DE4119894A1 - Spannungsmessgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannungsmeßgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Praxis ist ein Meßgerät dieser Art bekannt, das ein langgestrecktes, griffartiges isolierendes Gehäuse aufweist, von dem an einem Ende eine me­ tallische Prüfspitze ausgeht. Das Gehäuse nimmt eine Meßschaltung auf, die über einen Vorwiderstand mit der Prüfspitze und über ein Verbindungskabel mit einer weiteren Prüfspitze an einem gesonderten isolierenden Halter ver­ bunden ist. Bei der Spannungsmessung werden die beiden Prüfspitzen an die elektrischen heiter gehalten, zwischen denen die Spannungsdifferenz gemes­ sen werden soll. Die Meßschaltung enthält einen Meßwiderstand, über dem eine von dem Spannungsteilungsverhältnis zwischen dem Meßwiderstand und dem Vorwiderstand abhängige Spannung abfällt. Die Elektronik der Meßschaltung ist so ausgelegt, daß die über dem Meßwiderstand abfallende Spannung mit einer Folge mehr oder weniger fein abgestufter Schwellenwer­ te verglichen wird, so daß man ein digitales Ausgangssignal erhält, aus dem mit einer elektronischen Recheneinheit anhand des Spannungsteilungsver­ hältnisses die Potentialdifferenz zwischen den beiden Prüfspitzen errechnet wird. Der errechnete Spannungswert wird mit Hilfe einer an dem Gehäuse angebrachten Anzeigeeinrichtung angezeigt. Die Anzeigeeinrichtung wird bei­ spielsweise durch eine der Anzahl der Schwellenwerte entsprechende Anzahl von Leuchtdioden gebildet, so daß sich aus der Anzahl der jeweils aufleuch­ tenden Leuchtdioden die Höhe der gemessenen Spannung ablesen läßt. Wahl­ weise kann jedoch auch eine digitale Anzeigeeinrichtung vorgesehen sein.

Ein Nachteil dieses herkömmlichen Spannungsmeßgerätes besteht darin, daß die beiden Prüfspitzen über ein Kabel verbunden sein müssen. Bei relativ kurzer Kabellänge ergibt sich ein entsprechend kleiner maximaler Abstand zwischen den Punkten, zwischen denen die Spannungsdifferenz gemessen werden kann, und bei größerer Kabellänge ist das Kabel oftmals hinderlich. Bei einer Verdrillung neigt das Kabel zur Bildung eines schwer entwirrbaren Knäuels, und bei Arbeiten an oder in komplexen elektrischen Anlagen kann sich das Kabel leicht mit anderen Kabeln oder Bauteilen verwirren.

Andererseits sind einpolige Spannungsprüfer bekannt, mit denen jedoch zu­ meist nur eine qualitalive Unterscheidung zwischen Phase und Erdpotential möglich ist. In dem europäischen Patent Nr. 1 83 893 wird ein einpoliges Spannungsprüfgerät beschrieben, bei dem die gemessene Spannung elektro­ nisch mit einem hohen Verstärkungsfaktor verstärkt wird. Durch eine an dem Griff des Spannungsprüfers angebrachte Berührungselektrode läßt sich die Erdung über den Körper des Benutzers verbessern. Hierdurch wird die Empfindlichkeit so gesteigert, daß auch induzierte Spannungen in ungeerde­ ten Leitern nachgewiesen werden können. Wird die Berührungselektrode nicht berührt, ist die Empfindlichkeit geringer, und es werden nur die Netz­ spannungen in stromführenden Leitern nachgewiesen. Andererseits läßt sich der Verstärkungsfaktor mit Hilfe eines Schalters noch weiter erhöhen, so daß auch elektromagnetische Wechselfelder in der Umgebung spannungsfüh­ render heiter nachgewiesen werden können. Dieses bekannte einpolige Prüf­ gerät gestattet somit eine grobe quantitative Unterscheidung zwischen Span­ nungen unterschiedlicher Höhe. Eine genauere quantitative Spannungsmes­ sung ist jedoch nicht möglich. Außerdem besteht der Nachteil, daß jeweils nur die Spannung relativ zum Erdpotential gemessen werden kann, so daß es beispielsweise nicht möglich ist, in einer Drehstromanlage die Spannung Phase gegen Phase zu messen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zweipoliges Spannungsmeßge­ rät zu schaffen, das die Möglichkeit einer einfacheren Handhabung bietet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei dem vorgeschlagenen Meßgerät sind das Gerätegehäuse und der Halter für die zweite Prüfspitze jeweils mit einer Berührungselektrode versehen. Die elektrische Verbindung zwischen der Meßschaltung und der zweiten Prüf­ spitze kann somit über den Körper des Benutzers erfolgen, so daß kein stö­ rendes Kabel benötigt wird. Zwischen der zweiten Prüfspitze und der zugehö­ rigen Berührungselektrode ist ein weiterer Vorwiderstand vorgesehen, durch die der Benutzer gegen hohe Spannungen geschützt wird.

Da die elektronische Meßschaltung einen sehr hohen Eingangswiderstand von beispielsweise 10 MΩ aufiveisen kann, können die Vorwiderstände für beide Prüfspitzen so hoch gewählt werden, beispielsweise je 5 MΩ, daß Ge­ fährdungen des Benutzers mit Sicherheit ausgeschlossen werden und daß der Körperwiderstand des Benutzers gegenüber der Summe der beiden Vor­ widerstände vernachlässigbar ist. Da der elektrische Widerstand des mensch­ lichen Körpers im allgemeinen nicht höher ist als 10 kΩ, läßt sich auf diese Weise eine relativ genaue quantitative Messung ausführen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.

Die Meßgenauigkeit läßt sich dadurch weiter steigern, daß in der Meßschal­ tung der Anteil des Körperwiderstands am Gesamt-Eingangswiderstand be­ rücksichtigt wird. Es verbleibt dann lediglich noch ein geringer Meßfehler, der sich aus den situationsbedingten Schwankungen des Hautwiderstands des Benutzers ergibt.

In der Mehrzahl der praktischen Anwendungsfälle ist die auf diese Weise er­ reichbare Genauigkeit völlig ausreichend, und die Messungen können auf be­ queme Weise ohne ein störendes Kabel vorgenommen werden. Falls jedoch im Einzelfall doch einmal eine höhere Meßgenauigkeit erforderlich ist, kön­ nen die Meßschaltung und die zweite Prüfspitze auch durch ein lösbares Ver­ bindungskabel elektrisch verbunden werden. Vorzugsweise wird die Meß­ schaltung in diesem Fall durch das Einstecken des Steckers des Verbin­ dungskabels automatisch auf eine Betriebsart umgeschaltet, bei der keine Kompensation des Körperwiderstands erfolgt.

Die zweite Prüfspitze und ggf. auch das Verbindungskabel können lösbar an oder in dem Gehäuse des Meßgerätes untergebracht werden, so daß sie bei Bedarf jederzeit zur Hand sind.

Die Meßschaltung kann so ausgelegt sein, daß das Gerät ohne die zweite Prüf­ spitze auch als einpoliges Prüfgerät einsetzbar ist. Die für die Spannungsver­ sorgung der Meßschaltung erforderliche Batterie kann auch für eine Durch­ gangsprüfung oder Widerstandsmessung eines elektronischen Bauelements genutzt werden, wobei der Prüfkreis je nach erforderlicher Meßgenauigkeit entweder durch den Körper des Benutzers oder durch das Verbindungskabel geschlossen wird.

Das Gerät kann wahlweise auch als Vielfach-Meßgerät ausgelegt sein, mit dem in üblicher Weise Gleich- und Wechselspannungs- und Widerstands-Mes­ sungen in unterschiedlichen Empfindlichkeitsbereichen ausgeführt werden können. In diesem Fall kann bei der Spannungs- und der Widerstandsmes­ sung das Kabel, das das Meßgerät mit einer der Prüfspitzen verbindet, durch den Körper des Benutzers ersetzt werden.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Spannungsmeßgerätes;

Fig. 2 eine Ansicht des Spannungsmeßgerätes; und

Fig. 3 eine Stirnansicht des Griffes des Spannungsmeßgerätes gemäß Fig. 2.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Spannungsmeßgerät weist ein Gehäu­ se 10 aus elektrisch isolierendem Material auf, an dem eine metallische Prüf­ spitze 12 fest angebracht ist. Die Prüfspitze 12 ist über einen Vorwiderstand 14 mit einer elektronischen Meßschaltung 16 verbunden, die ihrerseits über einen Schalter 18 mit einer an der Außenwand des Gehäuses 10 angeordne­ ten Berührungselektrode 20 verbindbar ist.

Eine zweite Prüfspitze 22 ist an einem gesonderten Halter 24 aus isolieren­ dem Material angeordnet und ist über einen weiteren Vorwiderstand 26 mit einer an der Oberfläche des Halters angebrachten Berührungselektrode 28 verbunden. Zwischen den Berührungselektroden 20 und 28 wird durch den Körper des Benutzers ein elektrischer Kontakt hergestellt. Auf diese Weise wird die Meßschaltung 16 mit beiden Prüfspitzen 12 und 22 verbunden, so daß die Spannung zwischen den Prüfspitzen gemessen werden kann.

Der Widerstandswert R₁ bzw. R₂ der Vorwiderstände 14 und 26 beträgt je­ weils 5 MΩ, und der Körperwiderstand R_k des Benutzers, der über die Be­ rührungselektroden 20 und 28 mit den Vorwiderständen 14, 26 in Reihe liegt, kann mit etwa 10 kΩ angesetzt werden, so daß sich für die Meßschal­ tung 16 insgesamt ein Eingangswiderstand von 10,01 MΩ ergibt. Die Meß­ schaltung 16 enthält beispielsweise eine durch eine Batterie gespeiste Ver­ stärkerschaltung, die den Spannungsabfall über einem mit dem Vorwider­ stand 14 in Serie liegenden Meßwiderstand R_r mißt, einen Analog/Digital-Wand­ ler zur Umwandlung des gemessenen Spannungsabfalls in ein digitales Signal sowie ein Multiplizierglied, durch das das digitale Signal mit dem Spannungsteilungsverhältnis (R₁+R₂+R_k)/R_r multipliziert wird. Das Multi­ plikationsergebnis gibt somit die Potentialdifferenz zwischen den Prüfspitzen 22 und 12 an und wird als Ausgangssignal an eine Anzeigeeinheit 30 übermit­ telt, die beispielsweise durch eine LCD-Anzeige gebildet wird.

In einer anderen Ausführungsform weist die Meßschaltung mehrere Verstär­ ker auf, die verschiedene Schwellenwerte besitzen und jeweils eine Leucht­ diode einer LED-Anzeige ansteuern, so daß verschiedene Spannungswerte an­ gezeigt werden können.

Das in der oben beschriebenen Weise erhaltene Meßergebnis ist mit einer ge­ wissen Unsicherheit behaftet, da der Körperwiderstand R_k des Benutzers nur näherungsweise bekannt ist. Wenn ein genaueres Ergebnis benötigt wird, kann die durch die Berührungselektroden 20, 28 und den Körper des Benut­ zers gebildete Widerstandsstrecke über ein Verbindungskabel 32 kurzge­ schlossen werden. Das Verbindungskabel 30 ist mit Steckern 34, 36 verse­ hen, die in entsprechende Steckbuchsen 38, 40 des Gehäuses 10 und des Halters 24 eingesteckt werden. Da in diesem Fall der Körperwiderstand R_k des Benutzers entfällt, muß das in der Meßschaltung 16 eingestellte Span­ nungsteilungsverhältnis entsprechend angepaßt werden. Zu diesem Zweck weist die Meßschaltung 16 eine Steuerleitung mit einem Schalter 42 auf, der durch das Einstecken des Steckers 34 in die Steckbuchse 38 mechanisch geöffnet wird und so die Umschaltung auf das geänderte Spannungsteilungs­ verhältnis bewirkt. Durch den Schalter 18, der mechanisch mit dem Schalter 42 gekoppelt ist, wird gleichzeitig die Berührungselektrode 20 von der Meß­ schaltung getrennt, so daß Meßfehler durch Spannungsableitungen oder Fremdspannungen an der Berührungselektrode 20 vermieden werden.

Die Steckbuchse 40 in dem Halter 24 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen den Vorwiderstand 26 und einen Schalter 44 geschaltet, mit dem die Berührungselektrode 28 von dem Vorwiderstand getrennt wird, wenn der Stecker 36 in die Steckbuchse 40 eingesteckt wird.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Meßgerät als Schraubendreher mit der Prüfspitze 12 als Klinge und dem Gehäuse 10 als Griff ausgebildet. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, hat der Griff einen dreieckigen Querschnitt. Die Anzeigeeinheit 30 und die Berührungselektrode 20 sind in einer Seitenfläche des Griffes angeordnet. In der gegenüberliegenden Längs­ kante des Griffes ist eine Nut 46 vorgesehen, in der der Halter 24 mit der zweiten Prüfspitze 22 klemmend gehalten ist.

Bei Spannungsmessungen gegenüber Erdpotential kann das Meßgerät als ein­ poliges Meßgerät verwendet werden, wobei die Erdung über die Berührungs­ elektrode 20 und den Körper des Benutzers erfolgt. Falls Messungen zwi­ schen zwei bestimmten Meßpunkten mit Hilfe der zweiten Prüfspitze 22 vor­ genommen werden sollen, läßt sich der Halter 24 in Längsrichtung nach hin­ ten aus der Nut 46 herausschieben und bequem entnehmen. Nach Gebrauch kann der Halter 24 wieder in die Nut 46 eingeschoben oder eingerastet wer­ den.

In einer modifizierten Ausführungsform weist das Meßgerät ein kastenförmi­ ges Gehäuse mit einer kurzen Prüfspitze auf, das an einer der Prüfspitze ent­ gegengesetzten Kante oder Ecke mit einer Aussparung versehen ist, die von einem hierzu komplementären Teil des eingesteckten Halters ausgefüllt wird.

Claims (9)

1. Spannungsmeßgerät mit:

• - zwei Prüfspitzen (12, 22), von denen wenigstens eine (22) an einem vom Gerätegehäuse (10) getrennten Halter (24) angebracht ist,
• - einer Meßschaltung (16), die über einen Vorwiderstand (14) mit der ersten Prüfspitze (12) verbunden ist und mit der zweiten Prüfspitze (22) verbindbar ist und die Spannung zwischen beiden Prüfspitzen mißt, und
• - einer Anzeigeeinrichtung (30) zur Anzeige der gemessenen Spannung,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die zweite Prüfspitze (22) über einen zweiten Vorwiderstand (26) mit einer an dem Halter (24) angebrachten Berührungselektrode (28) verbunden und über den Körper des Benutzers und eine Berührungse­ lektrode (20) am Gerätegehäuse (10) mit der Meßschaltung (16) ver­ bindbar ist.

2. Spannungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (16) die anzuzeigende Spannung V nach der Formel:
V = V_r (R₁+R₂+R_k)/R_r, berechnet, wobei V_r der Spannungsabfall über einem Meßwiderstand R_r ist, R₁ und R₂ die Widerstandswerte der Vorwiderstände (14, 26) sind und R_k ein Korrekturwert ist, der dem typischen Körperwiderstand eines Benutzers entspricht.

3. Spannungsmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung über eine Steckbuchse (38) des Gehäuses (10), ein Verbindungskabel (32) und eine Steckbuchse (40) an dem Halter (24) direkt mit der zweiten Prüfspitze (22) verbindbar ist.

4. Spannungsmeßgerät nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßschaltung durch einen Schalter (42) auf eine Betriebs­ art umschaltbar ist, in der die Berechnung der Spannung V ohne Berücksich­ tigung des Korrekturwertes R_k erfolgt.

5. Spannungsmeßgerät nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (42) durch den Anschluß des Verbindungskabels (32) an die Steck­ buchse (38) des Gehäuses betätigbar ist.

6. Spannungsmeßgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schalter (42) ein weiterer Schalter (18) gekoppelt ist, der die Verbindung zwischen der Meßschaltung (16) und der Berührungselektrode (20) trennt, wenn die Berechnung ohne den Korrekturwert erfolgt.

7. Spannungsmeßgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (24) mit der zweiten Prüfspitze lösbar an oder in dem Gerätegehäuse (10) gehalten ist.

8. Spannungsmeßgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung mehrerer parallele Verstärkerstufen mit unterschiedlichen Spannungs-Schwellenwerten aufweist und die Anzei­ geeinrichtung durch eine entsprechende Anzahl von Leuchtdioden gebildet wird, die jeweils durch eine Verstärkerstufe angesteuert werden.