Drehspulmesswerk
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Ein Drehspulmesswerk ist ein analoges Messgerät zur Anzeige der Stärke elektrischer Ströme. Es zeigt die Stromstärke als einen dem Messstrom proportionalen Zeigerausschlag an.
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[Bearbeiten] Funktionsweise
Eine drehbare Spule (7) befindet sich im Feld eines Magneten (2). Zwei Spiralfedern (6) dienen sowohl der Stromzufuhr als auch der Rückstellung in die Ruhelage.
Wird jetzt über die Anschlussklemmen Strom durch die Spule geleitet, so wird die Spule zu einem Elektromagneten, der sich nun im Magnetfeld der Magneten dreht. Die Spiralfedern wirken diesem entgegen, bis die Magnetkraft und die Kraft der Spiralfedern einander ausgleichen.
In dieser Stellung bleibt die Spule stehen, und der an ihr befestigte Zeiger (12) gibt auf einer Skala (4) den entsprechenden Wert der Stromstärke an. Nach Abschalten des Stroms stellen die Federn den Zeiger wieder in die Nullstellung (8) zurück. Da sowohl die Federkraft proportional zur Drehung ist (hookesches Gesetz) als auch die Lorentzkraft proportional zur Stromstärke, ergibt sich (für kleine Drehwinkel) eine lineare Skala.
Die Formel für den Zeigerauschlag ist:
Dabei ist A die Fläche der Spule (also Länge mal Breite der Wicklungen), n die Anzahl der Wicklungen, D die Federkonstante, B die magnetische Induktion, I die elektrische Stromstärke und α der Winkel des Zeigerausschlags. Drehspulmesswerke sind polaritätsabhängig, d.h. beim Umpolen des Stroms schlägt der Zeiger in der anderen Richtung aus. Bei manchen Messwerken befindet sich die Null in der Mitte der Skala, so dass der Strom auch in der anderen Polarität angezeigt werden kann. Befindet sich die Null am Rand der Skala, so darf das Messwerk nur für eine Polarität benutzt werden. Drehspulmessgeräte zeigen den arithmetischen Mittelwert (im Gegensatz zu Dreheisen-Messgeräten, die den Effektivwert anzeigen). Selbst mit für beide Polaritäten geeigneten Drehspulmesswerken kann nur Gleichstrom gemessen werden, da durch die Trägheit der Mechanik bei Wechselstrom nur der zeitliche Durchschnitt der Stromstärke angezeigt würde – nämlich Null. Zur Messung von Wechselstrom muss daher ein Gleichrichter vorgeschaltet werden.
[Bearbeiten] Anwendungsgebiete
Seit einigen Jahren ist das Drehspulmesswerk nahezu vollständig durch digitale Messgeräte wie das Digitalmultimeter ersetzt worden. Die im folgenden dargestellten Anwendungen beziehen sich daher auf die ursprünglichen Einsatzgebiete und die technische Eignung des Drehspulmesswerks.
[Bearbeiten] Messung hoher Ströme
Um bei höheren Strömen eine Überlastung der Drehspule und der Spiralfedern zu vermeiden, wird ein Shunt eingesetzt – ein parallel zum Messwerk geschalteter Widerstand, dessen elektrischer Widerstand umso kleiner ist, je höher der zu messende Strom ist. Der größte Teil des Stromes fließt dann über diesen Widerstand, der oft aus einem dicken Draht oder einem mäanderförmigen Blech besteht.
[Bearbeiten] Spannungsmessung
Soll ein Drehspulmesswerk zur Spannungsmessung eingesetzt werden, benutzt man das ohmsche Gesetz und eicht die Skala gemäß 
in Einheiten der Spannung. Der Innenwiderstand als Proportionalitätsfaktor ist konstant. Damit ergibt sich auch für den Spannungsmessbereich eine lineare Skala. Durch weitere Vorwiderstände Rv kann der Messbereich erweitert werden. Für den Innenwiderstand Ri des Geräts und den n-fachen Messbereich ergibt sich 
.
[Bearbeiten] Leistungsmessung
Erzeugt man das Magnetfeld eines Drehspulinstrumentes mit einer im Strompfad liegenden dicken Spule und speist die Drehspule mit einem Vorwiderstand aus der Spannung, erhält man ein Leistungsmessgerät.
[Bearbeiten] Güteklasse
Die Güteklasse wird als Ziffer angegeben, die den prozentualen Fehler bei Vollausschlag des Meßinstruments bezeichnet. Typische Werte für Feinmessinstrumente sind 0,1 oder 0,5. Betriebsmessgeräte liegen in der Güteklasse zwischen 1 und 5.
Beispiel: ein Messgerät der Güteklasse 2 besitzt einen Fehler von 2% bei Vollausschlag. Ist die Messskala auf 30 Volt eingestellt, beträgt der Absolutwert des Fehlers 0,6V. So können 30 Volt Vollausschlag mit einem Fehler von 2% gemessen werden, 6 Volt mit einem Fehler von 0,6/6 = 10%.
