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

Zu unseren Spartarifen
Zu unseren Angeboten
Inhaltsverzeichnis:

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.

Voltmeter im Einsatz
Voltmeter im Einsatz
Voltmeter im Einsatz

 

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.

Spannungsmesser ideal / real - Ersatzschaltbild
Spannungsmesser ideal / real – Ersatzschaltbild
Spannungsmesser

 

Merk’s dir!

Wir wollen nun die Spannung direkt messen und dafür muss du die beiden Anschlüsse des Voltmeter mit den Schaltungspunkten verbinden. Es kann also anderes als beim Strommesser auf ein Aufschalten des Schaltkreises verzichtet werden.

 

Wie stellt man das im Ersatzschalbild dar?…

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

Der Buchstabe V beschreibt dabei nicht das Instrument (Voltmeter), sondern stellt die Einheit der elektrischen Spannung dar: Volt

 

Ersatzschaltbild - Voltmeter
Ersatzschaltbild – Voltmeter
Ersatzschaltbild

 

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.

 

Moment mal….

Jeder Techniker, der bisher genau aufgepasst hat, dem wird spätestens jetzt aufgefallen sein: Das Voltmeter verursacht aufgrund einer Potenzialdifferenz selbst ja einen gewissen Stromfluss im Netzwerk. Somit ist das Messergebnis verfälscht.

 

Die Lösung besteht darin, den Innenwiderstand R_{iV} (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 R_{iI} = \infty auf. Obwohl sich dieser Wert jedoch nur im Modell realisieren lässt.

sowie

  • Ein realer elektronischer Spannungsmesser hingegen weist schon einen gewissen Widerstand auf, der je nach Messbereich bis zu 10 \MOmega betragen kann.

sowie

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

sowie

  • In Schaltplänen wird der reale Spannungsmesser durch einen idealen Spannungsmesser V und einen Widerstand R_{iV} 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 R_{L} an. Diese ist jedoch wegen des parallel geschalteten Widerstandes R_{iA} 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 R_i bewirkt.

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

 

Merk’s dir!

Arbeitest du mit einem Zeigerinstrument ohne eingebauten elektronischen Verstärker, so unterscheiden sich die Innenwiderstände der einzelnen Strom– und Spannungsmessbereiche maßgeblich voneinander. Am ehesten merkst du diese Rückwirkung durch sprunghafte Veränderungen in deinen Messreihen.

 

++ Videoclip: Spannungsmessbereichserweiterung ++

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

Lernclip
Spannungsmessbereichserweiterung

 

Was kommt als Nächstes?

Das direkte und indirekte Messen stellen wir dir im nächsten Kurstext ausführlich vor.

Was gibt es noch bei uns?

Optimaler Lernerfolg durch tausende Übungsaufgaben

 

Übungsbereich (Demo) - Lerne mit mehr als 4000 Übungsaufgaben für deine Prüfungen
Übungsbereich (Demo) – Lerne mit mehr als 4000 Übungsaufgaben für deine Prüfungen

 

Quizfrage 1

 

Quizfrage 2

 

“Wusstest du, dass unter jedem Kursabschnitt eine Vielzahl von verschiedenen interaktiven Übungsaufgaben bereitsteht, mit denen du deinen aktuellen Wissensstand überprüfen kannst?”  

Alle Technikerschulen im Überblick

Zum Verzeichnis der Technikerschulen (Alles Rund um die Schulen)
Zum Verzeichnis der Technikerschulen

 

Kennst du eigentlich schon unser großes Technikerschulen-Verzeichnis für alle Bundesländer mit allen wichtigen Informationen (Studiengänge, Kosten, Anschrift, Routenplaner, Social-Media) ? Nein? – Dann schau einfach mal hinein:   

Was ist Technikermathe?

Unser Dozent Jan erklärt es dir in nur 2 Minuten!

Oder direkt den > kostenlosen Probekurs < durchstöbern? – Hier findest du Auszüge aus jedem unserer Kurse!

Geballtes Wissen in derzeit 26 Kursen

Hat dir dieses Thema gefallen?Ja? – Dann schaue dir auch gleich die anderen Themen zu den Kursen 

WT3 (Werkstoffprüfung) und
TM1 (Technische Mechanik – Statik) an. 

Lerne nun erfolgreich mit unserem Onlinekurs Technische Mechanik 1
TM1 (Technische Mechanik)
Lerne nun erfolgreich mit unserem Onlinekurs Werkstofftechnik 3
WT3 (Werkstoffprüfung)

 

Perfekte Prüfungsvorbereitung für nur 14,90 EUR/Jahr pro Kurs

++ Günstiger geht’s nicht!! ++

 

 

Oder direkt Mitglied werden und Zugriff auf alle 26 Kurse  (inkl.  Webinare  + Unterlagen) sichern ab 7,40 EUR/Monat  ++ Besser geht’s nicht!! ++  

 

Social Media? - Sind wir dabei!

Kennst du eigentlich schon unseren YouTube-Channel? – Nein? – Dann schau super gerne vorbei:

Technikermathe auf Youtube 

Mehr Videos zu allen Themen des Ingenieurwesens auf Youtube

  Immer auf dem neuesten Stand sein? – Ja? – Dann besuche uns doch auch auf

Technikermathe auf Instagram 

Sei immer auf dem neuesten Stand und besuche uns auf Instagram

Technikermathe auf Facebook

Sei immer auf dem neuesten Stand und besuche uns auf Facebook

Dein Technikermathe.de-Team

Zu unseren Kursen
Zu unseren Kursen