Elektronik Tipp: Messen mit dem digitalen Multimeter

Digital Multimeter Tipps auf www.michael-floessel.deIch hatte ja in einem vorherigen Artikel zum Thema Multimeter schon angedroht, dass dazu noch ein weiterer Beitrag folgen soll. Vielleicht auch noch mehrere, zu den analogen Messgeräten gibt es ja auch einiges zu erzählen.

In diesem Artikel geht es um gebräuchliche Multimeter mit digitaler Anzeige, im allgemeinen eben Digitalmultimeter (DMM). Es gibt immer wieder Missverständnisse, wenn es um das Erfassen von Widerstandswerten geht, ebenso habe ich schon einige gekillte Geräte gesehen, welche einfach falsch benutzt wurden und eben darum (oft schon bei der ersten Benutzung) in den Elektronikhimmel befördert wurden. Leider muss ich zugeben, dass ich selber da keine Ausnahme bilde :mrgreen: Einmal unachtsam und es ist passiert.

 

Multimeter TippsAllgemeines

Die gängigen Messgeräte besitzen normalerweise mindestens ein Display, einen Auswahlschalter für die Messart und (min.) 3 verschiedene Eingangsbuchsen. Im weiteren Verlauf konzentriere ich mich auf das Messen von Widerstand, Spannung und Strom. Derjenige, der die vielleicht vorhanden weiteren Funktionen nutzt, ist im Normalfall ohnehin auf ‚Du & Du‘ mit seinem Gerät (denke ich).

Für die Messungen von Widerständen, Spannungen und auch kleinen Strömen muss man meist die Messleitungen nicht umstecken. Hier ist für (-) die Buchse ‚GND‘ oder ‚COM‘ vorgesehen, die (+) Buchse ist meist mit V/mA/Ohm oder vergleichbaren Kennzeichnungen beschriftet. Bei Messungen an Wechselspannungen ist die Polung natürlich unerheblich. An dieser Stelle muss ich auch auf einen anderen Artikel im Blog hinweisen, es geht um die Informationen wie man bestimmte Messungen vornimmt und was man mit den resultierenden Werten anfangen kann. 

<<Link zum Teil 1>>  

<<Link zum Teil 2>> 

Das beste Messgerät nützt ja nichts, wenn man gar nicht weiß, was man tut.

Vorweg der Hinweis, dass bei der Buchsenbelegung für diese  Standardmessungen der Strommessbereich besonders gefährdet ist! Dieser Bereich ist meist für Ströme von einigen Hundert Milliampere gedacht. Darüber hinaus, kann die Gerätesicherung ansprechen, unter ungünstigen Umständen kann aber auch das komplette Multimeter zerstört werden! Das Messen von Strömen stellt für die Stromquelle einen Kurzschluss dar, es wird der maximale Strom fließen! Den mA Bereich IMMER mit ganz besonderer Vorsicht benutzen!

 

Messen von Widerständen

In der oberen Skizze ist ein Wahlschalter für die Messbereiche angedeutet. Dieser bietet für die Widerstandsmessungen verschiedene Stellungen, welche den maximalen Wert angeben, der in dieser Einstellung gemessen werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, eine höhere Genauigkeit der dargestellten Werte zu erhalten. Bei Widerständen von wenigen Ohm ist der genaue Widerstandswert eben aussagekräftiger als bei Werten von mehreren Kiloohm. Wird der Höchstwert überschritten, zeigt das Display Werte wie ‚OL‘, ‚RANGE‘ oder ‚Overload‘ an. In diesem Falle ist einfach die nächsthöhere Einstellung notwendig. Werte von 20k kann man eben im ‚2k Bereich‘ nicht erfassen. Für das zu messende Bauteil und das Multimeter besteht dabei keine Gefahr. Stellt man fest, dass ein sehr kleiner Widerstandswert in einem sehr hohen Messbereich angezeigt wird, einfach in den passenden Bereich herunterschalten. Dabei geht es eben um die Genauigkeit. Möchte man nur Vorwiderstände für LEDs grob selektieren, spielt es meist keine Rolle, ob das nun 180 oder 182 Ohm sind, bei Bauteilen für A/D Wandler z.B. sollte man aber schauen, dass man möglichst genaue Werte erhält!

Die Besonderheit im Widerstandsmessbereich ist die, dass hierbei Strom aus dem Multimeter in das Bauteil fließt. Nur so kann der Widerstand ermittelt werden. Deshalb ist es nicht möglich, Widerstände in Schaltungen zu messen, die noch unter Spannung stehen! Sind die Bauteile schon in einer Schaltung montiert (Fehlersuche etc.), sollte der zu messende Widerstand mit mindestens einem Anschluss ausgelötet werden. Es besteht immer die Gefahr, dass andere Bauteile die Messung beeinflussen. Nebenbei ist eine von außen zugeführte Spannung beim Messen von Widerständen dem Multimeter nicht zuträglich ;-) In sehr seltenen Fällen ist es auch möglich, dass der Strom aus dem Messgerät so hoch ist, dass das Messobjekt beschädigt werden kann. Ich habe mir angewöhnt, die Ströme in allen Widerstandsmessbereichen bei unbekannten Messgeräten einfach auszumessen und zu notieren.

Tipps zum DMMBei dem hier gezeigten Beispiel ist eine Umschaltung der Empfindlichkeit des Multimeters übrigens nicht notwendig, es wählt den optimalen Messbereich selber. Dieses Gerät kann in der gleichen Auswahl auch Durchgangs- und Diodenmessungen vornehmen. Im Kurzschlussfalle auch nicht wundern, wenn statt 0,00 Ohm Werte um 3-4 Ohm angezeigt werden, von den Messleitungen bis hin zum Auswahlschalter wird hier eben der gesamte Widerstand im Stromkreis mit gemessen. In der Regel haben hier qualitativ hochwertige Geräte und Messleitungen die Nase vorn.

Auch bei der Spannungsmessung kann es vorkommen, dass man sich zwischen verschiedenen Messbereichen entscheiden kann. Ist die Größe der Spannung absolut unbekannt, empfiehlt es sich, immer mit dem größten Bereich zu beginnen. Gängige Geräte messen Wechselspannungen bis 1000V. Ist die Auflösung zu grob und der nächst kleinere Messbereich ausreichend, einfach eine Stufe herunter schalten. Ist ebenfalls unbekannt, ob man eine Gleich- oder eine Wechselspannung messen wird, zunächst im AC/~/Wechselspannungsmodus beginnen. Ist in den Fall doch eine reine Gleichspannung vorhanden, zeigt das Multimeter wahrscheinlich 0,00V oder Blödsinn an, man kann nun einen geeigneten Bereich auswählen. Eine genaue Aussage ist hier schwierig, es kommt darauf an, wie der Eingangsbereich des Gerätes technisch realisiert ist. Auch digitale Signale oder Mischspannungen sind mit Vorsicht zu genießen. Viele Geräte sind auf eine Sinusschwingung bei 50Hz ausgelegt, andere Signalformen oder Frequenzen können deutlich falsche Ergebnisse produzieren. Viele Multimeter werten nur den Effektivwert einer Spannung aus! Ich verweise hier auf ein paar Wikipediaartikel, die diese Vorgänge näher erläutern.

Effektivwert/True RMS (Wikipedia)

Messverfahren bei Multimetern (Wikipedia)

Bei Standardmultimetern würde ich sicherheitshalber nur Messungen an Gleichspannungen und 50Hz Wechselspannungen mit annähender Sinusform als ausreichend genau betrachten. Wer den Luxus eines Oszilloskopes sein Eigen nennt, sollte ggf. prüfen, welche Signalform wirklich vorliegt. I.d.R. ist es immer von Vorteil zu wissen, welche Signalformen vorhanden sind und auch das Handbuch zum Messgerät zur Hand zu nehmen. Hat man den DC/=/Gleichspannungs Bereich gewählt und bekommt es mit einer Wechselspannung zu tun, wird das DMM wahrscheinlich einen wesentlich geringeren Spannungswert anzeigen oder eben auch Blödsinn bzw. sich nicht zwischen +/- im Display entscheiden. Besser ausgestattete Geräte können bei solchen Unklarheiten übrigens mit ‚Error‘ oder ähnlichem darauf hinweisen.

Messen von Strömen

Ziemlich sicher der heikelste Punkt. Sehr oft funktioniert der mA Bereich nicht mehr, weil (zumindest) die Sicherung defekt ist, manchmal ist auch der ganze Eingangsbereich des Multimeters durch zu hohe Ströme ruiniert worden. Ich hatte es am Anfang des Artikels ja schon erwähnt: Technisch gesehen stellt die Strommessung einen Kurzschluss oder eine Überbrückung dar. Der Innenwiderstand des Messgeräts beträgt meist nur einige Milliohm, man will den Strom ja messen und nicht reduzieren. Akkus z.B. haben oft nur eine Nennspannung von ca. 1,2V. Möchte man nun eigentlich eben diese Spannung messen und hat irrtümlich noch einen Strommessbereich ausgewählt, wird unfreiwillig der komplette Kurzschlussstrom des Akkumulators fließen! Das können -zig Ampere sein! Aus diesem Grunde immer sicherstellen, dass nach Benutzung des digitalen Multimeters NIEMALS noch eine Strommessung eingestellt ist!  Buchsen am DMM

Fast alle Messgeräte verfügen über eine zusätzliche Buchse, die beim Messen von größeren Strömen benutzt wird. Das hier im Bild gezeigte Modell kann darüber max. 10A erfassen.

Ist unsicher, wie groß der zu messende Strom sein wird, immer mit diesem Bereich beginnen. Allerdings muss mann sich darüber im Klaren sein, dass in allen Fällen der ungefähr zu erwartende Strom bekannt sein sollte! Es hat schon Helden gegeben, die im 10A Bereich messen wollten, wie hoch der Kurzschlussstrom der normalen 230V Haushaltsversorgung ist… Bei einem solchen Versuch ist es gut möglich, dass auch keine Sicherung mehr hilft, die Leiterbahnen im DMM verdampfen einfach. Ganz davon zu schweigen, was dem Bediener alles passieren kann. Also VORSICHT! Sehr oft hat man auch Multimeter in der Hand, die Wechselströme nicht erfassen können, auch hier auf die Fähigkeiten des Modells achten. Möchte man aber nun einen bekannt kleinen Strom (z.B. einer LED) messen, kann der Benutzer den mA Bereich wählen. LEDs liegen irgendwo zwischen 2-20mA, das sollte jedes normale DMM schaffen. Vorausgesetzt natürlich, es hat überhaupt einen Ampere Messbereich. Es ist allerdings immer darauf zu achten, das Ströme eben innerhalb des Stromkreises gemessen werden, ein auftrennen der Leiterbahnen oder lösen der Verbindungen ist fast immer nötig. Es gibt auch Zangenmultimeter, diese werden um den Leiter gelegt um zu messen. Bei kleineren Strömen und vor allem innerhalb von gedruckten Schaltungen ist das aber schwierig bis unmöglich.

Der sicherste Weg ist in vielen Fällen die indirekte Strommessung. Also die Spannung (!) über einem bekannten Widerstand messen (z.B. Vorwiderstand einer LED) und dann das Ergebnis durch den Widerstandswert teilen (I=U/R).

Es gibt natürlich verschiedene Möglichkeiten, die Gefahr von zu großen Strömen zu reduzieren. Ist die Schaltung unkritisch, ist es eine gute Idee, eine Glühlampe oder einen ausreichend dimensionierten Widerstand für die ersten Annäherungen an den Messwert mit dem Multimeter in Reiche zu schalten. Hier spielt natürlich die Erfahrung mit der Materie eine große Rolle, sichere Allgemeintipps sind wieder mal schwierig.

Hier einfach eine (sicher unvollständige) Liste, der bekannten Strommesbereichskiller:

  • Netzspannung in jeder Art.
  • Anlasser und überhaupt Motoren im Auto.
  • KFZ Scheinwerfer.
  • Lade-/Entladeströme an (stärkeren) Akkus.
  • Übersehene/falsche Einstellung des Multimeters.

 

Dazu noch einige Punkte, die man beherzigen kann

  • Multimeter bei Nichtgebrauch immer auf den größten AC-Spannungsbereich stellen.
  • Messleitungen NIE in den Buchsen für die Strommessung belassen.
  • NIEMALS Widerstände in Spannungsführenden Schaltungen messen.
  • Sicherungen IMMER mit den passenden Werten erstezen.
  • Ausreichend volle Batterien im Multimeter um Fehlmessungen zu vermeiden.
  • Sichere, geeignete Messleitungen verwenden.
  • Anleitung lesen!
  • Bei unbekannten Messwerten in den höchsten Bereichen beginnen.

Eine Vielzahl der verfügbaren Multimeter hat recht unterschiedliche Fähigkeiten. Einige müssen auch für mA Messungen umgesteckt werden, andere regeln die Umschaltung der Messbereiche selber. Simple Varianten haben fest installierte Leitungen, Luxusvarianten mehr Schalter und Knöpfe als überschaubar. Es macht auf jeden Fall Sinn, sich mit seinem Modell umfassend auseinander zu setzen! Je besser man das Gerät kennt, desto sicherer sind die Ergebnisse und größer die Möglichkeiten, um an diese zu gelangen.

 

 

Elektronik Tipp: Messgeräte, Multimeter, Anschaffung

mAngeregt durch ein Gespräch, welches ich zufällig beim Arzt mit einem ebenfalls im Wartezimmer wartenden Hobbyelektroniker geführt habe, möchte ich mal ein paar Zeilen zum Thema Messgeräte bzw. Multimeter schreiben.

Sobald man sich mit Elektronik im weitesten Sinne beschäftigt, wird es bei Zeiten notwendig, mal das eine oder andere elektrische Geschehen zu messen. Steht schon ein Multimeter oder ähnliches zur Verfügung, ist das eigentlich kein großes Unterfangen. Einschalten, anschließen und messen.

Wenn man jedoch vielleicht gerade ein neues Messwerkzeug sucht oder mit dem (Elektronik) Hobby beginnt, kommt manchmal die Frage auf, was für eine Variante es werden soll. Im Allgemeinen wird man wohl immer zu Multimetern greifen, da sie in der Lage sind, verschiedene Aufgaben zu erledigen. Meist geht es um Spannung, Strom und Widerstand, die aktuellen Geräte können aber dann doch mehr, je nachdem, was man ausgeben möchte.

Grundfunktionen

Folgende Funktionen sollte ein Multimeter auf jeden Fall besitzen:

  • Strom im Ampere Bereich (min. 10A).
  • Strom im mA Bereich (oft bis 500mA).
  • Spannung bis 500V DC/1000V AC.
  • Widerstand bis 10 Megaohm.
  • Diodentest.
  • Akustisch unterstützter Durchgangsprüfer.

Sinnvoll aber nicht unbedingt Pflicht, ich möchte allerdings nicht darauf verzichten:

  • Kapazität.
  • Induktivität.
  • Frequenz und Temperatur (Temp. über einen externen Messfühler).
  • Automatische Bereichsumschaltung.

Luxus, aber auch diesen möchte ich nicht mehr vermissen:

  • USB Anschluss mit geeigneter Messsoftware für den PC
  • Transistor Verstärkungsfaktor Messung

Analoges MultimeterAnaloge Varianten

Ehe jetzt jemand ‚diese alten Dinger‘ schreit sei erwähnt, dass die Ausführungen mit Zeiger durchaus ihre Berechtigung haben. Einer der größten Vorteile ist eben der, dass die Strom- und Spannungsmessungen bei vielen Geräten keine eigene Stromversorgung benötigen und sich deshalb nicht aus Energiespargründen abschalten müssen. Ebenso werden, durch die Trägheit des Meßwerkes, u. U. Störungen bzw. Spitzenwerte ausgeglichen und recht stabile Werte angezeigt. Dies kann von Vorteil, aber auch von Nachteil sein. Es ist einfach davon abhängig, was man messen möchte. Ich nutze meine Analogmultimeter z. B., wenn ich Ladeströme und/oder Akkuspannungen über einen längeren Zeitraum erfassen möchte und das Loggen via PC nicht möglich ist.

Display MMDigitale Ausführungen

Die Masse der benutzten Multimeter wird allerdings digital sein. Bei präzisen Messungen ist bei diesen ein Ablesefehler eher die Ausnahme, die Messwerte sind i. d. R. präzise bis hinter das Komma. Eigentlich sind hier nur die Qualität und die Auflösung der Werte, dass Zünglein an der Waage. Von der Ausstattung her gibt es einfache Varianten mit den Grundfunktionen bis hin zu kompletten Messlaboren incl. Oszilloskop.

 

Bei gelegentlichen Niederspannungsmessungen an Leuchtdioden, Batterien oder ähnlichem, muss man sich sicherlich nicht die teuersten Geräte auf den Tisch legen. Wer sich aber täglich an 230V Leitungen begeben muss, sollte doch schon darauf achten, dass vor allem die Sicherheitsrelevanten Eigenschaften seines Messgerätes stimmen. Wer professionell mit Strom und Spannung zu tun hat, wird aber meist ohnehin auf andere Geräteklassen zurückgreifen :-)

Eigentlich wollte ich hier auch noch ein paar Tipps zum Umgang mit diesen Geräten geben, merke aber beim Schreiben, dass dieses Thema zu umfangreich ist, um ‚mal eben‘ abgehandelt zu werden. Dazu werde ich wohl einen eigenen Beitrag erstellen.

Messen...

 

Natürlich geht’s auch so :mrgreen:

 

 

Möchte man ununterbrochen Messungen über einen längeren Zeitraum vornehmen, sollte das Messgerät Unterstützung durch den Computer anbieten. Auf diese Weise lassen sich u.a. Entladekurven von Akkus oder die Stabilität einer Stromversorgung aufzeichnen. Leider habe ich viele Multimeter erlebt, die sich auch bei angeschlossenem PC nicht davon abbringen lassen, sich nach einigen Minuten abzuschalten. Einer Langzeitmessung ist das natürlich eher abträglich. Zusätzlich sollte auch vorher ein Blick auf die mitgelieferte Software geworfen werden, oft ist diese nicht mehr, als die Verlagerung des Displays auf den Computermonitor, die Schnittstelle sollte dann ggf. verfügbare Alternativsoftware unterstützen.




Wer sein Hobby schon längere Zeit betreibt, hat sehr oft mehrere DMM (Digital Multi Meter) im Einsatz. Meist ein teureres, welches am Arbeitstisch verbleibt und ein mobil genutztes, dass zum Einsatz kommt, wenn sich das Messobjekt nicht zum Tisch bringen lässt (Multimeter 2 go :mrgreen: ). Für den stationären Einsatz sollte über ein Tischgerät nachgedacht werden. Diese sind standfester und haben idealerweise eine eigene Stromversorgung. Bei den Geräten zum Umhertragen, ist auch die Beschaffenheit des Gehäuses zu beachten. Es ist sehr frustrierend, wenn nach der 3. Benutzung der Ständer abbricht oder die Display-Schutzscheibe herausfällt. Brauchbare Tischgeräte bekommt man ab ca. 150€, die normale mobile Bauart schon ab ca. 50€, wenn man eine bestimmte Grundausstattung wünscht. Soll es etwas mehr an Funktionen und auch Qualität sein, muss man in etwa das doppelte kalkulieren, hier bestätigen aber auch Ausnahmen die Regel. Man kann durchaus auch Glück mit Sonderangeboten oder Discounterware haben! Es kann aber eben auch passieren, dass man eher ein ‚Schätzeisen‘ als ein Multimeter erhält. Idealerweise sollte beim Neukauf vorher ggf. ein Rückgaberecht vereinbart werden.