Shunt & Vorwiderstand
Umbau von analogen Zeiger-Meßinstrumenten
Haben Sie nicht auch noch in einer düsteren Kellerecke ein altes analoges Zeiger-Meßinstrument herumliegen?
Ja? Haben Sie? Und Sie wollten es schon mehrmals endgültig in den Schrott befördern? Aber eine
innere Stimme hat Sie immer wieder davon abgehalten? Das war die Stimme der Vernunft!
Wie einfach diese Meßinstrumente auf einen anderen Spannungs- oder Strombereich umgebaut werden können, will ich
hier kurz beschreiben.
Sauberkeit am Arbeitsplatz und geeignetes Werkzeug setze ich voraus. Es kann nicht schaden, vor dem Zerlegen eines
Drehspul-Messinstrumentes den Arbeitstisch nochmals mit dem Staubtuch zu säubern. Ein Satz Uhrmacher-Schraubenzieher
und eine Lupe sind die Minimalausrüstung.
Probieren Sie an einer regelbaren DC-Stromversorgung ob das Meßinstrument noch reagiert.
Nicht immer kann man
darauf vertrauen, daß der aufgedruckte Skalenendwert auch dem Meßbereich entspricht. Es ist angeraten, erst einmal einen
10 k Vorwiderstand zwischen Meßinstrument und DC-Stromversorgung zu schalten. Wenn sich dort nichts tut, kann man es
mit einem 1 k Vorwiderstand und danach mit direktem Anschluß an die DC-Stromversorgung probieren.
Versuchen Sie nun, das Meßinstrument zu öffnen. Lassen Sie sich Zeit dabei. Wenn es verschraubt ist, haben Sie schon
fast gewonnen. Bei verklebten Ausführungen findet sich oftmals eine Stelle, an der man mit einem Cutter-Messer den
Klebespalt durchdringen und so vorsichtig die Frontplatte vom restlichen Gehäuse lösen kann. Einige Meßinstrumente
sind auch mit Messing-Hohlnieten verschlossen. Diese lassen sich leicht mit einem passenden handgedrehten Spiralbohrer ausbohren.
Wie? Sie haben nur noch die elektrische 580W-Schlagbohrmaschine zur Hand? Schade, das Ding können Sie
für diese Arbeiten vergessen.
Nun ist es an der Zeit, die elektrische Schaltung im Inneren des Meßinstruments zu erforschen. Ist es ein Drehspul-
oder ein Dreheisen-Meßwerk? Wie ist der Zeiger gelagert? Gehen die Außenanschlüsse direkt auf das Meßwerk?
Finden Sie die zwei Lötstellen, an denen das eigentliche Meßwerk mit der Außenwelt verbunden ist und führen sie die
Funktionsprobe mit den Vorwiderständen direkt am Meßwerk nochmals durch. Oftmals werden Sie feststellen, daß das
Meßinstrument bei etwa 60 mV bereits Vollausschlag zeigt.
Im Bild rechts ist bei näherer Betrachtung ein kleiner Vorwiderstand zu sehen der den Meßbereich dieses
Meßinstrumentes auf 20 V erweitert. So ein bedrahteter Widerstand der Baureihe 0207 ist für maximal 250 V geeignet.
Wenn Sie den Spannungsmeßbereich bis 500 V auslegen wollen, dann müssen mindestens zwei annähernd gleiche Widerstände
in Reihe geschaltet werden, bei 1000 V sind das entsprechend 4 Stück.
Auf der nach hinten weisenden (alten) Skala können Sie ablesen, daß dieses Meßinstrument einmal für 10 mA gedacht war.
Einen Shunt (Nebenwiderstand) zur Meßbereichserweiterung eines Amperemeters kann man hervorragend theoretisch berechnen. Kommen nach der
Berechnung dann Widerstandswerte im Milliohm-Bereich heraus, scheitert die Umsetzung in die Praxis jedoch an nicht
kalkulierbaren Einflüssen wie zum Beispiel Kontaktübergangswiderständen und unbekannten Leitwerten des Widerstandsmaterials.
Aus diesem Grund mache ich meine Milliohm-Shunts in flüssiger Form. Ein Stück Leiterplatte trägt einen U-förmigen
Leiterzug (Richtwert: 8mm breit bei 30A und 35mm lang bei einem 60mV-Instrument). Durch Auftragen von Lötzinn auf diesen
Leiterzug wird dann mit einem in Reihe geschalteten Vergleichs-Meßinstrument auf gleichen Skalen-Endwert abgeglichen.
Ein leidiges Problem stellte lange Zeit die Anfertigung von passenden Skalen für umgearbeitete Meßinstrumente dar.
Mit der Software FrontDesigner von Abacom ist dieses
Problem für die meisten Anwendungsfälle gelöst. Die Ausdrucke auf einem Laserdrucker stehen dem industriellen
Siebdruck nicht nach. Die Befestigung der neuen Papierskala geschieht höchst einfach mit dünnem doppelseitigen Klebeband
aus dem Baumarkt, wie es auch für das Verkleben von Teppichbelägen verwendet wird. Kleben Sie zuerst die neue Papierskala
auf das doppelseitige Klebeband und schneiden Sie die Kontur der Skala mit einigen Millimetern Zugabe mit der Schere aus.
Nach Entfernen des Wachspapiers von der Rückseite des Klebebandes kann die neue Skala wie ein Aufkleber auf die alte Skala geklebt werden.
Mit einem Cuttermesser oder einer halbierten Rasierklinge wird die Kontur der neuen Papierskala der alten Skala angeglichen.
Im Bild rechts ist in einer unsauber nachgearbeiteten Ecke gut der schichtweise Aufbau der Skala zu sehen.
Nach Ausschneiden der Kontur ist die neue Skala fertig zum Wiedereinbau in das alte Meßinstrument.
Nun doch noch etwas Mathematik:
Ich empfehle nicht, berechnete Vorwiderstände und Shunts zur Meßbereichserweiterung von Meßinstrumenten zu verwenden.
Die Berechnung stellt einen orientierenden Wert dar, mehr aber auch nicht. In der Praxis wird man um den Abgleich
mit einem genauen (besser: kalibrierten) Vergleichsinstrument nicht herumkommen.
Berechnung des Vorwiderstandes eines Voltmeters:
Rv = (Uend - Uinstr) / Iinstr
Rv = erforderlicher Vorwiderstand in Ohm
Uend = neue Spannung für Endausschlag
Uinstr = Spannung des Instruments für Endausschlag
Iinstr = Strom des Instruments für Endausschlag
Berechnung des Shunts (Nebenwiderstand) eines Amperemeters:
Rsh = Uinstr / (Iend - Iinstr)
Rsh = erforderlicher Shunt (Nebenwiderstand) in Ohm
Uinstr = Spannung des Instruments für Endausschlag
Iend = neuer Strom für Endausschlag
Iinstr = Strom des Instruments für Endausschlag
Berechnung der Länge eines elektrischen Leiters nach dem Widerstandsgesetz:
Länge = Widerstand * Querschnitt / spezifischer Widerstand
Länge = erforderliche Länge des Leiters in m
Widerstand = geforderter Widerstand in Ohm
Querschnitt = Leiterquerschnitt in mm2
spezifischer Widerstand = 0,0178 Ohm * mm2 / m für Kupfer
