Messgeräte

Medium · 1h · Günstig

Ziel & Lerninhalt

Lerne die Grundlagen und die praktische Umsetzung zum Thema Messgeräte.

  • Grundlegendes Verständnis von Messgeräte erlangen.
  • Den praktischen Versuchsaufbau fehlerfrei aufbauen.
  • Messwerte interpretieren und Code anpassen können.

Erklärung & Wissen

Basic

Um Strom sicht- und messbar zu machen, benutzen wir ein Multimeter. Es ist wie ein medizinisches Diagnosegerät für Stromkreise. Mit den zwei Messspitzen können wir prüfen, ob eine Batterie noch voll ist (Spannung in Volt), wie viel Strom ein Motor verbraucht (Stromstärke in Ampere) oder ob ein Kabel gebrochen ist (Durchgangsprüfung).

Medium

Um die Spannung zu messen, schliessen wir das Multimeter parallel zum Bauteil an. Das Multimeter besitzt dafür einen extrem hohen Innenwiderstand, damit kein Strom durch das Messgerät abgelenkt wird. Um den Strom zu messen, müssen wir das Multimeter in Reihe in den Stromkreis einfuegen – der gesamte Strom muss physikalisch durch das Gerät fliessen. Dazu hat das Multimeter einen sehr geringen Innenwiderstand.

Expert

Ein modernes Digitalmultimeter (DMM) nutzt zur Messung hochpraezise Analog-Digital-Wandler (ADC). Bei der Strommessung fließt der Strom über einen bekannten, sehr kleinen Praezisionswiderstand (Shunt-Widerstand) im Multimeter, und die abfallende Spannung wird gemessen und in Ampere umgerechnet. Bei falscher Anwendung – zum Beispiel einer Strommessung direkt parallel zu einer Spannungsquelle – kommt es wegen des extrem geringen Shunt-Widerstands zu einem Kurzschluss, der die interne Schmelzsicherung des Multimeters sofort auslöst.

Fun Fact

Das Wort Multimeter leitet sich aus dem Lateinischen 'multus' (viel) und dem Griechischen 'metron' (Mass) ab – es vereint nämlich Volt-, Ampere- und Ohmmeter in einem einzigen praktischen Gehaeuse.

Multimeter
Das wichtigste Werkzeug der Elektronik – misst Spannung, Strom und Widerstand in einem Gerät. Die drei Messmodi unterscheiden sich grundlegend: Spannungsmessung = parallel zum Bauteil, Strommessung = in Reihe (Stromkreis muss aufgetrennt werden!), Widerstandsmessung = nur ohne Strom (Bauteil ausgebaut). Falsch angeschlossen (z.B. Strommodus parallel) zerstört die interne Schmelzsicherung sofort.
Spannungsabfall
Die Verringerung der Spannung, die entsteht, wenn Strom durch einen Widerstand fließt. Nach dem Ohmschen Gesetz: $\Delta U = I \cdot R$. Praktisches Beispiel: Fließen 100 mA durch eine 10 Ω Zuleitung, verlieren wir $0{,}1\,\mathrm{A} \times 10\,\Omega = 1\,\mathrm{V}$ schon im Kabel. Lange, dünne Kabel mit hohem Strom → merklicher Spannungsabfall → Bauteil bekommt weniger Spannung als geplant.
Shunt-Widerstand
Ein winziger, präziser Widerstand im Multimeter, über den der Strom indirekt gemessen wird. Das Amperemeter selbst kann keine Stromstärke direkt 'sehen' – es misst stattdessen den Spannungsabfall über einen bekannten kleinen Widerstand (Shunt): $I = U_{Shunt}/R_S$. Ein typischer Shunt hat wenige Milliohm, damit er den Stromkreis kaum belastet. Zu hoher Strom → Schmelzsicherung im Multimeter brennt durch.
Innenwiderstand
Der eigene Widerstand des Messgeräts – er verändert das, was gemessen wird. Ein ideales Voltmeter hätte unendlichen Innenwiderstand (zieht keinen Strom). Reale Multimeter haben ca. 10 MΩ. Problem: Misst du eine hochohmige Schaltung (z.B. Sensor mit 1 MΩ), entsteht ein Spannungsteiler zwischen Sensor und Messgerät – der angezeigte Wert ist zu niedrig. Lösung: Messgerät mit höherem Innenwiderstand oder Schaltung niederohmiger auslegen.

Praktischer Versuch: Messgeräte

Baue eine funktionierende Schaltung auf, um Messgeräte hautnah zu visualisieren und zu testen.

  • ProtoPeaks Mainboard
  • Jumper-Kabel Set
  • Versuchskomponenten

  1. Vorbereitung der Hardware

    Verbinde dein ProtoPeaks Mainboard über das USB-Kabel mit deinem Computer.

    Check: Mainboard mit PC verbunden

    Tipp: Die rote Status-LED zeigt an, dass Strom fließt.

  2. Schaltung aufbauen

    Stecke die nötigen Komponenten laut Beschaltungsplan auf dein Steckbrett.

    Check: Kontakte sitzen fest

    Tipp: Achte auf die richtige Polung der Anschlüsse.

Verbinde die Signal- und Stromversorgungs-Pins laut Versuchsaufbau.

  • Kein Signal oder falsche Werte — Überprüfe nochmals alle Steckverbindungen und ob das Kabel am richtigen Pin steckt.

Kurzzusammenfassung

Zusammenfassend haben wir in diesem Kapitel gelernt, wie man Messgeräte theoretisch versteht und im praktischen Versuchsaufbau visualisiert.