Messgeräte

Themen:

Allgemeines
Analoges Messgerät
Digitales Multimeter
Auflösung
Messbereich einstellen
Berechnen Sie den absoluten Fehler
Berechnen Sie den relativen Fehler
Mit dem Multimeter messen
Mit dem Oszilloskop messen

Gesamt:
Vieles wird an der Technik gemessen. Auf dieser Seite geht es um Messungen im Hinblick auf die Automobiltechnik. In der Automobiltechnik können Messungen auf vielfältige Weise durchgeführt werden, nämlich bei der Entwicklung, beim Testen, bei der Überwachung von Prozessen und bei der Fehlersuche. Sobald man weiß, wie man misst, braucht man nur noch Literatur (Flussdiagramme), um zu bestimmen, wo man messen muss.

Die am häufigsten eingesetzten (elektrischen) Messgeräte in der Automobiltechnik sind:

Das Multimeter/Analogmessgerät: Damit werden Spannung (U), Strom (I) und Widerstand (R) gemessen. Das digitale Multimeter zeigt den Wert auf dem LCD-Bildschirm an und das analoge Messgerät verwendet eine Nadel, um den gemessenen Wert auf einer darunter liegenden Skala anzuzeigen.
Das Oszilloskop: Das Oszilloskop misst Spannungen, die in einer Zeitleiste aufgezeichnet werden können. Diese Zeitleiste kann eingestellt werden (Anzahl der Volt auf der Y-Achse und der Zeitverlauf auf der X-Achse).

Analoges Messgerät:
Das analoge Messgerät (Moving Coil Meter) besteht aus einem Permanentmagneten und einer beweglichen Spule. Der durch die bewegliche Spule fließende Strom erzeugt ein Magnetfeld. Die Kräfte, die das Magnetfeld aufeinander ausübt, sorgen dafür, dass sich die bewegliche Spule (mit dem darauf montierten Zeiger) dreht. Je größer der Strom (und damit das Magnetfeld), desto weiter bewegt sich der Zeiger.

Vorteile gegenüber dem Digitalmultimeter:

Billig;
Genauer unter 10 Hz (nicht darüber).

Nachteile:

Schwieriger zu lesen;
Aufgrund des beweglichen Zeigers relativ langsam.

Digital-Multimeter:
Das Digitalmultimeter ist ein Ersatz für das Analogmessgerät. Die Messgeräte werden kontinuierlich weiterentwickelt (in Genauigkeit, Geschwindigkeit und Funktionen). Das Multimeter enthält einen A/D-Wandler. Das gemessene analoge Signal wird zunächst verarbeitet, bevor es angezeigt wird. Dieser Vorgang hängt von der gewählten Funktion (Volt, Ampere, Ohm usw.) ab. Das digitalisierte Signal wird dann an das Display gesendet. Die Geschwindigkeit, mit der dies geschieht, wird als „Reaktionszeit“ bezeichnet und ist in den technischen Daten des Messgeräts angegeben. Die Reaktionszeit (des A/D-Wandlers) ist die Zeit, die benötigt wird, um eine Änderung des Eingangssignals zu registrieren. Je teurer das Messgerät ist, desto kürzer ist diese Reaktionszeit.

Es gibt Digitalmultimeter mit manueller und automatischer Bereichseinstellung. Dadurch wird der Messbereich eingestellt. Das Multimeter im Bild unten erledigt dies automatisch. Das Kapitel „Messbereich“ wird auf dieser Seite weiter beschrieben.

Auflösung:
Die Anzahl der von Multimetern angezeigten Stellen bestimmt die Auflösung und damit die Ablesegenauigkeit des Messgeräts. Die Auflösung hat also nur etwas mit dem Bildschirm zu tun und nicht mit dem Messbereich. Es gibt 3½-, 3¾- und 4½-stellige Multimeter. Je mehr Ziffern das Multimeter anzeigen kann, desto mehr Zahlen sind möglich (also eine genauere Messung).

3½ Ziffern:
Dabei handelt es sich um ein Standard-Multimeter, welches im 200-V-Bereich maximal 0,1 V genau messen kann. Wenn eine Messung durchgeführt wird, bei der die tatsächliche Spannung 22,66 V beträgt, zeigt das Messgerät 22,6 V an.

3¾ Ziffern:
Bei diesem Multimeter hat sich die Auflösung um den Faktor 10 erhöht und bei gleicher Messung (von 22,66 V mit dem 3½-stelligen Multimeter) werden tatsächlich 22,66 V angezeigt. Das ist ein Hundertstel Volt mehr (und daher genauer).

4½ Ziffern:
Dieses Multimeter verfügt in allen Bereichen über eine zusätzliche Ziffer. Die Auflösung ist nochmals um den Faktor 10 gestiegen.

Messbereich einstellen:
Der Messbereich des untenstehenden Multimeters kann manuell eingestellt werden. Dies ist notwendig, um bei jeder Messung ein möglichst genaues Ergebnis zu erhalten. Bei der Messung der Batteriespannung wählen Sie am besten die Option 20 DCV. Die Batteriespannung wird beispielsweise mit 12.41 angezeigt. Wählen Sie am besten einen Messbereich, der unterhalb des maximalen Messergebnisses liegt. Die Batteriespannung wird niemals höher als 99 Volt sein. Wenn eine größere Auflösung gewählt würde (von 200 DCV), würde die Batteriespannung mit 12.4 angezeigt (weniger genau). Das hat mit der Auflösung zu tun:

Angebot:	Auflösung:
200 mV	0,1 mV
2 V	0,001V
20 V	0,01 V
200 V	0,1 V
2000 V	1 V

Beispiele dieser Tabelle:

Bei der Messung einer Spannung von 100 Volt im 200-V-Bereich zeigt das Messgerät 100,1 V an. Wenn dieselbe Spannung im Bereich von 2000 V gemessen wird, zeigt das Messgerät 100 V an (weniger genau).
Bei der Messung einer Spannung von 9,188 Volt im 2-V-Bereich zeigt das Messgerät 9,188 V an. Wenn dieselbe Spannung im 200-V-Bereich gemessen wird, zeigt das Messgerät 9,2 V an (gerundet, daher weniger genau).

Die genaueste Messung hängt daher vom eingestellten Messbereich und der Auflösung des Bildschirms ab. Auf Bildschirmen mit geringer Auflösung kann die genaueste Spannung nicht mit einem genauen Messbereich angezeigt werden.

Bei dem abgebildeten Multimeter kann der Messbereich nur manuell eingestellt werden. Die umfangreicheren Multimeter verfügen über eine „Autorange“-Taste, mit der das Messgerät selbst den besten Messbereich einstellt (basierend auf seiner eigenen Auflösung). Nur bei einfachen Multimetern ist nur die Auswahl des Volt-, Ampere- (usw.) Modus möglich und der Messbereich beträgt oft standardmäßig 20 V (also mit einer Auflösung von 0,01 V).
Ein weiteres Problem besteht darin, dass es immer zu einer Abweichung im Messgerät kommt. Die Abweichung ist am größten, wenn die Auflösung zu niedrig eingestellt ist. Mehr dazu in den folgenden Kapiteln „Absolute und relative Fehler“ weiter unten auf der Seite.

Berechnen Sie den absoluten Fehler:
Jedes Multimeter hat eine bestimmte Genauigkeit. Diese Genauigkeit finden Sie in den Spezifikationen (im Handbuch). Mit diesen Daten kann die Abweichung der Messung berechnet werden. Es können zwei Konzepte berechnet werden; der „absolute Fehler“ und der „relative Fehler“. Der absolute Fehler ist die Spannung in Volt und der relative Fehler wird in Prozent berechnet.

Beispiel:
Spannung (U) = 12,55 V
±(0,3% v.M. + 1d)
rdg = reading = der auf dem Display angezeigte Wert (der gemessene Wert)
1d = 1 Ziffer = die Auflösung (im 20-V-Bereich entspricht 1 Ziffer 0,01 V und im 2-V-Bereich 0,001 V).

Die tatsächliche Spannung beträgt 12,55 Volt. Dies wird im 20-V-Bereich gemessen.
0,3 % des Messwerts sind 0,3 % von 12,55 V = 0,038 V.
Im 20-V-Bereich ist 1d = 0,01 V.

Der gesamte absolute Fehler beträgt dann: der Messwert + 1 Ziffer = absoluter Fehler. In Zahlen: 0,038 + 0,01 = 0,048 V

Die endgültige Antwort mit dem absoluten Fehler lautet:
U = 12,55 ± 0,05 V.
Das bedeutet, dass die Messung irgendwo zwischen 12,50 und 12,60 Volt liegt.

Billige Multimeter haben oft eine größere Abweichung als die teureren, sodass auch der gesamte absolute Fehler größer ist. Dies beweist nun, dass „billige Multimeter“ keine genauen Messungen durchführen können.

Berechnen Sie den relativen Fehler:
Wenn der absolute Fehler als Prozentsatz des gelesenen Werts berechnet wird, wird er als relativer Fehler bezeichnet. Dieser relative Fehler wird normalerweise beim Vergleich der Zähler verwendet.

Der relative Fehler für das vorherige Multimeter beträgt: absoluter Gesamtfehler / (dividieren durch) die tatsächliche Spannung x (multiplizieren mit) 100 % = der relative Fehler.
In Zahlen: U = 0,038 / 12,55 x 100 = 0,30 %.

Die endgültige Antwort mit dem relativen Fehler lautet:
U = 12,55 ± 0,3 %.

12,55 V minus 0,3 % ergibt die Antwort 12,50. Plus 0,3 % ergibt dann 12,60. Dies entspricht dem, was mit dem absoluten Fehler berechnet wurde, jedoch in Prozent angegeben.

Messung mit dem Multimeter:
Spannung, Strom und Widerstand werden alle unterschiedlich gemessen. Wie man mit dem Multimeter richtig misst, wird anhand von Beispielen auf der Seite erklärt mit dem Multimeter messen.

Messung mit dem Oszilloskop:
Ein Oszilloskop (kurz Scope) ist ein grafisches Voltmeter. Die Spannung wird grafisch als Funktion der Zeit dargestellt. Auch der Umfang ist sehr genau. Die Zeit kann so klein eingestellt werden, dass Signale von Sensoren wie der Lambdasonde oder Aktoren wie einem Injektor perfekt dargestellt werden können.

Wie Messungen mit dem Oszilloskop durchgeführt werden, wird auf der Seite erklärt Mit dem Oszilloskop messen.