Theorie und Praxis der Bordelektrik. Jens Feddern
Scheitelwert lässt sich rechnerisch ermitteln. Bei einer Sinusspannung ist er z. B. Û = 1,41 • Ueff. Für unsere Netzspannung bedeutet dies:
Û = 1,41 • 230 V = 325 V
Viele Messgeräte gehen den umgekehrten Weg und ermitteln aus dem Scheitelwert (den sie ja messen können) rechnerisch den Effektivwert. Was passiert aber, wenn die Spannung nicht so schön sinusförmig ist, sondern z. B. eine trapez- oder rechteckförmige Wechselspannung aus dem Wechselrichter kommt? Dann zeigt das Messgerät Quatsch an!
Abbildung 1–26: Wechselspannungsmessung. (Fluke)
Eine Ausnahme bilden bei den analogen Messgeräten die Dreheiseninstrumente, die aufgrund ihrer Physik direkt den Effektivwert ermitteln, und bei den digitalen Messgeräten die »True RMS«-Geräte. Diese Geräte haben etwas mehr Elektronik an Bord und ermitteln den Effektivwert fast jeder beliebigen Kurvenform im Frequenzband von 50 bis 500 Hz.
Die Wechselspannungsmessung erfolgt ähnlich wie die Gleichspannungsmessung.
Hierbei ist zu beachten, dass der Messbereich auf den höchsten AC-Messbereich eingestellt ist.
Wichtig bei diesen Messungen ist es, dass erhöhte Stromschlaggefahr besteht und man daher besondere Vorsicht walten lassen muss. Das Wechselstromnetz ist so aufgebaut, dass bereits das Berühren eines Leiters (der Phase) ausreicht, um einen kräftigen Schlag zu bekommen.
1.8.2.3 Strommessung
Die Strommessung unterscheidet sich grundsätzlich von allen anderen Messungen, da das Messgerät in Reihe zu dem Verbraucher geschaltet werden muss und somit der gesamte Strom über das Gerät fließt.
Abbildung 1–27: Strommessung. (Fluke)
Wie misst man Strom?
1. Schalten Sie den Stromkreis aus, und trennen Sie die Leitung an der zu messenden Stelle auf. Dies kann auch durch Abklemmen an einer Klemmstelle erfolgen.
2. Wählen Sie am Wahlschalter den höchstmöglichen Strommessbereich (für Gleich- bzw. Wechselstrom).
3. Die schwarze Messleitung in die COM-Eingangsbuchse und die rote Messleitung in die A-Eingangsbuchse stecken.
4. Stellen Sie vor dem Zuschalten sicher, dass die Anschlüsse fest angeklemmt sind.
5. Schalten Sie den Stromkreis ein, und lesen Sie den Messwert auf der Anzeige ab.
6. Schalten Sie den Stromkreis wieder aus, entfernen Sie die Messleitungen und stellen Sie wieder eine sichere Leitungsverbindung der unterbrochenen Leitung her.
7. Überprüfen Sie den gemessenen Stromkreis auf korrekte Funktion.
Diese Art der Messung hat deutliche Nachteile, da man zu dem Messgerät lange Leitungen mit sehr dickem Querschnitt legen muss und das Messgerät immer das schwächste Glied in der Kette ist. Fällt es aus, geht auf einmal nichts mehr. Kurzum: Diese Art der Messung mit fest installierten Geräten hat an Bord nichts zu suchen.
Wir erinnern uns an das ohmsche Gesetz (Spannung = Strom • Widerstand) und stellen fest, dass man den Strom ja auch indirekt über den Spannungsabfall an einem Widerstand messen kann. Man braucht also nur anstatt des Messgerätes einen Widerstand in Reihe zu den Verbrauchern einzubauen und die Spannung zu messen, die an diesem hängen bleibt. Diese ist dann direkt proportional zu dem Strom, der durch den Leiter fließt.
Der Nebenwiderstand (Shunt), der in Reihe zu den Verbrauchern geschaltet wird, ist so klein, dass der Spannungsabfall an ihm vernachlässigt werden kann. Er beträgt zwischen 0,06 und 0,1 V, und man kann damit Ströme von bis zu 500 A messen (siehe Abbildung 1–28).
Eine weitere elegante Art der Strommessung ist das Zangenamperemeter, das sich besonders zur Strommessung von großen Verbrauchern und Erzeugern eignet.
Abbildung 1–28: Nebenwiderstand oder engl. Shunt. Es wird der Spannungsabfall an einem sehr kleinen Widerstand gemessen, der proportional zum fließenden Strom ist.
Abbildung 1–29: Strommessung mit dem Zangenamperemeter. (Fluke)
Neben den üblichen Multimetermessbereichen verfügen diese Geräte über einen Wechselstrombereich und etwas teurere Geräte auch über einen Gleichstrombereich. Die Wechselstrommessung ist relativ einfach, da der umschlossene Leiter wie bei einem Transformator eine Spannung im Messgerät induziert.
Bei der Gleichstrommessung wird es schon etwas aufwendiger, da das Trafoprinzip dort nicht funktioniert. Das Messgerät misst über einen Hallsensor das Magnetfeld aus, und da jeder Stromfluss auch ein Magnetfeld erzeugt, kann hieraus der fließende Gleichstrom berührungslos ermittelt werden.
Diese Art der Messung ist aber nur für hohe Ströme geeignet, da z. B. die Genauigkeit im 400-A-Bereich +1,5 % beträgt. Das bedeutet, dass man mit der Messung um +6 A danebenliegt. Bei großen Verbrauchern (Anlasser, Bugstrahlruder, Ankerwinde) oder Erzeugern (Lichtmaschine, Gleichstromgenerator) ist es aber eine äußerst effektive und sichere Art der Messung.
Bei der Messung ist darauf zu achten, dass bei Gleich- und bei Wechselstrommessung jeweils immer nur ein Leiter von der Zange umschlossen ist.
1.8.2.4 Widerstandsmessung
Abbildung 1–30: Widerstandsmessung. (Fluke)
Der Widerstand wird in Ohm gemessen (Ω). Widerstandswerte können sehr unterschiedlich sein – von einigen Milliohm (mΩ) bei Kontaktübergangswiderständen bis in die Milliarden Ω bei Isolatoren. Temperatur- und Drucksensoren haben üblicherweise einen Widerstand zwischen 100 und 1.000 Ω.
Die meisten DMMs messen bis hinunter zu 0,1 Ω, und bei einigen reicht die obere Messgrenze bis zu 300 MΩ (300.000.000 Ω).
Widerstandsmessungen müssen bei stromloser Schaltung (Gerät abgeschaltet) durchgeführt werden, da sonst das Instrument wie auch die Schaltung beschädigt werden könnten.
Zur genauen Messung niederohmiger Widerstände muss der Widerstand der Messleitungen vom gesamten gemessenen Widerstand abgezogen werden. Typische Messleitungswiderstände liegen zwischen 0,2 und 0,5 Ω. Falls der Widerstand der Messleitungen größer als 1 Ω ist, sollten diese ersetzt werden.
Falls das DMM eine niedrigere Prüfgleichspannung als 0,6 V zur Widerstandsmessung abgibt, so wird es in der Lage sein, den Wert von Widerständen zu messen, welche in einer Schaltung durch Dioden oder andere Halbleiterübergänge isoliert sind. Somit können Sie oft Widerstände auf einer Leiterplatte prüfen, ohne diese auslöten zu müssen.
Wie misst man Widerstände?
1. Stellen Sie sicher, dass die Messstelle spannungsfrei ist, bevor Sie den Widerstand messen. Versorgungsspannung im Prüfobjekt vorher abschalten.
2. Den Wählschalter auf Ω stellen.
3. Die schwarze Messleitung in die COM-Eingangsbuchse und die rote Messleitung in die Ω-Eingangsbuchse stecken.
4. Schließen Sie die Messleitungen wie gezeigt über dem Widerstand oder dem Schaltungsteil an, über dem der Widerstand gemessen werden soll.
5. Lesen Sie den Messwert auf der Anzeige ab. Die Werte erscheinen in