einen relativ starken Frequenzgang. Sprich Dein Dreheisenmesswerk ist 
für eine bestimmte Frequenz geeicht. Somit kann es sein, dass Du die 
Oberwellen nicht zuverlässig mit bekommst. Mit vergleichenden Messungen 
über Wärme oder Licht an Widerständen hast du einen sehr linearen 
Frequenzgang.

[Matthias P. (matthias_p65)]

Interessante Technik, danke fürs Vorstellen.

Auf die Sache mit den Lampen und dem Fettfleck muss man erstmal kommen. 
;)

[Und wech U. (quinny)]

Christian Berger schrieb:
> Fred Quinny schrieb:
>> Anlässlich dieses Themas:
>> Es scheint bei der computergestützen Generation in Vergessenheit zu
>> geraten, dass simple und günstige Dreheisenmesswerke den Effektivstrom
>> darstellen. Dabei ist es gleich, ob es sich um einen Wechsel- oder
>> Gleichstrom handelt und welche Kurvenform der Strom hat.
>
> Nein, leider nicht, dadurch dass die magnetisch arbeiteten haben die
> einen relativ starken Frequenzgang. Sprich Dein Dreheisenmesswerk ist
> für eine bestimmte Frequenz geeicht. Somit kann es sein, dass Du die
> Oberwellen nicht zuverlässig mit bekommst. Mit vergleichenden Messungen
> über Wärme oder Licht an Widerständen hast du einen sehr linearen
> Frequenzgang.

Hallo Christian,

für Lade- und Schweißgeräte reicht es. Nicht aber für NF oder gar für 
HF-Sender. Da kommen dann auch die Thermoelemente ins Spiel.

Ich hab noch nie was mit Themoelementen gemacht. Ich hatte nur mal einen 
Surplus-Sender, der sowas verbaut hatte. Und ein paar IR-Sensoren, die 
eine Thermoelementsäule eingebaut haben sollen.

Hat mit Thermoelementen schon mal jemand rumgespielt?

VG

Fred

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Um Leistungen zu erfassen, werden schon sehr lange sogen. 'Bolometer' 
benutzt, die eingestrahlte Leistung in Wärme umsetzen, die dann messbar 
ist, z.B. mit Thermoelementen.
https://en.wikipedia.org/wiki/Bolometer

Bolometer sind bei richtigem Aufbau extrem empfindlich, wie man an den 
Anwendungen in der Astronomie sieht und werden auch in der prof. 
Messtechnik gerne eingesetzt.

Fred Quinny schrieb:
> Hat mit Thermoelementen schon mal jemand rumgespielt?

Das tust du wahrscheinlich jeden Tag, denn der Messaufnehmer in deiner 
Lötstation wird sehr wahrscheinlich ein Thermoelement sein. Und ja, ich 
habe meine Lötstation mal umbauen müssen und das Thermoelement wird nun 
von einem ATTiny verstärkt und gemessen, um damit den Kolben zu regeln.
https://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect
Sowhl Peltier als auch Seebeck haben das damals nahezu gleichzeitig 
entdeckt, im dt. Sprachraum ist manchmal auch 'Seebeck Effekt' oder 
'Seebeck Element' üblich.

[Holm T. (Gast)]

Nochmal was zu den Spiegelgalvanometern:

Ich habe 9 Jahre an unserer  Uni in der Sektion Geophysik gearbeitet, es 
gab da im Keller alte Apparaturen zur Registrierung seismischer 
Ereignisse auf Film. Da waren ganze Batterien solcher 
Spiegelgalvanometer verbaut, jedes seitlich nur ca. 12mm stark. Diese 
Zeichneten nebeneinander auf Rollfilm auf was die Geophone lieferten. 
Ich hatte Jahrelang 2 solche Dinger hier rumliegen, habe je  eines an 
Gerd R. und Gert P. verschenkt voriges Jahr.
Spannbandaufhängugen bei empfindlichen Meßgeräten ist übrigens nichts 
Neues, das ist üblicher Standard. Dein Teil kommt mir nur sehr 
unempfindlich vor, die Dinger die ich hatte waren schon bei 1µA am 
Anschlag.
10µA/100mV ist das was schon in einem normalen Handmultimeter" wie 
Mellenbach Uni 10möglich war, mit Glaszeiger und Spiegelscale.

Gruß,

Holm

[Peter D. (peda)]

Fred Quinny schrieb:
> Es scheint bei der computergestützen Generation in Vergessenheit zu
> geraten, dass simple und günstige Dreheisenmesswerke den Effektivstrom
> darstellen.

Die gibts aber leider nicht mit SPI-Anschluß, d.h. das Auslesen mit 
einem MC wird sehr kompliziert.

[Und wech U. (quinny)]

Holm Tiffe schrieb:
> Dein Teil kommt mir nur sehr
> unempfindlich vor, die Dinger die ich hatte waren schon bei 1µA am
> Anschlag.

Hallo Holm,

da war ursprünglich noch ein der niederohmiger Dämpfungswiderstand dran. 
Den konnte ich deutlich vergrößern.

Nun bringt es 1.5uA und 6mV:

http://www.mikrocontroller.net/attachment/233727/galv_19.JPG

VG

Fred

[Und wech U. (quinny)]

Peter Dannegger schrieb:
> Fred Quinny schrieb:
>> Es scheint bei der computergestützen Generation in Vergessenheit zu
>> geraten, dass simple und günstige Dreheisenmesswerke den Effektivstrom
>> darstellen.
> Die gibts aber leider nicht mit SPI-Anschluß, d.h. das Auslesen mit
> einem MC wird sehr kompliziert.

Hallo Peter,

man kann die Kraft eines Elektromagneten messen, denn nichts anders tut 
ja ein Dreheisenmessgerät. Taschenwaagen kosten unter 10 Euro, ein 
Hubmagnet zwei Euro. Fertig ist das Effektivwertmessgerät mit digitaler 
Anzeige und PC-Anschluss ;)

VG

Fred

[Und wech U. (quinny)]

Matthias Sch. schrieb:
> Um Leistungen zu erfassen, werden schon sehr lange sogen. 'Bolometer'
> benutzt, die eingestrahlte Leistung in Wärme umsetzen, die dann messbar
> ist, z.B. mit Thermoelementen.
> https://en.wikipedia.org/wiki/Bolometer
> Bolometer sind bei richtigem Aufbau extrem empfindlich, wie man an den
> Anwendungen in der Astronomie sieht und werden auch in der prof.
> Messtechnik gerne eingesetzt.

Danke für den Hinweis. Starke Technik!

VG

Fred

[Frank F. (frank_f49)]

>Es handelt sich um ein Kompenmsationsmessgerät, also eine Brücke, die so
>abgeglichen wird, dass im Messwerk im Nullabgleich kein Strom fließt.
>Damit hat dieses alte Messprinzip einen unendlichen
>Eingangswiderstand!

Naja, Null heisst natürlich nur Null im Rahmen der Abgleichgenauigkeit.
Wer zittrige Finger hat ist klar im Nachteil.

Ich frag  mich immer wieder was das eigentlich soll,  dieses
Herumgebastel  an  alter Hardware.

Die AMIs  basteln derweil an neuer Hardware, gründen ne Firma  und
verdienen Geld.

[Und wech U. (quinny)]

Frank Fahrenheit schrieb:
> Ich frag  mich immer wieder was das eigentlich soll,  dieses
> Herumgebastel  an alter Hardware.
> Die AMIs  basteln derweil an neuer Hardware, gründen ne Firma  und
> verdienen Geld.

Hallo Frank,

...und verkaufen Dir dann ihren neuen Krempel, während Du alte Hardware 
in die Tonne wirfst?

VG

Fred