(ET3-14) Ideale und reale Spannungsmesser – Erklärung – Einfach gut erklärt

Wie im letzten Kurstext berechnen wir nun nicht mehr selbstständig den Wert der Spannung. Stattdessen zeigen wir dir die praktische Lösung, die dir viel Rechenaufwand erspart. Mit dem Spannungsmesser stellen wir dir die Apparatur vor, die du als Techniker verwendest um diese Werte zu ermitteln.

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

 

Spannungsmesser (Voltmeter) – Überblick

“Der Spannungsmesser wird in der Fachliteratur und in deinem Betrieb vermutlich eher unter dem Namen Voltmeter gehandelt.”

 

Ein Voltmeter ist ein Messgerät, das die Spannung in einem elektrischen System misst. Spannung ist die Kraft, die elektrische Ladungen dazu bringt, sich durch einen Leiter zu bewegen. Hier ist eine einfache Erklärung, wie ein Voltmeter funktioniert:

1. Anschließen: Zuerst muss das Voltmeter richtig an das elektrische System angeschlossen werden, dessen Spannung gemessen werden soll. Ein Voltmeter hat zwei Anschlüsse, einen positiven (+) und einen negativen (-). Diese werden an den entsprechenden Stellen im elektrischen System angeschlossen.

2. Messung: Wenn das Voltmeter angeschlossen ist, zeigt es die Spannung an. Das bedeutet, es zeigt an, wie stark die elektrische Kraft ist, die die Ladungen dazu bringt, sich durch den Leiter zu bewegen. Diese Messung wird oft in Volt (V) angezeigt.

3. Ablesen: Auf dem Display des Voltmeters kannst du ablesen, wie viel Volt die Spannung beträgt. Wenn zum Beispiel ein Voltmeter 12 Volt anzeigt, bedeutet das, dass die elektrische Kraft in dem System stark genug ist, um Ladungen mit einer Kraft von 12 Volt zu bewegen.

4. Interpretation: Die gemessene Spannung kann wichtige Informationen über das elektrische System liefern. Zum Beispiel kann sie anzeigen, ob eine Batterie vollständig aufgeladen ist oder ob ein elektrisches Gerät ordnungsgemäß funktioniert.

Ein Voltmeter ist also ein nützliches Werkzeug, um die Spannung in einem elektrischen System zu messen und zu verstehen, wie viel Kraft hinter dem Stromfluss steckt.

 

Möchtest du neben der Spannung auch noch weitere Größen ermitteln, so solltest du ein Multimeter verwenden. Das Multimeter bietet den Vorteil, dass zusätzlich auch die Stromstärke, der Leitwert und der elektrischen Widerstand erfasst werden können.

In der nächsten Abbildung siehst du einen Voltmeter im Einsatz. Dieser ist an einer Autobatterie angeschlossen.

 

Spannungsmesser im Ersatzschaltbild

Ein Voltmeter misst die elektrische Spannung. Es liegt zwischen zwei Punkten eines elektrischen Netzwerks. Du siehst das Voltmeter im nächsten Bild als Schaltzeichen eingetragen.

 

 

 

 

Eine Abweichung zwischen zwischen dem positiven und negativen Anschluss führt dazu, dass ein positiver Messwert angezeigt wird.

Das liegt daran, dass am positiven Anschluss das elektrische Potenzial höher ausfällt.

 

 

Die Lösung besteht darin, den Innenwiderstand (iV = innere, Voltmeter) derart groß zu halten, dass ein zusätzlicher Stromfluss unterbunden wird.

 

Spannungsmesser – ideal und real – Unterschiede

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

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• Ein realer elektronischer Spannungsmesser hingegen weist schon einen gewissen Widerstand auf, der je nach Messbereich bis zu betragen kann.

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• Diese Messgeräte gibt es in den unterschiedlichsten Ausführung. Du kannst diese teilweise sehr preiswert im Elektrofachhandel erwerben.

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• In Schaltplänen wird der reale Spannungsmesser durch einen idealen Spannungsmesser und einen Widerstand realisiert. Beide werden parallel geschaltet.

 

Spannungsmesser – ideal und real – Beispiele

Nachfolgend haben wir dir einige Beispiele zum besseren Verständnis aufgeführt.

Reale Spannungsmesser

1. Analoges Voltmeter: Ein analoges Voltmeter zeigt die Spannung durch eine bewegliche Nadel auf einer Skala an. Es wird häufig in elektrischen Schaltkreisen verwendet, insbesondere wenn eine kontinuierliche Anzeige der Spannung erforderlich ist.

2. Digitales Voltmeter (DVM): Ein digitales Voltmeter zeigt die Spannungswerte numerisch auf einem digitalen Display an. Es ist in der Regel genauer als ein analoges Voltmeter und kann verschiedene Messbereiche und zusätzliche Funktionen wie automatische Bereichswahl und Datenhaltung bieten.

3. Oszilloskop: Obwohl ein Oszilloskop in erster Linie zur Anzeige von Spannungsverläufen im Zeitbereich verwendet wird, kann es auch verwendet werden, um die Spannung direkt zu messen. Es bietet eine visuelle Darstellung der Spannung über die Zeit und wird oft in der Elektronik, der Signalanalyse und anderen Bereichen verwendet.

 

Ideale Spannungsmesser:

1. Ideales Voltmeter: Ein ideales Voltmeter hätte einen unendlich hohen Eingangswiderstand, was bedeutet, dass es keine Belastung für den Schaltkreis darstellen würde, den es misst. Es würde die Spannung perfekt und ohne jegliche Beeinflussung des Schaltkreises messen. In der Realität haben jedoch alle Voltmeter einen gewissen Eingangswiderstand, der den gemessenen Schaltkreis beeinflusst.

2. Nullinstrument: Ein Nullinstrument ist ein theoretisches Konzept eines Voltmeters, das keine eigene Spannung anzeigt, es sei denn, es liegt eine Spannungsdifferenz zwischen den Anschlüssen vor. Es wäre ein perfektes Instrument zur Messung von Differenzspannungen ohne jegliche Beeinflussung durch den Schaltkreis.

 

Diese Beispiele zeigen den Unterschied zwischen realen und idealen Spannungsmessern sowie ihre Anwendungen in der Praxis.

 

Probleme beim Messen – Messungenauigkeit

Dadurch zeigt der reale Spannungsmesser zwar die abfallende Spannung über den Widerstand an. Diese ist jedoch wegen des parallel geschalteten Widerstandes kleiner als die Spannung, welche ohne Messgerät durch diesen Widerstand fließen würde.

Das liegt daran, dass der Innenwiderstand des Voltmeters infolge des Stroms einen weiteren Spannungsabfall über den Innenwiderstand der Quelle bewirkt.

Es entsteht eine Verfälschung des Messergebnisses. Diese Messung ist so nicht rückwirkungsfrei.

 

 

++ Videoclip: Spannungsmessbereichserweiterung ++

Im nächsten Video findest du noch mal eine Zusammenfassung des Kurstextes und zusätzliche Informationen zur Spannungsmessbereichserweiterung. 

 

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