Was ist ein Spannungsmessgerät?
Ein Spannungsmessgerät ist ein Gerät, das die Spannung zwischen zwei zu messenden Punkten misst. Sie werden hauptsächlich in digitale und analoge Spannungsmessgeräte unterteilt. Digitale Spannungsmessgeräte verwenden einen A/D-Wandler, um die Eingangsspannung in einen digitalen Wert umzuwandeln und diesen numerisch anzuzeigen, was sehr genaue Messungen ermöglicht.
Analoge Spannungsmessgeräte hingegen sind eine Kombination aus einem Amperemeter und einem Spannungsteiler und zeichnen sich dadurch aus, dass der Spannungswert grob aus der Position des Zeigers bestimmt werden kann. Spannungsmessgeräte für Wechselstrom wandeln in der Regel mit Hilfe einer Gleichrichterschaltung Wechselstrom in Gleichstrom um und messen und zeigen die Spannung an, wobei die Messung von Verzerrungswellen weniger genau ist als die von Sinuswellen.
Anwendungen von Spannungsmessgeräten
Spannungsmessgeräte werden in vielen Bereichen eingesetzt, z. B. zum Einstellen und Überprüfen von Fertigungsstraßen, zur Überwachung des Betriebszustands verschiedener Geräte und zur Messung von Temperatur und Feuchtigkeit in Verbindung mit Sensoren.
Jedes Modell von Spannungsmessgeräten hat einen definierten Messspannungsbereich, sodass je nach Verwendungszweck das passende Modell ausgewählt werden muss. Je nach Messobjekt kann die Eingangsimpedanz des Spannungsmessgeräts die Funktionsweise des Stromkreises beeinträchtigen, was zu Messfehlern führen kann; dies ist daher zu berücksichtigen.
Es ist wichtig, die Leistungsanforderungen an das Spannungsmessgerät zu klären und ein Spannungsmessgerät auszuwählen, das diese Anforderungen erfüllt. Beispielsweise durch Auswahl eines Spannungsmessgeräts mit einer um eine Größenordnung höheren Messgenauigkeit, insbesondere wenn genaue Messungen erforderlich sind.
Funktionsweise von Spannungsmessgeräten
Die Funktionsprinzipien von digitalen und analogen Spannungsmessgeräten werden im Folgenden beschrieben.
1. Digitale Spannungsmessgeräte
Digitale Spannungsmessgeräte bestehen aus einem Eingangswandler, einem A/D-Wandler und einer Anzeigeeinheit. Der Eingangswandler besteht aus einem Verstärker und einem Spannungsteiler und stellt die zu messende Spannung zwischen zwei Punkten so ein, dass sie in den Eingangsspannungsbereich des A/D-Wandlers fällt.
Mit anderen Worten: Der Verstärker verstärkt die gemessene Spannung, wenn sie niedrig ist. Der Spannungsteiler teilt die gemessene Spannung, wenn sie hoch ist, sodass der A/D-Wandler sie mit hoher Genauigkeit in einen digitalen Wert umwandeln kann. Der vom A/D-Wandler umgewandelte Digitalwert wird auf dem Display als Spannungswert angezeigt, nachdem die Auswirkungen des Verstärkers und des Spannungsteilers umgewandelt wurden.
Die Eingangsimpedanz des Eingangswandlers kann relativ hoch eingestellt werden, was die Auswirkungen auf den Stromkreis, an den das Spannungsmessgerät angeschlossen ist, minimiert und eine hochgenaue Spannungsmessung ermöglicht.
2. Analoge Spannungsmessgeräte
Analoge Spannungsmessgeräte bestehen aus einem Strommesser und einem Spannungsteiler. Wird der Messfühler des Spannungsmessgeräts an der zu messenden Stelle mit zwei Punkten verbunden, so fließt der Strom, der sich aus der Teilung der Spannung zwischen den beiden Punkten durch die Summe des Widerstands des Spannungsteilers und des Innenwiderstands des Strommessgeräts ergibt, in das Strommessgerät. Der Zeiger des Messgeräts schwingt entsprechend dem Stromwert, der sich aus der Multiplikation des Stromwerts mit der Summe aus dem Widerstandswert des Spannungsteilers und dem Innenwiderstandswert des Amperemeters ergibt.
Der Zeiger des Messgeräts kann nur auf etwa 1 % des Skalenendwerts visuell abgelesen werden, was deutlich ungenauer ist als bei digitalen Spannungsmessgeräten, die mit einem Fehler von 0,1 % oder weniger messen können. Bei den in analogen Spannungsmessgeräten verwendeten Strommessern handelt es sich hauptsächlich um Drehspulmessgeräte mit Dauermagneten, aber in einigen Anwendungen wird auch das bewegliche Eisenbandmessgerät mit Elektromagneten verwendet. Der Typ mit beweglichem Eisenband hat den Vorteil, dass er den Effektivwert des Wechselstroms ohne Gleichrichterschaltung messen kann.
Funktionsweise eines Spannungsmessgeräts
Spannungsmessgeräte können zur Spannungsmessung parallel an den zu prüfenden Stromkreis angeschlossen werden. Bei der Gleichspannungsmessung wird durch Anlegen der Hi-Klemme an das hohe und der Lo-Klemme an das niedrige Potenzial die Spannung an der Hi-Klemme im Verhältnis zum Potenzial an der Lo-Klemme angezeigt. Bei analogen Spannungsmessgeräten für Gleichstrom kann das Anschließen der Seite mit niedrigem Potenzial an die Hi-Klemme und der Seite mit hohem Potenzial an die Lo-Klemme das Messgerät in die entgegengesetzte Richtung treiben und zu einem Ausfall führen, daher ist besondere Vorsicht geboten.
Bei der Wechselspannungsmessung hingegen wandeln sowohl digitale als auch analoge Spannungsmessgeräte die Spannung über eine Gleichrichterschaltung in eine Gleichspannung um, sodass auf die Klemmen Hi und Lo nicht geachtet werden muss. Auch bei analogen Spannungsmessgeräten ist bei der Messung hoher Spannungen Vorsicht geboten. Wenn eine Spannung angelegt wird, die den Messbereich überschreitet, schwingt nicht nur der Zeiger des Messgeräts aus der Reihe, sondern das Messgerät selbst kann aufgrund des großen Stromflusses durchbrennen.
Wenn der Spannungswert des zu prüfenden Stromkreises nicht bekannt ist, messen Sie mit dem maximalen Spannungsbereich, um den geeigneten Messbereich zu ermitteln. Wechseln Sie dann für eine neue Messung zu diesem Messbereich. Digitale Spannungsmessgeräte sind so konstruiert, dass sie hohen Spannungen im Eingangswandler standhalten und mit einer Auto-Ranging-Funktion ausgestattet sind, die automatisch den geeigneten Bereich einstellt. Ein Prüfverfahren wie bei analogen Spannungsmessgeräten ist daher nicht erforderlich, es sei denn, die zu messende Spannung übersteigt den maximalen Nennwert des Spannungsmessers.