(ET3-13) Ideale und reale Strommesser [Erklärung, Unterscheidung, Beispiele]

In diesem Kursabschnitt beschäftigen wir uns anders als bisher nicht mit der selbständigen Berechnung von Größen im Stromkreis, sondern ermitteln die Werte mit Hilfe von Strommessern (Amperemeter)

Strommesser – Überblick

Statt selber zu rechnen, stellen wir dir die Apparatur vor, die du als Techniker verwendest um die Werte zu ermitteln. Die Rede ist von einem Strommesser, besser bekannt unter dem Namen Amperemeter.

Im nächsten Bild entdeckst du eine alte Darstellung eines fest installierten Amperemeters.

Damit ein Strom gemessen werden kann, muss er auch durch das Messgerät fließen. Aus diesem Grund wird der Strommesser in Reihe mit dem Verbraucher (Ohm’scher Widerstand) geschaltet. 

Beispiele für reale und ideale Strommesser

Reale Strommesser sind solche, die in der Praxis verwendet werden und oft für den alltäglichen Gebrauch hergestellt werden. Ideale Strommesser sind theoretische Konstruktionen, die in der Realität nicht existieren können, aber als Referenzpunkte für Messungen und Analysen dienen.

Reale Strommesser

1. Analoge Amperemeter: Diese klassischen Messgeräte verwenden eine bewegliche Spule oder einen beweglichen Zeiger, um den Strom durch eine Schaltung anzuzeigen. Sie sind in verschiedenen Größen und Empfindlichkeiten erhältlich und werden oft in Laboratorien, Werkstätten und elektronischen Schaltkreisen eingesetzt.

2. Digitale Multimeter: Moderne Multimeter können verschiedene elektrische Größen wie Spannung, Strom und Widerstand messen. Sie sind vielseitig einsetzbar und bieten oft zusätzliche Funktionen wie Kapazitätsmessung, Durchgangsprüfung und Temperaturmessung.

3. Stromzangen: Diese Messgeräte erfassen den Stromfluss in einem Leiter, ohne diesen zu unterbrechen. Sie werden oft verwendet, um Wechselstrom (AC) in elektrischen Leitungen oder Geräten zu messen und sind besonders praktisch für nicht-invasive Messungen.

Ideale Strommesser

1. Idealer Amperemeter: Ein idealer Amperemeter hätte keinen Innenwiderstand und würde den gesamten Strom durch die Schaltung messen, ohne den Schaltungsbetrieb zu beeinflussen. In der Realität haben alle Amperemeter jedoch einen gewissen Innenwiderstand, der zu einer geringfügigen Änderung des Schaltungsbetriebs führen kann.

2. Superconducting Quantum Interference Devices (SQUIDs): Diese hochsensiblen Geräte können winzige magnetische Flüsse und damit verbundene Ströme messen. In der Theorie könnten sie als ideale Strommesser betrachtet werden, da sie extrem empfindlich sind und praktisch keinen Einfluss auf die gemessene Schaltung haben. Allerdings sind sie aufgrund der Notwendigkeit von extrem tiefen Temperaturen und anderer komplexer Faktoren in der Praxis nicht perfekt.

Diese Beispiele zeigen den Unterschied zwischen realen und idealen Strommessgeräten und wie sie in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden können.

Amperemeter im Ersatzschaltbild

Damit wir den Strom direkt messen zu können, ist es erforderlich, dass du an der zu untersuchenden Stelle den Stromkreis zuerst abschaltest und dann auflöst. Danach schaltest du das Amperemeter dazwischen.

Tätest du dies nicht, wäre der Ein- oder Ausbau des Strommessgerätes nicht möglich.

Eine Alternative, die eine Unterbrechung des Stromflusses verhindert, ist die Legung eines “Bypasses” um die aufzutrennende Stelle herum. 

Fließt der Strom innerhalb des Gerätes vom positiven hin zum negativen Anschluss, so wird ein positiver Messwert angezeigt.

Die Lösung besteht darin, den Innenwiderstand derart klein zu halten, dass er vernachlässigbar wird.

Strommesser – ideal und real – Unterschiede

• Ein idealer Strommesser weist einen Innenwiderstand von auf, dieser Wert lässt sich jedoch nur im Modell realisieren.

sowie

• Ein realer Strommesser hingegen weist schon einen gewissen Widerstand auf, der je nach Messbereich zwischen einem bis zu mehreren betragen kann.

Probleme beim richtigen Messen

Diese Differenz zwischen dem idealen und realen Strommesser verursacht eine deutliche Abweichung.

In Schaltplänen wird der reale Strommesser durch einen idealen Strommesser und einen Widerstand realisiert. Beide werden in Reihe geschaltet.

Dadurch zeigt das reale Messgerät zwar den Strom durch den Widerstand an, dieser ist jedoch wegen des in Reihe geschalteten Widerstandes kleiner als der Strom. Letzterer würde ohne Messgerät durch diesen Widerstand fließen.

Es entsteht eine Verfälschung des Messergebnisse aufgrund der Rückwirkung auf das Messobjekt.

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