Multimeter - Carl-Engler

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Laborgerät: Multimeter
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Laborgerät: Multimeter
1.
Grundfunktionen
1.1
Labor-Einsatz
Das Multimeter ist das am häufigsten anzutreffende Labor-Messgerät, das auf die typischen Messaufgaben
der Elektronik hin optimiert ist. Es ist kompakt aufgebaut, leicht transportierbar, mit standardisierten
4mm - Anschlussbuchsen, einer gut sichtbaren Anzeige und ist oft auch netzunabhängig betreibbar.
Beim Digital-Multimeter (DMM) wird das analoge Eingangssignal über einen ADU (Analog-Digital-Umsetzer)
digitalisiert.
Der Eingang ist potentialfrei. Die
einzelnen Geräte unterscheiden sich
wesentlich in den Messbereichen, der
Auflösung
und
Genauigkeit,
der
Messgeschwindigkeit,
dem
Innenwiderstand und in zusätzlichen
Mess- und Bedienungsfunktionen.
Ein Multimeter ermöglicht mindestens
folgende Messungen:





Gleichspannung
Wechselspannung
Gleichstrom
Wechselstrom
Widerstand
Alle Messungen werden auf eine
Gleichspannungsmessung zurückgeführt.
Sie stellt daher die Grundfunktion dar.
Spannungen werden über die beiden
Anschlussbuchsen + (oder: Input, High,
Signal) und - (oder: Common, Low,
Ground) gemessen.
1.2
Gleichspannung
Beim Digitalmultimeter unterscheiden sich die Bereichsgrenzen der Messbereiche meist um den Faktor 10,
z.B.




+/+/+/+/-
0.2V
2V
20V
200V
Bei der Gleichspannungsmessung wird normalerweise die größte Messgeschwindigkeit und die höchste
Genauigkeit erreicht. Je höher der Eingangswiderstand, desto weniger wird das Messobjekt bei der
Messung belastet. Mit integrierenden Umsetzern lassen sich statistische Schwankungen im Messsignal
während der Messung ausgleichen (auf Kosten der Messgeschwindigkeit).
1.3
Wechselspannung
Bei einfachen Geräten wird der Gleichrichtwert einer Wechselspannung gemessen und die Ausgabe auf den
Effektivwert einer symmetrischen, sinusförmigen Wechselspannung kalibriert. Für andere Signalformen
(Rechteck, Dreieck, Puls) muss der Ausgabewert umgerechnet werden. Ein eventuell vorhander Offset im
Signal kann bei dieser Messung nicht vom Wechselanteil getrennt werden. Die Wechselspannung wird erst
nach der Eingangsstufe gleichgerichtet, da dort die Nichtlinearität der Dioden besser ausgeglichen werden
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kann. Durch analoge Rechenschaltungen (Multiplizierer) lässt sich auch bei beliebiger Signalform der
Effektivwert bestimmen. Analoge Quadraturschaltungen sind inzwischen nur noch für sehr hohe
Frequenzen anzutreffen.
Im Labor sind fast ausschließlich Digital-Multimeter anzutreffen, die die Wechselspannung nicht
gleichrichten, sonder sehr schnell abtasten. Wenn die Signalform durch ausreichend schnelle Abtastung
erfasst wird, lassen sich bei beliebiger Signalform außer dem Gleichrichtwert weitere Signalkenngrößen
(Effektivwert = TRMS, Minimum, Maximum) berechnen. Dies geschieht numerisch auf der digitalen Seite
mit entsprechenden Rechenprogrammen.
Der Effektivwert ergibt sich aus der Quadratwurzel der Summe der quadrierten Abtastwerte (RMS: Root
Mean Square). Da manche Geräte nur den Wechselspannungsanteil berücksichtigen (ohne Offset), wird die
Fähigkeit zur Messung "echter" Effektivwerte (mit Offset) durch TRMS (True Root Mean Square) in der
Beschreibung der Geräteeigenschaften hervorgehoben.
1.4
Gleichstrom
Zur Strommessung müssen meist die Anschlussbuchsen gewechselt werden, damit der geringe
Innenwiderstand bei einem automatischen Wechsel der Messfunktion nicht Teile der Schaltung
kurzschließt.
Große Ströme werden über den Spannungsabfall an einem niederohmigen Leiterstück (Shunt) gemessen.
Kleine Ströme werden mit rückgekoppelten Verstärkerschaltungen gemessen, bei denen beide EingangsAnschlüsse auf gleichem Potential liegen. Dadurch verschwindet der Innenwiderstand des Messgeräts fast
vollständig.
1.5
Wechselstrom
Die Messung von Wechselströmen wird auf die vorhandenen Verfahren für die Wechselspannungsmessung
oder die der Gleichstrommessung zurückgeführt.
1.6
Widerstand
Zur Widerstandsmessung wird eine interne Konstantstromquelle verwendet, deren Spannung sich
proportional zum Widerstand des Messobjekts einstellt. Kleine Messströme heizen das Messobjekt nur
wenig auf, erfordern aber dafür ein empfindliches Messsystem.
Bei der Zweidraht-Messung wird die Spannung an den Anschlussbuchsen des Messgeräts gemessen. Dadurch
sind im Messwert die Leitungswiderstände enthalten.
Bei der Vierdraht-Messung führen zwei zusätzliche Leitung vom Voltmeter zum Messobjekt, durch die der
Messstrom nicht fliesst. Die Leitungswiderstände werden nicht mitgemessen. Da die Schaltung häufig bei
der Temperaturmessung eingesetzt wird (Pt 100), wird sie auch mit "Kelvin-Anschluss" bezeichnet.
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2.
Messkette
2.1
Messstellen-Anschluss
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Der Kontakt zur Messstelle erfolgt durch Messspitzen oder -klemmen. Für die Messung grösserer Ströme
kann auch eine Stromzange verwendet werden. In den Spulen induziert das Magnetfeld des
Wechselstromes im Leiter eine Spannung. Stromzangen auf der Basis des Hall-Effektes ermöglichen auch
eine Messung von Gleichströmen. Unter einem Kelvin-Anschluss versteht man eine separate
Stromzuführung zum Messobjekt bei der Präzisionsmessung von Widerständen (Vierdraht-Messung).
2.2
Messkabel
Flexible Messkabel sollten in ausreichender Länge verfügbar sein. Für spezielle Messungen gibt es
zusätzliche Forderungen:
 Bei Strom- und Widerstandsmessung dürfen sie einen nur kleinen Widerstand besitzen.
 Kleine Spannungen können bei falscher Materialwahl durch Thermospannungen
verfälscht werden.
 Hochspannungsmessungen erfordern eine bestimmte Durchschlagsfestigkeit und einen
hohen Isolationswiderstand, sowie eine vollstädige Isolation spannungsführender
Teile.
 Bei Hochfrequenzmessungen ist der Wellenwiderstand zu berücksichtigen.
2.3
Abschirmung, Guard
Die Einwirkung elektrische und magnetischer Felder erfordert eine Abschirmung durch ein Drahtgeflecht
um die Messleitung. Damit diese Abschirmungen selbst nicht zum Empfänger von Störungen werden, sind
diese auf einen Massepunkt in der Schaltung zusammenzuführen (keine Masse-Schleifen, Ground Loop).
Eine spezielle Technik der Abschirmung,
Isolationswiderstandes und der Kabelkapazität.
2.4
die
Guard-Technik,
reduziert
die
Einflüsse
des
Anschluss
Üblich sind 4-mm-Buchsen im Abstand von 19 mm (Bananenstecker).
Für geschirmte Leitungen werden BNC-Anschlüsse (Bajonett Nut Connector oder Bayonett Neill
Concelmann) verwendet, deren Schirm mit der Gerätemasse verbunden ist. Der Guard-Anschluss ist
ebenfalls ein 4-mm-Anschluss oder die gesamte Guard-Technik ist in einem nicht standardisierten
Steckersystem ausgeführt.
2.5
Nullpunkt-Einstellung
Die Nullpunktsdrift durch Temperatureinflüsse und Alterung muss häufig korrigiert werden. Dazu wird der
innere Geräte-Eingang von den Anschlussbuchsen getrennt und kurzgeschlossen. Der Wert der folgenden
Null-Messung wird gespeichert und bei den regulären Messungen jeweils automatisch vom Messwert
abgezogen. Die Korrektur wird im einfachsten Fall numerisch auf der digitalen Seite vorgenommen.
Verfügt das Gerät über eine echte Offset-Messfunktion, lässt sich darüber auch die Nullpunktskorrektur
mit einer Gegenspannung realisieren.
2.6
Filter
Ein Tiefpass-Filter unterdrückt hochfrequente Anteile im Messsignal. Damit lassen sich zufällige
Schwankungen ausgleichen, allerdings ergibt sich dadurch auch eine grössere Trägheit des Messsystems.
Mit einem Bandfilter können z.B. netzbedingte Störungen (50Hz, 60Hz) unterdrückt werden.
Bei getakteten Messungen muss durch ein Anti-Aliasing-Filter der Frequenzbereich oberhalb der halben
Abtastfrequenz unterdrückt werden.
Einstellbare Bandfilter
Frequenzbereich.
ermöglichen
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(als
Sonderfunktion)
die
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Messung
in
einem
ausgewählten
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2.7
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Analog-Digital-Umsetzer
Der ADU (auch ADC: Analog Digital Converter) bildet aus dem Eingangs-Analogwert einen digitalen Code.
Bei einer Auflösung von n Bit wird der Messbereich in 2^n Stufen eingeteilt (z.B. n=18). Die einzelnen
Umsetzverfahren unterscheiden sich in der Umsetzgeschwindigkeit (z.B. 100/s) und in den FilterEigenschaften (integrierend, glättend).
2.8
Speicher
Mit der Entwicklung der Speichertechnologie werden auch Multimeter mit Speichern für z.B. 1000
Messwerte ausgestattet.
2.9
Anzeige
Die Anzeige besitzt eine feste Anzahl von Dezimalstellen mit variablem Dezimalpunkt und Vorzeichen.
Wenn die erste Dezimalstelle nur 0 oder 1 anzeigen kann (oder nur das Vorzeichen), zählt sie nur als halbe
Stelle. Eine Dreiviertel-Stelle kann nur die Werte 0, 1, 2 oder 3 annehmen. Eine 5-1/2-stellige Anzeige
kann damit z.B. 200 000 verschiedene Werte anzeigen. Dies entspricht einer Auflösung auf der digitalen
Seite von 17 Bit.
Zeitliche Änderungen der Anzeige lassen sich gut auf einer Balken-Anzeige (bar graph) beobachten. Die
Balkenanzeige muss dazu aber schneller aktualisiert werden als die numerische Anzeige.
2.10 Interface
Die Systemfähigkeit ermöglicht den Verbund des Multimeters mit anderen Labor-Geräten (z.B. über IECBus). In einem Labor-Messsystem sind alle Gerätefunktionen und der Datenaustausch fernsteuerbar und
damit programmierbar. In solchen Systemen kann auf die manuelle Bedienung und Anzeige am Gerät
verzichtet werden.
Zur Steuerung und zum Datenaustausch wird fast ausschliesslich eine standardisierte Schnittstelle (RS-232,
USB oder IEC-Bus) oder direkt ein Netzwerkanschluss eingesetzt.
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3.
Erfassungsmodus
3.1
Triggerung
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Der Erfassungsmodus legt die Zeitpunkte der Analog-Digital-Umsetzung fest und bestimmt, welche Werte
zur Anzeige gebracht, bzw. in den Speicher geschrieben werden.
Das Triggersignal für eine Messung kann aus folgenden Quellen stammen:





3.2
der ADU selbst (end of conversion signal)
ein interner Taktgenerator
eine Start-Taste am Gerät
ein externer Triggereingang
eine Triggernachricht über das Interface
Einzelmessung (single)
Es wird nur eine einzige Umsetzung nach einer externen Triggerung durchgeführt und als Messwert
übernommen. Dabei können auch Verfahren zur Rauschunterdrückung oder zur Kompensation interner
Spannungen angewendet werden.
3.3
Kontinuierliche Messung (continuous)
Das Gerät führt kontinuierlich Messungen durch. Der neue Wert überschreibt jeweils den alten. Nur nach
externer Anforderung wird der letzte Wert als Messwert ausgegeben. Dadurch ist jederzeit ein Messwert
verfügbar. Es entstehen zwar keine Wartezeiten, aber der genaue Erfassungszeitpunkt wird unbestimmter.
3.4
Getaktete Messung (clock)
Ein (meist interner) Taktgenerator startet periodisch den ADU. Die Taktrate bzw. das Taktintervall liegt
fest oder ist in einem geräteabhängigen Bereich einstellbar.
Die Messwerte werden nach der Umsetzung im Speicher abgelegt oder an die Schnittstelle übergeben. Die
Messwerte stehen also nach der Umsetzzeit zur Verfügung. Ist die Umsetzdauer von der Eingangs-Spannung
abhängig, werden die Messwerte mit unterschiedlicher Verzögerung geliefert.
3.5
Burst-Messung (burst)
Beim Burst wird eine festgelegte Anzahl von Messwerten einmalig erfasst. Der Burst wird durch ein
einziges Triggersignal gestartet.
Die maximale Abtastrate wird verwendet, wenn durch Mittelwertbildung statistische Schwankungen
herausgerechnet werden sollen (Glättung).
Bei festgelegter Taktrate erhält man die zeitliche Abtastung des Signalverlaufs. In Verbindung mit einem
Scanner (Messstellenumschalter) liefert ein Burst (fast) zeitgleiche Messwerte verschiedener Messstellen,
wenn die Taktzeit wesentlich kürzer als die Zeit zwischen zwei Bursts ist.
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4.
Spezifikationen
4.1
Messbereiche (Range)
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Ein Multimeter verfügt für jede Messfunktion über festgelegte Messbereiche. Die Funktion "autorange"
schaltet jeweils selbständig in den günstigsten Messbereich. Der Bereichswechsel erfordert jedoch Zeit
und verlangsamt damit eine Folge von Messungen.
4.2
Messgeschwindigkeit (Sampling Rate)
Die Messgeschwindigkeit hängt zuerst vom Umsetzverfahren ab, aber auch von der eingestellten Auflösung
und den gewählten Zusatzfunktionen (autozero, Filter). Typische Werte liegen zwischen 1/s und 1000/s.
4.3
Empfindlichkeit (Sensitivity)
Die Empfindlichkeit ist die kleinste Signaländerung, die mit dem System noch erfasst werden kann. Die
grösste Empfindlichkeit muss nicht in der Nähe der Null gegeben sein, wird aber im kleinsten Messbereich
erreicht.
Die Empfindlichkeit ist definiert als
Quotient von Anzeigenänderung durch Änderung des Eingangssignals.
Bei digitalen Systemen ist sie definiert als:
Ziffernschritte pro Einheit der Messgrösse
4.4
Auflösung (Resolution)
Die Auflösung gibt die kleinste beobachtbare Änderung der Anzeige an. Sie ist meist abhängig vom
Messbereich.
Bei digital-ausgebenden Systemen wird die Auflösung auch von der digitalen Seite beschrieben. Sie ist dort
gleich der Anzahl der zur Darstellung erforderlichen Bits.
Die Auflösung beträgt bei 1 LSD (Lowest Significant Digit) bei einem Maximalwert von 1999:
1/1999 oder 0.05%
4.5
Genauigkeit (Accuracy) oder auch Fehler (absolut, relativ)
Der Fehler oder die Fehlergrenze des Messgeräts gibt die maximale Abweichung (als absolute oder relative
Grösse) des Messwerts vom tatsächlichen Wert der Eingangsgrösse an. Bei Digital-Geräten wird sie oft in
"Digit" angegeben, das ist die Anzahl der Ziffernschritte der letzten Stelle des Messwerts, die unsicher
sind.
Statt des Begriffs "Fehler" sollten die Begriffe "Richtigkeit“ und „Präzision" verwendet werden, die
zusammen die Genauigkeit ergeben. Die Richtigkeit beschreibt die Abweichung des Mittelwerts einer
Mehrfachmessung vom richtigen (wahren) Wert. Sie kann nur im Rahmen einer Kalibrierung ermittelt
werden. Die Präzission beschreibt die Streuung um den Mess-Mittelwert. Es gibt unterschiedliche
Verfahren, diese beiden Größen zu einer Genauigkeit zusammen zu fassen. Es ist davon auszugehen, dass
der wahre Wert sich mit 95%-iger Sicherheit in dem durch eine Genauigkeitsangabe definierten Bereich
befindet. Messunsicherheiten werden unter festgelegten Testbedingungen ermittelt (z.B. +/- 1°C, 24h).
Häufig setzt sich die Genauigkeit additiv aus drei Komponenten zusammen:
 den Anteil am Messwert (%-reading)
 den Anteil am Messbereich (%-range)
 den Offset (offset counts)
Beispiel für die Angabe einer Mess(un)genauigkeit: "2% vom Messbereich plus 3 Digit"
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Der Idealfall ist die Beschreibung des Zusammenhangs zwischen Messgröße und Anzeige durch eine
Ursprungsgerade. Die reale Kennlinie der Anzeigewerte als Funktion der Eingangswerte kann aber folgende
Kennlinienfehler aufweisen:








4.6
Offset
Steigungsfehler
Linearitätsabweichung
Hysterese
Ansprechschwelle
Temperaturdrift
Alterung,
Time-Drift
Autozero-Funktion
Zur Kompensation von Thermospannungen, anderen Temperatureffekten und Alterungsvorgängen dient die
Funktion "zero" bzw. "autozero". Dabei werden vor der eigentlichen Messung die Eingangsbuchsen intern
kurzgeschlossen (extern entsteht kein Kurzschluss) und eine Nullmessung durchgeführt. Als Messwert gilt
dann die Differenz zum Nullwert.
4.7
Innenwiderstand
Der Eingangswiderstand beträgt bei der Spannungsmessung typisch 10MOhm. Deutlich höhere Werte
erfordern auch einen grösseren Isolationsaufwand, sind aber bis etwa 10GOhm zu realisieren.
Durch elektronische Regelung lässt sich der Innenwiderstand bei der Strommessung auf Null reduzieren.
4.8
Eingangskapazität
Die Eingangskapazität liegt meist bei wenigen pF. Sie macht sich als Belasung bei sehr hohen Frequenzen
bemerkbar.
4.9
Grenzfrequenz
Bei der Grenzfrequenz beträgt die Anzeige nur noch ca. 70% des tatsächlichen Wertes. Die untere
Grenzfrequenz wird wesentlich durch die Integrationsdauer (bei integrierenden Umsetzern) bzw. durch die
Anzahl der Messungen bestimmt, aus denen dann ein anzuzeigender Messwert berechnet wird. Die obere
Grenzfrequenz hängt von Innenwiderstand und Eingangskapazität ab (bei gleichrichtenden Systemen) bzw.
von der Abtastfrequenz (bei Echtzeit-Abtastung).
4.10 Dauerüberlast
Die Dauerüberlast gibt die maximale Spannung an, die auch bei langer Einwirkungsdauer zu keinen
Schäden am Gerät führt. Gegen kurze, höhere Spannungsspitzen ist das Gerät manchmal durch zusätzliche
Massnahmen abgesichert.
4.11 Filter
Bei der Digitalisierung ist eine Begrenzung der Frequenz des Eingangssignals auf höchstens die halbe
Abtastfrequenz erforderlich (Anti-Aliasing-Filter). Zusätzlich sind in manchen Geräten zuschaltbare Filter
vorhanden (z.B. Bandpass 50Hz, Tiefpass 70kHz). Die Wirksamkeit des Filters wird durch den Wert der
Serientaktunterdrückung (SMR: Serial Mode Rejection) in dB angegeben. Filter können wegen der
Einschwing-Zeitkonstanten zu Fehlern bei schnellen Messfolgen führen.
4.12 Rauschunterdrückung
Zur Rauschunterdrückung kann eine Folge von Einzelwerten erfasst und deren Mittelwert als Messwert
übernommen werden.
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Der NMRR (Normal Mode Rejection Ratio) gibt die Dämpfung des Rauschanteils (in dB) an.
NMRR=20log[Upp(Anzeige)/Upp(Rauschen)]
4.13 Gleichtaktunterdrückung CMRR
Ein Messsignal, das einem Gleichanteil überlagert ist, sollte unabhängig von der Höhe dieses Gleichtakts
richtig gemessen werden können. Bei hohem Wert der Gleichtaktunterdrückung wirkt sich dieser wenig auf
das Messergebnis aus. CMMR oder CMR steht für "Common Mode Rejection Ratio".
4.14 Zulässiger Crestfaktor
Multimeter messen meist den Gleichrichtwert der Eingangsspannung. Für sinusförmige Wechselspannungen
wird über einen Umrechnungsfaktor auf den zugehörigen Effektivwert kalibriert. Bei abweichenden
Kurvenformen wird daher nicht der Effektivwert angezeigt. Über den Crestfaktor des Kurvenform lässt sich
der Effektivwert jedoch aus der Anzeige berechnen, falls dieser im spezifizierten Bereich liegt. Der
Crestfaktor ist als das Verhältnis von Scheitelwert zu Effektivwert definiert und beträgt beim Sinus 1.41,
kann aber beim Übergang zu pulsförmigen Signalen beliebig groß werden.
5.
5.1
Spezialisierungen
Guard-Technik
Bei der Messung an potentialfreien Schaltungen (floating measure) können durch die schwankenden
Potentiale zwischen Messgerät und Messobjekt Störungen in die Messleitungen einstreuen. Ausserdem
belastet der Isolationswiderstand zu einem auf Masse liegenden Schirm das Messobjekt. Bei der GuardTechnik legt das Messgerät über einen Impedanzwandler (ohne Rückwirkung) das Potential der Messstelle
auf den Schirm. Damit fliessen keine Ströme über den Isolationswiderstand und die durch das Kabel
bedingten Zeitkonstanten (R-C-Glied) verringern sich. Bei abgeschaltetem Guard liegt der Schirm der
Messleitung auf Masse.
5.2
Hochspannung
Bei der Messung von Hochspannung (z.B. 25kV) sind besondere Anforderungen an die Sicherheit zu stellen.
Ein hoher Eingangswiderstand und die Verhinderung von Leck- und Kriechströmen sind für die Messung an
hochohmigen Quellen wichtig.
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5.3
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Mikrovolt, Nanovolt
Mit der beim Multimeter üblichen Technik beträgt die Auflösung etwa 1mV, wobei der Innenwiderstand
der Quelle kleiner als 1MΩ sein sollte. Mit speziellen rauscharmen Vorverstärkerstufen sind an sehr
niederohmigen Quellen (Ri<1Ω) Messungen bis zu Auflösungen von 1nV möglich.
5.4
Nanoampere, Picoampere
Mit entsprechenden Eingangs-Verstärkerstufen wird der (auf die virtuelle Masse fliessende) Eingangsstrom
in eine proportionale Spannung umgewandelt (Feed Back Amperemeter). Bei einem Innenwiderstand nahe
Null sind Strommessungen bis zu wenigen pA herunter möglich.
5.5
Elektrometer
Die Elektrometer-Schaltung besitzt einen sehr hohen Eingangswiderstand (z.B. 10GΩ). Damit ist die
Spannungsmessung an extrem hochohmigen Quellen möglich.
5.6
Coulomb-Meter
Zur Messung der Ladung eignet sich die Elektrometer-Schaltung. Beim "Feed Back Electrometer" fliesst die
zu messende Ladung über die virtuelle Masse auf den Rückkopplungskondensator. Dadurch kann das
Messobjekt vollständig entladen werden und am Kondensator und damit am Verstärkerausgang baut sich
eine ladungsproportionale Spannung gemäss Q=C*U auf.
5.7
Milliohm, Mikroohm
Kleinste Widerstandswerte werden in 4-Draht-Technik gemessen, bei der über zwei Leitungen der
konstante Messstrom zugeführt und über zwei Leitungen die Spannung am Messobjekt gemessen wird.
Leitungswiderstände werden so eliminiert, allerdings können noch Thermospannungen oder Spannungen
von piezo- oder triboelektrischen Effekten vorhanden sein. Im "pulsed drive mode" wird abwechselnd mit
und ohne Messstrom die Spannung gemessen und aus der Differenz der Widerstand ermittelt.
5.8
Gigaohm, Teraohm
Bei der Messung extrem großer Widerstandswerte kann nur ein sehr kleiner Messstrom fliessen und die
Spannungsmessung stellt eine zusätzliche Belastung dar. Vorhandene Leitungskapazitäten ergeben große
Zeitkonstanten für die Messung. Mit der Guard-Technik lässt sich dieser Einfluss verringern.
5.9
Hohe Auflösung
Um bei einer hohen Auflösung reproduzierbare Werte zu erhalten, müssen auch niederfrequente zufällige
Schwankungen ausgemittelt werden. Neben integrierenden Umsetzverfahren können auch numerische
Filteralgorithmen angewendet werden. Bei einer Auflösung von z.B. 24 Bit liegt die Messrate im
Sekundenbereich.
5.10 Hohe Messgeschwindigkeit
Hohe Messgeschwindigkeit wird nur in Verbindung mit einem grossen Messwertspeicher sinnvoll. Diese
Eigenschaften besitzt (als Laborgerät oder Computer-Komponente) Digitizer oder der Transient-Recorder.
5.11 Vector-Voltmeter
Ein Vektor-Voltmeter besitzt je einen Eingang für das Messsignal und für das Referenzsignal. Neben dem
Absolutwert der beiden Spannungen wird das Spannungsverhältnis und die Phasenverschiebung zwischen
den Siganlen gemessen. Anwendung findet das Gerät in der Hochfrequenz-Messtechnik.
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5.12 Noise Rejection Voltmeter
Mit extrem schmalbandigen Filtern (analog oder numerisch) wird das Signal bei einer festgelegten (oder
durchstimmbaren) Frequenz gemessen. Alle Störungen ausserhalb dieses Bandes werden unterdrückt.
Extrem schmalbandige Verstärkung wird mit dem Lock-In-Verstärker erreicht.
6.
Sicherheit
Sicherheitsmassnahmen können das Messgerät, das Messobjekt oder den Benutzer schützen.
Zum Schutz des Messgeräts dienen:
 Abgestufte Sicherungen für einzelne Strommessbereiche
 eine Abschaltung bei Überschreitung festgelegter Höchstwerte von Strom oder
Spannung
 konstruktive Massnahmen zum Schutz vor mechanischen Einflüssen, elektrischen und
magnetischen Feldern, statische Elektrizität, Luftfeuchte, Spritzwasser
Zum Schutz dienen getrennte Anschlüsse für die Strommessung, damit einerseits bei einem
(automatischen oder manuellen) Wechsel der Messfunktion die Messschaltung nicht kurzgeschlossen (V -->
A) bzw. die Spannung aus der Schaltung nicht das Messgerät beschädigt (A --> V).
Eine Begrenzung des Messstroms bei der Widerstandsmessung verhindert (nicht sicher) die Zerstörung von
Bauteilen.
Zum Schutz des Benutzers sind Messgeräte (nach DIN VDE 0106) in vier Schutzklassen eingeteilt. Geräte für
den Laborbereich sind in der Regel aus Schutzklasse 1 und werden beim Betrieb (wenn sie vom Netz
versorgt werden) an den Schutzleiter der Netzversorgung angeschlossen.
Der Anschluss der Messleitungen ist so ausgeführt, dass ein Kontakt erst dann entsteht wenn eine
Berührung der spannungsführenden Teile ausgeschlossen ist.
7.
Zusatzfunktionen
Die folgenden Funktionen gehören nicht zu den Standardfunktionen eines Multimeters, sind aber in
Auswahl häufig anzutreffen.
7.1
Durchgangsprüfung
Wird der Widerstand zwischen den Eingangsbuchsen kleiner als ein festgelegter Wert (z.B. 1Ohm), wird ein
akustisches oder optisches Signal augegeben.
7.2
Offset-Messung
Bei der Offset-Messung wird die Differenz zu einem festgelegten Wert gemessen. Nur rechnerisch
ermittelte Offset-Messungen bringen messtechnisch keine wesentlichen Vorteile. Wird dagegen der
festgelegte Offsetwert als Gegenspannung auf den Eingang gegeben, kann die Differenz in einem kleineren
Messbereich mit höherer Auflösung gemessen werden. Erforderlich sind dabei natürlich eine angemessene
Stabilität und Genauigkeit der Gegenspannung. Der Offset-Wert wird entweder durch eine separate
Messung ermittelt oder numerisch (auch über Interface) in das Gerät eingegeben.
7.3
Temperaturmessung
Mit entsprechender Rechenfunktion werden die Widerstandswerte eines Pt 100 in Temperaturwerte
umgerechnet. Genaue Messungen sind nur in 4-Leiter-Technik mit Konstantstromquelle möglich.
Bei Thermoelementen (TC: Thermo Couple) wird die Thermospannung über eine vom Typ des
Thermoelements abhängige Formel in Temperaturwerte umgerechnet. Genaue Messungen sind nur bei
einer entsprechenden Kaltstellen-Kompensation möglich, über die das Multimeter dabei verfügen sollte.
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7.4
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Zählen und Frequenzmessung
Beim Zählen bzw. bei der Frequenzmessung mit dem Multimeter werden meist nur die Nulldurchgänge mit
einem Komparator ausgewertet. Komplexe Signale oder verrauschte Signale führen dabei leicht zu
Fehlmessungen.
7.5
Kapazität und Induktivität
Von Kapazität bzw. Induktivität werden vom Multimeter meist nur die Scheinwiderstände gemessen, da
die Auswertung der Phase aufwendig ist. Die Genauigkeit ist daher stark von der Grösse des
Wirkwiderstandes abhängig.
7.6
Messstellenumschalter
Ein automatisch arbeitender oder fernsteuerbarer Messstellenumschalter (Scanner) schaltet immer ein von
mehreren Messstellen auf das Messgerät durch. Typische Arbeitsweisen sind das gezielte Auswählen
einzelner Kanäle, das Scannen einer Kanalfolge in einem festen Takt und der Burst, bei dem die
Kanalfolge mit maximaler Geschwindigkeit abgearbeitet wird. Parallele Messungen auf mehreren Kanälen
ist nicht möglich.
7.7
Zangenmultimeter
Mit einem Zangenmultimeter kann der Strom in einem Leiter gemessen werden, ohne den Stromkreis
auftrennen zu müssen. Der Strom induziert in einer um den Leiter gelegten Zange eine Spannung. Es lässt
sich damit der Wechselstromanteil messen. Enthält die Zange Hall-Sensoren, kann auch ein vorhandenenr
Offset mitgemessen werden (TRMS: True Root Mean Square).
Manchmal ist die Zangen-Strommessung mit der Spannungsmessung kombinierbar, so dass im Gerät daraus
Wirkleistung, Blindleistung und Leistungsfaktor berechnet werden können.
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