(ET3-16) Stromrichtiges und spannungsrichtiges Messen

In diesem Kurstext erklären wir dir einfach und unkompliziert was stromrichtiges von spannungsrichtigem Messen unterscheidet.

“Nicht selten verursachen die Messgeräte selbst eine Ungenauigkeit in der Messung einzelner anderer Größen.”

Stromrichtiges Messen auch in der Schule

Stromrichtiges und spannungsrichtiges Messen – Grundlagen

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Wer ist klüger?...

Stell dir vor, du hast vor dir ein Netzwerk gegeben mit mehreren Größen und sollst nun sowohl die elektrische Stromstärke $I$ als auch die elektrische Spannung $U$ messen. Um dir Zeit zu ersparen, denkst du dir, dass ein gleichzeitiges Messen ja die ultimative Lösung ist.

Du führst die Messung durch und bist total happy, dass es so schnell geklappt hat. Ein Kollege von dir führt die gleiche Messung durch, nur mit dem Unterschied zu dir, dass er elektrische Stromstärke und elektrische Spannung getrennt voneinander misst.

So ein Esel, denkst du dir, warum macht es es nicht genauso clever wie ich? Am Ende habt ihr beiden jedoch jeweils zwei unterschiedliche Messergebnisse. Wer hat jetzt Recht?

Leider hat dein Kollege den besseren Weg gewählt.

Denn in einer elektrischen Schaltung kann entweder nur die elektrische Spannung $U$ oder nur die elektrische Stromstärke $I$ genau gemessen werden. Bei einer gleichzeitigen Messung kann je nach Aufbau der Schaltung und Positionierung der Messgeräte in der Schaltung die eine Größe zwar genau gemessen werden, es tritt aber eine Verfälschung der Messergebnisse der anderen Größe auf. Die Verursacher der Abweichung sind die Messgeräte selbst.

Merk's dir!

Abhilfe können moderne Messgeräte schaffen. Denn mit Einstellung eines hohen Eingangswiderstandes für die Spannungsmessung am Voltmeter im Bereich von $10 M\Omega$ fällt die Abweichung minimal aus.

Problematisch ist diese minimale Abweichung im Normalfall für reguläre Messungen nicht. Nur wenn sehr niedrige elektrische Spannungen und elektrische Stromstärken gemessen werden sollen, kann die Abweichung vergleichsweise groß ausfallen.

Stromrichtiges Messen

Klingt schon komisch oder? – stromrichtiges Messen – als gäbe es auch ein stromfalsches Messen. Gemeint ist mit stromrichtigen Messen, dass lediglich der Strom bei der Messung gemessen wird, der durch einen Verbraucher fließt und nicht noch andere im Netzwerk auftretende elektrische Ströme.

Hierzu misst man die elektrische Stromstärke direkt vor oder hinter dem Bauteil. Wie das aussieht, kannst du der nachfolgenden Grafik entnehmen.

Hier sind sowohl das Amperemeter und das Voltmeter eingezeichnet. Das Voltmeter misst die Spannung und das Amperemeter dient uns ja bekanntlich zur Messung der Stromstärke. In diesem Aufbau misst das Amperemeter die Stromstärke richtig.

“Es liegt uns ein korrektes Messergebnis aus einer stromrichtigen Messung vor.”

Das Voltmeter hat es da schon schwieriger, denn es misst nicht nur die abfallende elektrischer Spannung $U_R$ am Widerstand, sondern auch die abfallende Spannung $U_A$ am Amperemeter.

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Achtung, Fehler....!

Dadurch erhalten wir ein inkorrektes Ergebnis in Bezug auf die Spannung. Der Techniker spricht hierbei von einem systematischen Fehler. Eine nähere Erläuterung folgt dazu in einem späteren Abschnitt.

Um dennoch ein weitestgehend genaues Messergebnis zu erhalten, gilt es den Innenwiderstand $R_{Ai}$ des Strommessers gering zu halten. Denn je kleiner dieser ist, umso geringer fällt die abfallende Spannung $U_A$ und folglich der Messfehler aus.

Spannungsrichtiges Messen

Hier haben wir ein umgekehrtes Szenario. Jetzt möchten wir den Spannungswert genau bestimmen und schalten unsere Schaltung so, dass sie spannungsrichtig ist. Dabei messen wir lediglich die über dem Verbraucher $R$ abfallende Spannung $U_R$ .

Es liegt uns ein korrektes Messergebnis aus einer spannungsrichtigen Messung vor.

Denn kein weiteres Bauteil verursacht einen Spannungsabfall, so wie es oben der Fall beim stromrichtigen Messen war.

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Achtung, Fehler....!

Das Amperemeter hingegen misst neben dem Stromfluss durch den Verbraucher $I_R$ auch den Stromfluss durch das Voltmeter, also $I_V$ . Auch hier sprechen wir dann von einem systematischen Fehler.

Um den Fehler gering zu halten, setzen wir den Eingangswiderstand des Voltmeters hoch auf einen Wert von mehreren $M \Omega$ . Diese bewirkt dann, dass der elektrische Strom durch das Voltmeter sehr gering ausfällt.

Wie sich der Aufbau gegenüber der vorherigen Schaltung geändert hat, siehst du nachfolgend:

Bei dieser Anordnung liegt das Voltmeter hinter dem Amperemeter.

wie gehts weiter

Wie geht's weiter?

Im kommenden Kurstext stellen wir dir die Arten von Messgeräten vor, die dir eine Messung erleichtern.

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