Was ist ein Digitalmultimeter (DMM)?
Digitalmultimeter (DMM) sind Geräte, die im Allgemeinen grundlegende elektrische Eigenschaften wie Gleichspannung, Wechselspannung, Gleichstrom und Widerstand messen. Während herkömmliche Volt-, Strom- und Widerstandsmesser eine analoge Anzeige haben, bei der der Zeiger des Messgeräts den Messwert anzeigt, werden Digitalmultimeter (DMM) so genannt, weil sie über mehrere Messfunktionen und eine numerische Anzeige mit drei bis acht Ziffern verfügen. Es sind auch Modelle mit erweiterten Messfunktionen wie elektrostatische Kapazität, Wechselstromfrequenz und Temperatur erhältlich.
Kompakte Modelle, die klein und leicht sind und sich für den Einsatz auf der Baustelle eignen, werden auch als Digital-Tester bezeichnet. Die Anzahl der angezeigten Ziffern liegt bei etwa vier, und die Messgenauigkeit beträgt im Allgemeinen 0,05-0,1 % für Gleichspannungen und 0,5-1 % für Wechselspannungen. Obwohl die Genauigkeit für präzise Messungen im Labor nicht ausreicht, sind sie für Anwendungen im Freien leicht zu verwenden. Für solche Anwendungen sind auch Modelle mit einer robusten Konstruktion erhältlich, die Stürze aushalten.
Anwendungen von Digitalmultimetern (DMM)
Digitalmultimeter (DMM) werden in einer Vielzahl von Situationen eingesetzt, z. B. für Messungen in Labors, für die elektrische Einstellung von Produkten in Produktionslinien sowie für Bau- und Wartungsinspektionen von elektrischen Geräten.
Sie sind häufig in Stromempfangsanlagen und Schalttafeln integriert. In diesen Fällen verfügen einige Messgeräte neben den grundlegenden Parametern wie Strom, Spannung und Widerstand auch über integrierte Funktionen zur Messung von Kapazität, Frequenz und Temperatur.
Neben den oben beschriebenen Spezialanwendungen gibt es auch preisgünstige Versionen für den Einsatz im allgemeinen Elektronikbau im Haushalt.
Funktionsweise von Digitalmultimetern (DMM)
Das Kernstück eines Digitalmultimeters (DMM) besteht aus einem hochpräzisen/hochauflösenden A/D-Wandler und einem Prozessor, der die Messwerte auf der Grundlage des digitalen Ausgangs berechnet.
1. Gleichspannungsmessung
Die Spannung zwischen den beiden Messfühlern wird über einen Verstärker oder ein Dämpfungsglied, das die Eingangsspannung verstärkt (bei niedrigen Spannungen) oder dämpft (bei hohen Spannungen), in eine Spannung innerhalb des dynamischen Bereichs umgewandelt und an den A/D-Wandler weitergeleitet, der einen der Eingangsspannung entsprechenden digitalen Wert ausgibt, der dann vom Prozessor zur Berechnung des Messwerts verwendet wird. Der Prozessor berechnet die Spannung zwischen den Sonden auf der Grundlage des Digitalwerts, der Verstärkung des Verstärkers und der Dämpfung des Dämpfungsglieds und zeigt den Gleichspannungswert auf der Anzeigeeinheit an.
2. Messung der Wechselspannung
Die Wechselspannung wird über eine Gleichrichterschaltung in eine Gleichspannung umgewandelt und dann in einen A/D-Wandler eingegeben, wo sie auf die gleiche Weise wie die Gleichspannung verarbeitet wird und der Wechselspannungswert wird auf der Anzeigeeinheit angezeigt.
3. Widerstandsmessung
Über das im Digitalmultimeter (DMM) eingebaute Konstantstromnetzteil wird über zwei Sonden ein konstanter Strom an den zu messenden Widerstand angelegt. Die an beiden Enden der Sonden auftretende Gleichspannung wird in den A/D-Wandler eingegeben, um die Spannung an beiden Enden des zu messenden Widerstands zu messen. Aus diesem Spannungswert und dem Stromwert der Konstantstromversorgung errechnet der Prozessor den Widerstandswert des zu messenden Widerstands.
4. Strommessung
Zur Messung des Gleichstroms wird die Spannung an beiden Enden des Mikroresistors, die durch den zu messenden Strom erzeugt wird, der durch den Mikroresistor im Digitalmultimeter (DMM) fließt, in einen A/D-Wandler eingegeben. Der Prozessor berechnet den Stromwert aus dem Ausgangswert des A/D-Wandlers und zeigt den Stromwert auf der Anzeigeeinheit an. Bei Wechselstrom wird die Wechselspannung an beiden Enden des Mikroresistors durch eine Gleichrichterschaltung in Gleichspannung umgewandelt und in den A/D-Wandler eingegeben.
5. A/D-Wandler
Der A/D-Wandler eines Digitalmultimeters (DMM) erfordert eine sehr hohe Präzision (hohe Auflösung), z. B. 24 Bit oder mehr für eine siebenstellige Anzeige, so dass im Allgemeinen ein doppelt integraler Typ verwendet wird. Die für die Umwandlung erforderliche Zeit ist daher relativ lang, und es können bestenfalls mehrere Messungen pro Sekunde durchgeführt werden. Es ist jedoch möglich, die Messzeit zu verkürzen, indem man die Anzahl der angezeigten Ziffern verringert und die Umwandlungszeit des A/D-Wandlers verkürzt.
Verwendung eines Digitalmultimeters (DMM)
Das Digitalmultimeter (DMM) kann für die folgenden Zwecke verwendet werden:
1. Messen von Spannung und Strom
Schließen Sie mit dem Digitalmultimeter das zu messende System zwischen den beiden Eingangsklemmen Hi und Lo an. Bei der Messung von Gleichspannung verbinden Sie die Hi-Klemme mit der Hochspannungsseite und die Lo-Klemme mit der Konstantspannungsseite und die Spannung an der Hi-Klemme wird in Bezug auf das Potenzial an der Lo-Klemme angezeigt. Bei der Messung von Gleichstrom wird der Stromwert als positiv angezeigt, wenn der zu messende Strom von der Hi-Klemme einfließt und von der Lo-Klemme ausfließt und in der entgegengesetzten Richtung als negativ. Bei der Messung von Wechselspannung, -strom oder -widerstand muss die Polarität nicht beachtet werden.
2. Einstellen des Messbereichs
Wenn die Spannung oder der Strom innerhalb der maximalen Eingangsnennwerte liegt, schaltet die AutoRange-Funktion automatisch auf den optimalen Bereich um, so dass im allgemeinen Gebrauch keine Suche nach dem optimalen Bereich erforderlich ist.
3. Einfluss auf die zu prüfende Schaltung
Der Anschluss eines Digitalmultimeters (DMM) kann sich auf das zu prüfende System auswirken und zu Schwankungen der Messwerte führen. Wenn beispielsweise ein Digitalmultimeter (DMM) an einen Schaltkreis mit sehr hoher Impedanz angeschlossen wird, wie bei der Messung der Ausgangsspannung eines optischen Sensors in einer dunklen Umgebung, kann seine interne Impedanz das Messsystem belasten, was zu einem niedrigeren Wert als der ursprünglichen Ausgangsspannung führt.
Ebenso kann bei der Messung des Stroms eines Schaltkreises mit niedriger Impedanz der winzige Widerstand für die Spannungserfassung im Digitalmultimeter (DMM) zu nicht vernachlässigbaren Fehlern in dem zu messenden Schaltkreis führen. Daher sollte der Einfluss des Digitalmultimeters auf den zu messenden Stromkreis berücksichtigt werden, bevor entschieden wird, ob das Digitalmultimeter verwendet werden soll oder nicht.
4. Niederohmmessung
Für die Widerstandsmessung stehen Digitalmultimeter (DMM) zur Verfügung, die eine vierpolige Messung ermöglichen. Wie der Begriff “vierpolig” schon sagt, besteht das Messgerät aus einer Konstantstromversorgung an einem Klemmenpaar und einem Voltmeter am anderen Klemmenpaar und eine Konstantstromversorgung wird an beide Enden des zu messenden Widerstands angeschlossen. Die Konstantstromversorgung wird an beide Enden des zu prüfenden Widerstands angeschlossen und es wird ein konstanter Strom angelegt.
Das Voltmeter misst die Spannung an beiden Enden des Widerstands, indem es eine Sonde in die Konstantstromklemmen an einem Punkt auf der Widerstandsseite einführt. Der Widerstand wird aus dieser gemessenen Spannung und dem Wert des Konstantstroms berechnet. Kleine Widerstände können genau gemessen werden, da der Übergangswiderstand der Konstantstromklemme den gemessenen Spannungswert nicht beeinflusst und der Übergangswiderstand der Voltmetersonde im Vergleich zum 10 MΩ Innenwiderstand des Voltmeters vernachlässigbar ist.