MEL Theorie 1.Teilprüfung

Question 1

Was ist Messtechnik?

Answer 1

Dient der quantitativen Erfassung von Messgrößen

Verfahren und Geräte zur Messung zahlenmäßig erfassbarer Größen

Question 2

Welche Größen sind messbar?

Answer 2

• mechanische Messgrößen (Länge, Zeit)
• thermodynamische Messgrößen (Temperatur)
• optische Messgrößen (Lichtstärke, Helligkeit)
• elektrische Messgrößen (Strom, Spannung)

Question 3

Wie lautet die erste und zweite Fundamentalsatz der Messtechnik?

Answer 3

1-Die zu messende Größe muss qualitativ eindeutig definiert und quantitativ bestimmbar sein
2-Das Messnormal für die betrachtete Größe muss durch Konvention festgelegt sein

Question 4

Beschreiben Sie die Begriffe Normale, Messgröße, Maßzahl und die Zusammenhänge anhand einer Skizze einer Messstrecke. Nennen Sie Beispiele.

Answer 4

(Szizze)
X=x*N
Normale: Ist ein Vergleichsgegenstand/Gerät, welches zur Kalibrierung anderer Messgeräte dient.
Messgröße (X): Ist das zu erfassende Ergebnis.
Maßzahl (x): Rein numerischer Zahlenwert der vom Messgerät angezeigt wird.
Messnormale (N): Einheitsgröße; Ist jener Wert, mit dem der gemessene Wert verglichen wird.
Z.B.
Normale: Konstante der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum für Meter
Konstante der Cäsiumfrequenz für Sekunde
Messgröße: Entfernung, Leistung
Maßzahl: 42, 10
Messnormale: m,s

Question 5

Welche SI-Einheiten gibt es?

Answer 5

Zeit, Länge, Masse, Temperatur, Stromstärke, Stoffmenge, Lichtstärke

Question 6

Wie ist die Zeit definiert?

Answer 6

Konstante der Cäsiumfrequenz 9 192 631 770 Hz (=s^-1)
Eine Sekunde entspricht der Dauer von 9 192… Schwingungen der Strahlung zwischen den zwei Hyperfeinstrukturniveaus des ungestörten Grundstandes eines Cs-Atoms
(Skizze)

Question 7

Wie ist die Länge definiert?

Answer 7

Meter=m
Konstante der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum 299 792 458 mHz
Ein Meter ist die Strecke die Licht im Vakuum innerhalb des Bruchteils von 1/299… einer Sekunde zurücklegt

Question 8

Wie funktioniert ein Drehspulinstrument?

Answer 8

Spule mit Weicheisenkern drehbar in einem Dauermagneten drehbar gelagert. Wenn ein Strom fließt wirkt auf die Spule ein Drehmoment Mel. Eine Feder erzeugt ein entgegengesetztes Drehmoment Mfeder. Im Gleichgewicht (Mel=Mfeder) ist der Kern um den Winkel alpha gedreht, proportional dem fließenden Strom.
Skizze

Question 9

Wie funktioniert das Galvanometer?

Answer 9

Das Galvanometer ist eine besondere Bauform des Drehspulinstruments, wobei die maximale Stromempfindlichkeit im Nullpunkt wichtig ist. Der Nullpunkt liegt in der Skalenmitte. Da das Spannband winzig ist, ist auch das Drehmoment gering somit sind schnelle Ausschläge möglich. Messungen sind damit extrem genau und man sieht wie der Strom fließt. Wird zur Feststellung eines stromlosen Zustandes eingesetzt.
Ispule*Ikern=I^2

Question 10

Wie funktioniert ein elektrodynamisches Messwerk?

Answer 10

Ist dem Drehspulinstrument sehr ähnlich, aber der Permanentmagnet ist durch eine Feldspule ersetzt. Mit diesem Messwerk kann auch die Leistung gemessen werden. Platzsparende Varianten enthalten die drehbar gelagerte Spule im Inneren der Feldspule. Sehr robuster Aufbau.
Skizze

Question 11

Wie funktioniert ein Quotientenmesswerk? (=Kreuzspulinstrument)

Answer 11

2 drehbar gelagerte Spulen welche im 90° Winkel zueinander stehen. Das Magnetfeld ist radial inhomogen. Das Gleichgewicht ist erreicht, wenn auf beiden Spulen das selbe Drehmoment wirkt.
Sind für Widerstandsmessung geeignet.

Question 12

Wie ist ein Multimeter aufgebaut?

Answer 12

Skizze
Linker Bereich mögl. Aufbau Amperemeter, rechter Bereich mögl. Aufbau Voltmeter
Digitale Voltmeter haben aktuell keine bautechnische Messbereichserweiterung mehr, sondern arbeiten mit einem fixen Innenwiderstand und steuern die Messwertausgabe elektronisch. Es ist dann ein elektro-elektronisches Messwerk.

Question 13

Ersatzschaltbild für Spannungsquelle?

Answer 13

Spannungsquelle kann als Reihenschaltung einer idealen Spannungsquelle und eines ohmschen Widerstandes Ri mit Rl_»Ri verstanden werden.
Spannungsquelle kann auch als Paralellschaltung einer idealen Stromquelle und eines ohmschen Widerstandes Ri mit Rl_»Ri verstanden werden.
Skizzen

Question 14

Wie können die Ersatzschaltbilder einer Stromquelle aussehen?

Answer 14

Die Ersatzschaltbilder von Quellen resultieren aus ihrem (erwünschten) Verhalten innerhalb eines elektrischen Aufbaus:
Eine Stromquelle kann als Reihenschaltung einer idealen Spannungsquelle und einem ohmschen Widerstand Ri mit Rl_<

Question 15

Berechnung von Ersatzschaltbildern

Answer 15

Jede elektrische Quelle besitzt zwischen ihren Polen eine Urspannung (Unull). Werden die Pole durch einen Leiterkreis verbunden bewirkt die Potentialdifferenz einen Stromfluss (=Transport von Ladungsträgern. Dieser erreicht den Kurzschlussstrom (Ik), wenn die Lastwiderstände verschwindend klein sind. Quellen verhalten sich ohmsch, daher kann man aus der Urspannung und dem Kurzschlussstrom den Innenwiderstand der Quelle (Ri) ermitteln.
Ri=Unull/Ik

Question 16

Stromrichtiges Messen

Answer 16

Geräte wie das Amperemeter besitzen Innenwiderstände von 0,01 bis 10kOhm. Sollen Widerstände dieser Größenordnung exkt gemessen werden sind Korrekturen erforderlich.
Skizze
In diesem Fall ist der Fehler, dass das Voltmeter zusätzlich zu dem Spannungsabfall des Lastwiderstandes den Spannungsabfall des Amperemeters misst.
Uvm=(RiA+Rl_)*IaM

Question 17

Spannungsrichtiges Messen

Answer 17

Messgeräte wie das Voltmeter besitzen Innenwiderstände von 8MOhm bis 12MOhm. Sollen Widerstände dieser Größenordnung korrekt gemessen werden sind Korrekturen erforderlich
Skizze
In diesem Fall ist der Fehler, dass das Amperemeter zusätzlich zu dem Strom, der durch den Lastwiderstand fließt, den Strom misst, der durch das Voltmeter fließt. 
Iam=IrL+Ivm=Uvm/RL+Uvm/Rvm
Iam.....Strom Amperemeter
IrL.....Strom LastR
Ivm.....Strom Voltmeter
Uvm....Spannung Voltmeter
Rvm....Widerstand Voltmeter