HVorlesungsversuch Atomphysik Fotozelle: Demo-Multimeter

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Photoeffekt / Fotozelle

Akustik

At 1.1

Demonstrations-Vielfachmessgerät

1. Zweck und charakteristische Eigenschaften

Das Demonstrations-Vielfachmessinstrument in Abbildung 1 ist ein Drehspulinstrument mit streufeldarmem Kernmagnetmesswerk. Es dient zur Strom- und zur Spannungsmessung bei Gleich- und bei Wechselstrom. Die Genauigkeit entspricht der Klasse 1,5.

Das Instrument besitzt für jede Stromart ("-" oder "~") sechzehn umschaltbare Messbereiche, und zwar zehn für Strommessungen (0,3 mA bis 10 A) und sechs für Spannungsmessungen (3 V bis 1000 V), vgl. auch die Tabelle.

Alle Messbereiche sind mit Schutzeinrichtungen gegen Überlastung versehen. Der Messwert wird an einer großen Skale 0...3 bzw. 0...10 weithin sichtbar angezeigt.

Die Skalenumschaltung ist mit der Messbereichsumschaltung gekoppelt. In Fenstern wird außerdem angezeigt, welche Stromart und welcher Messbereich gewählt ist. Zur Erleichterung für den Experimentierenden ist das Messgerät auch auf der Rückseite ablesbar.

2. Beschreibung und Handhabung

Messwerk und Schaltung sind staubgeschützt in einem Kunststoffgehäuse (ca. 320mm x 150mm x 350mm) mit rutschfesten Füßen untergebracht. Zum Transportieren des Gerätes faßt man zweckmäßig mit den Fingern von hinten unter die Gehäuseoberseite.

Das Instrument ist mit folgenden Funktions-Bedienelementen ausgerüstet (siehe Abb. 2):

Abb. 1

Anschlußbuchsen
Zwei 4mm-Buchsen zum Anschluß an die Schaltung; diese Anschlußbuchsen werden für alle Stromarten (Gleich- und Wechselstrom, Gleich- und Wechselspannung) verwendet.
Bei Gleichstrom- und Gleichspannungsmessungen ist auf richtige Polung zu achten: Der Pluspol des Stromkreises ist stets mit der roten, der Minuspol mit der blauen Buchse zu verbinden (die blaue Buchse liegt über einen Kondensator an der Gehäusemasse).
Bei Messung von Wechselströmen und Wechselspannungen höherer Frequenz (etwa ab 1 kHz) ist - um Fehlmessungen zu vermeiden- stets der an Masse oder Erde liegende Pol des Stromkreises mit der blauen Buchse zu verbinden.

2		Stromartschalter Umschalter zum Einstellen der Stromart. Für Gleichstrom- und Gleichspannungsmessungen ist der Stromartschalter auf "-" zu legen, für Wechselstrom- und Wechselspannungsmessungen in Stellung "~". Die eingestellte Stromart wird in den Fenstern 3.1 an der Gehäusevorderseite und 3.2 an der Gehäuserückseite angezeigt.
3.1/ 3.2		Fenster zur Anzeige der mit Stromartschalter 2 gewählten Stromart ("-" oder"~").

Abb. 2

4		Messbereichschalter Drehschalter zur Wahl des Messbereichs. Für jede Stromart stehen 6 Spannungs- und 10 Strommessbereiche zur Verfügung (vgl. die Tabelle). Der eingestellte Messbereich wird in den Fenstern 5.1 an der Gehäusevorderseite und 5.2 an der Gehäuserückseite angezeigt. Ein mit der Bereichsumschaltung gekoppelter Mechanismus bewirkt, daß jeweils die dem Messbereich angepaßte Skalenteilung (0...3 oder 0...10) im Skalenfenster 6 erscheint. Zur Messbereichseinstellung drehe man den Messbereichschalter, bis der gewünschte Messbereich im Fenster 5.1 bzw. 5.2 erscheint. Es empfiehlt sich, den Messbereichschalter dabei mit der ganzen Hand zu umfassen. Läßt man dann den Schalter los, so schnappt dieser etwas zurück und der Mechanismus der Skalenumschaltung bewirkt, daß die richtige Skale im Skalenfenster sichtbar ist. - Beim Schalten über mehrere Messbereiche drehe man den Schalter möglichst zügig über die zwischenliegenden Bereiche hinweg. Auf diese Weise wird eine Skalenumschaltung außerhalb des gewählten Bereiches vermieden. Erst wenn der einzustellende Bereich im Fenster 5.1 bzw. 5.2 erscheint, lasse man den Schalter los. Zwischen den Messbereichen 0,3 mA und 3 V ist zum Schutz des Instruments eine Sperre eingebaut, so daß an dieser Stelle nicht durchgeschaltet werden kann.
5.1/ 5.2		Fenster zur Anzeige des mit Messbereichschalter gewählten Messbereichs.

6		Skale zur Ablesung der Messwerte; Skalenlänge ca. 200 mm. Die großflöchige Plexiglasabdeckung sorgt für einen günstigen Lichteinfall auf die Skale. Nach dem Einstellen des Messbereichs durch den Messbereichschalter 4 erscheint die Skalenscheibe mit der jeweils passenden Teilung 0...3 oder 0...10. Die weithin sichtbare Anzeige erfolgt mit einem weithin sichtbaren Balken-Messer-Zeiger, der neben guter Sichtbarkeit eine genaue Ablesung gestattet. Um die Messwerte auch von der Rückseite des Gehäuses ablesen zu können, ist die Skalenscheibe zur Beobachtung der Zeigerstellung mit einem Schlitzt versehen und auf ihrer Rückseite sind die beiden Teilungen 0...3 und 0...10 aufgebracht. Die Ziffern auf der Rückseite sind in Spiegelschrift geschrieben, so daß die Ablesung im waagerechten Spiegel des Gerätes erfolgen kann. Dies hat den Vorteil, daß der Experimentierende zum Ablesen seine normale Haltung beibehalten kann. In den Fenstern 3.2 bzw. 5.2 unterhalb des Spiegels sind gleichzeitig Stromart und Messbereich angezeigt.
7		Stellrad zur Nullpunktkorrektur des Zeigers. Da sich das Stellrad an der Unterseite des Gehäuses befindet, muß zu seiner Betätigung das Gehäuse leicht gekippt werden. Es soll jedoch nicht zu stark geneigt werden, um Fehler bei der Nullpunktkorrektur zu vermeiden. Die Nullstellung des Zeigers läßt sich bis zur Skalenmitte verschieben. Dadurch kann das Gerät als Null-Galvanometer verwendet werden; im Gleichstrommessbereich 0,3 mA ergibt sich beispielsweise der Messbereich - 0,15 mA ... 0 ... + 0,15 mA.

Sicherungen
G-Schmelzeinsatz 10A und 0,63A (flink) zur Absicherung der StromMessbereiche, vgl. die Tabelle

Achtung!
Bei nicht funktionierendem Gerät kontrolliere man zunächst die auf der Gehäuseunterseite befindlichen Sicherungen und wechsle sie ggf. aus. Hierzu ist der entsprechend gekennzeichnete Sicherungshalter (ggf. unter Zuhilfenahme einer Münze) herauszuschrauben, je eine Ersatzsicherung liegt dem Gerät bei. Es sei darauf hingewiesen, daß die in der Tabelle für die Strommessbereiche >100 mA angegebenen Innenwiderstände andere Werte annehmen können, wenn nicht der richtige Sicherungstyp (siehe Technische Daten) eingesetzt wird.

3. Tabelle der Messbereiche

Messbereich	Innen- widerstand	spezifischer Innen- widerstand	zulässige Überlast- spannung
3 V-	15 kΩ	5000 Ω/V	220 V; 60 s
10 V-	50 kΩ	5000 Ω/V	220 V; 60 s
30 V-	150 kΩ	5000 Ω/V	220 V; dauernd
100 V-	500 kΩ	5000 Ω/V	220 V; dauernd
300 V-	1,5 MΩ	5000 Ω/V	1000 V; dauernd
1000 V-	5 MΩ	5000 Ω/V	2000 V; dauernd

3 V~	1 kΩ	333 Ω/V	220 V; 4 s
10 V~	10 kΩ	1000 Ω/V	220 V; 20 s
30 V~	30 kΩ	1000 Ω/V	220 V; 30 s
100 V~	100 kΩ	1000 Ω/V	220 V; dauernd
300 V~	1 MΩ	3333 Ω/V	1000 V; dauernd
1000 V~	3,33 MΩ	3333 Ω/V	2000 V; dauernd

Messbereich	Innen- widerstand*	Spannungsabfall* bei Vollausschlag	Überlastfaktor** bis zum Ansprechen der Sicherung	ansprechende Sicherung
0,3 mA-	660 Ω	200 mV	ca. 3000	0,63 A
1 mA-	270 Ω	270 mV	ca. 900	0,63 A
3 mA-	100 Ω	300 mV	ca. 300	0,63 A
10 mA-	30 Ω	300 mV	ca. 90	0,63 A
30 mA-	10 Ω	300 mV	ca.30	0,63 A
100 mA-	3 Omega;	300 mV	ca. 9	0,63 A
0,3 A-	ca. 1200 mΩ	ca. 360 mV	ca. 3	0,63 A
1 A-	ca. 360 mOmega;	ca. 360 mV	15	10 A
3 A-	ca. 160 mOmega;	ca. 500 mV	5	10 A
10 A-	ca. 90 mOmega;	ca. 900 mV	1,5	10 A

0,3 mA~	nicht linear	ca. 750 mV	ca. 3000	0,63 A
1 mA~	nicht linear	ca. 680 mV	ca. 900	0,63 A
3 mA~	ca. 130 Ω	ca. 400 mV	ca. 300	0,63 A
10 mA~	ca 18 Ω	ca. 180 mV	ca. 90	0,63 A
30 mA~	ca. 5 Ω	ca.150 mV	ca.30	0,63 A
100 mA~	ca. 1 Omega;	ca. 100 mV	ca. 9	0,63 A
0,3 A~	ca. 330 mΩ	ca. 100 mV	ca. 3	0,63 A
1 A~	ca. 70 mOmega;	ca. 70 mV	15	10 A
3 A~	ca. 60 mOmega;	ca. 200 mV	5	10 A
10 A~	ca. 60 mOmega;	ca. 600 mV	1,5	10 A

*		Da in die genannten Werte auch der Widerstand der Sicherung eingeht (Toleranz nach DIN 41571), können in manchen Fällen nur ca.-Werte angegeben werden. Ferner gelten die Werte in Wechselstrombereichen bei f = 50 Hz.
**		Mindestwerte, da die zur Absicherung verwendeten Schmelzeinsätze gemäß DIN 41751 nicht vor dem 1,5fachen des Sicherungsnennwertes ansprechen.

4. Technische Daten

System		Drehspulmesswerk (Kernmagnet)
Genauigkeit		Klasse 1,5
Frequenzbereich		10 Hz ... 10 kHz*
Messbereiche		siehe 3. Tabelle der Messbereiche
Prüfspannung		3 kV
Sicherungen 10 A		G-Schmelzeinsatz F 10 G
Sicherungen 0,63 A		G-Schmelzeinsatz F 0,63 C
Gebrauchslage		senkrecht
Gehäuseabmessungen		ca. 320mm x 150mm x 360mm
Gewicht		ca. 5 kg

* Bereich 1000 V~ bis max. 5 kHz. Für alle übrigen Bereiche kann bei einem zusätzlichen Fehler von 2,5% bis 20 kHz gemessen werden.