3B Scientific Electric Field Meter User Manual [en, de, es, fr, it]

3B SCIENTIFIC

Bedienungsanleitung

02/08 ALF

®

PHYSICS

E-Feldmesser U8533015

1 Abschirmplatte
2 Abschirmzylinder
3 Massebuchse
4 Netzschalter (nicht sichtbar)
5 Spannungsausgang
6 Massebuchse Spannungsaus-

gang
7 Messbereichswahlschalter
8 Offsetregler
9 Satz Abstandsscheiben aus

Plexiglas
10 Spannungsmessplatte, Messbe-

reich 1x
11 Spannungsmessplatte, Messbe-

reich 10x
12 Kondensator-Messplatte, 250

cm²
13 Kondensatorplatte, 250 cm²

1. Sicherheitshinweise

Der E-Feldmesser entspricht den Sicherheitsbestim­mungen für elektrische Mess-, Steuer-, Regel- und
Laborgeräte nach DIN EN 61010 Teil 1 und ist nach
Schutzklasse I aufgebaut. Es ist für den Betrieb in
trockenen Räumen vorgesehen, die für elektrische
Betriebsmittel geeignet sind.

Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch ist der sichere
Betrieb des Gerätes gewährleistet. Die Sicherheit ist
jedoch nicht garantiert, wenn das Gerät unsachgemäß
bedient oder unachtsam behandelt wird.

Wenn anzunehmen ist, dass ein gefahrloser Betrieb
nicht mehr möglich ist, ist das Gerät unverzüglich
außer Betrieb zu setzen.

In Schulen und Ausbildungseinrichtungen ist der Be­trieb des Gerätes durch geschultes Personal verant­wortlich zu überwachen.

• Vor Erstinbetriebnahme überprüfen, ob der auf

der Gehäuse-Rückseite aufgedruckte Wert für die
Netzanschlussspannung den örtlichen Anforde­rungen entspricht.

• Vor Inbetriebnahme das Gehäuse und die Netzlei-

tung auf Beschädigungen untersuchen und bei
Funktionsstörungen oder sichtbaren Schäden das
Gerät außer Betrieb setzen und gegen unbeab­sichtigten Betrieb sichern.

• Gerät nur an Steckdosen mit geerdetem Schutzlei-

ter anschließen.

• Kondensatorplatte und Spannungsmessplatte nur

bei ausgeschaltetem Gerät aufsetzen.

1

2. Beschreibung

Der E-Feldmesser dient zur statischen Messung elektri­scher Feldstärken oder elektrischer Spannungen.

1. Messprinzip zur Messung der elektrischen Feldstär­ke: Vor einer Sonde mit vier sternförmig angeordne­ten Sektoren (Influenzplatte) dreht sich eine gleich
geformte Abschirmplatte. Auf diese Weise wird ein auf
die Sonde wirkender elektrischer Fluss ständig unter­brochen und auf der Sonde entstehen periodisch
Influenzladungen, die über einen hochohmigen Wi­derstand abfließen. Die so erzeugten Spannungsim­pulse werden im Gerät verstärkt und gleichgerichtet.
Die Ausgangsspannung ist der Influenzspannung und
damit der auf die Sonde wirkenden elektrischen Feld­stärke proportional.

A

B

C

1 mm

Fig. 1 A Abschirmplatte, B Influenzplatte, C Abschirmzylinder

Als Anzeigeinstrument kann ein üblicher Gleichspan­nungsmesser (Messbereich 1 V oder 3 V) verwendet
werden. 1 Volt Anzeigespannung entspricht einer
elektrischen Feldstärke von 100 V/cm, 300 V/cm oder
1000 V/cm, umschaltbar am Drehschalter im Bereich
„E“.

2. Messprinzip des E-Feldmessers als Influenz­Elektrometer: Eine Kondensatorplatte (Spannungs­messplatte) wird in einem genau definierten Abstand
von der Sonde angeordnet. Sie bildet zusammen mit
der Sonde einen Kondensator, dessen elektrische
Feldstärke eine Funktion der Kondensatorspannung
und des Plattenabstandes ist.

Eine an die Spannungsmessplatte angelegte Spannung
wird in den Schalterstellungen „U" angezeigt. Ver­wendet man die Spannungsmessplatte mit kleinem
Abstand, so entspricht 1 Volt Anzeigespannung je nach
Schalterstellung im Bereich „U“ einer Messspannung
von 10 V, 30 V oder 100 V. Bei der Spannungsmess­platte mit großem Abstand erweitert sich der Messbe­reich um den Faktor 10.

Das Gerät ist gegen Überspannung, auch bei Funken­überschlag, voll geschützt.

3. Lieferumfang

1 E-Feld-Messer Grundgerät
1 Spannungsmessplatte, Messbereich 1x
1 Spannungsmessplatte, Messbereich 10x
1 Kondensator-Messplatte, 250 cm
1 Kondensatorplatte auf Stiel, 250 cm

2

2

20 Abstandscheiben aus Plexiglas, 1 mm

4. Technische Daten

Betriebsspannung: siehe Geräterückseite
Ausgangsspannung: max. 10 V
Messbereiche (1 V Ausgangsspannung entspricht):

100 V/cm, 300 V/cm,
1000 V/cm
10 V, 30 V, 100 V (mit
Spannungsmessplatte 1x)
100 V, 300 V, 1000 V (mit
Spannungsmessplatte 10x)

Eingangswiderstand: 10 MΩ
Abmessungen: ca. 140 x 110 x 70 mm

3

Masse: ca. 1 kg
Der E-Feldmesser U8533015-115 ist für eine Netz-

spannung von 115 V (±10 %) ausgelegt, U8533015-230
für 230 V (±10 %).

5. Empfohlenes Zubehör

Analog-Multimeter AM50 U17450
Zubehör zum E-Feldmesser U8533050
Kontaktstab U8497730

Widerstand 300 kΩ U51013

6. Bedienung

6.1 Allgemeine Hinweise

• Wenn immer möglich mit nicht berührungsge-

fährlicher Spannung experimentieren.

• Bei Einsatz von Netzgeräten, die eine berührungs-

gefährliche Spannung liefern, den Widerstand
(U51013) zur Strombegrenzung verwenden.

• Bei allen Messungen den Kontaktstab mit der

Massebuchse am Abschirmzylinder verbinden und
in die Hand nehmen, damit der Experimentator
auf dem gleichen Potenzial ist.

• Vor jeder Messreihe sollte eine Nullpunktkalibrie-

rung des E-Feldmessers für jeden Messbereich
vorgenommen werden.

2

• Nach Einstecken des Netzsteckers einige Minuten

abwarten, bis das Gerät die Betriebstemperatur
erreicht hat.

• Um eine Beschädigung des E-Feldmessers zu ver-

meiden, die rotierende Flügelscheibe nicht berüh­ren!

• Isolierteile am Gerät und an den Messplatten

sauber halten (nicht berühren) und bei hoher
Luftfeuchtigkeit evtl. in einem Warmluftstrom
(Fön) trocknen.

Bei Feldstärkemessungen ist zu beachten, dass die
Influenzplatte tiefer liegt als die Abschirmplatte. Diese

Differenz liegt bei Δd = ca. 1 mm und muss für ge­naue Messungen experimentell bestimmt und bei
Messungen berücksichtigt werden. Die Feldstärke E
berechnet sich aus der Spannung U und dem Platten­abstand d nach der Formel

U

EΔ+=

dd

6.2 Nullpunktkalibrierung

• Nullpunktkalibrierung zuerst am Anzeigeinstru-

ment durchführen (siehe entsprechende Bedie­nungsanleitung).

• Anzeigeinstrument an den Spannungsausgang des

E-Feldmessers anschließen.

• Spannungsmessplatte mit kleinem Abstand auf-

setzen und mittels der Rändelschraube fixieren.

• Messbereichswahlschalter in der Schalterstellung

„U" auf den größten Messbereich einstellen.

• Messplatte mit der Massebuchse am Abschirmzy-

linder verbinden.

• E-Feldmesser einschalten und mittels des Offset-

reglers den Nullpunkt einstellen.

• Nullpunktkalibrierung in der gleichen Weise in

den kleineren Messbereichen durchführen.

6.3 Messung der Feldstärke eines Plattenkonden­sators

Zur Durchführung des Experiments ist ein DC­Netzgerät erforderlich, das eine geglättete Spannung
liefert z.B.

1 DC Netzgerät 500 V U33000-115
oder
1 DC Netzgerät 500 V U33000-230

1 Widerstand 300 kΩ U51013
1 Kontaktstab U8497730

• Experimentieraufbau gemäß Fig. 2 herstellen.

• Anzeigeinstrument am Spannungsausgang des E-

Feldmessers anschließen.

• Kondensator-Messplatte auf den Abschirmzylinder

setzen und mit der Rändelschraube fixieren.

• Abstandsscheiben auf die Kondensator-Messplatte

und darauf die Kondensatorplatte legen.

• Pluspol des DC-Netzgeräts mit der Kondensator-

platte und Minuspol mit der Massebuchse am Ab­schirmzylinder verbinden.

• Messbereichswahlschalter in der Schalterstellung

„E" auf den gewünschten Messbereich einstellen.

• E-Feldmesser und Netzgerät einschalten.

• Verbindung zwischen Experimentator und Masse-

buchse am Abschirmzylinder herstellen.

• Messung durchführen.

• Gemessene Feldstärke mit dem theoretischen

Wert vergleichen.

• Zum Nachweis der Abhängigkeit der Feldstärke

vom Plattenabstand mit Hilfe der Abstandsschei­ben verschiedene Plattenabstände herstellen und
Messungen durchführen.

• Nach dem Experiment die Kondensatorplatte

entladen. Dazu die Kondensatorplatte mit dem
Abschirmzylinder verbinden.

6.4 Spannungsmessung mit dem Influenzelektro­meter

Zusätzlich erforderlich:
1 Hochspannungsnetzgerät 5 kV U33010-115

oder
1 Hochspannungsnetzgerät 5 kV U33010-230

1 Widerstand 300 kΩ U51013
1 Kontaktstab U8497730

• Experimentieraufbau gemäß Fig. 3 herstellen.

• Anzeigeinstrument am Spannungsausgang des E-

Feldmessers anschließen.

• Je nach Höhe der zu messenden Spannung ent-

sprechende Spannungsmessplatte auf den Ab­schirmzylinder setzen und mit der Rändelschrau­be fixieren.

• Pluspol des Netzgeräts mit der Spannungsmess-

platte Minuspol mit der Massebuchse am Ab­schirmzylinder verbinden.

• Messbereichswahlschalter in der Schalterstellung

„U" auf den gewünschten Messbereich einstellen.

• E-Feldmesser und Netzgerät einschalten.

• Verbindung zwischen Experimentator und Masse-

buchse am Abschirmzylinder herstellen.

• Messung durchführen.

• Nach dem Experiment die Spannungsmessplatte

entladen. Dazu die Spannungsmessplatte mit dem
Abschirmzylinder verbinden.

3

Fig. 2 Bestimmung der Feldstärke eines Plattenkondensators.

Fig. 3 Spannungsmessung mit dem Influenzelektrometer

Elwe Didactic GmbH • Steinfelsstr. 6 • 08248 Klingenthal • Deutschland • www.elwedidactic.com

3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Deutschland • www.3bscientific.com

Technische Änderungen vorbehalten

© Copyright 2008 3B Scientific GmbH

3B SCIENTIFIC

Electric Field Meter U8533015

Instruction Sheet

02/08 ALF

®

PHYSICS

1 Shielding plate
2 Screening cylinder
3 Earth socket
4 Mains switch (not visible)
5 Output voltage socket
6 Earth socket for output
7 Measurement range switch
8 Offset adjustment
9 Set of Plexiglas spacer discs
10 Voltage measurement plate for

1× range

11 Voltage measurement plate for

10× range

12 Capacitor plate for voltage

measurements, 250 cm²

13 Capacitor plate, 250 cm²

1. Safety Instructions

The electric field meter complies with the safety
requirements of DIN EN 61010, part 1, relating to
electrical measurement, control and regulation
applications and for laboratory instruments, and its
design complies with protection class I. It is designed
for operation in dry environments suitable for
working electricity.

Safety is guaranteed if the instrument is used as
stipulated. However, safety cannot be guaranteed in
cases of incorrect or careless operation.

If there is reason to suspect that safe operation is no
longer assured, the instrument must be taken out of
use immediately.

In schools and other educational establishments, the
instrument may only be used under the supervision of
a responsible person.

• Before using the instrument for the first time,

check that the local mains voltage corresponds
with that printed on the back of the housing.

• Before using the instrument, examine the housing

and the mains cable. If there is visible damage or
if the instrument does not function properly, take
it out of service and secure it to prevent
unauthorised use.

• The instrument may only be plugged in at a mains

socket with an earth connection.

• The capacitor plate and the voltage measurement

plate must only be put in place when the
instrument is switched off.

1

2. Description

The electric field meter is used for the measurement
of electrostatic field intensities or voltages.

1. The principle for measuring electric field strength is
as follows: A shielding plate with four vanes
distributed in the shape of a star (induction plate) is
rotated in front of a detector plate (probe) of similar
shape. This arrangement means that the electric flux
surrounding the detector plate is continually
interrupted, so that an induced charge is generated
intermittently on the detector plate. This periodically
occurring charge is conducted away through a high­value resistor. The voltage pulses thus generated are
amplified and rectified. The resulting output voltage is
proportional to the induced voltage, and therefore to
the strength of the electric field acting on the detector
plate.

A

B

C

1 mm

Fig. 1 A Shielding plate, B Induction plate, C Screening

cylinder

An ordinary DC voltmeter (with measurement ranges 1
V and 3 V) can be used to display the results. The 1V
range corresponds to electric field strength ranges of
100 V/cm, 300 V/cm or 1000 V/cm, selected by turning
the rotary selector switch knob to one of the three “E”
positions.

2. The principle of the electric field meter when used
as an induction electrometer is as follows: A capacitor
plate (the voltage measurement plate) is positioned at
a precisely defined distance from the detector plate
(probe). The combination of the two forms a capacitor,
and the electric field strength within it is a function of
the capacitor voltage and the distance between the
plates.

With the range switch set to one of the “U” positions, a
voltage applied to the voltage measurement plate is
indicated on the voltmeter. When the voltage
measurement plate is positioned at the shorter of the
two distances, a meter reading of 1 volt corresponds
to a measured voltage of 10 V, 30 V or 100 V,
depending on the position of the switch in the “U”
range. When the voltage measurement plate is
positioned at the greater distance, the measurement
ranges are increased by a factor 10.

The instrument is fully protected against excess
voltage, even if a spark discharge occurs.

3. Equipment Supplied

1 Electric field meter, basic instrument
1 Voltage measurement plate for measurement range

1×
1 Voltage measurement plate for measurement range

10×
1 Capacitor plate for voltage measurements, 250 cm
1 Capacitor plate on stem, 250 cm

2

2

20 Plexiglas spacer discs, 1 mm

4. Technical Data

Operating mains voltage: see back of instrument
Output voltage: max. 10 V
Measurement ranges (corresponding to 1V output):

100 V/cm, 300 V/cm,
1000 V/cm
10 V, 30 V, 100 V (with voltage
measurement plate 1x)
100 V, 300 V, 1000 V (with
voltage measurement plate 10x)

Input resistance: 10 MΩ
Dimensions: 140×110×70 mm

3

approx.
Weight: 1 kg approx.
The U8533015-230 electric field meter is designed for

a mains voltage of 230V (±10%), and the U8533015­115 model for 115V (±10%).

5. Recommended Accessories

Analog multimeter AM50 U17450
Accessories for the electric field meter U8533050
Contact rod U8497730

Resistor 300 kΩ U51013

6. Operation

6.1 General instructions

• Whenever possible, conduct the experiments

using voltages that are not dangerous to the
touch.

• When using mains-connected instruments that

generate a voltage that would be dangerous to
touch, use a resistor (U51013) to limit the current.

• For all measurements, connect the contact rod to

the earth socket on the screening cylinder and
hold it in your hand, so that you are also at the
same potential.

• Before each set of measurements, the zero-point

of the electric field meter should be calibrated for
all the measurement ranges.

2

• After plugging into the mains, wait a few minutes

for the instrument to reach normal working
temperature.

• To avoid damage to the electric field meter, do

not touch the rotating vaned wheel.

• The insulating parts of the instrument and the

measurement plates must be kept clean and dry
(avoid touching them). When the air is very
humid, it may be necessary to dry them in a
current of warm air (use a hair-dryer).

For measurements of electric field strength, the
induction plate should be positioned below the

screening plate. The difference Δd is approximately 1
mm, and for precise measurements it must be
determined experimentally and taken into account in
the measurements. The field strength E is calculated
from the voltage U and the distance d between the
plates according to the formula

U

EΔ+=

.

dd

6.2 Zero-point calibration

• First calibrate the zero-point for the indicating

instrument (e.g., a voltmeter – see relevant
instruction sheet).

• Connect the indicating instrument to the voltage

output of the electric field meter.

• Place the voltage measurement plate in position

at the shorter distance and secure it with the
knurled screw.

• Turn the measurement range switch to the “U”

position and set to the highest range.

• Connect the measurement plate to the earth

socket of the screening cylinder.

• Switch on the electric field meter and set the zero

point using offset adjustment.

• Calibrate the zero-point for the two lower

measurement ranges by the same procedure.

6.3 Measurement of the field strength in a plate
capacitor

This experiment requires a DC power supply with a
smoothed voltage outout, for example:

1 DC power supply, 500 V U33000- 230
or
1 DC power supply, 500 V U33000- 115

1 Resistor 300 kΩ U51013
1 Contact rod U8497730

• Set up the experiment as shown in Fig. 2.

• Connect the indicating instrument to the voltage

output of the electric field meter.

• Place the capacitor plate for voltage

measurements on the screening cylinder and
secure it with the knurled screw.

• Place the required spacer discs on the capacitor

plate for voltage measurements and place the
other capacitor plate on top.

• Connect the positive output terminal of the DC

power supply to the upper capacitor plate and the
negative output terminal to the earth socket of
the screening cylinder.

• Turn the measurement range switch to the “E”

position and select the required range.

• Switch on the electric field meter and the DC

power supply.

• Make a connection between the person

conducting the experiment and the earth socket
of the screening cylinder.

• Carry out the measurement.

• Compare the measured field strength with the

theoretical value.

• Make a series of similar measurements with

different distances between the plates using the
spacer discs, to demonstrate the dependence of
the field strength on the plate separation.

• After the experiment, discharge the capacitor

plate by connecting it to the screening cylinder.

6.4 Measurement of voltages using the instrument
as an induction electrometer

Additional equipment required:
1 High voltage power supply, 5 kV U33010-230

or
1 High voltage power supply, 5 kV U33010-115

1 Resistor 300 kΩ U51013
1 Contact rod U8497730

• Set up the experiment as shown in Fig. 3.

• Connect the indicating instrument to the voltage

output of the electric field meter.

• Depending on the voltage to be measured, place

the appropriate voltage measurement plate on
the screening cylinder and secure it with the
knurled screw.

• Connect the positive output terminal of the high

voltage power supply to the voltage measurement
plate and the negative output terminal to the
earth socket of the screening cylinder.

• Turn the measurement range switch to the “U”

position and select the required range.

• Switch on the electric field meter and the high

voltage power supply.

• Make a connection between the experimenter and

the earth socket of the screening cylinder.

• Carry out the measurement.

• After the experiment, discharge the voltage

measurement plate by connecting it to the
screening cylinder.

3

Fig. 2 Determining the field strength inside a plate capacitor

Fig. 3 Voltage measurement using the instrument as an induction electrometer

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3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Germany • www.3bscientific.com

Subject to technical amendments.

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