Ratgeber
Einbau-Messgeräte werden vorzugsweise in Schalttafeln und Schaltschränken zur Maschinensteuerung eingebaut. Dadurch können Maschinenbediener relevante Messwerte wie Strom, Spannung oder Temperatur auf einen Blick erfassen und erhalten Rückschlüsse über die Leistung der Anlage.
Um die Einsatzzeiten von Baumaschinen erfassen und abrechnen zu können, werden diese vorzugsweise mit Betriebsstundenzählern ausgestattet.
Bei analogen Einbau-Messinstrumenten steht die Messung von Strömen und Spannungen meistens im Vordergrund.
Aus diesem Grund wollen wir Ihnen in unserem Ratgeber die Funktionsweisen aufzeigen und erklären, was beim Einsatz von analogen Einbau-Messgeräten zu berücksichtigen ist.
Analoge Einbaumessgeräte kommen typischerweise immer dann zur Anwendung, wenn Anlagen elektrische Energie benötigen oder auch erzeugen.
Demzufolge werden sie zum Beispiel in industriellen Produktionsanlagen ebenso wie in Wind- oder Solar-Anlagen eingesetzt. Sie zeigen relevante Daten an und machen Messungen mit einem zusätzlichen elektrischen Prüfgerät überflüssig.
Die Integration eines Einbaumessgerätes kann entweder in einem Panel, einem Schaltschrank, einer Schalttafel oder dem Bedienfeld erfolgen. Speziell bei kleineren Maschinen ist auch eine Montage an geeigneter Stelle im Gehäuse denkbar.
Während digitale Einbaumessgeräte eine Vielzahl unterschiedlicher Messaufgaben abdecken können, sind analoge Modelle meist auf wenige Funktionen beschränkt. Oftmals handelt es sich um Messgeräte zur Bestimmung von Strom und Spannung.
Sie zeigen dann zuverlässig an, ob bestimmte Grenzwerte eines elektrischen Stroms oder einer Spannung eingehalten werden. Das ist für den einwandfreien Betrieb vieler Geräte und Maschinen von grosser Bedeutung.
Analoge Messgeräte für Strom und Spannung haben in der Regel einen Zeiger, der in Abhängigkeit von der gemessenen Grösse mehr oder weniger weit ausschlägt. Diese mechanische Auslenkung des Zeigers übernimmt das Messwerk. Vorzugsweise kommen Drehspulen-Messwerke oder auch Dreheisen-Messwerke zur Anwendung. Bei beiden Messwerken spielt der Magnetismus eine wichtige Rolle.
Drehspul-Messwerk
Bei einem Drehspul-Messwerk ist der Zeiger (1) an einer Spule (2) befestigt, die drehbar gelagert ist. Die Spule selber befindet sich zwischen den Polschuhen (3) eines Dauermagneten (4). Feine Spiralfedern (5) halten die Spule in der Ruheposition, in der der Zeiger meist am linken Skalenrand den Wert Null anzeigt. Wenn an die Spule eine elektrische Spannung angelegt wird, baut der durch die Spule fliessende Strom ein Magnetfeld auf. Dieses Magnetfeld wird durch einen Eisenkern (6) innerhalb der Spule gebündelt und verstärkt. Da sich das Magnetfeld der Spule und das Magnetfeld des Dauermagneten gegenseitig abstossen, erfolgt eine Drehung der Spule und somit ein Zeigerausschlag nach rechts.
Dreheisen-Messwerk
Bei einem Dreheisen-Messwerk ist der Zeiger (1) ebenfalls drehbar gelagert und wird von einer spiralförmigen Rückstellfeder (2) in der Ruheposition gehalten. Zusätzlich ist am Zeiger ein gebogenes Eisenplättchen (3) befestigt. Gegenüber dem Zeigerplättchen befindet sich ein weiteres Eisenplättchen (4), das fest im Messwerk verankert ist. Das komplette Messwerk wird von einer Spule (5) umschlossen. Wenn nun an dieser Spule eine Spannung angelegt wird, baut der elektrische Strom ein Magnetfeld auf. Dadurch werden die beiden Eisenplättchen magnetisiert und somit zu Elektromagneten. Da die Magnetfelder beider Plättchen identisch sind, stossen sie sich gegenseitig ab, was zu einer Auslenkung des Zeigers führt.
Neben dem mechanischen Aufbau beider Messwerke gibt es noch einen weiteren gravierenden Unterschied. Ein Dreheisen-Messwerk eignet sich für Gleich- und Wechselspannung (DC/AC). Ein Drehspul-Messwerk hingegen kann lediglich Gleichspannungen (DC) messen. Erst wenn ein Gleichrichter vorgeschaltet wird, kann ein Drehspul-Messwerk auch Wechselspannungen (AC) messen.
Um nicht lange in den technischen Daten suchen zu müssen, ob ein Messgerät für Wechselspannung (AC) geeignet ist, reicht ein Blick auf die Skala. Denn dort ist meist mit einem kleinen Symbol (siehe Skizzen links neben den oben abgebildeten Messwerken) vermerkt, um welche Technik es sich bei dem Messwerk handelt.
Unabhängig davon, über welches Messwerk das Einbaumessgerät verfügt, das Messwerk ist zunächst lediglich in der Lage Spannungswerte anzuzeigen. Je nach Auslegung des Messwerkes reichen Spannungen von ein paar Millivolt (mV) bzw. die daraus resultierenden Ströme von ein paar Milliampere (mA) aus, um den Zeiger zum Vollausschlag zu bringen. Und das ist auch wichtig, denn das Messwerk soll ja die zu messende Schaltung nicht belasten. Wenn höhere Spannungen gemessen werden sollen, müssen hochohmige Vorwiderstände mit dem Messwerk in Serie geschaltet werden. Um Ströme messen zu können, werden niederohmige Wiederstände (Shunts) parallel zum Messwerk geschaltet.
Schaltbeispiele zur Spannungsmessung und Strommessung
Die nachfolgenden Anschlussbeispiele zeigen den Anschluss eines Voltmeters und eines Amperemeters an einem einfachen Netzteil, wie es vielfach zur Anwendung kommt.
Analog Voltmeter
Ein Voltmeter wird immer parallel zur messenden Spannung angeschlossen.
Analog Amperemeter
Ein Amperemeter muss immer in den Stromkreis geschaltet werden.
Hinweis:
Wenn ein Messinstrument zum Beispiel für 15 Volt AC / DC oder 5 Ampere (Amp) ausgelegt ist, sind die für die Messwerke erforderlichen Nebenwiderstände bzw. Shunts bereits mit im Gehäuse integriert oder direkt an den Anschlüssen der Messgeräte angebracht
Digitale Einbaumessgeräte sind mittlerweile zum Standard avanciert. Eine kurze Gegenüberstellung verdeutlicht die Unterschiede zwischen den beiden Modellen.
Digitale Einbaumessgeräte
Für ein digitales Modell sprechen die bessere Ablesbarkeit und die präzisere Anzeige der Messwerte, die bei Bedarf bis auf mehrere Nachkommastellen genau sein kann. Dazu kommt, dass digitalen Exemplaren Ablesefehler faktisch ausgeschlossen sind. Zudem sind auch Geräte erhältlich, die eine grafische Darstellung der ermittelten Werte ermöglichen.
Analoge Einbaumessgeräte
Allerdings haben auch die analogen Geräte durchaus noch ihre Daseinsberechtigung. Während Ablesbarkeit und Genauigkeit klare Pluspunkte der digitalen Modelle sind, kann ein analoges Einbaumessgerät eventuelle Schwankungen der zu messenden Grösse wesentlich besser darstellen. Darüber hinaus bietet die immer sichtbare Messskala einen guten Überblick und hilft bei der Einschätzung der aktuellen Mess-Situation.
Wenn Sie ein analoges Einbau Messgerät kaufen möchten, sind der minimale und der maximale Messbereich von elementarer Bedeutung.
Bedenken Sie, dass sich ein Messgerät mit Dreheisenmesswerk nicht für die Messung von sehr kleinen Strömen und Spannungen eignet und greifen Sie in diesem Fall zu einem Gerät mit Drehspulenmesswerk.
Dabei ist allerdings zu beachten, dass für Messungen von Wechselstrom beziehungsweise Wechselspannungen ein Gleichrichter vorgeschaltet werden muss. Für die Messungen von grösseren Strömen und Spannungen sind dagegen Messgeräte mit Dreheisenmesswerk vorzuziehen.
Abhängig vom Einsatzgebiet ist darauf zu achten, dass das Einbaumessgerät einen ausreichenden Schutz vor Flüssigkeiten und Staub aufweist. In diesem Zusammenhang muss es mit einer ausreichend hohe IP-Schutzklasse zertifiziert sein.
Unser Praxistipp: Abmessungen des Einbaumessgerätes berücksichtigen!
Beachten Sie beim Kauf, dass es Einbaumessgeräte in unterschiedlichen Grössen und Tiefen gibt. Wenn ein altes Messgerät ersetzt werden muss, sollten Sie die für den Einbau benötigten Abmessungen unbedingt berücksichtigen. Passt die Einbautiefe nicht, kann es unter Umständen zu Konflikten mit anderen Bauteilen der Maschine oder der Schalttafel kommen.
Wieso sieht man bei Messgeräten oft eine Schraube im Glas?
Mit dieser Einstellschraube im Bereich des Messwerkes kann die Vorspannung der Spiralfeder eingestellt werden. Dadurch ist es möglich, den Zeiger im Ruhezustand exakt auf die Null-Position auszurichten und somit die Anzeigegenauigkeit zu erhöhen.
Was versteht man unter einem Gleichrichter?
Mithilfe eines Gleichrichters kann der negative Anteil einer Wechselspannung abgeschnitten oder im Fall eines Brückengleichrichters umgepolt werden. In Verbindung mit einem nachgeschalteten Ladekondensator kann in der Elektronik aus einer Wechselspannung (AC) eine Gleichspannung (DC) erzeugt werden. Um dieses Ziel zu erreichen, sind elektronische Bauteile erforderlich, die für den Strom nur in einer Richtung durchlässig sind. Gewöhnlich werden dazu Halbleiter-Dioden eingesetzt.
Wie funktioniert ein Einbaumessgerät mit einem mechanischen Zählwerk?
Bei einem mechanischen Zähler befinden sich mehrere Rollen mit den Zahlen 0 bis 9 auf einer Achse. Jede dieser Rollen wird separat durch einen Mechanismus betätigt. Bei jeder Betätigung springt das Zählwerk um eine Ziffer weiter. Wenn schliesslich die Zahl 9 erreicht wird, beginnt die Zählung wieder bei 0 während die Rolle links davon sich um eine Zahl weiter bewegt.