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Elektrische Größen richtig messen

Bild von Meschi

Sinn und Zweck dieses Beitrags:
Dieser Beitrag soll verdeutlichen, wie vor allem digitale Multimeter richtig eingesetzt werden. Viele von Euch wissen, wie sowas geht. Aber es gibt auch etliche User, die möglicherweise das passende Messwerkzeug besitzen, aber nicht wissen, wie es einzusetzen ist.

Was ist ein Multimeter?
Zur Strom-, Spannungs- und Widerstandsmessung wird heute in aller Regel ein sogenanntes digitales Multimeter eingesetzt (kurz DMM). DMMs sind Geräte, die verschiedene zumeist elektrische Größen messen können. Darüber hinaus gibt es noch weitere Sorten von Meßgeräten (Oszilloskope, analoge Zeigermeßgeräte usw.). Diese will ich aber hier nicht behandeln, da Eigentümer solcher Geräte in aller Regel wissen, wie die Dinger einzusetzen sind.
DMM hingegen gibt es preiswert in jedem Baumarkt oder auch mal im Angebot beim Discounter. Daher kommt es schon vor, dass handwerklich ambitionierte Ehemänner solche Dinger auch mal geschenkt bekommen, aber nicht wissen, wie damit umzugehen ist.

Ausstattung:
DMMs sind mit einem Display auf der Vorderseite ausgestattet (in aller Regel LCD), auf dem die Messergebnisse angezeigt werden. Bei umfangreicher ausgestatteten DMMs erfüllt das Display noch eine Reihe weiterer Funktionen. Es gibt z.B. den eingestellten Messbereich an, manchmal ist es auch in der Lage mehrere Werte anzuzeigen. Zudem gibt es reichlich Modelle, die nicht nur elektrische Größen messen können, sondern auch Temperaturen etc.
Wir beschränken und aber hier auf die Grundfunktionen eines DMM, also Spannungs-, Strom- und Widerstandsmessung bzw. Durchgangsprüfung.

Dann haben DMMs immer noch einen Wahlschalter, mit dem die zu messende Größe ausgewählt werden muss. Hier wird also entschieden, ob z.B. eine Strom- oder Spannungsmessung gemacht werden soll. Darüber hinaus gibt es bei vielen Geräten die Möglichkeit, dass auch der Messbereich gewählt werden kann (also z.B. Spannungsmessungen zwischen 2 und 20 Volt.)

Zuerst einmal ist es wichtig, dass das DMM mit einer brauchbaren Batterie bestückt ist. Halbleere Batterien führen häufig dazu, dass Messergebnisse unbrauchbar sind. Halbwegs moderne DMMs besitzen eine Anzeige, wenn die Batterie so langsam schlapp macht. Das ist in der Regel ein Batteriesymbol im Display. Als Batterien werden meist 9V Blöcke eingesetzt.

Viele DMMs haben noch etliche weitere Funktionen (Temperaturmessung, Kapazitätsmessung, Bestimmung von Gleichstromverstärkungsfaktoren von Transistoren usw.). Diese will ich aber hier nicht behandeln, da ich diese Funktionen eher als "Abfallprodukte" bei einem DMM sehe.

Wie sieht ein klassisches DMM aus? Das ist einfach. Bilder sagen mehr als 1000 Worte:

Multimeter 4

Wie auf dem Bild zu erkennen ist, hat ein durchschnittlich ausgestattetes DMM ein Display, einen Wahlschalter (das Drehding in der Mitte) und zumeist vier Buchsen für die Messstrippen. In der Regel gibt es eine Buchse, die mit "COM" für "common" beschriftet ist. Diese Buchse ist für viele Messung die gemeinsame "Null" Referenz. Hier wird bei Widerstands-, Spannungs- und Strommessungen die schwarze Leitung angesteckt.

Normalerweise ist dann rechts daneben ein Buchse, die mit V/Ω bezeichnet ist. Hier wird für Widerstandsmessungen die rote Messleitung eingesteckt - wie auf dem Foto zu sehen.

Links neben der COM-Buchse finden sich meisten zwei Buchsen für Strommessungen. Je nach zu messender Stromstärke nimmt man die eine oder eben die andere Buchse. Die eine Buchse ist (zusammen mit der COM-Buchse) oft für Messungen von Milliampere bis hin zu wenigen Ampere geeignet, während die andere für höhere Ströme benötigt wird. Dieses ist aber in der Regel direkt an der Buchse entsprechend beschriftet.

Ein paar Grundlagen:
Um ein Grundverständnis für Strom/Spannung und Widerstand zu erhalten, will ich hier kurz auf diese Größen und deren Zusammenhänge eingehen - aber wirklich nur im Rahmen von einfachen Grundlagen, was in aller Regel für einfache Messungen mit dem DMM ausreicht.

Als elektrische Spannung bezeichnet das getrennte Vorhandensein von unterschiedlich elektrisch geladenen Teilchen. Anhand einer Batterie ist dieses schön an den Polen der Batterie selber zu erklären. Es sind in der Batterie eben diese Teilchen vorhanden, welches sich durch die entsprechende Spannung an den Batteriepolen zeigt. Elektrische Spannung hat das Formelzeichen U und wird in der Größe Volt (kurz V) angegeben. Schließt man etwas leitendes an diesen Polen an, so fließt ein elektrischer Strom. D.h. die Ladungen streben über den angeschlossenen Verbraucher einen Ladungsausgleich an. Eben dieser Ladungsausgleich stellt den Strom dar, der das Formelzeichen I besitzt und in Ampere (kurz A) angeben wird. Spannungen und Ströme gibt es als Gleich- und als Wechselgrößen. Im KFZ wird das Bordnetz mit Gleichspannung betrieben, d.h. dort wo die Spannung positiv ist (gegenüber der Fahrzeugmasse), wird regulär niemals eine negative Spannung auftauchen. Gleichstrom/Gleichspannung wird auch mit dem Zusatz DC (direct current) angegeben.

Wechselgrößen (wie aus einer 230 Volt Steckdose zu Hause) wechseln ihre Polarität zyklisch, daher eben auch der Name. Hier wird dann häufig der Zusatz AC (alternating current) verwendet. In Fahrzeugen haben wir hier aber wenig Berührungspunkte - zumindest nicht dort, wo man mit einem einfachen Multimeter weiter käme.

Und wie sollte es anders sein, es gibt einen Zusammenhang zwischen Spannung und Strom. Diesen kennen wir in Form eines Widerstands. Der Widerstand besitzt das Formelzeichen R und wird in Ω (Ohm) angegeben. Je kleiner der Widerstand desto größer der fließende Strom. Aber je größer die Spannung (bei gleichem Widerstand) desto größer der fließende Strom. Dieses alles findet sich in der einfachen Formel U=I*R wieder, mit der durch entsprechendes Umstellen die Werte für I oder R ermittelt werden können ( so lange zwei Größen bekannt sind).

Im Analogon eines Wasserkreislaufes gesprochen ist die Spannung der Druck und der Strom die Wassermenge durch eine geschlossene Leitung. Die Batterie ist die Pumpe, die den Druck erzeugt.

Aber nun zur Sache, Schätzchen!

Spannungsmessung:
Man stecke die beiden Messleitungen in die oben bezeichneten Buchsen, also COM und V/Ω. Dann wird der Wahlschalter auf die jeweilige Spannungsart (Gleich oder Wechsel) sowie falls nicht automatisch vom Gerät erkannt auf den gewünschten Messbereich eingestellt. Nun hält mal die beiden Messspitzen an die Punkte, zwischen denen man eine Spannung vermutet und die man gerne messen möchte. Es sollte noch erwähnt werden, dass gängige DMMs im Spannungsbereich einen sehr hohen Widerstand haben und daher nur ein sehr, sehr geringer Strom durch das DMM fließt. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass die Verfälschung des Messergebnisses durch die Messung selber i.d.R. vernachlässigbar gering ist.

Spannungsmessung

Tipp: Ich mache in der Regel einen kurzen Test, wenn ich ein unerwartetes Messergebnis bekomme bzw. ich nicht sicher bin, ob das Messequipment in Ordnung ist. Irgendwo gibt es eine Spannung, von der man vorher weiß, wie hoch sie circa ist. Im Auto wäre das z.B. die Autobatterie. Wenn man hier schnell eine Messung durchführt und diese dann im Bereich um 12V liegt, dann weiß man, dass man wahrheitsgemäße Messergebnisse erwarten kann. Eignet sich wirklich gut, wenn man nicht sicher ist.

Widerstandsmessung:
Eine Widerstandsmessung wird seitens des DMMs mit einer Hilfsspannung realisiert. Das DMM legt also eine Spannung an den zu messenden Widerstand an. Dadurch wird ein Stromfluss erzeugt, der vom DMM gemessen wird. Da die Spannung dem DMM bekannt ist, kann nach der zuvor erwähnten Formel der Widerstands ausgerechnet und angezeigt werden. Wichtig ist bei einer Widerstandsmessung, dass am zu messenden Bauteil keine externe Spannung anliegt und eben auch nur dieses Bauteil gemessen wird.

Beispiel: Man möchte den Widerstand einer Glühlampe messen. Wenn man das Licht einschaltet und dann versucht, den Widerstand der leuchtenden Glühlampe zu messen, kann man sicher sein, dass das Ergebnis nicht brauchbar ist. Daher muss sichergestellt sein, dass keine externe Spannung anliegt und zudem auch eben nur diese eine Lampe gemessen wird (und nicht noch weitere Lampen parallel auf geschaltet sind). Daher in diesem Fall am besten die Lampe ausbauen und direkt an den Kontakten messen.

Die Einstellungen am Messgerät sind mit denen einer Spannungsmessung vergleichbar. Also die Messleitungen an die gleichen Buchsen anschliesen, das Messgerät auf Widerstandsmessung einstellen und ggf. den Messbereich wählen.

Zudem haben sehr viele DMMs noch einen "Durchgangspieper". Es gibt also einen Modus, bei dem ein Pieper Laut gibt, sobald der Widerstandswert einen bestimmten Wert unterschreitet. Das eignet sich bestens für Durchgangsprüfungen, wenn man z.B. Kabelverbindungen checken möchte.

Strommessung:
Für eine Strommessung muss ein normales DMM in den Stromkreis eingeschliffen werden. D.h. der Stromkreis muss unterbrochen und das DMM an dieser Stelle zwischengeschaltet werden. Oftmals ist das in der Praxis etwas umständlich. Wie dem auch immer sei. Die eine Messleitung muss an COM angeschlossen sein, während die andere in eine der beiden Buchsen für Strommessungen eingesteckt werden muss.  Je nachdem wie groß der zu messende Strom ist, muss man hier die Buchse für Milliampere (inkl. Werten bis zu ein oder zwei Ampere) oder eben die Buchse für hohe Ströme (mehrere Ampere bis hin zu 10 oder 20 Ampere) gewählt werden.

Im kleineren Strommessbereich gibt es in der Regel eine Feinsicherung. Sofern man diesen Meßbereich mal überlastet hat, ist die Sicherung durch und das Display zeigt keinen Stromfluss an.

 Die Zange muss zur Messung um den stromdurchflossenen Leiter gelegt werden. Dazu lässt sich die Zange aufklappen und z.B.  um einen Draht legen. Wichtig ist, dass hier nur ein Draht umschlossen wird und nicht der Hin- und Rückleiter eines Stromkreises, da sich die unterschiedlichen Stromrichtungen gegenseitig auslöschen würden und das Messergebnis für die Katz wäre. Natürlich kann man auch mehrere Leiter gleichzeitig messen. Wenn man die Summe der Ströme durch diese Leiter wissen will, müssen sie natürlich die gleiche Stromrichtung haben.

Der Vorteil so einer "Stromzange" ist, dass der Stromkreis nicht mehr unterbrochen werden muss und man "eben mal so" den Strom messen kann, ohne vorher rumzuschrauben.


Hinweis zur Strommessung

Da bei der Strommessung der gesamte Strom durch das DMM hindurchfließen muss, bietet das DMM selbst dem Strom so gut wie keinen Widerstand. In anderen Worten: Zwischen der jeweiligen Buchse für Strommessung und der COM-Buchse besteht quasi ein Kurzschluss. Dieser Kurzschluss ist immer da, egal wie der Wahlschalter am Gerät eingestellt ist.

Deswegen höchste Vorsicht, daß die Kabel auch wirklich richtig stecken, bevor man eine Spannungsmessung macht!

Bei der Spannungsmessung hängt das DMM meist direkt zwischen 12V und Masse.   Wenn das rote Kabel in diesem Moment in der Strombuchse steckt, macht Ihr einen Kurzschluss.  Dann ist mindestens eine Sicherung kaputt, mit etwas mehr Pech das DMM selbst oder auch irgendein Steuergerät in Fahrzeug.


Das war es erst einmal vom Erklärbär. Ich hoffe, ich habe ein gewisses Grundverständnis vermitteln können.

Nachfolgend findet Ihr noch Bilder von meinen anderen DMMs. Einfach nur um zu verdeutlichen, welche unterschiedlichen Geräte es so geben kann.

Hier ein billiges für unter 10 Euro:

Multimeter 2

Hier noch ein älteres Modell:

Multimeter 3

Und dann noch mein derzeitiger Liebling (weiß auch nicht warum)

Multimeter 1

Die ganz billigen Dinger wie das 10 Euro Gerät sollte man meiner Meinung nach meiden. Die Messstrippen sind eher Spielzeug und auch ansonsten macht das Gerät nicht den Eindruck, als hätte man länger Freude daran. Ich würde da eher etwas mehr Geld anlegen. Ich habe gerade mal bei einem mir bekannten Elektroniklieferanten geschaut, im Alltag brauchbare Geräte gibt's da schon ab 25 Euro. Dann hat man wirklich was brauchbares mit sinnvoller Grundausstattung.

Sicherheitsrelevante Themen:

Üblicherweise besteht bei der verwendeten Bordspannung von 12V keine Verletzungsgefahr. Vorsicht ist jedoch geboten beim Kurzschließen der Batteriepole. Eine Autobatterie kann bis zu 800A Strom liefern, d.h kurzfristig wird eine Leistung von über 8 KW abgegeben. Besonders kritisch ist es hierbei wenn der Kurzschluss über ein metallisches Uhrenarmband oder einen Ring hergestellt wird, da diese glühend heiß werden kann und schwerste Verbrennungen hervorrufen kann.

In diesem Zusammenhang sei auch nochmals darauf hingewiesen, bei Strommessungen Vorsicht walten zu lassen. Ein Messgerät im Strom-Messbereich stellt zwischen den Prüfspitzen eine niederohmige Verbindung her. Wenn die Prüfspitzen nun mit + und - (Fahrzeugmasse) in Verbindung kommen wird das Messgerät beschädigt und es entsteht höchste Verletzungsgefahr, besonders im nicht abgesicherten Hochstrom-Bereich.

Des Weiteren liegen im Bereich der Zündung eines Benzinmotors Spannungen von 10.000 bis 30.000V an. Dadurch kann es zu tödlichen Stromschlägen kommen. Bitte als Laie in diesem Bereich nur bei abgeschalteter Zündung arbeiten.

Ein neues Risiko besteht bei den Hybrid oder reinen Elektro-Fahrzeugen. Diese besitzen viele Batterien, die hintereinandergeschaltet Spannungen über 400V und sehr hohe Stromstärken liefern können. Hobby-Bastler haben an solchen Systemen grundsätzlich nichts zu suchen!

Ich bitte Euch um konstruktive Kritik in der Diskussion. Dieser Beitrag ist mit Sicherheit noch ausbaufähig!

Gruß

Meschi

SGA-Stichworte: Amperemeter, DMM, Multimeter, Ohmmeter, Voltmeter, Widerstand, Spannung, strom, Wechselspannung, Gleichspannung, Wechselstrom, Gleichstrom, Ohm, Volt, Ampere, Elektrik, Elektronik

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