Digitalmultimeter
(364)Digitalmultimeter gehören zur Grundausstattung von Technikern der Fachrichtungen Elektronik, Energie, Elektrotechnik, Automatisierung und verwandter Fachgebiete. Mit ihnen kann man verschiedene Messungen durchführen und Diagnosen, Installationsarbeiten, Wartung usw. beschleunigen. Sie kamen vor mehreren Jahrzehnten auf den Markt und ersetzten analoge Multimeter, für deren Bau elektromagnetische Indikatoren verwendet wurden.
Ein Multimeter ist ein unverzichtbarer Ausrüstungsgegenstand sowohl für verschiedene Profis als auch für Heimwerker. Allerdings hat jeder Anwendungsbereich seine eigenen spezifischen Anforderungen. Bei der Auswahl des richtigen Multimeters sollten mehrere Aspekte beachtet werden, darunter:
- Messmöglichkeiten (Messgrößen),
- Betriebsbereich (Skala, Minimal- und Maximalwerte),
- Empfindlichkeit,
- Versorgungsmethode,
- und auch – insbesondere bei Geräten, die mit Netzenergiequellen arbeiten – Konformität eines bestimmten Produkts mit internationalen und lokalen Normen.
Im Folgenden betrachten wir einige Schlüsselparameter, die jedes Multimeter hat – und geben außerdem einige grundlegende Informationen zur Auswahl eines Geräts für die Bedürfnisse des Benutzers.
Grundfunktionen digitaler Multimeter
Befassen wir uns zunächst mit den Grundfunktionen von Multimetern, also der Messung elektrischer Größen.
AC/DC-Spannungsmessung
Multimeter werden hauptsächlich mit drei Arten von Messungen in Verbindung gebracht, nämlich Spannung, Strom und Widerstand. Dies sind natürlich die in den Ohmschen und Kirchhoffschen Gesetzen enthaltenen Größen, die eine grundlegende Schaltungsanalyse ermöglichen. Die Spannung ist der erste Parameter, der bei der Diagnose von Problemen mit der Elektronik von Bedeutung ist. Sie ermöglicht es auch, den korrekten Anschluss von Leistungselementen, Wandler, usw. zu beurteilen. Eine weitere Messung, die mit dieser Funktionalität durchgeführt wird, ist der Spannungsabfall, z. B. an einer Diode. Da das Multimeter wahrscheinlich sowohl an Wechselstrom- als auch an Gleichstromkreisen verwendet wird, verfügt fast jedes Modell über separate Einstellungen für Wechselstrom und Gleichstrom. Je nach Hauptzweck des Geräts sollte man sicherstellen, dass sein Bereich Messungen in der Größenordnung von mehreren Dutzend mV Gleichstrom (bei Präzisionselektronik) oder bis zu 1 kV Wechselstrom (Netzstromversorgungsanlagen) ermöglicht.
Messung der Stromstärke
Ein weiterer wichtiger Wert, der in elektronischen und elektrotechnischen Arbeiten gemessen werden muss, ist die Stromstärke – sie ermöglicht die Abschätzung der Leistung eines Geräts oder einer Komponente, der von ihm verbrauchten Energie, ermöglicht auch den Vergleich der Funktion des Elements mit Nennparametern usw. Die meisten Multimeter verfügen über zwei unabhängige Buchsen zur Strommessung. Eine zum Testen in niedrigeren Bereichen und andere, geschützt mit einer Sicherung mit einem höheren Wert, bei dem im maximalen Bereich gemessen wird, für den das Gerät ausgelegt ist (am häufigsten bis zu 10 A oder 20 A). Vor dem Testen solch hoher Ströme muss unbedingt sichergestellt werden, dass sie die Spezifikationen der Sonden und Leitungen nicht überschreiten. Das für Elektronikarbeiten gekaufte Multimeter sollte in der Lage sein, Arbeiten mit Strömen in der Größenordnung von nicht nur mA, sondern auch µA zu ermöglichen.
High-End-Multimeter bieten Messung in True RMS (Root Mean Square). Ein einfacher Wechselstromtest liefert nur bei perfekt sinusförmigen Wellenformen korrekte Ergebnisse. In der Praxis hat die Wellenform häufig eine andere Form (PWM-Signale, Rechtecksignale usw.) oder ist verzerrt, z. B. bei der Versorgung nichtlinearer Lasten, Halbleiterschaltungen, Schaltnetzteilen, Wechselrichtern, Motoren (einschließlich Klimaanlagen, Haushaltsgeräte usw.). True-RMS-Funktionalität bedeutet, dass das Multimeter Berechnungen an den abgetasteten Daten durchführt, was zu einem äquivalenten DC-Wert führt, dem sogenannten Effektivwert. Für unregelmäßige Läufe kann der Fehler eines „normalen“ Amperemeters, also eines Amperemeters, das den Durchschnittswert misst, bis zu 40 % betragen.
Widerstandsmessung
Mit der Widerstandsmessung kann man Parameter von Schaltkreisen, Leitungen und Anschlüssen untersuchen sowie SMD-Elemente identifizieren und beschädigte („durchgebrannte“) elektronische Komponenten lokalisieren. Auch hier lohnt es sich, auf einen möglichst großen Messbereich zu achten, insbesondere unter Berücksichtigung niedriger Werte unter 1 Ω. Dies liegt daran, dass selbst ein scheinbar kleiner Widerstand unter dem Einfluss eines ausreichend großen Stroms eine Freisetzung erheblicher (manchmal gefährlicher) Wärmemengen verursacht. Dies kann bei schlechten Verbindungen in Schalttafeln und anderen Punkten der Netzwerkinstallation passieren. Durch die Messung mit mΩ-Genauigkeit kann man Punkte mit erhöhtem Widerstand erkennen. Dies ist auch bei Präzisionselektronik erforderlich, wo geringe Abweichungen von den Nennparametern zu einer Verstimmung von Generatoren, Stabilisatoren, Verstärkern usw. führen kann. Wenn das Multimeter mit solchen Schaltkreisen arbeiten soll, lohnt es sich, auf Geräte zu achten, die die Möglichkeit der Vierpunktmessung bieten, die auch als die Kelvin-Methode bekannt ist. Traditionell wird der Widerstand gemessen, indem der Spannungsabfall an einer Komponente gemessen wird, durch die ein Strom mit einer bekannten Stromstärke fließt. Leider führt der Widerstand der Drähte selbst zu einem Fehler, der bei der Messung kleiner Widerstandswerte (z. B. Hundertstel Ω) sogar mehrere Dutzend Prozent erreichen kann. In solchen Fällen werden zwei unabhängige Adernpaare verwendet – eines für die Stromversorgung und das andere für die Messung. Dadurch können Spannungsabfälle, die durch eine fehlerhafte Leitungsführung verursacht werden, vermieden und der Widerstandswert zwischen den Punkten, an denen die Sonden angebracht werden, sehr genau abgeschätzt werden.
Dioden- und Durchgangstest
Aufgrund ihrer ähnlichen Funktionsweise werden diese Funktionen normalerweise in einer einzigen Einstellung zusammengefasst. Der Durchgangstest ist eine der Grundfunktionen des Multimeters und seine Bedienung ist sehr einfach: Wenn sich zwischen den Sonden ein Leiter befindet, der den Stromkreis schließt, gibt das Messgerät einen deutlichen, hohen Signalton ab. Der akustische Alarm wird verwendet, da Durchgangsprüfungen häufig über relativ große Entfernungen durchgeführt werden (Überprüfung der Netzwerkverkabelung, Fahrzeugverkabelung usw.) und sich der Bediener daher beim Anbringen der Sonde nicht immer in der Nähe des Multimeters befindet.
Der Diodentest dient, wie der Name schon sagt, zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit von Halbleiterdiode Solche Tests dienen in erster Linie diagnostischen Zwecken und ermöglichen das Auffinden beschädigter Komponenten. Im Falle ausgebrannter und in beide Richtungen kurzgeschlossener Dioden (Spannungsabfall nahe 0 V unabhängig von der Polarität) wird nach dem Anlegen der Sonden ein akustischer Alarm aktiviert; Diode, in der am Stecker eine Lücke besteht zeigt Informationen über den offenen Stromkreis an.
Kapazitätsmessung
Diese Funktionalität ist vor allem bei der Arbeit mit elektronischen Bauteilen und der Schaltungsdiagnose wichtig. Mit der Kapazitätsmessung kann man überprüfen, ob Kondensatoren nicht beschädigt oder verbraucht sind. Es ist auch sehr nützlich bei der Arbeit mit oberflächenmontierten Bauteilen (SMD), da kleinere Formate dieser Bauteile nicht mit einem Aufdruck gekennzeichnet sind und daher ihre Identifizierung ohne Messung praktisch unmöglich ist. Es ist zu beachten, dass die Prüfung der Kapazität eines an den Stromkreis angeschlossenen Kondensators fehlerbehaftet sein kann.
Frequenzmessung
Manchmal erfordert die Arbeit mit Elektrik und Elektronik die Überprüfung der Frequenz eines Signals mit einer regelmäßigen Wellenform (z. B. Sinuswelle). Die genaue Untersuchung periodischer Spannungsänderungen erfordert den Einsatz eines Oszilloskops, relativ oft reicht jedoch ein erster Test mit einem Multimeter aus, um die Fehlerursache zu ermitteln oder den Betrieb des Generators, Wechselrichters usw. zu überprüfen. Die Frequenzmessung ist nicht die Grundfunktionalität von Multimetern und ist in ausgewählten Gerätemodellen (normalerweise höherer Klasse) verfügbar.
Temperaturmessung
Eine nützliche Funktion vieler Universalmessgeräte ist die Temperaturmessung. Dies geschieht in der Regel mit einem Thermoelement, das im Lieferumfang des Geräts enthalten ist. Ein solcher Test hat einen sehr großen Bereich (Hunderte von °C), abhängig von der verwendeten Sonde, und ermöglicht die Überwachung des Betriebs von Heizungen, Kesseln, Motoren, Akkus, Kühlkörpern und vielen anderen Elemente, für die thermische Parameter wichtig sind.
Wie wählt man ein Digitalmultimeter aus?
Man kann davon ausgehen, dass sich Multimeter-Nutzer in drei Gruppen einteilen lassen:
- Spezialisten für die Entwicklung, Herstellung und Wartung von elektronischen Schaltkreisen;
- professionelle Elektrotechniker, die mit Netzwerkschaltkreisen und Stromleitungen arbeiten;
- und Anwender, die eine Grundfunktionalität eines Multimeters benötigen, unabhängig davon, ob es sich um berufliche Zwecke (z. B. KFZ-Elektrikwerkstatt) oder private Zwecke (Heimwerker-Arbeitsplatz, kleinere Reparaturen im Haushalt) handelt.
Es ist erwähnenswert, dassdie Parameter selbst sehr einfacher Multimeter breit genug sind, um die Anforderungen der dritten Gruppe erfolgreich zu erfüllen. Dabei wird die Auswahl des Geräts von persönlichen Vorlieben (Größe, Art des Displays etc.) und ggf. der Haltbarkeit des Geräts bestimmt. Wenn das Messgerät unter schwierigen Umgebungsbedingungen (viel Staub oder hohe Luftfeuchtigkeit) verwendet werden soll, ist es besser, ein Gerät mit einer hohen Schutzklasse zu wählen, mindestens IP54, d.h. gute Staubdichtigkeit und Spritzwasserbeständigkeit.
Bei der Auswahl eines Multimeters für die Arbeit mit Elektronik, insbesondere im Zeitalter empfindlicher Halbleitersysteme, ist es am besten, sich auf die unteren Messbereiche zu konzentrieren: man sollte Werte in der Größenordnung von µA, mV, mΩ berücksichtigen. Zu den weiteren Möglichkeiten, die Multimeter bieten: In der Praxis werden Kapazitäts-, Temperatur- und Frequenzmessungen nicht oft durchgeführt – doch wenn es nötig ist, erweist sich die entsprechende Funktionalität des Multimeters als schwer zu überschätzen.
Für Elektriker sollte das wichtigste Merkmal eines Multimeters immer seine Kategorisierung gemäß den Standards der International Electrotechnical Commission (IEC) sein. Die Kategorie gibt an, für welche Arbeiten das Gerät vorgesehen ist. Es hängt mit einer Reihe von Konstruktionsmerkmalen des Messgeräts zusammen: seiner Verkabelung, Anschlussparametern, Material, Isolationsgrad. Bei Multimetern sind die häufigsten Klassifizierungen:
- CAT II (einphasige Empfänger);
- CAT III (Geräte und Komponenten von dreiphasigen Inneninstallationen);
- CAT IV (ein- und dreiphasige Netzanschlüsse).
Nach der Kategorienummer ist der Hersteller verpflichtet, die maximale Betriebsspannung anzugeben, die in den mit einem Multimeter geprüften Stromkreisen vorhanden sein darf (normalerweise beträgt dieser Wert 300 V, 600 V oder 1000 V).
Bei der Wahl eines Gerätes sollte der künftige Nutzer bedenken, ob das hintergrundbeleuchtete Display und die Tastatur seinen Arbeitskomfort verbessern können – viele Multimeter-Hersteller bieten eine solche Option an.
Zusätzliche Funktionalitäten
Bei professionellen Anwendungen erweisen sich zusätzliche Multimeter-Funktionalitäten als nützlich. Diese reichen von einfachen Funktionen, wie die „Hold“-Funktion (Anzeige des Messwerts nach dem Abklemmen der Sonden) oder deSpeicherung von Durchschnitts-, Minimal- und Maximalwerten, bis hin zu komplexeren Möglichkeiten. Letztere erleichtern die Inspektion umfangreicher Anlagen, z.B. durch die Speicherung einer Messreihe in Protokollform. Darüber hinaus sind höherklassige Multimeter immer häufiger mit Kommunikationsmodulen wie Bluetooth und WLAN ausgestattet, die eine Bedienung der Geräte per Telefon oder Tablet sowiedie Übertragung der erfassten Daten über das Internet ermöglichen, um sie in der Cloud oder auf einem dedizierten Server zu platzieren.
Tischmultimeter
Eine Unterkategorie der Multimeter sind stationäre Geräte, also Labormessgeräte. Diese Produkte zeichnen sich durch hohe Auflösung der Anzeige von Messwerte (oft Zehntausendstel einer Grundeinheit), große Displays, Netzanschlussfähigkeit und erhöhte Abtastrate aus. Darüber hinaus bieten sie erweiterte Funktionalität im Bereich der digitalen Analyse von Messungen. Häufig statten Hersteller sie mit zusätzlichen Fähigkeiten aus, beispielsweise mit einem eingebauten Signalgenerator. Es sollte betont werden, dass diese Arten von Multimetern für professionelle Anwendungen hergestellt werden, u.a. in autorisierten Service-Stellen oder Prototyping-Laboren, daher zeichnen sie sich durch einen relativ hohen Preis aus.
Sets
Wer auf der Suche nach einem Multimeter zur Modernisierung seiner Werkstatt oder Komplettierung einer neuen Werkzeugbasis ist, sollte auf Messsets achten, die von vielen Markenherstellern angeboten werden. Solche Sets können beispielsweise aus einem Multimeter, einer Strommesszange und diversem Zubehör bestehen. Sie werden oft mit einem speziellen Etui, angeboten, die das Displayglas vor Kratzern schützt. Teilweise enthalten die Kits neben der Grundausstattung (Kabel, Sonden) weiteres Zubehör, hochwertige Krokodilklemmen, Abdeckungen, Thermoelemente, Zangenadapter usw.
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