Messen elektrischer Größen

In der elektrischen Messtechnik werden Strom, Spannung und Widerstand als Messgröße bezeichnet. Die Messgröße ist die Einheit des Messwerts.

Bei der Messung wird ein Wert ermittelt. Er wird als Messwert bezeichnet. Dieser setzt sich aus dem Anzeigewert und der Messgröße zusammen. Die Messgröße ist die Einheit.

Der Anzeigewert wird aus dem Zeigerausschlag eines analogen Messgeräts ermittelt oder vom Display eines digitalen Messgeräts abgelesen.

Da der Messwert sehr groß oder sehr klein sein kann und aufgrund baulicher Größe ein Messgerät nur einen begrenzten Platz zur Anzeige des Messwerts hat, stellt man vor der Messung den Messbereich ein. Dazu muss man vorher ungefähr wissen, wie hoch der Messwert sein könnte. Im Regelfall beginnt man bei einem hohen Messbereich und schaltet bei Bedarf schrittweise den Messbereich herunter.

Bei der Nullstellung ohne angelegte Spannung oder Strom muss der Zeiger exakt über dem Nullstrich der Skala liegen. Wenn nicht, dann muss der Zeiger justiert werden. Sonst kommt es zu einem Messfehler.

Mit dem Messgerät wird der Messwert, der Zahlenwert, einer elektrischen Größe (Messgröße) ermittelt.

Die Ursache des systematischen Messfehlers liegt im gewählten Messverfahren, im Messsystem, in den Vergleichsgrößen oder den Gesamtbedingungen. Ein Beispiel ist die klassische Strom- und Spannungsmessung. Schon bei der Wahl des Messmittels und der physikalischen Eigenschaften des Messobjekts kann es zu einem Messfehler von mehreren Prozent kommen.

Zufällige Messfehler sind Fehler oder Abweichungen, die sich nicht reproduzieren lassen. Sie lassen sich nur durch Methoden der Statistik verringern.

Grobe Messfehler entstehen durch Defekte oder ungewöhnliche Störeinflüsse. Sie sind als "Ausreißer" in der Messreihe zu erkennen.

Diese Messfehler entsprechen in ihrer Wirkung den systematischen Messfehlern. Die Ursache für den Messfehler ist eindeutig definierbar. Ihr Erscheinen ist jedoch zufällig. Ein typisches Beispiel ist, wenn man bei gleichen Messbedingungen unterschiedliche Ergebnisse erhält.

Ein Messvorgang ist ein Austausch von Energie. Dabei kommt es zu Verlusten bei der Energieumwandlung. Beispielsweise entzieht man bei der Temperaturmessung dem Messobjekt Energie. Denn der Messfühler muss auf die gleich Temperatur aufgeheizt werden, wie das Messobjekt. Dabei gleichen sich die Temperaturen aneinander an. So führt die Energieübertragung zu einem Verfälschen des Messwerts. Das bedeutet, bis eine absolute Temperaturgleichheit hergestellt ist, vergeht eine unendlich lange Zeit.

1. Die richtige Spannungsart muss ausgewählt werden (AC/DC).
2. Bei Gleichspannung (DC) muss die Polarität beachtet werden.
3. Der richtige Messbereich muss eingestellt werden.
4. Bei einem unbekannten Messwert muss der größte Messbereich eingestellt und langsam in die niedrigeren Messbereich geschaltet werden.
5. Der Messbereich muss möglichst so eingestellt werden, dass der Zeigerausschlag im letzten Drittel abgelesen werden kann.

• Die richtige Stromart muss ausgewählt werden (AC/DC).
• Bei Gleichstrom (DC) muss die Polarität beachtet werden.
• Der richtige Messbereich muss eingestellt werden.
• Bei einem unbekannten Messwert muss der größte Messbereich eingestellt und langsam in die niedrigeren Messbereich geschaltet werden.
• Der Stromkreis muss aufgetrennt werden.
• Der Strommesser muss in Reihe zu den stromführenden Bauteilen geschaltet werden.
• Der Messbereich muss möglichst so eingestellt werden, dass der Zeigerausschlag im letzten Drittel abgelesen werden kann.

Bei der indirekten Widerstandsmessung muss die am Widerstand anliegende Spannung U und den durch den Widerstand fließenden Strom gleichzeitig gemessen werden.

R = U / I

Bei der direkten Widerstandsmessung wird nicht der Widerstand, sondern der Strom durch eine Reihenschaltung aus dem unbekannten Widerstand R_X und einem bekannten Vorwiderstand R_V gemessen. Damit ein Strom fließt muss eine Spannungsquelle an der Reihenschaltung aus Strommesser, bekanntem und unbekanntem Widerstand anliegen.

 

1. Das zu messende Bauteil darf während der Messung nicht an eine Spannungsquelle angeschlossen sein, weil das Messgerät über Spannung oder Strom den Widerstandswert ermittelt.
2. Das zu messende Bauteil muss mindestens einseitig aus einer Schaltung ausgelötet werden. Ansonsten beeinflussen parallel liegende Bauteile das Messergebnis.
3. Der richtige Messbereich muss eingestellt werden.
4. Der Messbereich muss dann möglichst so eingestellt werden, dass der Zeigerausschlag im letzten Drittel abgelesen werden kann (bei einem analogen Messgerät).

Die elektrische Leistung ist das Produkt aus Spannung und Strom. Das bedeutet, die elektrische Leistung lässt sich durch gleichzeitiges Messen von Spannung und Strom, sowie einer anschließenden Berechnung, ermitteln. Dabei wird mit dem Spannungsmesser die an einem Widerstand abfallende Spannung gemessen. Mit einem Strommesser wird der durch den Widerstand fließende Strom gemessen.

 

Die elektrische Arbeit ist das Produkt aus Leistung und Zeit. Das bedeutet, die elektrische Leistung lässt sich durch gleichzeitiges Messen von Spannung und Strom, sowie einer anschließenden Berechnung, ermitteln. Zusätzlich braucht man noch einen Zeitmesser, zum Beispiel eine Uhr, auf der die abgelaufene Zeit abgelesen werden muss. Anschließend wird durch eine Berechnung die elektrische Arbeit ermittelt.

 

Eine Kapazität besteht aus zwei elektrisch leitenden Materialien (Elektroden), die auf unterschiedlichen Potentialen liegen und durch ein nicht leitendes Material (Isolator) voneinander getrennt sind. Man bezeichnet diese Bauform als Kondensator. Die Kapazität dieses Kondensators entspricht der Energiemenge, die zwischen den Elektroden gespeichert werden kann. Legt man eine Spannung an die Elektroden an, dann hat das einen Stromfluss durch den Kondensator zur Folge. Durch den Potentialunterschied zwischen den Elektroden entsteht ein elektrisches Feld.