Text B Messbereichserweiterungen
Die Messung elektrischer Gröβen ist dank moderner Digitalmultimeter kein groβes Problem mehr.Trotzdem müssen Messfehler und Toleranzen immer mit bedacht werden.Für spezielle Aufgaben müssen manchmal eigene Messgeräte oder Messverstärker entwickelt werden.Zuverlässige Messungen sind nur möglich，wenn einige Grundsätze und Prinzipien bedacht werden.
Messbereichserweiterungen beim Voltmeter
Ein beliebiges Drehspul-Messwerk kann durch geeignete Zuschaltung von Widerständen als Voltmeter oder als Amperemeter eingesetzt werden.In Vielfachmessgeräten schaltet man Messbereiche um，indem man entsprechende Widerstände umschaltet.Prinzipiell muss für ein Voltmeter ein Widerstand in Reihe geschaltet werden.Je gröβer der Widerstand，desto höher der Messbereich.Umgekehrt muss für die Bereichserweiterung eines Amperemeters ein kleiner Widerstand parallelgeschaltet werden.
Ein typisches Messwerk hat z.B.einen Endausschlag bei 100μA.Der Innenwiderstand beträgt z.B.1000 Ohm.Ohne einen Vorwiderstand wird daher der Endausschlag bei einer Spannung von 100 m V erreicht.Das Messwerk ohne zusätzlichen Widerstand bezeichnet man auch als Galvanometer.Man kann es bereits als empfindliches Amperemeter oder Voltmeter einsetzen.
Abb.4-3 Ein Messwerk als eMpfindliches GalvanoMeter
Abb.4-4 Ein gutes VoltMeter
Von einem guten Voltmeter verlangt man einen groβen Innenwiderstand，damit Messwerte nicht übermäβig verfälscht werden.Für eine Messbereichserweiterung auf 10 V muss der Gesamtwiderstand für ein Messwerk mit 100μA Vollausschlag 100 kOhm betragen.
Allgemein ist es günstig，wenn ein Voltmeter einen möglichst groβen Innenwiderstand besitzt.Der erreichbare Wert hängt von der Empfindlichkeit des Messwerks ab.
Bei einem einfachen Messwerk mit einem Bereich von 1 m A wird sich für den Messbereich 10 V nur ein Innenwiderstand von 10 kOhm ergeben，beim Messbereich 25 V der Innenwiderstand 25 k Ohm usw.Allgemein gibt man den Innenwiderstand in diesem Fall mit 1 k Ohm/V an，jeweils bezogen auf den Endausschlag eines Messbereichs.
In guten Voltmetern findet man auβer dem Reihenwiderstand in den meisten Fällen auch noch einen zweiten Widerstand，der parallel zum Messwerk geschaltet ist und damit praktisch die eigentliche Empfindlichkeit des Messwerks verringert.Dieser Parallelwiderstand dient der Dämpfung des Messwerks.Ein ungedämpftes Messwerk erschwert das genaue und schnelle Ablesen eines Messwerts nach jederÄnderung der Spannung durch Überschwingen und langes Ausschwingen des Zeigers.
Mit einem Parallelwiderstand ergibt sich eine elektromagnetische Dämpfung des Messwerks.Die mechanische Energie des schwingfähigen Systems aus Rückstellfeder und Zeigermasse wird durch Induktion in elektrische Energie überführt und im Parallelwiderstand vernichtet.Die Dämpfung darf nicht zu groβwerden，damit sich der Zeiger noch angemessen schnell auf den Messwert einstellt.Für jedes Messwerk lässt sich ein optimaler Dämpfungswiderstand bestimmen.
Abb 4-5 VoltMeter Mit DäMpfungswiderstand
Abb.4-6 OPV als Messverstärker
Moderne Voltmeter bieten oft einen höheren Innenwiderstand von z.B.10 MOhm.Dies ist nur mit zusätzlichen Verstärkern zu erreichen.Ein Messverstärker kann z.B.mit einem Operationsverstärker aufgebaut werden.Für spezielle Anwendungen kann man mit CMOS-OPVs fast unendliche Innenwiderstände erreichen.Diese Verstärker sollen allerdings nie mit offenem Eingang betrieben werden，weil sie dann irgendeine zufällige Spannung auch über der Messbereichsgrenze anzeigen können.
Ein Messgerät für den allgemeinen Einsatz im Labor sollte einen gewissen Eingangswiderstand besitzen，weil damit sichergestellt wird，dass bei offenen Eingängen die Spannung Null angezeigt wird.Mit einem Operationsverstärker lässt sich erreichen，dass bei unterschiedlichen Eingangsbereichen immer derselbe Eingangswiderstand vorliegt.Man schaltet dazu Widerstände im Gegenkoppelzweig um.Es muss beachtet werden，dass der Verstärker die Spannung invertiert.Der OPV muss mit einer bipolaren Stromversorgung betrieben werden.
Die Eingangsspannung des Messgeräts darf gröβer als die Betriebsspannung werden，da in der gegengekoppelten Schaltung die Spannung am invertierenden Eingang praktisch null ist.Bei sehr empfindlichen Messbereichen muss die Offsetspannung des OPV abgeglichen werden.
Messbereichserweiterung beim Amperemeter
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 das Messwerk flieβt.
Abb.4-7 Ein Messwerk Mit 100μA/1000 OhM
Ein Messwerk mit 100μA/1000 Ohm soll in einem Amperemeter mit dem Messbereich 1 A eingesetzt werden.Für Vollausschlag wird eine Spannung von 100 m V 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 gröβer.
Erweiterung eines Strommessbereichs
Speziell bei sehr groβen 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 m V bereits eine Leistung von 5 W umgesetzt.
Deshalb besitzen Shunt-Widerstände für höhere Ströme oft eine erhebliche Gröβe.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 m V 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 auβen hin auf，verändern jedoch nicht das Messergebnis.Auβerdem kann beim Umschalten während einer Messung niemals der Fall eintreten，dass das Messgerät ohne Parallelwiderstandüberlastet wird.
Abb.4-8 Richtige und fehlerhafte UMschaltung von StroMbereichen(https://www.daowen.com)
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.
Quelle：http：//www.elektronik-kompendium.de
Abb.4-9 Ein OPV als StroM-Spannungswandler
Ⅰ.Fragen zum Text
1.Was ist ein Galvanometer？
2.Warum wird ein groβer Innenwiderstand von einem guten Voltmeter verlangt？
3.Warum darf die Dämpfung des Messwerks nicht zu groβwerden？
4.Darf die Eingangsspannung des Messgeräts gröβer sein als die Betriebsspannung？
Ⅱ.Grammatik zum Text
Verkleinern Sie den Satz auf viele kleine Sätze.
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.
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Ⅲ.Übersetzen Sie die folgenden Sätze ins Chinesische.
1.Je gröβer der Widerstand，desto höher der Messbereich.Umgekehrt muss für die Bereichserweiterung eines Amperemeters ein kleiner Widerstand parallelgeschaltet werden.
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2.In guten Voltmetern findet man auβer dem Reihenwiderstand in den meisten Fällen auch noch einen zweiten Widerstand，der parallel zum Messwerk geschaltet ist und damit praktisch die eigentliche Empfindlichkeit des Messwerks verringert.
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3.Moderne Voltmeter bieten oft einen höheren Innenwiderstand von z.B.10 MOhm.Dies ist nur mit zusätzlichen Verstärkern zu erreichen.
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Ⅳ.Textwiedergabe 
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