M E S S E N + T E C H N I K
Analoge Messgeräte
Messgeräte haben mich von Kindesbeinen an fasziniert. Eine ganz besondere Sympathie em- pfinde ich gegenüber den analogen, zum Teil mit Röhrenschaltungen oder Transistoren versehe- nen analogen Messgeräten, die in vielen Fällen zu unrecht als "Schätzeisen" bezeichnet werden.
Je nach Verwendungszweck sind hier fortschritt- liche und vor allem haltbare Messgeräte in den 70ern entstanden, von denen drei immer noch
Ihren Platz an meinem Messplatz finden. Nicht zuletzt die für das menschliche Auge schnell erfaßbare Bewegung eines mechanischen Zeigers gibt eindeutigere und schnellere Rückschlüsse auf eventuelle Strom-, Spannungsdriften, welche ein elektronischer Zähler (digitales Multimeter) recht abstrakt und damit unvollkommen zurückmeldet.
Die in der Regel bedämpften Zeigerinstrumente geben dem Auge die Zeit, Tendenzen auch bei schnellen Werteänderungen zu erfassen.
Weiterhin sind die wirklich guten Geräte für einen erweiterten Frequenzbereich empfindlich, sodaß Filter- , Frequenzgang- und Frequenzweichenmes- sungen einfach und
genau möglich sind.
Auch der Innenwiderstand ist bei Einsatz von FET-Verstärkern vergleichbar hoch zu digitalen Multimetern (resultierender geringer Eigen-verbrauch).
Einzig der Umgang mit analogen Messgeräten ist nicht ganz so selbsterklärend und bedarf einer gewissen Erfahrung.
Aktuelle analoge Messgeräte aus meinem Fundus...
Digitale Messgeräte
Die digitalen Messtechnik hat die analoge längst vollständig verdrängt. Schaltungstechnisch werden zunächst die für sich gesehen analogen Meßwerte aus dem Schaltkreis oder der
Spannungsquelle erfasst und nach der Umformung dem AD-Wandlers zugeführt, um den Messwert in digitale Einzelwerte (Bit's) zu quantisieren.
Grundfehler (Abweichung vom Mittel % + LSD in digit)
Entscheidend für ein genaues Multimeter ist die enge Tolleranz in der es in Serie gefertigt wird und die in % angegebene möglichst geringe Abwei- chung vom Mittelwert (Eichwert). Ein weiterer wichtiger Hinweis ist die Angabe des "Least Significant Digit" (LSD) welche mit + x Digit ange-
geben wird und von dem Abweichungsfehler ausgehend auf die letzten angezeigten Stelle aufgeschlagen werden muß. Der LSD-Fehler wird durch nichtlinearitäten der Schaltkreise hervorgerufen und steigt mit der Auflösung des AD-Wandlers an.
Auflösung (digits/counts)
Die Bit-Tiefe des AD-Wandlers wiederum bestimmt die der Messgenauigkeit angepasste Auflösung.
Die sogenannten Digits/Counts eines Multimeters entspricht der Bitzahl des AD-Wandlers, welche bei Hobbygeräten mit 2^11 Bit (2.048 Bit/Counts) startet und bei leistungs- fähigeren Multimetern schnell den Bereich von 2^15 Bit (32.768 Bit/Counts) überschreitet.
Gegenseitige Abhängigkeit (Grundfehler u. Auflösung)
Die Auflösung eines digitalen Multimeters wird in Unkenntnis Ihrer Aufgabenstellung oft als ein Maß der Genauigkeit eines Messinstrumentes missverstanden, was sie definitiv nicht ist. Die Auflösung ändert nichts an dem Grundfehler des Messwerkes. Erst bei einer entsprechend engen Tolleranz des Meßwerkes und entsprechend
geringer Abweichung vom Mittelwert (Eichwert), macht eine erhöhte Auflösung überhaupt Sinn. Tatsächlich ist eine hohe Auflösung nur bei Wechsel des Meßbereichs von größerem Wert. Die letzte Stelle vieler Geräte ist im normalen Messbetrieb aufgrund der anliegenden Meßungenauigkeit eher obsolet.
TRMS (True Root Mean Square) oder auch "echter Effektivwert"
Die Messung des echten Effektivwertes ist ausschließlich für Wechselspannungs- und Wechselstrommessungen interessant. Sie setzt allerdings einige Kenntnisse über die Natur der Wechselspannung voraus.
Wechselspannung/-strom wechselt sinusförmig das Potential zwischen plus und minus und schwingt damit pro Zeiteinheit. Dieses Verhalten wird in der Frequenz (f) definiert.
Ein Messgerät hat die Möglichkeit durch Mittelwertbildung die Wechselspannung/-strom zu erfassen, welche der Hüllenkurve des Sinus entspricht. Man hat damit also die durchschnittlich wirksame/effektive Spannung gemessen. Die Umrechnung der Wechsel-spannung Vss mit ihren maximalen Potential-
unterschieden, wird durch den Berechnungswert (2x√2) = 2,83 dividiert, und in den Effektivwert Veff umgerechnet.
In der Meßpraxis kommt es aber heutzutage viel öfter vor, das man nicht sinusförmige Wechselspannungen messen muß, die ein auf die Sinuskurve geeichtes Gerät falsch interpretiert (zu hoher Wert).
Eine deutlich aufwändigere Technik in höherwertigen Multimetern ermöglicht es, auch für diese nicht sinusförmigen Wechselspan- nungen (Rechteck-, Dreieck,- Puls, Verzerrungen etc.) den Betrag der effektiv fließenden Spannung oder des Stroms korrekt zu messen.
Für Ihre Topmodelle geben seriöse Hersteller den sog. Crestfaktor an. Er definiert das Vermögen Ihrer Geräte, bis zu welcher Abweichung gegenüber der sinusförmigen Schwingung das jeweilige Gerät verlässliche Messwerte ermöglicht. Weiterhin sollten moderne TRMS-Multimeter auch in der Lage sein ein größeres Frequenzband > 1.000Hz zu erfassen um Mischströme/Spannungen aus verschiedenen Frequenzen korrekt zu erfassen. Ist ein Meßgerät bei anliegenden Frequenzmischungen im höheren Frequenzbereich taub, so fällt seine Messung zu gering/falsch aus.
Folgen der Entwicklung
Als Folge des rasanten Miniatusierungsprozesses, der immer leistungsfähigeren IC-s und Prozessoren hervorgebracht hat, finden Messschaltungen heutzutage auf Kleinstplatinen Platz. Es verwundert daher nicht, das der Multimeter-Markt abseits der beruflichen Anwendungsbereiche durch asiatische Produkte dominiert wird. Die elektrische Sicherheit ist jedoch bis zum heutigen Tag einer der Schwach-
stellen im Niedrigpreissektor unter €100,- und sollte bei Kauf kritisch hinterfragt werden. Die Zuordnung zu den Standard Sicherheitsklassen CAT I - IV verbunden mit einem bekannten TÜF-Siegel sind hier erste Sicherheiten und unverzichtbar. Im Zweifelsfall wirft man die eigene Gesundheit in die Waagschale. Es gibt genügend seriöse Tests von unabhängiger Seite, um sich hier Klarheit zu verschaffen.
Professionelles Anwendungsgebiet
Nur im Bereich der beruflichen Anwendung und Prozesskontrolle findet man nach wie vor Marken und Modelle, die über Jahrzehnte durch Ihre kompromisslose Qualität /
hohen Kosten / mit- gelieferte Kalibrierzertifikate (DAkkS) bekannt sind und in der Industrie durch den Zwang zur ISO-Konformität auch eingesetzt werden (z.B. Rhode &
Schwarz, Fluke, Gossen / Metrawatt
(GMC)/
Keysight). Wirklich gute Meßgeräte, die in Genauigkeitsbereiche von xxx ppm vorstoßen, sind auch heute noch extrem teuer und müssen um die Genauigkeit zu halten, jährlich geeicht und kalibriert werden. Die dabei erzielbare Genauigkeit liegt jenseits der Möglichkeiten eines seriösen Handmultimeters.