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Drehspulmesswerke Verwendung und Einsatz
#1
Drehspulmesswerke, einige grundsätzliche Gedanken.

Angeregt durch den Beitrag: "W18 N Reparatur des Röhren-Prüfgerätes"
halte ich diese Ausführungen hier für notwendig.

Ein Drehspul-Messwerk besteht aus einem kräftigen Dauermagneten und darin drehbar gelagert einer Spule mit zwei Strom/Spannungszuführungen über Spiralfedern.

   

Das Messwerk auf den Bildern habe ich absichtlich gewählt weil sich dort die Bauteile besser hervorheben.
Es handelt sich um ein Schalttafel-Einbau-Messwerk mit senkrechter Einbaulage.

   

Hier der Blick auf den Magneten von oben und unten.

   

Die drehbare Spule ist auf einen Aluminium-Rahmen gewickelt und daran ist der Zeiger befestigt.
Innenwiderstand der Spule = 4,4 Ohm
Vorwiderstand in Reihe = 4,3 Ohm
Damit Gesamt-Innenwiderstand 8,7 Ohm

   

240 Grad Drehwinkel ergibt gute Ablesbarkeit

   

Nicht besonders gut erkennbar: Die Zeigeranbindung und die Spannungszufuhr.

   

Dafür besser zu sehen: der interne Vorwiderstand. Das ist der aufgewickelte Draht auf dem Pertinax.

Nun kommt ein Ketzer daher und behauptet: 250 Ampere, damit unbrauchbar!

Dem halte ich entgegen: 0,075 Volt oder 75 Millivolt bringen Vollausschlag.
Das entspricht 0,00862 Ampere oder 8,62 Milliampere.
Damit kann man was anstellen.
Habe ich auch: Eine ordinäre Silizium-Diode über die Anschlussklemmen, eine an Erde und eine mit ca drei Meter Draht war mein Stationsmonitor für die CB-Funkstation.

Und 250 Ampere kann man damit nur messen wenn man 249,99 Ampere um das Messwerk herumleitet.
Also einen Parallelwiderstand verwenden. ( im Milli-Ohm-Bereich)

Für Dieters Röhrenprüfgerät ist dieses Messwerk ungeeignet, aber in der Fortsetzung dieses Beitrages komme ich hier zu einer möglichen Lösung.
Deshalb hier bitte keine Kommentare bis Teil 2 veröffentlicht ist. 
Danke!
Gruß Manfred
Wozu Fortschritt, wenn früher doch alles besser war?
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#2
In Dieters Röhrenprüfgerät ist ein Messwerk  mit 250 Mykroampere und 60 Millivolt verbaut.
Hatten wir durchgerechnet und 240 Ohm Innenwiderstand ermittelt.
Das Messwerk hat eine Spule (80 Ohm) und einen Vorwiderstand (160 Ohm). 
Gemessen an der Spule hat der Dieter 35 Ohm, also weniger als die Hälfte vom Sollwert. 
Und der Zeiger schlägt nur noch zu Bruchteilen aus bzw. gemäß Dieters Versuch erst beim 6-fachen Nennstrom.

Da behaupte ich: Von der Spule haben die Hälfte der Windungen einen Kurzschluss und deshalb kann die Spule nicht mehr das für die Auslenkung erforderliche Magnetfeld bereitstellen. Jeder Röhrentest wird hier unweigerlich falsche Werte bringen.
Ersatz muss her!

Aus der Kramkiste: 

   

- Messwerk aus einem UNI 7, 
- Skala komplett abgelöst bzw die Reste von mir mit einem Pinsel beseitigt.
- hat die geforderten Abmessungen

   

Aber: 
- Wagerechte Einbaulage, 
- 0,00005 Ampere  oder 50 Mykroampere Endausschlag
- 0,1 Volt oder 100 Millivolt Endausschlag
- Das Messwerk liegt in Reihe mit 155 Ohm und 255 Ohm, gesamt dazu parallel 15 Kiloohm



.jpg   Schaltplan.jpg (Größe: 12,42 KB / Downloads: 584)


Das kann man modifizeren weil:
- Das hochempfindliche Messwerk kann durch Parallelwiderstände dazu gebracht werden erst bei 250 Mykroampere den Endausschlag zu erreichen. 
- Danach muss man kontrollieren ob eventuell ein Vorwiderstand verkleinert werden muss um auf die 60 Millivollt zu kommen.
- Die Skala war nicht  zu retten, aber ein Künstlertyp sollte eine neue anfertigen können.
Was meint ihr dazu?

Und nun Bühne frei für Kommentare und Ergänzungen.

Gruß Manfred
Wozu Fortschritt, wenn früher doch alles besser war?
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#3
Mit empfindlichen Messwerken (z.B.50µA) kann man immer unempfindlichere Messwerke ersetzen, man muss sie nur mittels Shantwiderstand neu eichen.
Einen "Spannungsmesser" macht man durch einen Vorwiderstand für den gewünschten Endausschlag passend.
Einen Strommesser durch einen entsprechenden Parallelwiderstand.
Übrigens gibt es keine Zeigerinstrumente die eine Spannung messen, der Zeigerausschlag ist immer proportional zum durch die Spule fließenden Strom.
Ein gewünschter Spannungsbereich (Skalenendwert) wird immer durch den gleichen Strom in der Spule erzeugt, die überschüssige Spannung muss über einen vorgeschalteten Spannungsteilerwiderstand vernichtet werden.
Uralte Weisheiten über die sich heute kaum einer mehr Gedanken macht, man misst ja digital.

Bernd
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#4
(11.05.2021, 11:20)Grießgram schrieb: Deshalb hier bitte keine Kommentare bis Teil 2 veröffentlicht ist. 
Danke!
Gruß Manfred

Ganz schön schwer zu verstehen anscheinend....
Es geht hier doch garnicht um das W18 Meßwerk.
NICHT!
Smiley26
Gruß,
Uli
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#5
Hallo Manfred,

danke für deine Ausführungen. Ja, Uli es auch um mein defektes Instrument vom W18N.

Manfred, ich rufe dich Morgen Abend nochmal an??

Vg Dieter
Auch aus Steinen, die einem in den Weg gelegt werden, kann mann noch schönes bauen. J.-W.-Goethe
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#6
Hallo Bernd, da sieht man mal wieder:
Die Physik gilt überall zu gleichen Bedingungen.
Freut mich daß wir da einer Meinung sind.
Ich werde hier noch Fotos von weiteren Messwerken einstellen.
Gruß Manfred
Wozu Fortschritt, wenn früher doch alles besser war?
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#7
Hallo Uli,
Top Offic On:" Ich hatte nicht die Zeit den kompletten Beitrag einzustellen und deshalb darum gebeten mir die Zeit zu geben bis die Ausführungen komplett sind. Wurde auch beachtet. Sollte es da Unklarheiten gegeben haben oder jemand beleidigt worden sein, so bitte ich dafür um Entschuldigung." Top Offic Off
Gruß Manfred
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#8
So Leute, weiter im Text:
Drehspulmesswerke bilden in der Messwerksspule ein Stromrichtungs-abhängiges Magnetfeld aus.
Deshalb sind Messwerke mit einseitiger Zeiger-Nullstellung nur Pol-richtig anzuschließen.

Man kann auch Nullstellung in der Mitte konstruieren.

   

Das macht man wenn man z.B. den Lade/Entlade-Vorgang von Akku-Anlagen überwachen will.
Gleiches gilt für die Drehrichtungsüberwachung gleichstrombetriebener Antriebsmaschinen.
Das Amperemeter ist genauso dimensioniert wie das unter #1. 
Innenwiderstand 8,7 Ohm und Betrieb an einem geeigneten Shunt.

Nun gilt die Regel: Strom-Messgeräte sollen möglichst keinen Spannungsfall verursachen. 
Darum kleiner Innenwiderstand.
Spannungs-Messgeräte sollen den Messpunkt möglichst gering belasten. 
Darum hoher Innenwiderstand. 
Die Messwerksspule des hier gezeigten Gerätes hat 95 Ohm! 
Dazu in Reihe noch 550 Kiloohm. Dieser Vorwiderstand ist noch mit zwei Kondensatoren in Reihe überbrückt.

Bedeutet: 0,001 A oder 1 Milliampere bei Vollausschlag.

   

Und jetzt noch der  Bericht vom großen Irrtum:

   

Das 100 Mykro-Messwerk ist defekt. 40 Mega-Ohm
Also Skala tauschen?
Innenwiderstand des Amperemeters gemessen, 15 Ohm und 60 Millivolt ergibt 4 Milliampere Endausschlag.

Gruß Manfred
Wozu Fortschritt, wenn früher doch alles besser war?
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#9
Hallo in die Runde.
Man kann mit Drehspulmesswerken nicht nur Ströme und Spannungen darstellen.
Es gibt auch Messwerke die 2 Spulen haben. 
Damit lassen sich dann Werte miteinander verknüpfen und ausgeben, z.B. Strom x Spannung.
Ein so genanntes "Watt-Meter". Habe leider keines und kann es deshalb nicht zeigen. 

Aber einen Drehzahl-Anzeiger kennt jeder.
Funktioniert so: 
An einer Welle ist ein Generator angekoppelt. Der erzeugt drehzahlabhängige Wechselspannung.
Und nach der Gleichrichtung wird die an ein gewöhnliches Spannungsmessgerät ausgegeben.
Skala in Drehzahl geeicht und fertig.

   

   

   

Ist ein gewöhnliches Voltmeter, 40 Kiloohm Gesamtwiderstand.
Das Messwerk hat 350 Ohm, also gemäß den vorherigen Ausführungen als Voltmeter konzipert.

Und der olle Ohm sagt: Nach meiner Formel fließen bei Vollausschlag 1 Milliampere.

Gruß Manfred
Wozu Fortschritt, wenn früher doch alles besser war?
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#10
(12.05.2021, 04:17)Grießgram schrieb: ...jemand beleidigt worden sein, so bitte ich dafür um Entschuldigung.

Neinneinnein, um Himmels Willen! Ich hab lediglich kommentiert, daß DU schreibst "wartet bitte mit Antworten bis ich fertig habe" und prompt kommen Kommentare... Und daß Du sozusagen ein "Drehspul-Kompendium" schreibst, in dem es eben nicht um irgendein konkretes Meßwerk geht.

Unnu können gern all meine Kommentare hier aus diesem Thread gelöscht werden!

PS: Danke für dieses Thema, da ist doch mal wieder das eine oder andere drin, was mir so nicht bewusst war.
Gruß,
Uli
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#11
(11.05.2021, 19:43)capstan schrieb: Übrigens gibt es keine Zeigerinstrumente die eine Spannung messen, der Zeigerausschlag ist immer proportional zum durch die Spule fließenden Strom.
Das stimmt für Meßwerke mit Spulen.

Ich erinnerte mich an meinen Physikunterricht und habe ein wenig im Netz gesucht. Ganz grundsätzlich gibt es wohl auch (wenn auch praktisch kaum verwendet) Zeigerinstrumente, die Spannungen messen mit Hilfe elektrostatischer Kraft:
elektrostatisches Meßwerk (Prinzip)
elektrostatisches Meßwerk (alte Meßtechnik)

[Bild: Elektrostatisches-Me%C3%9Fwerk-Phywe-Ley...ration.jpg] [Bild: Elektrostatisches-Me%C3%9Fwerk.jpg]

Gruß Ingo.
Die Konvergenz der Apokalypse führt unweigerlich zur Hybris.
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#12
So Leute, jetzt zur Erprobung des Messwerks nach Beitrag 2:
Der Dieter hat interesse bekundet und bekommt das Messwerk geschenkt.

Vorher machen wir aber noch einige Rechenübungen, Spass muss ja auch dabei sein.

Die Behauptung 50 Mykroampere und 100 Millivolt stammt aus dritter Hand.
Deshalb erst mal anzweifeln und überprüfen! Nur was ich selbst gesehen habe glaube ich.
Boshaft wie ich bin rechne ich erst mal nach:
R= U / I  =   0,1 / 0,00005 = 2000 Ohm Gesamt-Innenwiderstand


Sichtprüfung: 
- Spannband-Messwerk, also feinste Mechanik
- Einseitiger Nullpunkt, also polrichtig anschließen

Elektrische Prüfung:
- Nicht mit irgendwelchen Testern am Gerät herum manipulieren!
- Versuchsaufbau überlegen, herrichten und ohne den Prüfling überprüfen.
- Nur wenn der Versuchsaufbau selbst funktioniert, dann den Prüfling mit einbeziehen.

Die Grundregel sagt: Vor dem Prüfen prüfen und nach dem Prüfen prüfen.
Das bedeutet: Nur intakte Prüfmittel ergeben korrekte Ergebnisse. 
Und: Während meines Tests kann der Gerätesatz einen Schaden erlitten haben und liefert deshalb falsche Ergebnisse. 

Ich schlage deshalb einen Versuchsaufbau gemäß folgendem Schaltplan vor:



.jpg   Schaltplan.jpg (Größe: 31,37 KB / Downloads: 370)

Links der Punkte 1 und 2 ist das Messwerk, mein Prüfling.

Rechts davon ist der Laborteil. 
Die Kurzschlusstrecke zwischen Punkt 1 und 2 ist für den Eigentest nötig.

Anfangszustand: 
Kurzschlussstrecke geschlossen, Vorwiderstand und voller Wert Regelwiderstand in Reihe mit dem Amperemeter an die Speisespannung. 
Bei der Spannung von 2,5 Volt verwende ich als Vorwiderstand 50 Kiloohm, 
aber ich setze den absichtlich zusammen aus 47 Kiloohm + 1 Kiloohm + 2 Kiloohm, 
mein Prüfling soll ja rein rechnerisch zwei Kiloohm haben.

- Spannungswert einregeln, nicht mehr verändern!
- Strom ablesen und notieren (kleiner Stromwert)
- Regelwiderstand auf Null einstellen, Strom ablesen und notieren. 
- Über die Kette 47 K +1 K +2K sollte jetzt 50 Mykroampere fließen.
- Regelwiderstand wieder auf Maximalwert stellen. Es muss wieder der anfängliche (kleine)Strom fließen.
Damit ist die Funktionsfähigkeit des Testaufbaus nachgewiesen und der Prüfling kann mit einbezogen werden.

Dazu: 


.jpg   Schaltplan 2.jpg (Größe: 30,14 KB / Downloads: 364)

- Kurzschlusstrecke auftennen!
- Der Strom muss jetzt noch kleiner sein weil der Messwerks-Innenwiderstand zusätzlich in der Reihenschaltung wirkt. 
- Der Zeiger vom Prüfling sollte gering in die richtige Richtung ausschlagen.
- Regelwiderstand gering verkleinern, Zeigerausschlag vom Prüfling sollte größer werden.
- Vorgang wiederholen, Amperemeter und Prüfling beobachten.
- Wenn der Regelwiderstand Null ist, dann wirkt nur noch der Vorwiderstand in Reihe mit dem Prüfling. der soll rein rechnerisch 2000 Ohm haben. Damit  I = U / R   = 2,5 / 52000 = 0,000048 Ampere
- Jetzt überbrücken wir den 2 Kiloohm-Anteil  vom 50 Kiloohm Vorwiderstand und kommen wieder auf unseren Wert vom Vortest. Und unser Prüfling sollte vollen Ausschlag haben.


.jpg   Schaltplan 3.jpg (Größe: 30,59 KB / Downloads: 363)

- Wenn das so eintritt, dann stimmt die Rechnung mit den 2 Kiloohm Innenwiderstand
- Jetzt kommt die Überlegung: 
50 Mykroampere über 2 Kiloohm, da schalten wir doch einfach dem Prüfling 4 Stück zu 2 Kiloohm parallel, 
dann kann da jeweils weitere 50 Mykroampere drüber und in Summe liege ich bei 250 Mykroampere


.jpg   Schaltplan 4.jpg (Größe: 35,33 KB / Downloads: 363)

Soweit so gut und wir könnten abbrechen, aber:
- Im Röhrenprüfgerät vom Dieter ist ein Messwerk mit 60 Millivolt verbaut. Das Problem muss man intergalxisch angehen.
- Wir rechnen nach: Das Messwerk liegt in Reihe mit 255 und150 Ohm. Und daran wirken die 100 Millivolt. 
- Dem liegt 15 Kioohm parallel. 
- Über die 15 K fließen somit  0,1 / 15000 = 6 Mykroampere und 44 Mykroampere über das Messwerk und seine Vowiderstände. 
- Damit hat der Messwerkszweig vom Prüfling 2272,73 Ohm. 
- Abzüglich der 405 Ohm Vorwiderstand hat die Spule allein 1867,72 Ohm. 
- Das ergibt 0,08218 Volt direkt über der Spule.

Fazit: Es ist nicht möglich die geforderten 0,06 Volt zu erreichen. 
Bei Einsatz des Prüflings als Messgerät werden sich etwas kleinere Werte als tatsächlich vorhanden ergeben.
Wer  anderer Meinung ist sollte das jetzt hier kundtun.

Gruß Manfred
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#13
Hallo Leute, hat keiner eine Meinung, ist keiner aufgelegt zu einem Streitgespräch?

Dann lege ich noch einen nach:
- Wenn ich 100 mV für Vollausschlag brauche aber nur 60 mV habe, dann brauche ich nicht gleich greinen.
- Ich kennzeichne einfach auf der Skala die Stelle wo 60 mV sind. Dicker roter Strich oder Winkel. 
Das sollte ca 2 Drittel des Gesamtweges vom Ersatzmesswerk sein.
- Und wie der Bernd im Beitrag 3 schreibt, Skala neu eichen.
- Im Röhrenprüfgerät ist ein Messwerk verbaut was einen viel kleineren Ausschlagwinkel hat. 
Und der Endwert wird mit 60 mV erreicht. 
Das Messwerk hat eine dimesionslose Skala mit "25" als Skalenendwert.
- Da teile ich doch den Bereich von "Null" bis "Roter Strich" auf dem Ersatzmesswerk in diese fünf Blöcke.
und kann genau so ablesen wie auf dem Original.

Gruß Manfred
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#14
Hallo Manfred,

das ist ein interessantes Thema, ich muß aber zugeben, so richtig gern gemacht hab ich das nie... (Fernsägewerk, höhere Töchterschule...). Das Grundverständnis ist schon da, aber ...

... Ich (!) kann Deinen gesamten Gedankengang auch rel. schwer nachvollziehen, ich hab gerade mal drei Anläufe versucht... aber deshalb schrieb ich auch "ich" und nicht "man" ^^

Was ich noch erinnere, je geringer der Eigenverbrauch des Meßwerks, desto besser kann man mit äußeren Widerstandsnetzwerk an bestimmte Parameter angleichen (ganz allg.), denn wenn Eigenverbrauch zu hoch, kommt einer der geforderten Parameter schneller an seine Grenzen...

(Ganz einfach gesagt: Wenn der Strombedarf des Meßwerkes zu hoch ist, scheitert das Messen mit bestimmtem hohen gewünschten Innenwiderstand, wenn der Spannungsbedarf zu hoch ist, kommt man mit der Strommessung an seine Grenzen ... Da greifen aber verschiedene Parameter ineinander, deshalb ist das manchmal nicht auf den ersten Blick nachvollziehbar, wenn man bestimmte äußere Vorgaben hat (Spannung, Strom, Widerstand) und ein beliebiges Meßwerk mit bekannten Parametern (U, I und damit P[eigen] ) anpassn will.

Gruß Ingo
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#15
Hallo Ingo, da hast Du recht.
Wir erreichen mit der Modifikation nicht die Parameter wie in Dieters Messwerk vom Röhrenprüfgerät.
Aber wir kommen recht nahe heran.
- 250 Mykroampere können genau erreicht werden
- Innenwiderstand wird nicht erreicht, weil 5 x 2000 Ohm parallel 400 Ohm ergibt und somit 160 Ohm zu hoch
- 60 Millivolt wird nicht erreicht, aber 100 und damit 40 Millivolt zu wenig.

Jetzt gilt es das parallel zum Messwerk im Röhrenprüfgerät liegende Netzwerk zu untersuchen.
Haben da die Bauelemente noch die Neu-Werte?
Und wenn das überprüft ist, dann kann man in die Fehlerdiskussion einsteigen.
Gruß Manfred
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#16
Hallo Leute, schnell noch einer zum Aufmuntern.

Messwerk 600 Mykroampere, angebauter Shunt, eingebauter Messgleichrichter, Stellwiderstand.

Der Messwerkspfad ist einseitig mit dem Shunt und einer externen Spannungaquelle verbunden. 
Der zweite Anschluss vom Messwerk landet auf einem Schalter. 
Dort wird zwischen dem zweiten Anschluss vom Shunt 
und zwei Laborbuchsen für den Anschluss eines Prüflings an die externe Spannungsquelle umgeschaltet.
Somit ist die Messung eines Durchgangsstroms durch einen Leiter 
und eines Querstromes durch die Isolierung möglich.
Und statt des Querstromes ist in Widerstand geeicht. Und farbig in "gut" und "böse".

   

   

   

   

Der Innenwiderstand des Messwerks beträgt 91 Ohm, also konstruiert für Spannungsmessung.
An Gleichspannung sollte die Anzeige linear sein, mit Messgleichrichter an Wechselspannung nicht

Gruß Manfred
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#17
Hallo Leute, das eben gezeigte Instrument besteht normal nur aus dem Stück innerhalb der dünnen roten Linie.
Der Messgleichrichter gestattet die 'Verwendung an Wechsel-Strom / -Spannung.

Vollwertig wird es erst durch äußere Beschaltung.
Für die Spannungsprüfung einer Isolation ist ein Vorwiderstand erforderlich. 
Bei 500 Volt Wechsel sind das 833333,334 Ohm (833,4 Kiloohm)
Es ist nun müßig den Innenwiderstand des Messwerks von 91 Ohm mit hinein zu rechnen.
Der Messgleichrichter bring auch noch Nicht-Linearitäten mit hinein.
Sieht man schön an der Aufteilung der Skala.


.jpg   Schaltplan 5.jpg (Größe: 33,03 KB / Downloads: 279)

Aber für einen Praktiker im Bereich Reparatur Elektrokleingeräte / ortsveränderliche Betriebsmittel 
eine wertvolle Hilfe. 
Dabei muss man umdenken: Schlechte Werte bringen Vollausschlag!!! Bei der Spannungsprüfung!

Umkehrschluss: 
Null-Ausschlag sollte guter Isolierwert sein, kann aber auch schlechter Kontakt des Prüflings sein!
Immer schön kontrollieren!

Gruß Manfred
Wozu Fortschritt, wenn früher doch alles besser war?
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#18
Lieber Manfred myA sollte wohl µA sein.
Das µ Zeichen findest du mit AltGr auf der Taste M.
Eine Lüge wird nicht zur Wahrheit, falsches wird nicht richtig und das Böse wird nicht gut, nur weil es von der Mehrheit akzeptiert wird.

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#19
Hallo Richard, Korrektur ist umgehend erfolgt.


.jpg   Schaltplan 6.jpg (Größe: 32,92 KB / Downloads: 263)

Gruß Manfred
Wozu Fortschritt, wenn früher doch alles besser war?
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#20
Hallo Leute,
hier noch zum Abschluss ein Beispiel wie aus dem zuletzt gezeigten Messwerk 
ein umschaltbares Messinstrument für Gleichspannungen gestaltet werden kann.


.jpg   Schaltplan7.jpg (Größe: 28,57 KB / Downloads: 237)

Das Messwerk hat 91 Ohm (gemessen) und 600 µA laut Aufdruck.
Damit reichen 54,6 Volt für einen Vollausschlag. Das ist für die weitere Dimensionierung ungünstig.
Deshalb bringen wir das Messwerk durch einen Reihenwiderstand auf bequem weiter zu verarbeitende Werte.
Dadurch kommen wir auf 100 Ohm  Gesamtwiderstand und 60 mV für den Endausschlag.
Dann schalten wir gemäß Schaltplan die Werte in Reihe und bekommen so die Sechs in Zehnerstufen für die Skalenendwerte. 
Im 600Volt-Bereich habe ich dann 1 Megaohm Belastung am Messpunkt.
Das entspricht 1,666 Kiloohm / Volt.

Da wir nicht wissen was uns am Messpunkt erwartet beginnen wir mit dem höchsten Wert und schalten dann
herunter bis der Zeiger im oberen Drittel der Skala liegt. 

Genau so verfahren wir bei der Gestaltung eines Amperemeters, nur eben mit Parallelwiderständen.

Gruß Manfred
Wozu Fortschritt, wenn früher doch alles besser war?
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