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2024-09-21T06:27:27Z

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[[Datei:Elektrofeldmeter.jpg|mini|Elektrofeldmeter mit Anzeige von Abstand und Spannung. Die Stäbe aus [[Isolierstoff]] helfen, einen definierten Abstand bei Spannungsmessung einzuhalten]]

Ein '''Elektrofeldmeter''', auch ''elektrisches Feldmeter'', '''Rotationsvoltmeter''' oder '''Feldmühle''' ({{enS|„field mill“}}) genannt, ist ein Gerät zur Messung der [[Elektrische Feldstärke|elektrischen Feldstärke]]. Bei definierter Messentfernung zu einem Objekt kann es als [[Spannungsmessgerät]] verwendet werden.

Wie auch das [[Elektroskop]] entzieht das Elektrofeldmeter dem zu messenden Objekt keine Energie und verfälscht somit das Messergebnis nicht, ist aber viel empfindlicher. Abhängig von der Bauweise kann eine Auflösung bis herab zu 10 V/m (für Rotationsvoltmeter, bei handlicheren Elektrofeldmetern nur bis etwa 1 kV/m) erreicht werden.

== Funktionsweise ==
[[Datei:Signalverarbeitung-Feldmühle.svg|mini|Signalverarbeitung in der Feldmühle. ➀ Flügelrad; ➁ Sensorplatten; ➂ Gegenplatte; ➃ Lichtschranke; ➄ Motor; ➅ Verstärker; ➆ Multiplizierer; ➇ Tiefpass; ➈ Anzeige]][[Datei:Prinzip-Feldmühle.svg|mini|Prinzip der Feldmühle in der Abwicklungsansicht]]
An der Vorderseite der Geräte befindet sich ein [[Vergolden|vergoldeter]] elektrostatischer Chopper (Flügelrad, daher rührt auch die Bezeichnung „Feldmühle“).<ref>{{Internetquelle |url=http://www.missioninstruments.com/pages/learning/about_fm3.html |titel=Mission Instruments: About Field Mills |abruf=2024-09-21}}</ref><ref>{{Internetquelle | url=http://www.igb.fraunhofer.de/WWW/Service/OA/Analytik-Anlagen/dt/Elektrofeldmeter.html | titel=Messung elektrostatischer Felder und Ladungen | hrsg=Fraunhofer IGB | datum=2003-10-24 | archiv-url=https://web.archive.org/web/20050314004252/http://www.igb.fraunhofer.de/WWW/Service/OA/Analytik-Anlagen/dt/Elektrofeldmeter.html | archiv-datum=2005-03-14 | zugriff=2011-10-23}}</ref> [[Gold]] verringert laut einiger Hersteller<ref>{{Internetquelle |url=http://www.elex-antistatique.com/pdf/EFM-120_Bed_NT_D-E-F_pdf.pdf |titel=Elektrofeldmeter |archiv-url=https://web.archive.org/web/20140114081237/http://www.elex-antistatique.com/pdf/EFM-120_Bed_NT_D-E-F_pdf.pdf |abruf=2024-09-21}}</ref><ref>{{Internetquelle | url=https://www.phywe.de/physik/elektrizitaet-und-magnetismus/elektrostatik-und-elektrisches-feld/elektrofeldmeter_18202_20208/ | titel=Elektrofeldmeter, USB | titelerg=Betriebsanleitung | hrsg=PHYWE Systeme GmbH und Co. KG | format=PDF; 502 kB | zugriff=2023-11-06 }}</ref> den Messfehler, da es in der [[Elektrochemische Spannungsreihe|Elektrochemischen Spannungsreihe]] eine ähnliche Position wie Sauerstoff hat. Das Flügelrad gibt periodisch Fensteröffnungen frei und verschließt sie wieder. Deshalb kann sich die Sensorelektrode hinter dem Chopper durch [[Influenz]] des externen elektrischen Feldes abwechselnd auf- und entladen. Diese Ladungsänderung kann unterschiedlich gemessen werden:

* Im einfachsten Fall wird die Sensorelektrode über einen sehr hochohmigen Widerstand geerdet, um eine ausreichend große [[Zeitkonstante]] zu erzielen. Daran erzeugt der Umladestrom eine Wechselspannung, die über einen [[Spannungsfolger]] ([[Operationsverstärker#Nichtinvertierender Verstärker (Elektrometerverstärker)|Elektrometerverstärker]]) niederohmig gemacht wird.
* Bei höheren Ansprüchen erzeugt ein [[Ladungsverstärker]] die Messspannung. Dieser sorgt durch seinen [[Virtuelle Masse (Elektronik)|virtuellen Nullpunkt]] dafür, dass die Sensorplatte stets auf Nullpotential bleibt, was die Isolationsprobleme drastisch verringert.

Nach ausreichender Verstärkung wird die Wechselspannung in einem [[Gleichrichter#Synchrongleichrichter|Synchrongleichrichter]], dessen Umschaltfrequenz mit der Rotationsfrequenz des Flügelrades übereinstimmt, gleichgerichtet und angezeigt. Auf diese Weise kann die Polarität der Spannung beziehungsweise die Richtung des elektrischen Feldes bestimmt werden.

Dieses Prinzip ermöglicht, [[Elektrostatik|statische]] [[Elektrische Ladung|elektrische Ladungen]] und [[Elektrisches Feld|Felder]] zu bestimmen, ohne ihnen Energie zu entnehmen – zur Messung fließt kein Strom.

== Anwendungen ==
[[Bild:Field mill.jpg|mini|Feldmühle am [[Kennedy Space Center]] in Florida.]]

Aus den gemessenen Feldstärken kann man auf benachbarte Oberflächenladungen schließen, die unter anderem in [[Electrostatic Protected Area|elektrostatisch geschützten Bereichen]] (ESD-Arbeitsplätzen) und bei der Herstellung und Verpackung elektronischer Bauteile und Komponenten vermieden werden müssen. Sie könnten zu [[Elektrostatische Entladung|elektrostatischen Entladungen]] führen.

In der Meteorologie und Klimaforschung werden Veränderungen des elektrischen Feldes in der Erdatmosphäre gemessen, die durch Wettererscheinungen wie Gewitter, Kalt- bzw. Warmfrontdurchgänge, Regenwolken und andere elektrostatische Phänomene in der Atmosphäre erzeugt werden. Notfalls werden Raketenstarts verschoben.<ref>{{Internetquelle |url=https://spaceref.com/press-release/florida-airborne-field-mill-research-may-improve-launch-weather-criteria/ |titel=Florida Airborne Field Mill Research May Improve Launch Weather Criteria |werk=Kennedy Space Center |datum=11. Juli 2000 |abruf=2023-12-18}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Lock-in-Verstärker]]

== Weblinks ==
* [http://www.rapp-instruments.de/static-machines/measuring/feldmuehle/feldmuehle.htm Beschreibung und Arbeitsweise - auf www.rapp-instruments.de]
* [http://www.qsl.net/dh1stf/ Stefan Kneifels DH1STF (Feldmühle)]
* [https://web.archive.org/web/20160214213254/http://www.hcrs.at/FELDMU.HTM hcrs Feldmühle] (Webarchiv)
* [https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/ladungen-felder-oberstufe/ausblick/feldmuehle Erläuterung auf Schülerniveau] ([[LEIFI]])

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Elektrotechnisches Messgerät]]
[[Kategorie:Elektrostatik]]

Elektrofeldmeter - Versionsgeschichte

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