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

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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)

Für ein optimales Verständnis helfen dir drei ausführliche Videoclips und zwei anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema

Mehr zu diesem Thema und der Elektrotechnik findest du im Kurs: ET3-Netzwerkberechnung

 

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.

Merk’s dir!

“Ein Amperemeter ist ein Messgerät zur Bestimmung des elektrischen Stroms. Dabei kann das Gerät zur direkten sowie auch indirekten Messung des elektrischen Stromes verwendet werden.”

 

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

Amperemeter - historisch
Amperemeter – historisch
Amperemeter – historisch

 

Wofür brauch ich das Ding?…

Ein Amperemeter misst den elektrischen Strom, welcher durch eine Zweig eines elektrischen Netzwerks fließt.

 

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. 

 

Strommesser - ideal und real
Strommesser – ideal und real
Strommesser – ideal und real

 

Merk’s dir!

In Netzwerken findest du das Schaltzeichen für ein Amperemeter ganz einfach, denn es handelt sich um einen Kreis mit einem A darin.

Der Buchstabe A beschreibt dabei nicht das Instrument (Amperemeter), sondern stellt die Einheit des elektrischen Stroms dar: Ampere.

 

Strommesser - ideal und real
Strommesser – ideal und real
Strommesser – ideal und real

 

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

 

Moment mal…..

Jedem Techniker, der bisher genau aufgepasst hat, dem wird spätestens jetzt aufgefallen sein, dass das Amperemeter selbst ja einen gewissen Widerstand im Netzwerk verursacht. Somit wird das Messergebnis verfälscht.

 

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 R_{iA} = 0 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 \Omega bis zu mehreren k\Omega 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 A und einen Widerstand R_{iA} realisiert. Beide werden in Reihe geschaltet.

 

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

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

 

Was kommt als Nächstes?

Nachdem du jetzt weißt, was ein realer und ein idealer Strommesser sind, wollen wir dir im nächsten Kurstext  den idealen und den realen Spannungsmesser im Detail vorstellen. Mit dem Voltmeter bist du in der Lage Spannungen im Netzwerk zu ermitteln. 

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