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Elektrotechnik

Messgeräte

 

 

Einleitung

Messtechnik

Beim Messen in den Naturwissenschaften und in der Technik geht es primär darum, physikalische Eigenschaften wie z.B. Temperatur, Längen, Volumen, Masse, Stromstärke, elektrische Spannungen, Energie und Leistung eindeutig und reproduzierbar zu erfassen.

Dieses Kapitel soll deshalb einen Überblick der Grundlagen in der Messtechnik für die Elektrotechnik und deren Messgeräte aufzeigen.

Hauptsächlich werden Aufbau und Wirkungsweise eines Messinstruments zur Spannungs- und Strommessung erläutert und die Messprinzipien für verschiedene relevanten Grössen kurz beschrieben.
Bild: Messgeräte am Versuchsaufbau einer Drehstrommaschine.
 

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Allgemein

Einheiten-Umrechnen

Messen heisst Vergleichen, einer unbekannten Grösse mit einer festgelegten Grösse, die als Einheit dient.

Dabei stellt man fest wie oft diese Einheit in der unbekannten Grösse enthalten ist.
Bild: In der Mathematik, der Physik und anderen Fächern setzt man Werte mit Einheiten in Formeln ein. Dabei müssen die Angaben oft in passende Einheiten umgerechnet werden.
 

Grundbegriffe

DIN-Norm

In der Messtechnik sind folgende Grundbegriffe festgelegt, welche in der DIN EN 60051 beschrieben sind.

  • Mit Prüfen wird die Untersuchung eines Gegenstandes auf seine Eigenschaften verstanden. z.B. Prüfung der Spannungsfestigkeit, des Isolationswiderstandes etc.
    Bei einer Isolationsprüfung liegt das Augenmerk auf dem Mindestwert.

  • Mit dem Messen wird der genaue Zahlenwert ermittelt. Es gibt Messgeräte mit unterschiedlichen Genauigkeitsklassen.

  • Beim Eichen (justieren, kalibrieren) wird die Genauigkeit eines Messgerätes wieder hergestellt oder überprüft.

Messwerk Messinstrument Messgerät
Messwerk Messinstrument Messgerät
Das Messwerk besteht aus festen und beweglichen Teilen, sowie Zeiger und Skala. Alle Teile, die unmittelbar an der Anzeige beteiligt sind. Das Messinstrument besteht aus Messwerk, Gehäuse und den darin fest eingebauten Teilen, wie Widerstände, Gleichrichter usw. Es können auch mehrere Messwerke eingebaut sein. Das Messgerät ist das ganze Messinstrument inklusive Zubehör, Kabel, Messwandler, Shunt usw.
Tabelle: Begriffsbestimmung nach DIN EN 60051.

Messinstrumente mit Strichskala und Zeiger sind Analoginstrumente. Digitale Messgeräte besitzen zur Ablesung Ziffernanzeigen.
 

Analoge Messinstrumente

Analoges Anzeigeinstrument

Beim analogen Messinstrument werden die Messwerte mit einem Zeiger und der darunter liegenden Skala abgelesen.
Bild: Analog Messwerk mit Mehrbereich-Skala.

Wir unterscheiden folgende Messprinzipien:
  • Elektrothermisches Messprinzip: Bimetall-Messwerk
  • Elektromagnetisches Messprinzip: Drehspul-Messwerk
  • Elektrostatisches Messprinzip: Elektrostatisches Messwerk1 (veraltet)
1 Das elektrostatische Messwerk ist ein Spannungsmesser der die Anziehungskraft zwischen elektrisch geladenen Metallplatten (Kondensator) ausnutzt. Die Plattenverschiebung erzeugt den Zeigerausschlag.

Vorteile:
  • gute feststellbarer Spannungszustand
  • Messwertänderungen sind leichter ablesbar
  • pulsierende Spannungen lassen sich besser beobachten (bis 40 kHz)
  • aus der Ferne leichter und schneller ablesbar
Nachteile:
  • geringe Messgenauigkeit
  • Ablesefehler durch Parallaxe
  • manuelle Messbereichsänderung
  • Zuordnung Messbereich und Skala muss beachtet werden
  • empfindliche Messwerke z.B. durch magnetische Felder
  • Eingangswiderstand kann die Schaltung und somit die Messung beeinflussen
  • Bei Gleichstrom muss Polarität beachtet werden
  • Messwerk nimmt Schaden bei falschem Messbereich
  • Null-Abgleich im Ω-Bereich erforderlich
  • kein Überlastschutz vorhanden
 

Aufbau Analog-Multimeter

Schaltplan Analog-Multimeter

In der Praxis werden zur Messung von Stromstärken, Spannungen und Widerständen oft Vielfachmessinstrumente (Multimeter) eingesetzt.

In einem Gehäuse aus Kunststoff sind ausser einem Drehspulmesswerk Neben- und Vorwiderstände, sowie Gleichrichter und die Spannungsquelle für die Ohm-Messung verbaut. Über den Drehschalter kann der entsprechende Messbereich ausgewählt werden.

Damit das Gerät nicht zerstört wird immer zuerst richtigen Messbereich einstellen.

Als Schutzfunktion für das Messwerk, sind zwei antiparallele Dioden (D5, D6) verbaut.
Vor jeder Messung immer den richtigen Messbereich wählen!
Bild: Vereinfachter Schaltplan von einem Analog-Multimeter.
 

Messbereich Erweiterung

Wegen dem Messwerk und der Messgenauigkeit, bezieht sich eine Skala immer nur auf den eingestellten Messbereich. Für die unterschiedlichen Anforderungen muss der Stromfluss im Messwerk reduziert bzw. erweitert werden.
  • Im Volt-Meter wird dazu ein Vorwiderstand zum Messwerk verändert.
  • Im Ampere-Meter wird ein Parallelwiderstand zum Messwerk verändert.
 

Shunt-Widerstand

Shunt-Widerstand

Shunt bedeutet parallel schalten.

Ein Shunt-Widerstand wird auch als Nebenschlusswiderstand oder Messwiderstand bezeichnet.

Der niederohmige Widerstand, ist parallel zu einem Messwerk geschaltet. Der entstehende Spannungsabfall wird zur Messung der hohen Ströme verwendet.

Ein Messwerk könnte diese Ströme nicht direkt ertragen und wäre sofort überlastet.

Am Shunt-Widerstand entsteht ein kleiner Spannungsabfall, welcher vom Messinstrument als Strom angezeigt wird.

Ein Shunt-Widerstandswert liegt im mΩ-Bereich oder noch kleiner mit einigen zehntel oder hundertstel mΩ.
Bild: Shunt-Widerstand, Nennstrom: 250 A, Nennspannnungsabfall 60 mV.
   

Messgenauigkeit

Messfehler

Analoge Messskala

Messfehler entstehen bei jeder Messung und haben unterschiedlichste Ursachen.
Bild: Analoge Mehrfach-Messskala für mV und mA.

Der gesamte Messfehler kann sich ergeben
  • aus Anzeigefehlern, die durch die Fertigungstoleranzen der Messwerke entstehen,
  • aus subjektiven Fehlern, die durch falsches Ablesen oder falsche Bedienung der Messgeräte entstehen und
  • durch systematische Fehler, die in der Messanordnung selbst liegen.
Weiter unterscheiden wir zwischen absoluten und relativen Messfehlern.
  • Der absolute Messfehler ist die Differenz zwischen dem angezeigten (oder abgelesenen) Wert und dem wahren (oder wirklichen) Wert.

  • Ein relativer Messfehler zeigt, wieviel Prozent der absolute Fehler vom wahren Wert abweicht.
Analoge Messgeräte haben nahezu über den gesamten Ausschlag den gleichen absoluten Fehler.
Die Messgenauigkeit gibt die höchstzulässige ± Abweichung des angezeigten Wertes an, im Bezug auf den Skalen-Endwert; z.B. ±0,5 mV beim Skalenendwert 100 mV.
 

Parallaxenfehler

Parallaxenfehler

Bei Zeigerinstrumenten treten Ablesefehler auf, wenn schräg von der Seite die Skala abgelesen wird.

Bei richtigem Blickwinkel wird das Spiegelbild des Zeigers vollständig überdeckt.

Solche Ablesefehler werden auch als Parallaxenfehler bezeichnet.
Bild: Spiegelfläche auf Skala zur Erkennung von Parallaxenfehlern.
 

Güteklasse

Analog Skala

Die Güteklasse oder Genauigkeitsklasse eines Messgerätes gibt den zulässigen Messfehler in Prozent (1,5) vom Skalenendwert (z.B. 80 V) an.

Der Messbereich muss so gewählt sein, dass der Messwert im letzten Drittel der Skala angezeigt wird. So ist der relative Messfehler am kleinsten.
Bild: Analoge Messskala mit einem Endwert von 80 und markiertem optimalen Messbereich.

Art Güteklassen
Feinmessgeräte 0,1 0,2 0,5
Betriebsmessgeräte 1 1,5 2,5 5
Tabelle: Einteilung der Güteklassen nach Geräteart.

Bei einer Güteklasse von 1,5 ist ein maximaler Fehler von ±1,5% vom Skalen-Endwert (±1,2 V) zulässig.
Die Genauigkeitsklasse gibt den höchstzulässigen Anzeigefehler in Prozentsatz vom Skalenendwert an.
Um die Grenzwerte ein zu halten, sind bei Gebrauch die Herstellervorschriften zu beachten!

Die Messgenauigkeit gibt die höchstzulässige ± Abweichung des angezeigten Wertes an, im Bezug auf den Skalen-Endwert; z.B. ±0,5 mV beim Skalenendwert 100 mV.
Aufgabe Analog Skala
Kontrollaufgabe
Berechnen Sie die Messgenaugigkeit der Anzeige (40 V) rechts und geben Sie den möglichen Bereich (Effektiv-Wert) an.

PlusMinus   Lösung aufdecken?

Wie gross wäre die prozentuale Abweichung bei einer Anzeige von 10 V?

PlusMinus   Lösung aufdecken?

 

Gerätesymbole

Analog Skala

Auf den Skalen von analogen Messgeräten sind genormte Sinnbilder als Hinweis für den Anwender angebracht.

Messwerk-Symbole
Drehspul-Messwerk Drehspul-Messwerk mit Gleichrichter Drehspul-Messwerk mit Thermoumformer
Drehspul-Messwerk Drehspul-Messwerk mit Gleichrichter Drehspul-Messwerk mit Thermoumformer
Elektrodynamisches-Quotienten-Messwerk Eisennadel-Messwerk Dreheisenmesswerk
Elektrodynamisches-Quotienten-Messwerk Eisennadel-Messwerk Dreheisenmesswerk
Dreheisen-Quotienten-Messwerk Bimetall-Messwerk Elektrodynamisches Messwerk
Dreheisen-Quotienten-Messwerk Bimetall-Messwerk Elektrodynamisches Messwerk
Elektrodynamisches Messwerk, eisengeschlossen Elektrodynamisches-Quotienten-Messwerk Elektrodynamisches Quotienten Messwerk, eisengeschlossen
Elektrodynamisches Messwerk, eisengeschlossen Elektrodynamisches Quotienten Messwerk Elektrodynamisches Quotienten Messwerk, eisengeschlossen
Vibrationsmesswerk, Zungenfrequenzmesser Elektrostatisches Messwerk Drehmagnet Messwerk
Vibrationsmesswerk, Zungenfrequenzmesser Elektrostatisches Messwerk Drehmagnet Messwerk
Hitzdraht Messwerk Induktions Messwerk Induktions Quotienten Messwerk
Hitzdraht Messwerk Induktions Messwerk Induktions Quotienten Messwerk
Tabelle: Messwerk Symbole
Gebrauchslage
Waagrecht Senkrecht Schräglage 60° Schräglage 45°
Waagrecht Senkrecht Schräglage 60° Schräglage 45°
Tabelle: Gebrauchslage der Messgeräte
Prüfspannung
keine Prüfspannung 500 V 2000 V
keine Prüfspannung 500 V 2000 V
Tabelle: Angaben zur Prüfspannung.
Stromarten
AC / DC Gleichspannung Wechselspannung
AC / DC Gleichspannung Wechselspannung
Tabelle: Angabe der Stromarten.
Warnhinweise
Doppelisolation gefährliche Spannung Warnhinweis
Doppelisolation gefährliche Spannung Warnhinweis
Tabelle: Allgemeine Warnhinweise.
   

Messwerke

Drehspulmesswerk

Drehspulmesswerk

Das Drehspul-Messwerk besitzt ein Dauermagnet und eine drehbar gelagerte Spule.

Als Gegenkraft sind zwei meist gegensinnig gewickelte Spiralfedern vorhanden, über welche der Messtrom der Spule zugeführt wird.

Durch den Messstrom entsteht eine Kraftwirkung (Lorentzkraft) und die Spule dreht sich um ihre Achse, bis die Drehkraft zur Federkraft im Gleichgewicht steht.
Bild: Prinzipzeichnung Drehspulmesswerk.

Foto Drehspulmesswerk

Die Richtung der Kraft ändert mit der Stromrichtung ihr Vorzeichen.
Grössere Ströme werden durch Parallelwiderstände aufgeteilt, so dass nur noch ein Bruchteil des Messstromes durch die Drehspule fliesst.

Der Innenwiderstand setzt sich aus der Parallelschaltung von Nebenwiderstand und Drehspule zusammen.
Legende: 1 Weicheisenkern | 2 Permanentmagnet | 3 Polschuhe | 6 Rückstellfeder | 7 Drehspule | 12 Zeiger
Der Innenwiderstand wird in Ω/Volt angegeben.
Der Eigenverbrauch des Messwerkes ist gegenüber dem Verbrauch des Nebenwiderstandes vernachlässigbar klein.

Mit einem Gleichrichter kann das Messwerk auch im Wechselstrom eingesetzt werden. Die Anzeige entspricht einem linearen Mittelwert des gleichgerichteten Stromes.
 

Quotienten-Messwerk

Quotienten-Messwerk

Das Kreuzspul- oder Drehspul-Quotienten-Messwerk besteht aus zwei miteinander fest verbundenen, gekreuzten Spulen, die innerhalb eines Magneten drehbar gelagert sind.

Beide Spulen sind gegeneinander geschaltet. Die Stromzuleitung erfolgt durch richtkraftfreie Metallbänder, so dass die Kreuzspule mit Zeiger im stromlosen Zustand keine feste Ruhelage besitzt.

Fliesst ein Strom durch die Spulen, so entstehen Drehmomente, die sowohl von der Stromstärke als auch von der jeweiligen Stellung der Spulen im Magnetfeld abhängig sind.
Bild: Grundprinzip eines Quotienten-Messwerks.

Foto Quotienten-Messwerk

Die Kreuzspule dreht sich in diejenige Stellung, bei der das Drehmoment im Gleichgewicht ist.

Die eine Spule ist mit dem Messwiderstand verbunden. Die andere Spule an einem festen Widerstand angeschlossen. Dabei liegen beide Spulen an gleicher Spannung.

Fliesst in beiden Spulen der gleiche Strom, heben sich die Magnetfelder auf. Es entsteht kein Zeigerausschlag.

Sobald sich der Messwiderstand ändert, erfolgt ein Zeigerausschlag in entsprechender Richtung.
Bild: Temperaturanzeige mit Kreuzspuleninstrument und festem Widerstand.

Instrumententafel MB

Im Fahrzeugen (Kombi-Instrument) und Booten werden häufig Anzeigen mit Kreuzspulmesswerken für Tankinhalt, Öldruck oder Motortemperatur verwendet, da das Messgerät unempfindlich gegenüber Schwankungen in der Versorgungsspannung ist.
Bild: Anzeigeinstrument Mercedes Typ 124.
Quotienten-Messwerke sind unempfindlich gegenüber Spannungsschwankungen.
 

Bimetall-Messwerk

Bimetalmessgerät

Ein Bimetall-Streifen besteht aus zwei aufeinander gewalzten Metallen mit unterschiedlichem Ausdehnungskoeffizienten. Bei Erwärmung tritt eine Formänderung ein.

Wenn der Streifen als Spirale ausgebildet wird, hat er bei geeigneter Konstruktion das Bestreben, sich durch die Erwärmung aufzurollen.

In der Temperaturanzeige wird ein Hitzedraht in Reihe zum Temperaturfühler aufgewickelt. Je nach Temperatur verändert sich der Stromfluss und folglich die Erwärmung. Dies hat ein entsprechender Zeigerausschlag zur Folge.
Bild: Kombiniertes Bimetall-Dreheisen Messwerk.
 

Spannungskonstanthalter

Spannungskonstanthalter VW

mechanischer Spannungsregler
Der mechanische Spannungsstabilisator (auch Spannungsregler oder Spannungskonstanthalter) gewährleistet eine konstante Betriebsspannung von 10 ± 0,2 Volt. Er verhindert, dass die Anzeigen der Tankuhr, Temperaturen Kühlmittel und Öl nicht von Schwankungen der Anlagenspannung beeinflusst werden. So etwa beim Ein- oder Ausschalten zusätzlicher Verbraucher.

Die Messwerte zeigen somit immer verzögerte Werte an und schwankt kaum mehr.

Ein Spannungsregulier passt die Spannung von 14,5 Volt auf ca. 10 Volt an. Bei Ausfall zeigen alle Instrumente zu viel, zu wenig oder gar nicht mehr an.
Bild: Spannungskonstanthalter von Volvo oder englischen Fahrzeugen.

elektronischer Spannungskonstanthalter

elektronischer Konstanthalter
Modernere Ausführungen verwenden elektronische Konstanthalter auch als sogenannte Festspannungsregler bezeichnet.
Bild: STMicroelectronics L78S10CV, Gehäuseart TO-220, Ausgangsspannung 10 V, I(out) 2 A
 

Wirbelstrom-Tachometer

Wirbelstrom Tachoanzeige

Der Wirbelstrom-Tachometer arbeiten nach dem Wirbelstromprinzip.

Die Tachometerwelle treibt einen Dauermagneten an, welcher in einer Aluminiumglocke ein Wirbelstromfeld erzeugt, und die Zeigerachse antreibt.

Nach der Lenzschen Regel induziert der rotierende Magnet in die Trommel Wirbelströme, die mit steigender Drehzahl stärker werden und die Trommel mitschleppen. Sie ist direkt mit dem Zeiger des Instrumentes und einer Spiralfeder gekoppelt.
Bild: Aufbau Wirbelstrom-Tachometer in Schnittdarstellung.
Der Zeigerausschlag ist umso grösser, je schneller sich der Magnet dreht.

Messwerk Tachoanzeige

Je nach Drehzahl der Antriebswelle wird die Spiralfeder mehr oder weniger vorgespannt, woraus ein Zeigerausschlag, proportional zur Geschwindigkeit resultiert.

Aluminium leitet bei Erwärmung schlechter, was eine zu kleine Anzeige ergibt.

Als Abhilfe wird am Dauermagnet ein Nickelstahlsegment aufgebracht. dadurch werden bei hohen Temperaturen weniger magnetische Ströme kurzgeschlossen als bei Kälte.

So stehen sich hohe Temperatur und grosser Widerstand gegenüber und der Messfehler ist kompensiert.

Dieses Prinzip wurde bei alten Geschwindigkeits- und Drehzahlmessern angewendet.
Heutige Geschwindigkeits- und Drehzahlmesser funktionieren ausschliesslich elektronisch.
Bild: Tachometer mit einem alten Wirbelstrommessprinzip.
 

Funktion

Tachometer Einzelteile

Auf der Alu-Scheibe (12) sind die Zeiger befestigt. Die Drehbewegung der Zeigerachse wird von der Spiralfeder (9) gehemmt.

Der sich drehende Magnet (15) induziert in der darüberliegenden Alu-Scheibe die Wirbelströme. Die Ströme erzeugen ihrerseits ein Magnetfeld, welches dem erzeugenden Feld gegengerichtet ist.

Tacho-Messwerk

Die Gegenkraft der Feder (9) ist praktisch gleichbleibend. Somit ist die Drehzahl und damit die Stärke der Induktion das Mass für die Geschwindigkeit.

Die Scheibe und der Zeiger wird mitgezogen. Die Spiralfeder begrenzt die mitlaufende Bewegung auf einen mehr oder weniger grossen Ausschlag.
 

Wegdrehzahl

Tacho-Kennzeichnungen, VDO

Die Wegdrehzahl (K-Zahl) gibt an, wie viele Umdrehungen die Tachowelle am Tachoeingang macht, wenn das Rad exakt einen Meter auf seinem Umfang abrollt.
Die Wegdrehzahl muss zum Antriebsstrang passen.
Die Wegdrehzahl W1,0 bedeutet, dass die Tachowelle auf 1 km Strecke 1000-mal dreht.

Die Wegdrehzahl ist auf dem Tacho-Gehäuse oder am Zifferblatt festgehalten.
Je nach Fahrzeug, macht die Tachoseite 0,5 bis 1,2 Umdrehungen pro Meter Weg.

Tachoeichung

  1. Eine Strecke von 10 Meter (20 m) abmessen.
  2. Tachowelle trennen und W-Zähler mit passendem Vierkant aufstecken oder Zieger an Welle aufstecken.
  3. Fahrzeug Startposition (0 m) bringen. Markierung an Reifen anbringen. Tachowelle muss sich frei drehen können.
  4. W-Zähler auf 0000 stellen oder Zeigeraufsatz in der Ausgangsposition markieren.
  5. Mit dem Fahrzeug gerade und langsam bis zur Markierung 10m (20m) bewegen.
  6. W-Zähler ablesen oder Anzahl Umgänge zählen.
Bei der letzten Umdrehung auch die Bruchteile 1/4, 1/2 und 3/4 Umdrehung usw. notieren.
Der k-Wert gibt die Umdrehungen des Vierkantes der Tachowelle pro Kilometer an.
Soll an einem Tacho die Wegdrehzahl umgebaut werden, so muss das Getriebe zum Zählwerk entsprechend angepasst werden.
Bild: Tachobeschriftungen rückseitig.
 

Rechnungsweg

Berrechung der Wegstrecke

Reifenumfang U in cm
  • Den Abrollumfang auf einer geraden (10m / 20m) ermitteln
  • Umfangsberechnung über die Reifendimension
  • mit einem Bandmass den Radumfang abmessen
Übersetzung x
  • während 10 Radumdrehungen die Anzahl Drehungen des Markierspitzes Antreibssehne zählen (x)
k-Berechnung
Die Grössen U und x in die folgende Formel einzusetzen:
k = 10x / U
Ergebnis auf eine Kommastelle gerundet.
Bild: Bestimmung Wegstreckensignal
 

Drehrichtung

Tachometer

Die Drehrichtung wird durch den Drehsinn des Tachozeigers angegeben.
  • rechtsdrehend
    im Uhrzeigersinn - cw (clockwise) oder "mul"
  • linksdrehend
    gegen den Uhrzeigersinn - ccw (counter clockwise) oder "edul"
Bild: Tacho von einem BMW-Motorrad.
 

Digitale Messgeräte

Display-Anzeige

Digitale Messinstrumente zeigen das Ergebnis als Dezimalzahl mit Vorzeichen an. Die angezeigte den Ziffern werden stufenweise verändert.

Je mehr Ziffern die Anzeige aufweist, umso genauer wird der Wert der Messgrösse angegeben.

Das Messgerät besteht aus digitalen Schaltungen. Der Messwert wird oftmals durch eine Sieben-Segment-Anzeige oder ein LCD ausgegeben.

Ein digitales Messgerät zeichnet sich durch den hohen Eingangswiderstand aus und die Polarität muss nicht beachtet werden.

Vorteil:
  • hoher Eingangswiderstand und dadurch nur geringe Beeinflussung der Messung Schaltung.
  • kaum Ablesefehler möglich
  • automatische Polaritätserkennung und -anzeige
  • automatische Messbereichserkennung
  • kein Null-Abgleich bei der Ohm-Messung erforderlich
  • robuster und weniger empfindlich
  • grössere Genauigkeit
  • billiger in der Herstellung wegen geringerem mechanischem Anteil
Nachteile:
  • Betriebsspannung für Display notwendig
  • kurzzeitig hohe Spannungsimpulse können das Messwerk zerstören
  • ungenaue Wechselspannungsmesswerte bei höheren Frequenzen
Bild: Digitale Anzeige mit Bargraph-Anzeige.
 

Überspannungskategorie

Überspannungkategorie

Die Messkategorien CAT I bis CAT IV (IEC/EN 61010-1) definiert Einsatz- und Verwendungszwecke.

Sie geben Aufschluss, in welchen Anwendungsbereichen ein Messgerät gefahrlos eingesetzt werden kann, ohne das ein Funkenüberschlag entsteht (z.B. CAT IV 600 V, CAT III 1000 V).
Bild: Übersicht der Überspannungskategorien CAT I-IV mit Einsatzbereichen.

Anschlüsse Fluke 175

Kategorie Einsatzbereich
CAT I Messungen an Stromkreisen, die keine direkte Verbindung zum Netz haben (Batteriebetrieb).
CAT II Messungen an Stromkreisen, die eine direkte Verbindung mittels Stecker mit dem Niederspannungsnetz haben.
CAT III Messungen innerhalb der Gebäudeinstallation:
stationäre Verbraucher mit nicht steckbarem Anschluss, Verteileranschluss (Messung nur hinter dem Stromzähler erlaubt!), fest eingebaute Geräte im Verteiler.
CAT IV Messungen an der Quelle der Niederspannungsinstallation:
Zähler (Messung auch vor dem Stromzähler erlaubt), Hauptanschluss, primärer Überstromschutz, Einspeisung.
Tabelle: Überspannungskategorien CAT I-IV und Anwendungsbereiche.


Je näher an der Stromversorgung (z.B. Hauptverteiler), umso grösser sind bei Kurzschluss (z.B. durch Messfehler) die Strom- und Spannungsspitzen.

Die hohe elektrische Energie kann das Multimeter (z.B. CAT II) zerstören. Der Arbeiter kann verletzt oder gar getötet werden, wenn nach einer geräteinternen Zerstörung ein Überschlag im Messgerät auf ihn übertritt.

In Garagen werden CAT II oder III Multimeter eingesetzt.
Tabelle: Überspannungskategorien CAT I-IV mit Einsatzbereichen.
 

Aufbau Digitalmultimeter

DMM Blockschema

Heute werden fast nur noch digitale Multimeter (DMM) verwendet.

Zuerst kommen alle Messgrössen von den Steck-Buchsen in den Messwert-Verstärker bzw. Abschwächer.

Wechselspannungen und –ströme werden immer gleichgerichtet (AC/DC).

Danach gelangen diese in den Analog-Digital-Umsetzer. Der AD-Wandler verändert das Analog-Signal in eine binäre Signalfolge (0/1-Signale).

In einem Zähler werden die binären Signale verarbeitet und mit Hilfe der Anzeigeelemente als Ziffern sichtbar gemacht.
Bild: Blockschaltbild eines digitalen Multimeters (DMM).
 

Digitalanzeige

Display-Anzeige

Jede einzelne 7-Segment-Anzeige (grün) wird als Stelle bezeichnet.

Mit einer Siebensegment-Anzeige (Sechzehnsegment, 5x7-Punktmatrix) können alle Ziffern von 0-9 dargestellt werden.

Je nach Geräte wird die erste Stelle nicht vollumfänglich genutzt. Der Hersteller definiert dies im Datenblatt mit der Stellenangabe.

Es werden folgende Stellen unterscheiden:
  • Eine voll Stelle (grün) kann alle Werte von 0 bis 9 darstellen.
  • Eine ½-Stelle (rot) kann nur 0 oder 1 anzeigen.
  • Eine ¾-Stelle (rot) kann mindestens 0 bis 2 darstellen.
    Je nach Counts können jedoch 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 auch möglich sein.
Die Counts-Anzahl besagt, wie viele verschiedene Werte (Schritte) im Display angezeigt werden können.

Stellen Counts max. Anzeige im Display
3 1'000 999
2'000 1'999
3'000 2'999
5'000 4'999
4 10'000 9'999
20'000 19'999
50'000 49'999
80'000 79'999
Tabelle: Beispiele unterschiedlicher Digitalanzeigen mit Stellenangabe und Counts.

Ein Digital-Multimeter (DMM) mit 2000 Counts kann somit einen Bereich von 0 bis 2'999 abdecken. Dabei ist der Dezimalpunkt an jeder beliebigen Stelle möglich.
 

Messgenauigkeit

Wählschalter Multimeter

Die Messgenauigkeit gibt an, wie weit das Messergebnis vom physikalisch absolut wahren Wert abweicht.

Wegen Fertigungstoleranzen weisen auch digitale Messgeräte Abweichungen auf. Diese sind in der Regel kleiner als beim analogen Messwerk, jedoch darf man sich nicht von den angezeigten Zahlen nicht täuschen lassen.

Es ist noch zu beachten, dass zur besseren Ablesbarkeit eine gezielte Verzögerung eingebaut ist und nicht alle Werte dargestellt werden.

Im Datenblatt des Messgerätes, wird die Messgenauigkeit pro Messbereich aufgelistet.

Messgenauigkeit für Gleichspannung
Messbereich Messgenauigkeit Auflösung
200 mV ±0,5% vom Messwert ±3 Digit 100µV
2 V 1 mV
20 V 10 mV
200 V ±0,3% vom Messwert ±2 Digit 100 mV
1000 V 1V
Tabelle: Auszug der Gleichspannung mit Messbereich und Messgenauigkeit.
1 Digit entspricht der kleinsten Anzeigeänderung, d.h. der letzten Stelle der Digitalanzeige
Aufgabe
Kontrollaufgabe
Berechnen Sie die Messgenaugigkeit der Anzeige von 40 V und geben Sie den Toleranzbereich bei 40 V als Messwert gemäss Auszug Datenblatt an.

PlusMinus   Lösung aufdecken?

 

Auflösung

Angabe der Auflösung

Durch die Anzahl der Counts ergibt sich die Auflösung. Die Auflösung ist die kleinste Änderung im Messwert eines Digital-Multimeters.
Beispiel
Ein Digital-Multimeter mit 2000 Counts hat im 20-V-Messbereich eine Auflösung von 10 mV (20 V / 2000 Counts).
Als Auflösung wird der kleinste unterscheidbare Schritt in der Anzeige bezeichnet.
Beim Analog-Digital-Umsetzer (ADU) wird als Auflösung die Anzahl der Bits angegeben.

Hier wird statt Empfindlichkeit der Begriff Übertragungsfaktor verwendet.

Der Übertragungsfaktor ist definiert als Quotient durch die Anzeigenänderung dividiert durch die Änderung des Eingangssignals.

Bei einem Drucksensor könnte die Angabe des Übertragungsfaktors 2 mA/bar sein.
Bild: Beim Uni-T UT109 gibt der Hersteller die 4000 Counts sogar auf dem Display an.
 

Multimeter

Multimeter Arten

Ein Multimeter dient der Messung verschiedener elektrischer Grössen: Spannung, Strom, Widerstand, Frequenz, etc.

Im klassischen Sinn handelt es sich dabei um ein Gerät, das mit allen notwendigen Bedien- und Anzeigeelementen ausgerüstet ist.

Es ist ein Messgerät das unterscheidliche Gerätetypen in einem vereint.
Der Innenwiderstand eines Voltmeters muss so gross wie möglich sein.
Der Innenwiderstand eines Amperemeters muss so klein wie möglich sein.
Bild: Arten von Multimeter
Multimeter Anleitung - Michael Parth
Selbsterklärende Anleitung zur Bedienung eines Multimeters
Spielzeit: 4:05
 

TRMS

Unterschied TRMS

Der englische Begriff TRMS (True Root Mean Square) steht für den "echten Effektivwert".

Das Multimeter ohne TRMS zeigt nur für sinusförmige Signale die richtigen Effektivwerte an. Rechteck- oder Sägezahnverläufe werden falsch interpretiert.
Multimeter mit TRMS können auch bei variablen Signalverläufen den richtigen Effektivwert ermitteln.
Bild: Unterschied mit oder ohne TRMS.
Wo liegt der Unterschied von True RMS Multimeter zu Normalen Multimeter - Elobit
Beide Multimeter messen den Effektivwert einer Wechselspannung, nur machen sie das auf unterschiedlicher Weise.
Das Normale Multimeter ohne TRMS auch Pseudo RMS Multimeter genannt richtet die angelegte Spannung gleich und misst den Gleichrichtwert. Dieser wird dann mit dem Formfaktor 1,11 der sich aus Gleichrichtwert zu Effektivwert für eine sinusförmige Spannung ergibt multipliziert. Deshalb ist es diesen Messgeräten nicht möglich den Effektivwert einer beliebigen Wechselgrösse zu messen True RMS Multimeter haben einen RMS to DC Converter Chip eingebaut die es ihnen erlaubt den Effektivwert einer beliebigen Wechselgrösse zu bestimmen auch wenn diese mit einem Offset behaftet ist.

Spielzeit: 4:57
   

DMM Funktionen

Durchgangsprüfer

Durchgangsprüfung

Der Durchgangspiepser ermöglicht eine schnelle Ausführung von Durchgangsprüfungen, in dem bei geschlossenem Stromkreises ein akustisches Signal ertönt.

Durch das akustische Signal muss nicht immer auf das Instrument geschaut werden. Der notwendige Widerstandswert ist von Gerät zu Gerät unterschiedlich.
  1. DMM auf Durchgangsprüfung einstellen.
  2. Messleitung schwarz in COM-Buchse und rot in Buchse mit Symbol zur Durchgangsprüfung stecken. Ist in der Regel der gleiche Anschluss wie für die Widerstandsmessung.
  3. Die Messspitzen auf die Prüfstelle halten. Sobald Durchgang besteht, ertönt ein Signalton.
Bild: Einstellung für die Durchgangsprüfung am DMM.
 

Dioden-Test

Diodenprüfung

Bei der Dioden-Prüfung muss die Ablesung 0,6 bis 0,7 V und in der anderen Richtung Unterbruch anzeigen.

Falls in beiden Richtungen einen Unterbruch anzeigen ist die Diode zerstört und hat Unterbruch. Wenn beide Richtungen Durchgang haben, besteht ein Kurzschluss.
  1. DMM auf Messfunktion Dioden-Test stellen.
  2. Messleitung schwarz in COM-Buchse und rot in Buchse mit Dioden-Symbol stecken. Ist in der Regel der gleiche Anschluss wie für die Widerstandsmessung.
  3. Die Messspitzen an die Diode halten und Anzeige auswerten.
Bild: Schalterstellung zur Dioden-Prüfung.
 

Temperatursensor

Temperatur-Sensor

Viele Multimeter werden mit einem Temperatursensor als Thermoelement ausliefert.

So lassen sich Temperaturen zwischen -50°C bis 350°C messen.
Bild: Temperatursensor für Multimeter.
 

Transistortester

Transistor-Tester

Mit der Transistortestfunktion wird die Stromverstärkung des Transistors bei kleinen Strömen gemessen.

Dazu Funktionswahlschalter auf den hFE-Bereich einstellen. Transistortyp (NPN / PNP) festlegen und auf dem Test-Sockel korrekt einstecken.

Das Gerät zeigt den Stromverstärkungsfaktor (hFE) mit einem Basis-Strom von 10 µA und einer Kollektor-Emitter-Spannung von 2,8 V an.
Bild: Steckfeld am DMM für den Transistor Test.
 

Hold

Hold-Funktion

Viele Multimeter können auf Knopfdruck den Messwert einfrieren.

Diese Funktion wird als Messwertspeicher oder Hold-Funktion bezeichnet.

Es ist dann hilfreich, wenn an einer schwer zugänglichen Stelle eine Messung gemacht werden muss und dabei das Display nicht ablesen werden kann.
Bild: Umschalttaste für die Hold-Funktion.
 

Auto Range

Auto Range

Die meisten Multimeter verfügen über eine automatische Messbereichswahl, d.h. das Multimeter stellt automatisch den optimalen Messbereich ein und verschiebt entsprechend die Kommastelle.

Vorteil
  • einfache Messung unbekannter Grössen
Nachteil
  • Durch die automatische Umschaltung verlängert sich die Messzeit. Messwerte im Umschaltbereich werden unangenehm. Die Anzeige wechselt hin und her, was das Ablesen erschwert.
Ein Multimeter sollte die Möglichkeit bieten, Auto Range abzuschalten.
Bild: Umschalttaste für die Auto Range-Funktion.
 

Schnittstelle

Software für DMM

Einige Multimeter bieten eine Schnittstelle zum PC. Damit können per Software steuerbare Multimeter bzw. Datenschreiber erstellt werden.

Die Schnittstelle wird per Optokoppler galvanisch getrennt und gewährt so ein gefahrloses Messen. Soll ein Multimeter über den PC gesteuert werden, sind Gerätemodelle mit einem RS232-Anschluss, einer USB-Schnittstelle vorzuziehen.

Es gibt auch Geräte, die per Bluetooth über eine App mit dem Smartphone kommunizieren können.
Bild: Software für digitale Multimeter.
 

Widerstandsmessung

Widerstand messen

Zur Widerstandsmessung werden 2 Verfahren unterschieden:
  • direkte Messung
  • indirekte Messung
Zur Widerstandsmessung ist das Bauteil immer von der Spannungsquelle zu trennen.
Damit keine Messfehler entstehen, sind die Bauteile immer einseitig aus der Schaltung zu entfernt.
Bild: Richtiges Vorgehen bei der Widerstandsmessung.
Mit dem Multimeter messen Strom, Spannung und Widerstände - E-Helfer
Mit dem Video zeige ich euch wie man mit einem Multimeter verschiedene Sachen messen kann.
Meine Videos sind besonders gerichtet an Lehrlinge des Elektrohandwerkes da viele Lehrlinge leider durch Gesellenprüfungen fallen wegen den einfachsten Dingen. Aber auch das Interesse einiger Bastler könnte geweckt worden sein. Einige denken natürlich auch das kann jedes Kind, aber viele auch nicht.


Spielzeit: 4:00
   

direkte Widerstandsmessung

analog Ohmmeter

Schaltung analoges Ohmmeter

Das analoge Ohmmeter besteht aus einer Spannungsquelle (Batterie), einem in Reihe liegenden, veränderbaren Eichwiderstand und einem Strommesser.

Der Stromfluss IX fliesst durch den Messwiderstand RX und führt zu einem Zeigerausschlag, der auf einer geeigneten Skala abgelesen wird. Diese Skala verläuft umgekehrt proportional zur Strom-Skala.

Da die Spannungsquelle keine konstante Spannung liefert, muss zu Beginn einer Messung das Ohmmeter geeicht werden. Dazu werden die Messkabel kurzgeschlossen und mit dem Eich-Rad bzw. der Zeigerstellschraube, der Anzeigewert auf 0 Ω eingestellt.

Bei der Messung darf keine Spannung am Prüfwiderstand anliegen.
Die externe Spannung kann das Ohmmeter zerstören!
Bild: Vereinfachte Schaltung zu einem analogen Ohm-Meter.
 

digital Ohmmeter

Blockschaltbild digitales Ohmmeter

Das Digital-Ohmmeter arbeitet mit einer Konstant-Stromquelle und misst den Spannungsabfall. Der Messwiderstand RX wird an eine im Innern befindliche Konstant-Stromquelle angeschlossen.

Die elektronische Schaltung erzeugt unabhängig von dem angeschlossenen Widerstand eine konstante Stromstärke. Daraus erfolgt ein Spannungsabfall dessen Wert nur von der Grösse des Messwiderstandes abhängig ist.

Der Spannungswert wird durch einen Analog-Digital-Umsetzer ADU in den entsprechenden Widerstandswert umgewandelt.
Bild: Blockschaltbild zur Widerstandsmessung in einem DMM.
 

indirekte Widerstandsmessung

Durch die indirekte Messung wird der Widerstand aus Strom und Spannung berechnet.

Grundsätzlich hat ein Amperemeter einen kleinen Innenwiderstand, aber nie Null Ohm!
  • Durch die Reihenschaltung entsteht ein Messfehler bei der Spannung.


Das Voltmeter hat einen grossen Innenwiderstand, aber nie unendlich!
  • Durch die Parallelschaltung entsteht ein Messfehler im Strom.
 

Spannungsfehlerschaltung

Spannungsfehler Schaltung

Bei der Spannungsfehlerschaltung misst das Amperemeter den Strom, der tatsächlich durch den Widerstand RM fliesst.

Das Voltmeter zeigt jedoch die Spannung der Batterie an, die um den Spannungsabfall des Amperemeters (Innenwiderstand), zu gross ist.

Die Berechnung (R = U/I) ergibt ein zu grosser Wert.
Bild: Aufbau der Spannungsfehlerschaltung
 

Stromfehlerschaltung

Stromfehler Schaltung

Bei der Stromfehlerschaltung misst das Voltmeter die tatsächliche Spannung, welche am Widerstand RM anliegt.

Das Amperemeter zeigt jedoch den Gesamtstrom an, welcher um den Strom des Voltmeters (Innenwiderstand), zu gross ist.

Die Berechnung (R = U/I) ergibt ein zu kleiner Wert.

Da digitale Multimeter DMM bei der Spannungsmessung nur sehr kleine Ströme (µA) benötigen, ist für die indirekte Widerstandsmessung die Stromfehlerschaltung zu bevorzugen.
Bild: Aufbau der Stromfehlerschaltung
Mit digitalen Multimetern ist die Stromfehlermessung zu bevorzugen!
 

Strommesszange

Strommesszange Starterstrom

Ist der Stromkreis schwer zu trennen oder der zu messende Strom zu hoch, hilft eine Stromzange.

Über die Stärke des Magnetfeldes wird indirekt der Strom ermittelt. Das Magnetfeld verändert sich je nach Stromfluss. Die Stromzange umschliesst den Leiter zur Strommessung.

Heute gibt es Strommesszangen, welche eine Multimeterfunktion integriert haben und dazu zwei zusätzliche Kabelanschlüsse besitzen.
Bild: Anwendung einer Strommesszange für die Starterstrom Messung.
 

Analogoszilloskop

Analog Oszilloskop

Als Messsystem dient die Braunsche Röhre (Elektronenstrahlröhre) mit dem nahezu masselosen Elektronenstrahl. Im Innern der Röhre sendet die geheizte Kathode Elektronen aus, die durch die Anode (positives Potential gegen Kathode) angezogen und beschleunigt werden. Die Elektronengeschwindigkeit ist dabei so gross, dass kaum Elektronen über die Anode abfliessen können.

Analog Oszilloskop

Die zylinderförmige Anode hat eine kleine Öffnung und wirkt als Lochblende. Ein grosser Teil der beschleunigten Elektronen gelangt als Elektronenstrahl durch das Loch der Anode in das erweiterte Ende der Röhre zum Leuchtschirm. Auf dem Leuchtschirm aus Glas ist eine Leuchtstoffschicht aus Zink- und Kadmium-Verbindungen aufgebracht. Die auftreffenden Elektronen erzeugen dort eine Leuchterscheinung. Je nach verwendetem Schirmmaterial beträgt dabei die Nachleuchtdauer einige Mikrosekunden bis einige Sekunden.
Bild: Schnittdarstellung der Braunsche Röhre als Einkanal Oszilloskop.
 

Triggerung

Triggerfunktion

Die Zeitablenkung muss immer beim gleichen Augenblick der Signalspannung beginnen, damit sich auf dem Bildschirm ein stehendes Bild ergibt.

Dies wird durch Triggerung des Ablenkgenerators bewirkt. Darunter versteht ist die Auslösung der Zeitablenkung durch einen Impuls zu verstehen. Der Impuls wird erzeugt, sobald die Signalspannung einen bestimmten Wert erreicht hat (Triggerniveau).

Der Ablenkgenerator schwingt nach Auslösung nur eine Periode lang, d.h. der Elektronenstrahl läuft einmal über den Bildschirm und wieder zurück. Anschliessend bleibt er in Ruhe, bis er durch den nächsten Triggerimpuls wieder ausgelöst wird.
Bild: Grafische Darstellung der Triggerfunktion.
 

Begriffe am Oszilloskop

Hameg 205-3

Begriff Beschreibung
Alt Dual Beim alternate mode oder Dual-Mode erfolgt die Darstellung der Kanäle nacheinander.

Abwechselnd wird Strahl 1 und Strahl 2 auf dem Bildschirm mit Hilfe eines gemeinsamen X-Verstärkers dargestellt. Durch die rasche Umschaltung, entsteht der Eindruck 2 unabhängigen Strahlsystemen zu haben.

Die Signalbilder sind bei schneller Zeitablenkung (hohe Frequenz) scheinbar gleichzeitig sichtbar.
Chop Wenn der Dual-Mode sich für langsam verlaufende Vorgänge nicht geeignet, flimmert das Bild oder es scheint zu springen. Durch die Umschaltung auf chopper mode werden beide Kanäle innerhalb einer Ablenkperiode mit hoher Frequenz schnell umgeschaltet. So werden auch langsam verlaufende Signale flimmerfrei aufgezeichnet. Die X-Ablenkung ist aber auf jeden Fall gemeinsam.

Echte zweistrahlige Oszilloskope kennen dieses Problem nicht.
Input Ein Zweikanal Oszilloskop hat zwei Y-Eingänge (CHI, CH2). Mit zwei getrennten Vorverstärkern und einem elektronischen Umschalter.

Die Eingänge sind mit Verstärkern für Wechselspannung (AC) oder Gleichspannung (DC) ausgestattet.
Die dritte Schalterstellung (GND) erdet den Eingang. So kann die Null-Linie besser eingestellt werden.

Für grössere Spannungen, kann ein Abschwächer [Y MAG.] (Spannungsteiler) vor den Eingang geschaltet werden.
Focus Innerhalb des Elektronenstrahls stossen sich die negativen Elektronen gegenseitig ab. Eine Elektronenoptik, die aus der Anode und der Fokussierelektrode besteht, ermöglicht es, den Elektronenstrahl durch Veränderung der Spannung zwischen den beiden Anoden mehr oder weniger zu bündeln (Kraftwirkung im elektrischen Feld auf Ladungen). Dadurch lässt sich der Durchmesser des Leuchtflecks verändern.
Intens Die Helligkeit des entstehenden Leuchtflecks hängt von der Geschwindigkeit und der Dichte der auftreffenden Elektronen ab und kann durch die Steuerelektrode (auch Steuergitter oder Wehneltzylinder genannt) beeinflusst werden. Das Steuergitter hat ein negatives veränderliches Potential gegenüber der Kathode. Dadurch wird der Strahlstrom stärker oder schwächer und damit der Lichtfleck entsprechend heller oder dunkler.
Tabelle: Begriffe am Oszilloskop.
 

Kurzanleitung Hameg 205-3

Bedienfeld HAMEG 205-3

Die Bedienung verschiedener Fabrikate ist oft identisch. Exemplarisch eine Kurzanleitung vom Klassiker-Oszilloskop HAMEG 205-3.

Betriebsart Beschreibung
Inbetriebnahme Voreinstellungen
  • Gerät an Netz anschliessen, [Power] drücken. Keine weiteren Taste drücken.
  • [TRIG.]-Wahlschalter auf AC. [TV SEP.]-Schalter auf OFF.
  • [AT/NORM.]-Taste nicht gedrückt. Eingangskopplungsschalter CH.I auf GD.
  • [INTENS.] mittlere Heiligkeit einstellen.
  • [Y-POS.1] und [X-POS.] Zeitlinie auf Bildschirmmitte bringen.
  • [FOCUS] Zeitlinie scharf einstellen.
Vertikalverstärker
  • Kanal I: Alle Tasten im Y-Feld herausstehend.
  • Kanal II: Taste CHI/II gedrückt.
  • Kanal I und II: Taste DUAL gedrückt. Alternierende Kanalumschaltung: Taste CHOP. nicht drücken.
  • Signale <1 kHz oder Zeitkoeffizienten > 1 ms/cm mit gedrückter Taste CHOP.
  • Kanäle I + II (Summe): Nur Taste ADD drücken.
  • Kanäle + I - II (Differenz): Taste ADD und Taste INVERT CH.II drücken.
Triggerung Triggerart mit Taste [AT/NORM.] wählen.
  • [AT] = Automatische Triggerung > 10 Hz - 40 MHz (ungedrückt).
  • [NORM.] = Normaltriggerung (gedrückt).
  • Trigger-Flankenrichtung: mit Taste [+/-] wählen.
Interne Triggerung:
  • Kanal wird mit Taste [TRIG.I/II] bei CH.I/II ausgewählt.
Externe Triggerung:
  • Taste [EXT.] drücken; Synchron-Signal (0,3 Vss-6 Vss) auf Buchse [TRIG. INP.]
Netztriggerung:
  • [TRIG.-Wahlschalter] auf.
  • Triggerkopplung mit TRIG.-Wahlschalter AC-DC-HF-LF wählen.
  • Frequenzbereiche der Triggerkopplung: AC: 10 Hz bis 10 MHz; DC: 0 bis 10 MHz; HF: 1,5 kHz bis 40 MHz; LF: 0 bis 1 kHz.
  • Video-Signalgemische mit Zeilenfrequenz: TV-Schalter auf H + oder -
  • Video-Signalgernische mit Bildfrequenz: TV-Schalter auf V - oder -
  • Triggeranzeige beachten: Lampe neben TRIG.-Wahlschalter.
Speicherbetrieb
  • Einschalten mit Taste [STOR.], Lampe leuchtet.
  • [HOLD]-Tasten Speicherinhaltfesthalten:
    Kanal I: [HOLD I] drücken.
    Kanal II: Taste [HOLD II] drücken.
    Kanal I und II (DUAL): Tasten [HOLD I] und [HOLD II] drücken.
  • Algebraische Addition (ADD): Taste [HOLD I] drücken.
  • Einzel-Zeitablenkung: Erst Taste [SINGLE], dann [RESET] drücken.
  • RESET-Lampe leuchtet bei Triggerbereitschaft, Schirmbild dunkel.
    RESET-Lampe erlischt nach erfolgter Speicherung.
Messung
  • Messsignal den INPUT-Eingangsbuchsen von CH.I und/oder CH.II zuführen.
  • [VOLTS/DIV]-Wahlschalter vorher mit Rechteckgenerator CAL. abgleichen.
  • Messsignal-Ankopplung auf [AC|DC] schalten.
  • [VOLTS/DIV]-Wahlschalter auf gewünschte Bildhöhe einstellen.
  • [TIME/DIV.]-Wahlschalter Zeitkoeffizienten einstellen. Falscher Zeitkoeffizient für Echtzeit- oder Speicherbetrieb wird durch Blinken der STOR.-Lampe angezeigt.
  • Triggerpunkt mit [LEVEL]-Knopf einstellen (bei Normaltriggerung). Komplexe oder aperiodische Signale evtl. mit vergrösserter [HOLD-OFF]-Zeit triggern.
  • Amplitudenmessung mit Y-Feinsteller auf Linksanschlag CAL.
  • Zeitmessung mit Zeit-Feinsteller auf Linksanschlag CAL.
  • X-Dehnung xl 0: Taste X-MAG. x10 drücken.
  • Externe Horizontalablenkung (XY-Betrieb) mit gedrückter Taste [X-Y] (X-Eingang: CH.II)
Komponenten-Test
  • [Component]-Tester-Taste drücken.
    zweipoliges Bauteil an CT-Buchse und Masse-Buchse anschliessen. Test in der Schaltung. Schaltung spannungsfrei und massefrei (erdfrei) machen. Netzstecker der zu testenden Schaltung ziehen, Verbindungen mit HM 205-3 lösen (Kabel, Tastteiler), dann erst testen.
Tabelle: Kurzanleitung HAMEG 205-3
 

Digitaloszilloskop

HAMEG Digitaloszilloskop 404-2

Zuerst wird das Signal analog verstärkt und analog gefiltert. Weil die digitale Abtastung nach oben begrenzt ist (Bandbreite des Oszilloskops). Ist die Signal-Frequenz höher als die Abtastrate, führt dies zur Fehlinterpretation im Signal (Alias-Effekt).

Die eigentliche Abtastung erfolgt im Analog-Digital-Wandler, der in fixen Zeiteinheiten das Signal erfasst und die Signalamplitude bestimmt. Die Signalamplitude wird in diskrete Werte konvertiert. Die Frequenz der diskreten Abtastung muss ein Vielfaches der Signalfrequenz sein, um steile Flanken noch ordentlich darstellen zu können. Die Bandbreite eines Oszilloskops ist also ein wichtiges Kaufkriterium.
Bild: Digitaloszilloskop HAMEG 404-2

Funktion Digitaloszilloskop

Ein 10-Bit A/D-Wandler kann 210 Signalstufen, also 1024 verschiedene diskrete Werte darstellen. Ein 8-Bit A/D-Wandler kann hingegen nur 256 verschiedene Stufen darstellen. Eine hohe Bit-Zahl des A/D-Wandlers ist also vorteilhaft.

Die so digitalisierten Daten werden in einen Speicher geschrieben. Ein Prozessor liest die Daten aus und stellt sie auf einem Display dar. Da die Daten ohnehin im Speicher liegen, lassen sich diverse Algorithmen wie FFTs oder sonstige mathematischen Operatoren darauf anwenden.
Bild: Aufbau und Funktionsweise Digitaloszilloskop - A/D-Wandlung und Verarbeitung.
Vorteil: Mit [AUTOSET] wird sicher ein Bild dargestellt.
 

Ablesung

Bildschirm mit Raster

Im Oszilloskop werden schnell ablaufende Vorgänge grafisch dargestellt.

Die angezeigten Werte können am Bildschirm abgelesen werden.
  • In der Horizontalen werden zeitliche Abläufe aufgezeigt.
    Abhängig der TIME/DIV Einstellung.

  • In der Vertikalen wird die Spannung aufgezeigt.
    Abhängig der VOLT/DIV Einstellung.
Das Oszilloskop ist ein Voltmeter.
Bild: Oszilloskop-Bildschirm mit Rastereinteilung.
 

TIME/DIV

TIME-DIV Wahlschalter

Horizontal ist der Bildschirm in 10 Rasterfelder unterteilt.

Die Grösse der Zeitabschnitte pro Rasterfeld kann eingestellt werden.

Zur Signalauslesung wird die Anzahl der Rasterfelder mit der Einstellung am TIME/DIV Wahlschalter multipliziert.
Bild: TIME/DIV Wahlschalter
 

VOLT/DIV

VOLT-DIV Wahlschalter

Vertikal ist der Bildschirm in 8 Rasterfelder unterteilt.

Die Grösse der Spannung pro Rasterfeld kann eingestellt werden.

Zur Signalauslesung wird die Anzahl der Rasterfelder mit der Einstellung am VOLT/DIV Wahlschalter multipliziert.
Bild: VOLT/DIV Wahlschalter
 
Kontrollaufgabe
Aufgabe Rechtecksignal
Bestimmen vom Rechtecksignal die Spannung und die Frequenz.

VOLTS/DIV = 50 mV
TIME/DIV = .2 µs
PlusMinus   Lösung aufdecken?

Bild: Rechtecksignal
 

Zusammenfassung

Beschreibung, Aufbau und Funktion von Messgeräten.

In der Messtechnik werden Messwerk, Messinstrument und das Messgerät unterschieden. Unter dem Messgerät versteht man das gesamte Messinstrument mit den Kabel und Zubehör.

Analoge Messgeräte haben Zeiger und Skala zur Ablesung. Digitale Messgeräte übermitteln die Messwerte via Zifferanzeige.

Messberieche werden mit Vorwiderstand oder einem Shunt als Parallelwiderstand erweitert. Wir unterscheiden zwischen Anzeigefehler, subjektiven Fehlern und systematischen Fehlern. Die Summe all dieser Fehler wird als Messfehler bezeichnet.

Die Messgenauigkeit wird durch die Fertigungstoleranz bestimmt. Analoge und digitale Messinstrumente ist die Messgenauigkeit unterschiedlich definiert.

Das Oszilloskop ist ein Voltmeter für schnelle Signalverläufe. Es wird zwischen analogen und digitalen Geräten unterschieden. Die Bedienung ist oft identisch nur das digitale Instrumente automatische die richtige Bildeinstellung finden können.  

Quellen

multimetertests.de amateurfunkbasteln.de univie.ac.at darc.de multimeter-vergleich.de www.grund-wissen.de de.wikihow.com alte-messtechnik.de elektrotechnik-fachbuch.de

 

Literatur

  • Elektrotechnische Grundlagen - Elektronik 1, Heinz Meister, Vogel Buchverlag, ISBN-Nr. 978-3-8343-32
  • Elektronik-Fibel, Messtechnik, P. Schnabel, ISBN 3-8311-4590-3
  • Elektronik - Grundstufe, Hübscher, Klaue, Pflüger, Appelt, Westermann, ISBN: 3-14-201030-0
Schlagwörter
Messtechnik - Messinstrument - Messwerk - Multimeter - Vielfachmessinstrument - Messinstrument - Messgerät - Volt-Meter - Ampere-Meter - Messen - Messprinzip - Messbereich - Erweiterung - Shunt - Vorwiderstand - Parallelwiderstand - Widerstand - Messgenauigkeit - Genauigkeitsklasse - Messfehler - Eichen - Parallaxenfehler - Ablesefehler - Anzeigefehler - subjektive Fehler - systematische Fehler - absolute - relativ - Güteklasse - Gerätesymbole - Drehspulmesswerk - Quotientenmesswerk - Bimetall-Messwerk - Wirbelstrom - Tachometer - Spannungskonstanthalter - Spannungsstabilisator - Spannungsregler - Spannungsregulierer - Tacho - Wegdrehzahl - Tachoeichung - K-Zahl - Abrollumfang - Drehrichtung - Analoge - Digital - Überspannungskategorie - Digitalmultimeter - DMM - Digitalanzeige - Sieben-Segment-Anzeige - Auflösung - Analog-Digital-Umsetzer - Counts - Stellenangabe - Stelle - TRMS - CAT - Effektivwert - Durchgangsprüfer - Dioden-Test - Temperatursensor - Transistortester - hFE - Hold - Messwertspeicher - Auto Range - Schnittstelle - Widerstandsmessung - direkte Widerstandsmessung - Ohmmeter - Zeigerausschlag - indirekte Widerstandsmessung - Spannungsfehlerschaltung - Stromfehlerschaltung - Strommesszange - Analogoszilloskop - Triggerung - Triggerniveau - Ablenkgenerator - Oszilloskop - Kurzanleitung - Hameg 205-3 - Digitaloszilloskop - Ablesung - Braunsche Röhre - TIME/DIV - VOLT/DIV - Dual-Mode - alternate mode - chopper mode - Focus - Input - Speicherbetrieb - Abtastrate - Bandbreite
Aktualisierung 09.01.2024 14:13
aktualisiert: 2024-01-09