Messen im Stromkreis

Schaltungen, Widerstände, Spannung, Strom, ...

Moderator: T.Hoffmann

Messen im Stromkreis

Beitrag am So, 25.02.07, 11:55 (10 Bewertungen, 61 Sterne)

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Messen in einem Stromkreis ist nicht so einfach, wie es auf den ersten Blick aussieht:

Multimeter anschließen - ablesen - fertig: wenn es genau werden soll, reicht das nicht!

Um ein Verständnis für die Vorgänge bei der Messung zu erhalten, sehen wir uns zunächst das Schaltbild in einer LED-Schaltung an:

1128_Strommessung_1.png
1128_Strommessung_1.png (4.65 KIB) 27564-mal betrachtet


wobei die angegebenen Widerstandwerte bei den Multimetern unterschiedlich sein können.
Und so könnte die Strommessung in der Realität aussehen:

1128_Strom_Bild_1.jpg


In einem Multimeter sind also Widerstände, sogenannte shunts, durch die der zu messende Strom fließt. Durch den Stromfluss fällt über diese Widerstände eine Spannung ab, die dann im Display angezeigt wird.

[color=blue]Im Display eines Multimeters wird die Spannung angezeigt, die über einem Messwiderstand abfällt, nicht der Strom.


Ebenfalls ist in den Bildern erkennbar, dass das Messgerät, und damit der Messwiderstand in Reihe mit der Schaltung liegt.

Wenn der Messwiderstand aber in Reihe mit der Schaltung liegt, dann bremst er den Strom genau so, wie das unser Vorwiderstand R1 tut.

Der Widerstand eines Messgerätes verringert den Strom in einer Schaltung.

Wird nun das Messgerät aus der Schaltung genommen kann dies schlimme Folgen für die LED haben, wenn dieser zusätzlich in die Schaltung eingebrachte Innenwiderstand nicht im Messergebnis berücksichtigt wird.


Dazu hier drei Beispiele mit einer LED, deren Daten mit 3,1 Volt und 18 mA angegeben sind und Strommessung im 20 mA Messbereich:

Spannungsversorgung 3,6 Volt

R = 0,5 V / 0,018 A = 28 Ohm (errechneter Vorwiderstand)

Mit dem Messgerät in Reihe kommen nochmal 11 Ohm dazu. Daher wird der gemessene Strom kleiner sein als die gewünschten 18 mA, nämlich bei 13 mA. Der Versuch, den Strom nach der Anzeige des Messgerätes auf 18 mA zu bringen, führt dazu, einen 17 Ohm Widerstand einzulöten.

Mit diesem 17 Ohm Widerstand wird endlich der gewünschte Strom gemessen.

Dies hat zur Folge, dass die LED nach dem Entfernen des Messgerätes mit einem viel zu hohen Strom betrieben wird, weil nun nur noch 17 Ohm statt der erforderlichen 28 Ohm den Strom bremsen.

Der Strom durch die LED´s steigt auf fast 30 mA an.


Spannungsversorgung 6 Volt

R = 2,9 V / 0,018 A = 161 Ohm

Erkennbar wird schon einer größerer Abstand der Werte von Messwiderstand und Vorwiderstand. Der vom Messgerät angezeigte Wert liegt jetzt bei 16,9 mA. Die Korrektur des Vorwiderstandes R1 führt zum Ersatz mit einem 150 Ohm Widerstand. Ohne Messgerät fehlen auch hier die 11 Ohm und der wahre Strom durch die LED´s beträgt 19,3 mA:
gerade noch akzeptabel, aber auf Dauer nicht gesund für die LED`s!


Spannungsversorgung 12 Volt

R = 8,9 V / 0,018 A = 495 Ohm

Der Messwiderstand hat noch etwas über 2% des errechneten Widerstandes. Sein Einfuss auf den Strom ist daher sehr gering geworden und der Strom wird nur noch wenig ansteigen, wenn das Messgerät nicht mehr in der Schaltung ist. Das Ergebnis kann für LED-Schaltungen akzeptiert werden, weil wohl niemand den angezeigten Strom von 17,6 mA korrigieren wird. Und wenn doch, steigt der Strom nach dem Entfernen des Messgerätes auf noch vertretbare 18,4 mA an.


Ein sichtbarer Test zur Wirkung des Messwiderstandes auf eine Schaltung kann selbst durchgeführt werden.

Zutaten: 12 Volt Netzteil, Multimeter, 3 LED´s in Reihe und den passenden Vorwiderstand dazu, so dass etwa 18 mA fließen.

Das Multimeter zunächst im 200 mA - Bereich dazwischenschalten. Wird nun der Messbereichsschalter so gedreht, dass immer kleinere Messbereiche angezeigt werden, wird unsere LED-Reihe immer dunkler - wie mit einem Dimmer.


Spätestens hier stellt sich jetzt die Frage: Gibt es keine bessere Möglichkeit den wahren Strom in einer LED-Schaltung festzustellen?




Wenn man sich vergegenwärtigt, dass ein Multimeter nichts anderes macht, als den Spannungsabfall über einem Widerstand zu messen, dann kann das doch auch in der Schaltung direkt gemacht werden. Die Zutaten sind ja da:
der Vorwiderstand der LED-Schaltung und das Multimeter (jetzt als Voltmeter).

Zunächst auch hier die Schaltung:

1128_Strombestimmung_1.png
1128_Strombestimmung_1.png (4.13 KIB) 27561-mal betrachtet


(gemessen wird in den meisten Fällen im 20 Volt- oder im 2 Volt-Bereich)

und wie es in der Realität aussehen konnte:

1128_Strom_Sp_Bild_1.jpg


Für die folgende Betrachtung muss man wissen, dass der Eingangswiderstand der Digitalmultimeter bei Spannungsmessungen sehr hoch ist, meist im sehr hohen Kiloohm-Bereich oder sogar im Megaohm-Bereich (das gezeigte "Hosentaschengerät" hat einen Eingangswiderstand von 1 Megaohm = 1.000 Kiloohm). Ein zu einem Vorwiderstand im Volt-Bereich parallel geschaltetes Digitalmultimeter ändert durch die Parallelschaltung den Vorwiderstand praktisch nicht.

[color=red]Analoge Messgeräte sind vor Anwendung für dieses Verfahren auf Geeignetheit zu prüfen!

Nur elektronische Multimeter verhalten sich ähnlich dem hier beschriebenen Digitalmultimeter.

Der Strom wird durch die Messung des Spannungsabfalls über dem Vorwiderstand festgestellt.

Das Verfahren ist simpel:

Spannung über dem Widerstand messen und nach der Formel I=U/R den Strom ausrechnen.

U ist dabei die im Multimeter abgelesene Spannung und R die Größe (in Ohm) des Vorwiderstandes über dem gemessen wurde.

Mit einem Vorwiderstand der 1% Genauigkeitsklasse und einer Messgerätegenauigkeit von 1 % ist der Messfehler maximal 2% zum errechneten Wert!

So genau ist die direkte Messung mit anschließender Korrekturberechnung regelmäßig nicht.

Der entscheidende Vorteil dieser Methode ist jedoch, dass die Feststellung des tatsächlich in der Schaltung fließenden Stromes jederzeit und ohne Auftrennen der Schaltung möglich ist.


Anmerkung:
Die in diesem Beitrag genannten Zahlen sind beispielhaft und dienen der Verdeutlichung des Problems!
Angaben zu den Messgeräten beziehen sich auf die im Hobbybereich üblichen Geräte!


Ich bitte Euch, hier keine Kommentare abzugeben! Macht es Euch und Neueinsteigern bitte nicht unmöglich, sich durch dieses wichtige Thema durchzufinden!

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Sailor
 
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Re: Messen im Stromkreis

Beitrag am Mi, 28.06.17, 21:49 (0 Bewertungen, 0 Sterne)

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super Beitrag, Danke
Hilft nicht nur mir denke ich:)
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RichardP
 
Posts: 7

Re: Messen im Stromkreis

Beitrag am Fr, 13.04.18, 15:29 (0 Bewertungen, 5 Sterne)

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Hey,
danke für deinen informativen Beitrag!
Durch die ganzen Bilder war es sehr verständlich und hat mir bei der Strommessung super geholfen! :D
RHeidecke
 
Posts: 5


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