Weston 155 AC Voltmeter Modell 155
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Das älteste Meßgerät in meinem Labor stammt aus den 1920ern, ein "Model 155 AC Voltmeter" der Fa. Weston, welche von niemand Geringerem als Edward Weston gegründet wurde. Weston war der Erfinder des Weston-Normalelements, über welches von 1911 bis 1990 der Wert des internationalen Standards für die Maßeinheit Volt definiert wurde..

Von diesem Gerät wurden unter derselben Typbezeichnung «155» etliche Varianten produziert, sowohl als Voltmeter als auch Amperemeter, basierend auf demselben Dreheisen-Meßwerk. Das vorliegende Modell bietet die zwei Spannungsbereiche 150 und 300 V. Der Zustand ist nicht mehr ganz originalgetreu und relativ ramponiert.

Die ursprünglichen Daten dieser Voltmeter waren für die 1920er schon recht anspruchsvoll, eigentlich waren es Laborgeräte, mit 0,5% spezifizierter Genauigkeit. Durch die Spiegelskala und die ausgeklügelte Zeigermechanik mit Messerzeiger kann man ohne weiteres auf 0,5 V genau (im 150 V–Bereich) ablesen (auf heutige Bezeichnungen übertragen also ein «23/4stelliges» Instrument :-)

Und wie geht es unserem Patienten? Gemischt, wie es sich herausstellt. Erst einmal keine Reaktion auf Spannung, kein Durchgang. Es wir doch nicht das Meßwerk «geschossen» sein? Außerdem stört die vierte Anschlußklemme, die auf keinem anderen Foto eines solchen Gerätes im Internet zu finden ist, und auch anders aussieht als die drei anderen. Offenbar verbastelt ...

*) Ist aber einfach zu reparieren: In den Kunststoffteil (1920? Vulkanisierter Gummi?) ein 0,8 mm–Loch bohren, Stahldrahtstift hinein, fertig. Wer einen halb kaputten 0,8er Bohrer hat, läßt den praktischerweise gleich drin :-)

Das Gehäuse besteht aus einer wannenförmigen Rückseite und einer L-förmigen Front, beide aus Holz. In die Front ist eine Glasscheibe eingekittet, wie das bei Fenstern üblich war.

Nach Lösen von 2 Schrauben an der unteren Schmalseite kann man die Front herunterziehen, sie wird innen von Messingriegeln gehalten. Vorher muß man aber unbedingt die Nullschraube vorne aus dem Gehäuse abschrauben, weil sonst der Exzenterstift im Inneren abbricht. (Offenbar war das bei diesem Gerät schon jemandem passiert. *)

Zum Vorschein kommt ein sehr feines Meßwerk. Ein Messingschild an der Front zählt stolz einige US-Patente aus den 1890ern auf, auf denen das Instrument beruht.

Ebenfalls auf der Vorderseite findet sich ein Knopf, der im Inneren einen simplen Tastkontakt aus zwei Federblechen betätigt. Noch eine Bastelei — der Kontakt ist überbrückt?!?

Was jetzt auch klar wird, ist der Zweck der vierten Klemme — die ist nämlich direkt am Meßwerk angeschlossen. Die Spule des Werkes ist offenbar intakt, 128 Ω gemessen. Gut, also her mit einem Vorwiderstand — 1., kΩ side gerade zur Hand — und ran an die Volts! (Ein Stelltrenntrafo ist hier wirklich nützlich und verbessert die Sicherheit erheblich.)

Faceplate seen from inside

Mit dem 1,8 kΩ Vorwiderstand erreichen wir Vollausschlag bei 109 Volt. Der Zeiger bewegt sich sauber. Juhu! Also weiter ... – Rv hat genau 1780 Ω Ri ist wie gesagt 128 Ω, 109 V / (1780+128)  Ω = 53 mA für Vollausschlag. Laut Herrn Ohm kommen wir daher mit einem Vorwiderstand von 2500 Ω genau auf die vorgesehenen 150 V. Was sagt der alte Katalog dazu?

«4688.  Model 155 Portable A.C. Voltmeter, Double Range.
No.B: Range 300/150 V. Approximate Resistance 5000/2500 Ohms.»

Haargenau. Aber das Aroma ...? Ohje, das war ein 1 Watt Widerstand, aber wir quälen ihn mit 1780 Ω * (53 mA)2 = 5 W. Der Arme.

Gut, also was robusteres muß her. Die Kiste gibt 2k2, 9 Watt und 270 Ω, 1 Watt her, in Serie kommt das schon ganz gut hin: 150 V abgelesen bei anliegenden 148 V.

** Die Prägung "4 22" im Gehäuse deuten wir einmal ganz forsch als Herstellungsdatum — April 1922?
Ein Online-Rechner bestimmt aus $48 (1922) rasch einen heutigen Gegenwert: $666. Teuflisch?

Es gibt übrigens einen Grund, warum die 155er in den 1920ern stolze 48 Dollar kosteten ** ... dafür gab's nicht nur das nette Meßwerk; um eine Genauigkeit von 0,5% zu erreichen, muß der Widerstand auch so genau sein, trotz (300 V)2 / 5000 Ω = 18 Watt Leistung bei Vollauscchlag im 300 V–Bereich (nur um die Spannung anzuzeigen!)

Dreheiseninsrumente waren nie besonders empfindlich. Auch bei modernen Schalttafel–Instrumenten (so ziemlich die letzte verbliebene Nische für dieses Meßprinzip) faseln die Hersteller verschämt von einer «Bürde» von etlichen Watt.

So erklärt sich also auch der Tast–Knopf: Nur zum Messen drücken, um Meßfehler durch Selbsterwärmung zu vermeiden! Im Internet finden sich auch Bilder von 600 Volt–Versionen des Modells 155, die haben aber ein höheres Gehäuse und Lüftungslöcher im Bereich des Widerstands. 36 Watt sind doch ein bißchen viel für eine kleine Holzkiste ...

Und wie genau sind unsere Widerstände? Wir wollen nicht den absoluten Temperaturkoeffizienten kompliziert mit Thermometer usw. messen, es reicht eine Aussage über den Unterschied zwischen heißem und kaltem Zustand. Der Widerstand variiert dabei zwischen 2,524 kΩ bei Umgebungstemperatur bis zu 2,491 kΩ nach ein paar Minuten Betrieb mit 150 V, also 1,3% Änderung. Is nix mit 0,5% ... Eine Kontrollmessung mit 148 Volt ergibt «kalt» eine Anzeige von 149,5 Volt und «warm» 147,5 Volt — wieder 1,3%, was uns freut, das Instument ist also gut, der Widerstand aber nicht gut genug!

Was kann man dagegen tun? Es gibt auch Leistungswiderstände mit kleinerem TK zu kaufen, man kann diese auch weniger stark heizen, man kann eine Kompensation vorsehen, usw. Ohne gröbere Änderungen am Gehäuse bleibt die Wärme aber weitgehend drin, also kann man die Selbsterwärmung nicht beliebig reduzieren. Kleiner TK ist möglich, Leistungswiderstände mit < 100 ppm/K sind leicht erhätlich. Eine Abschätzung ergibt: ΔT = (100°C-25°C) = 75K * 100 ppm/K, also 0,75%. War der alte Widerstand wirklich so gut oder gibt's die 0,5% Genauigkeit nur bei spärlichem Betätigen des Tasters?

Übrigens gehen auch die Legierungen Manganin und Konstantan auf Edward Weston zurück ...

Restaurierung folgt ...