Praktikum Elektrotechnik
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Digitalmultimeter 10 Strom Zur Strommessung wird die Spannung über einem eingebauten Messwiderstand gemessen – je nach Einstellung als Gleich- oder Wechselspannung. Zur Messbereichsumschaltung wird in der Regel der Widerstand umgeschaltet. Er ergibt sich zu ≥ kleinster Spannungsmessbereich geteilt durch eingestellter Strommessbereich. Beispiel: Im Strommessbereich 200 μA ist ≥ 200 mV / 200 μA = 1 kΩ. Die meisten DMM sind daher anderen Strommessverfahren unterlegen, die mit wesentlich geringerem Spannungsabfall auskommen. Zur Messung von Wechselstrom gilt dasselbe wie bei Wechselspannung. Widerstand Zur Widerstandsmessung enthält ein DMM eine elektronisch stabilisierte Konstantstromquelle, die einen von der Belastung unabhängigen Gleichstrom liefert. Bei Anschluss des zu messenden Widerstands an die Eingangsklemmen wird der Strom durch das Messobjekt geschickt, und die dabei entstehende Spannung wird gemessen, vorzugsweise im kleinsten Spannungsmessbereich. Zur Messbereichsumschaltung wird dann die Stromquelle umgeschaltet. Ein Multimeter mit vielen Messfunktionen für den professionellen Einsatz Beispiel: Mit I = 10,00 μA erhält man zusammen mit dem kleinsten Spannungs-Messbereich 200 mV einen Widerstands-Messbereich 20 kΩ. Der Zusammenhang zwischen Messgröße und Anzeige ist eine Proportionalität, und man erhält recht genaue Messwerte. Die Fehlergrenze ergibt sich aus der Fehlergrenze für die Gleichspannungsmessung und der Fehlergrenze für die Justierung des Stromes. Die Qualität des Messwertes ist damit ganz wesentlich besser als bei Analogmultimetern mit einem Anzeigebereich ∞ … 0, wo allein schon von der Ablesemöglichkeit her das Ergebnis sehr ungenau wird. Messabweichungen beim Digitalmultimeter Abgleichabweichung für Nullpunkt und Empfindlichkeit Die Kennlinie eines ADU (mit extrem feiner Stufung) ist eine Gerade durch den Nullpunkt. Der Nullpunkt muss durch horizontale Verschiebung eingestellt werden. Die Empfindlichkeit muss durch Verdrehung (Änderung der Neigung der Kennlinie) eingestellt werden, siehe auch unter dem Stichwort Messgeräteabweichung. Beides ist nur innerhalb gewisser Fehlergrenzen möglich. Quantisierungsabweichung Dadurch, dass die Messgröße nur schrittweise abgebildet wird, entsteht eine Quantisierungsabweichung.
Digitalmultimeter 11 Linearitätsabweichung Diese Messabweichung ist deutlich kleiner als die typisch auftretenden Abgleichabweichungen. Man unterscheidet zwischen integraler Linearitätsabweichung durch eine Nicht-Linearität der Kennlinie, differenzieller Linearitätsabweichung durch ungleiche Breite benachbarter Quantisierungsschritte. Die Grenzen von Nullpunkts-, Quantisierungs- und Linearitäts-Abweichungen sind Konstanten über den ganzen Messbereich, die Grenze der Empfindlichkeitsabweichung ist proportional zum Messwert. Zusammengefasst erhält man diese als Fehlergrenze G des Messgerätes aus zwei Summanden, z. B. G = 0,2 % v. M. + 1 Digit = 0,2 % v. M. + 0,05 % v. E. , falls das Gerät in 2000 Schritte (Digit) auflöst. Die Abkürzungen „v. M.“ und „v. E.“ gemäß Sprachregelung in DIN 43751 stehen für „vom Messwert“ und „vom Endwert“. Einflusseffekte Die bisher genannten Grenzwerte gelten für die Eigenabweichung bei Betrieb unter festgelegten Bedingungen. Wird von diesen Referenzbedingungen abgewichen, so können Einflusseffekte die Messabweichung des Messgerätes erhöhen. Die Problematik ist dieselbe wie bei analogen Messgeräten; zur Erläuterung der Begriffe siehe unter Genauigkeitsklasse. Temperatur Digitale Multimeter sind üblicherweise nach DIN 43751 auf eine der Temperaturen 20, 23 oder 25 °C justiert. Bei Änderung der Temperatur des Messgeräts ändern sich die elektrischen Eigenschaften seiner Komponenten. Durch Einflusseffekte wird die Messgeräteabweichung möglicherweise größer. Der Einfluss der Temperatur auf den Messwert wird mit Hilfe einer Kenngröße angegeben. Kurvenform Die Kurvenform der Messgröße kann durch verschiedene Kennwerte beschrieben werden. Eine dieser Größen ist der Scheitelfaktor (engl. Crestfactor) C, definiert als das Verhältnis von Amplitude zu Effektivwert. Für Gleichspannung gilt C = 1 und für sinusförmige Wechselspannung C = √2 = 1,414. Ist die Amplitude sehr viel größer als der Effektivwert (ist also C » 1), wie zum Beispiel bei Impulsen, kommt es zu Fehlmessungen. Bei gleichrichtwert-bildenden Messgeräten für Wechselgrößen ist die Sinusform zwingend, sonst können erhebliche Abweichungen auftreten. Bei effektivwertbildenden DMM ist die Kurvenform typisch bis C = 7 von geringem Einfluss, wenn die Frequenz nicht allzu hoch ist (50 bis teilweise 400 Hz). Berechnung der Fehlergrenze Beispiel (Mindestwert der Fehlergrenze): Das Messgerät wird unter denselben Bedingungen betrieben wie bei seiner Justierung. Anzeige U = 193,4 V; Angabe des Herstellers: G = 0,2 % v. M. + 1 Digit Beispiel (Ausweitung der Fehlergrenze durch Einfluss): Das Messgerät wird in einer Umgebungstemperatur von 35 °C betrieben. Der Hersteller gibt die obige Fehlergrenze für einen Referenzwert 23 °C an. Für den Betrieb bei anderer Temperatur sei eine weitere Angabe des Herstellers eine bezogener Zusatzabweichung: (0,05 % v.M. + 2 Digit)/10 K
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Digitalmultimeter 10<br />
Strom<br />
Zur Strommessung wird die Spannung über einem eingebauten<br />
Messwiderstand gemessen – je nach Einstellung als Gleich-<br />
oder Wechselspannung. Zur Messbereichsumschaltung wird in der<br />
Regel der Widerstand umgeschaltet. Er ergibt sich zu<br />
≥ kleinster Spannungsmessbereich geteilt durch<br />
eingestellter Strommessbereich.<br />
Beispiel: Im Strommessbereich 200 μA ist ≥ 200 mV / 200 μA<br />
= 1 kΩ.<br />
Die meisten DMM sind daher anderen Strommessverfahren unterlegen,<br />
die mit wesentlich geringerem Spannungsabfall auskommen.<br />
Zur Messung von Wechselstrom gilt dasselbe wie bei<br />
Wechselspannung.<br />
Widerstand<br />
Zur Widerstandsmessung enthält ein DMM eine elektronisch<br />
stabilisierte Konstantstromquelle, die einen von der Belastung<br />
unabhängigen Gleichstrom liefert. Bei Anschluss des zu messenden<br />
Widerstands an die Eingangsklemmen wird der Strom durch das<br />
Messobjekt geschickt, und die dabei entstehende Spannung wird<br />
gemessen, vorzugsweise im kleinsten Spannungsmessbereich. Zur<br />
Messbereichsumschaltung wird dann die Stromquelle umgeschaltet.<br />
Ein Multimeter mit vielen Messfunktionen für<br />
den professionellen Einsatz<br />
Beispiel: Mit I = 10,00 μA erhält man zusammen mit dem kleinsten Spannungs-Messbereich 200 mV einen<br />
Widerstands-Messbereich 20 kΩ.<br />
Der Zusammenhang zwischen Messgröße und Anzeige ist eine Proportionalität, und man erhält recht genaue<br />
Messwerte. Die Fehlergrenze ergibt sich aus der Fehlergrenze für die Gleichspannungsmessung und der<br />
Fehlergrenze für die Justierung des Stromes. Die Qualität des Messwertes ist damit ganz wesentlich besser als bei<br />
Analogmultimetern mit einem Anzeigebereich ∞ … 0, wo allein schon von der Ablesemöglichkeit her das Ergebnis<br />
sehr ungenau wird.<br />
Messabweichungen beim Digitalmultimeter<br />
Abgleichabweichung für Nullpunkt und Empfindlichkeit<br />
Die Kennlinie eines ADU (mit extrem feiner Stufung) ist eine Gerade durch den Nullpunkt. Der Nullpunkt muss<br />
durch horizontale Verschiebung eingestellt werden. Die Empfindlichkeit muss durch Verdrehung (Änderung der<br />
Neigung der Kennlinie) eingestellt werden, siehe auch unter dem Stichwort Messgeräteabweichung. Beides ist nur<br />
innerhalb gewisser Fehlergrenzen möglich.<br />
Quantisierungsabweichung<br />
Dadurch, dass die Messgröße nur schrittweise abgebildet wird, entsteht eine Quantisierungsabweichung.
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