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Für Bastler: Digitale Multimeter in der Übersicht

31.05.2015 | 16:45 Uhr |

Ohne digitales Multimeter ist die Hobbywerkstatt, in der gelegentlich Elektronik auf den Tisch kommt, schlicht nicht komplett. Ein Einstieg zu den heute kostengünstigen Messgeräten, die viele Prüfaufgaben meistern.

In der Hobbywerkstatt hat das digitale Multimeter (DMM) seinen festen Platz für praktisch alle Messaufgaben, die im Rahmen vom Aufbau oder Tests von Schaltungen anfallen. Ohne digitales Multimeter in Reichweite sollte niemand daran denken, sich mit Elektronikbausätzen zu befassen und dazu den Lötkolben zu schwingen – auch wenn es sich um vermeintlich einfache Projekte handelt. Denn ohne Messung wissen Sie nie genau, ob elektronische Bauelemente einwandfrei, Lötstellen leitfähig sind und ob nicht vielleicht ein Kurzschluss für Überraschungen sorgt.

Komfort beim Messen: Digital statt analog

Der Vorgänger des handlichen digitalen Multimeters war vor Jahrzehnten das inzwischen antiquierte Drehspulinstrument, das in vielen Schullabors aber immer noch in Gebrauch ist. Doch dessen Belastung des Messobjekts bei Spannungsmessungen über den Eigenstromverbrauch verursacht größere Messfehler. Das kostengünstige und universell einsetzbare DMM mit seiner hohen Eingangsimpedanz von einem bis zehn Megaohm, die das Messobjekt nicht nennenswert belastet, ist auch im Hobbybereich schon lange der Standard und mit seinem niedrigen Preis ab 20 Euro für brauchbare Geräte keine große Anschaffung mehr. Neben Gleich- und Wechselspannungen (DC/AC) misst das Multimeter auch Ströme, Widerstände, Diodenstrecken (Diodentest), Induktivitäten (L) und Kapazitäten (C).

Frontansicht: Zwar verzichtet dieses kostengünstige digitale Multimeter vom Discounter auf fortgeschrittene Funktionen. Für den Einsatz bei Hobby und Bastelei ist es aber vollkommen ausreichend.
Vergrößern Frontansicht: Zwar verzichtet dieses kostengünstige digitale Multimeter vom Discounter auf fortgeschrittene Funktionen. Für den Einsatz bei Hobby und Bastelei ist es aber vollkommen ausreichend.

Messumfang: Volle und halbe Digits

Erschwingliche Multimeter für die Hobbywerkstatt warten mit einem Messumfang von 3 1/2 Digits auf. Diese Definition der Fähigkeiten eines DMM ist auf den ersten Blick eigenartig, handelt es sich doch um eine Anzeige von 0 bis 1999 Ziffernschritten auf dem Display, mit der Null also um glatt 2000 Schritte inklusive des Dezimaltrenners. Man hat es also mit vollen drei Stellen von 0 bis 9 zu tun sowie einem vorangestellten Digit. Die erste Stelle, also der erste Digit, ist aber nicht voll von 0 bis 9 verfügbar und kann aufgrund des digitalen Zählwerks nur 0 oder 1 annehmen. Man spricht dabei deshalb nur von einem halben Digit. Zusammen mit den drei voll ausgebildeten Digits ergibt sich dann die Definition von 3 1/2 Digits. Klar, das ist keine intuitiv verständliche Definition, aber bereits seit Jahrzehnten weltweit so üblich. Entsprechend dieser Systematik entsprechen also 3 3/4 Digits rund 4000 Stellen, und 4 1/2 Digits immerhin 20 000 Stellen. Für den professionellen Anwendungsbereich gibt es hochempfindliche Geräte bis 8 1/2 Digits.

Genauigkeit: So präzise ist ein Multimeter

Bei der Definition des unvermeidlichen Messfehlers hat sich der Begriff „Accuracy“ für die Messunsicherheit eingebürgert. Die Unsicherheit bezieht sich auf den Skalenendwert, und hinzu kommt die Unsicherheit der letzten Stelle. Gehen wir hier mal von +/- 3 Digits Unsicherheit sowie im Spannungsbereich von einem Grundfehler von +/- 0,5 Prozent aus. Werden also im 20-V-Bereich in einer Schaltung 5 V gemessen, so kann der tatsächliche Wert zwischen 4,87 und 5,13 V liegen. Die Messwertauflösung liegt dabei bei 10 mV (0,01 V). Erfahrungsgemäß sind die Spezifikationen bei Widerstands- und Strommessungen noch etwas weiter angelegt, zwischen 1 bis 3 Prozent vom Skalenendwert, hinzu kommt die Unsicherheit der letzten Stelle bis zu +/- 5 Ziffern.

Wer also einen kritischen Wert genau auf eine Stelle hinter dem Komma exakt bestimmen muss, sollte immer den Messbereich wählen, in dem ihm ein möglichst großer Teil der Skala zur Verfügung steht, also zum Beispiel Spannungen von 1,5 V im 2-V-Bereich messen (Auflösung hier 1 mV oder 0,001 V) und so die Messunsicherheiten erheblich reduzieren und gleichzeitig das Ergebnis genauer darstellen. Die Messung liegt bei den erwähnten Spezifikationen dann im Bereich von 1,487 bis 1,513 Volt. Gleiches gilt entsprechend auch für alle anderen Messgrößen. Zum Messen von Wechselgrößen (AC) sind Hobby-DMM im Allgemeinen für den Frequenzbereich von circa 40 bis 500 Hz ausgelegt.

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Kleines Multimeter der Kategorie 2 (CAT II): Dieses digitale Multimeter genügt für Haushaltsgeräte, die mit dem Niedrigspannungsnetz (230 V AC) verbunden sind, jedoch nicht für Messungen an der Gebäudeinstallation.
Vergrößern Kleines Multimeter der Kategorie 2 (CAT II): Dieses digitale Multimeter genügt für Haushaltsgeräte, die mit dem Niedrigspannungsnetz (230 V AC) verbunden sind, jedoch nicht für Messungen an der Gebäudeinstallation.

Richtig messen: Anfängerfehler vermeiden

Übliche DMMs im Hobbybereich sind zugelassen bis zur Messkategorie CAT III. Dies besagt, dass man damit im Spannungsbereich bis 600 V arbeiten kann, aber nicht in den Stromkreisen der Hausinstallation zwischen Stromzähler und Elektroschaltschrank, also nicht an der Quelle der Hausstromversorgung. Hier besteht grundsätzlich Lebensgefahr, denn bei ungewollten Berührungen können durch die hohen Stromstärken sehr kräftige Lichtbogen entstehen, die Verbrennungen hervorrufen. CAT III deckt alle ansonsten üblichen Messaufgaben ab, denn es umfasst CAT I (Messungen an batteriebetrieben Geräten ohne Netzverbindung) sowie CAT II für Prüfungen von direkt mit dem Netz verbundenen Geräten aller Art. Beim Umschalten des Messbereichs immer die Prüfspitzen vom Messobjekt trennen und – falls vorhanden – mit der höchsten Messgröße auf dem Drehschalter beginnen!

Spannungen und andere Größen wie Widerstände (R), Kapazitäten C) und Induktivitäten (L) misst man direkt parallel an den zugehörigen Anschlüssen in der Schaltung. R, L, C sowie Dioden darf man nur an völlig stromlosen Schaltungen messen. Man muss also sichergehen, dass die Schaltung von der Stromversorgung getrennt ist und alle Kondensatoren entladen sind.

Feinsicherung eines digitalen Multimeters nach CAT II: Flinke Sicherungen schützen das Multimeter vor einer versehentlichen Zerstörung, wenn der Strommessbereich zum Messen von Ampere falsch gewählt wurde.
Vergrößern Feinsicherung eines digitalen Multimeters nach CAT II: Flinke Sicherungen schützen das Multimeter vor einer versehentlichen Zerstörung, wenn der Strommessbereich zum Messen von Ampere falsch gewählt wurde.

Für Strommessungen wird das Messgerät direkt in den Messkreis in Reihe eingeschleift, denn die Messung erfolgt über Spannungsabfall am internen Nebenwiderstand (Shunt). Dazu muss auch eine Messleitung am DMM umgesteckt werden, allerdings nicht der für alle Messungen gemeinsame Anschluss (meist als COM bezeichnet). Hier gilt es, sehr sorgfältig und sicher zu arbeiten. Speziell dann ist höchste Vorsicht geboten, wenn man in Bereichen über der relativ ungefährlichen Kleinspannung (Wechselspannung 42 Veff oder Gleichspannung 60 V) arbeitet. Im 20-A-Strombereich wird das DMM gestresst, man sollte ihm also unbedingt Zeit für eine Abkühlung genehmigen. In der Regel sind die internen Messstromkreise mit flinken Feinsicherungen abgesichert, die nach Geräteöffnung – ohne spannungsführenden Anschluss an Messobjekte – bei Bedarf einfach zu ersetzen sind.

Ein sehr hilfreiches wichtiges Feature vieler DMM ist die Möglichkeit, Messwerte zu speichern – entweder den aktuellen Wert oder die maximale Größe. Oft nämlich muss man sich bei Messungen in engen Schaltungen auf die Kontaktierung der Messspitzen konzentrieren, um Kurzschlüsse zu vermeiden, und kann deshalb nicht gleich das Display ablesen. Steht nach dem Messvorgang der Wert noch im Display, so ist das eine große Hilfe.

Hobbyelektroniker, die ihr DMM eher selten brauchen, werden sich manchmal über die Messwerte des gerade eingeschalteten Geräts wundern. Zeigt das Display beim Messen eines bekannten Werts trotzdem keine zuverlässigen Ergebnisse an, dann ist selten das Multimeter defekt. Meist hilft das Auswechseln der Batterien umgehend weiter.

Ein zusätzliches Set an Messkabeln mit austauschbaren Prüfspitzen: Klemmen und Grabber halten eine Hand zur Bedienung des Multimeters frei, etwa zum Speichern von Messwerten.
Vergrößern Ein zusätzliches Set an Messkabeln mit austauschbaren Prüfspitzen: Klemmen und Grabber halten eine Hand zur Bedienung des Multimeters frei, etwa zum Speichern von Messwerten.

Nützliches Zubehör Weitere Messkabel

Die mitgelieferten Messkabel von günstigen Multimetern haben feine, gerade Prüfspitzen, die auch für schwer zugängliche Stellen geeignet sind, aber zum Anlegen beide Hände benötigen. Eine sinnvolle Ergänzung sind deshalb Messkabel mit Abgreifern und Klemmen als Spitze. Ein hochwertiges Set an Prüfkabeln mit verschiedenen Klemmspitzen ist für rund 20 Euro zu haben, etwa bei Conrad . In die Anschlüsse am digitalen Multimeter passen Lamellenstecker mit vier Millimetern Durchmesser – dies ist bei neueren Modellen so genormt, und auf einen bestimmten Hersteller von Prüfkabeln kommt es deshalb nicht an.

Dieser Artikel stammt aus dem Sonderheft PC-WELT Hacks - Raspberry Pi & Arduino

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