Meten met de multimeter

Onderwerpen:

  • Meten van spanning
  • Meten van stroom
  • Meten van weerstand
  • V4-meting

Meten van spanning:
Met een multimeter kunnen we de spanning (volt) meten over elektrische componenten zoals de batterij, bedrading, schakelaar en lamp. We noemen dan hem dan ook wel een “voltmeter”. De multimeter zetten we parallel over de schakeling en stellen we als volgt in:

  • De draaiknop zetten we in de V van volt (spanning);
  • In dit geval kiezen we voor gelijkspanning (DC);
  • Rode meetdraad in de V-aansluiting;
  • Zwarte meetdraad in de COM-aansluiting.

De rode meetdraad is de plusdraad en de zwarte de mindraad. Aan het uiteinde van de meetdraden zitten meetpennen. De rode meetpen houden we tegen de plus-aansluiting van de batterij en de zwarte tegen de min. Op deze manier meten we het spanningsverschil in de batterij. Deze spanning lezen we af van het display en bedraagt 1,5 volt.

Stroomcircuit met batterij, schakelaar en lamp.

De batterijspanning van 1,5 volt wordt door de plusdraad naar de plus-aansluiting van de lamp geleid als de schakelaar is gesloten. Met de multimeter meten we het spanningsverschil over de lamp: het onderste punt is de plus en de behuizing is de massa. De meetpennen houden we tegen de plus en massa aan om het spanningsverschil over de lamp te meten.

Op het moment dat de schakelaar wordt geopend, is de stroomkring onderbroken. Er loopt geen stroom meer door het circuit, waardoor de lamp uit gaat. De multimeter geeft met deze verschilmeting 0 volt aan. De schakelaar zit aan de pluszijde van de lamp, waardoor de lamp spanningsloos is. In een paragraaf verderop gaan we verder in op plus- en massageschakelde lampen en de daarbij behorende verschilmetingen.

Schakelaar gesloten: lamp aan.
Schakelaar geopend: lamp uit.

Meten van stroom:
Met de multimeter kunnen we bepalen hoeveel stroom er door een circuit loopt. Belangrijk is dat de multimeter in serie moet worden aangesloten. De stroom loopt daarmee door de multimeter heen. We noemen hem dan een “Ampèremeter”. We stellen hem als volgt in:

  • De draaiknop zetten we in de stand A van Ampère;
  • Bij dit type multimeter moet bij iedere keer dat de A-stand wordt gekozen, op de gele knop worden gedrukt om van AC naar DC om te schakelen;
  • De rode meetdraad in de 10A-aansluiting;
  • De zwarte meetdraad in de COM-aansluiting.

Om de multimeter in serie te zetten, moet ergens het stroomcircuit worden onderbroken. Dit kunnen we doen door de zekering te demonteren of de schakelaar te openen. Daar waar de stroomkring is onderbroken, verbind je de meetpennen. De onderstaande twee afbeeldingen tonen de stroommeting met geopende schakelaar. Er wordt gemeten in Ampére en in milliAmpère. Onder de afbeeldingen volgt daarover meer uitleg.

Meten van stroom in A.
Meten van stroom in mA.

Zoals we in de afbeeldingen kunnen zien, kan de stroom in twee standen worden gemeten.

  • De eerste meting is in de stand Ampère. In deze stand kunnen stroomsterktes tot maximaal 10 Ampère worden gemeten;
  • De tweede meting is in de stand milliAmpère. In deze stand kunnen stroomsterktes tot maximaal 400 milliAmpère worden gemeten. Dit is gelijk aan 0,4 A.

Als je nog niet goed kunt inschatten hoeveel stroom er door een circuit loopt, is het verstandig om eerst in de 10A-stand te meten. Bedraagt de stroom minder dan 0,4 A, dan kun je besluiten om de meetpen in de mA-aansluiting te steken en de draaiknop in mA te zetten. Vergeet dan niet de gele knop in te drukken om van AC naar DC te gaan. De gemeten waarde komt overeen, maar is in de mA-stand nauwkeuriger

  • 0,15 A is gelijk aan 150 mA;
  • 147 mA is dus 0,147 A (deze stand is dus nauwkeuriger).

Met het meten van stroom worden nog wel eens fouten gemaakt. De meest voorkomende fouten worden in de volgende twee afbeeldingen getoond.

Schakeling is niet onderbroken.
Zekering in de multimeter is defect.

Op het moment dat we een meting uitvoeren waarbij de verbruiker goed functioneert, in dit geval de brandende lamp, maar de multimeter 0 A aangeeft, dan staat de meter nog in AC, óf is de schakeling niet onderbroken. De stroom volgt de weg met de minste weerstand, en dat is door de gesloten schakelaar. In feite staat de multimeter nu parallel over de schakeling. Er zal hierdoor niets defect gaan. Zodra de schakelaar wordt geopend, verschijnt de goede waarde in het display.

Als de stroom hoger is opgelopen dan de waarde van de zekering, dan gaat de zekering kapot om de elektronica in de multimeter te beschermen. In de mA-stand is dat 400 mA. Hier komt men achter op het moment dat de meter op de juiste wijze is aangesloten, maar de verbruiker uit blijft en de meter 0 mA of 0 A aangeeft. In dit geval kunnen we ervoor kiezen om de meting in A uit te voeren, aangezien deze stand tot 10 A is beveiligd en de kans kleiner is dat de zekering defect is of gaat.

Meten van weerstand:
De derde meting die we met de multimeter uitvoeren is de weerstandsmeting. Hierbij kunnen we elektrische componenten doormeten op interne kortsluiting of onderbrekingen. In de onderstaande afbeeldingen zijn twee metingen getoond waarbij de weerstand van de lamp wordt bepaald. De multimeter functioneert nu als “ohmmeter” en is als volgt ingesteld:

  • De draaiknop is op de stand Ω (ohm) ingesteld voor de weerstandmeting;
  • De rode meetdraad is in de Ω-aansluiting gestoken, wat tevens dezelfde aansluiting is die we bij de volt-meting gebruiken;
  • De zwarte meetdraad is weer in de COM-aansluiting gestoken.

De weerstand van de lamp bedraagt 1,85 ohm. Dit geeft aan dat de lamp in orde is. Let op: als de lamp brandt, verandert door de weerstand door de temperatuur. Tijdens het branden kunnen we de weerstand niet meten, maar direct na het uitschakelen zal de gemeten waarde een stuk lager uitvallen.

Een lamp veroudert naar mate hij veel uren heeft gebrand. De wolfraam-draad wordt dunner en verdampt tegen de binnenkant van het glas. Dit kunnen we zien doordat de lamp donker wordt. Een donkergekleurde lamp zal binnen korte termijn defect gaan. In de tweede meting is dat gebeurt: de wolfraam-draad is gebroken en de lamp werkt niet meer. De stroomkring is daarmee immers onderbroken. Omdat de verbinding is verbroken, is de weerstand “oneindig” hoog geworden. De multimeter geeft in dat geval OL aan. Sommige multimeters tonen dan “1.”

Weerstand in orde.
Weerstand niet in orde.

Met de ohmmeter kunnen we de volgende metingen uitvoeren:

  • de interne weerstand van elektrische en niet-elektrische componenten;
  • het opzoeken van onderbrekingen in een elektrisch circuit, zoals in printplaten of in bedrading;
  • het opzoeken van elektrische verbindingen d.m.v. de piepstand;
  • het opzoeken van een massaverbinding;
  • controleren of de meetdraden in orde zijn.

De laatste meting is cruciaal bij het stellen van een diagnose. Op het moment dat een meetdraad in slechte toestand is, heeft dat invloed op iedere spannings- of stroommeting met de multimeter of oscilloscoop (de laatste kan uitsluitend spanning meten).

Op het moment dat een meetkabel een keer klem heeft gezeten, of door intensief gebruik veel geknikt is en men eraan heeft getrokken, kan de verbinding wegvallen als hij onder een bepaalde hoek wordt gehouden. Dit kan men simpel controleren door de uiteinden van de meetpennen tegen elkaar te houden: de weerstand bedraagt dan ongeveer 0,1 ohm. Is de weerstand vele malen hoger, of OL? Dan zijn de meetdraden niet meer bruikbaar.

Controleren van de meetdraden.

V4-meting:
Op deze website worden van veel typen sensoren, actuatoren, ECU’s, en netwerken de spanningsniveaus, signaaloverdracht en manieren van meten beschreven. Deze zijn te vinden op de pagina’s zelf, zoals van de temperatuursensor, passieve, actieve en intelligente sensoren, relais en CAN-bus. Op deze pagina’s gaat het meten specifiek over dat onderwerp.

Bij het opsporen van storingen gebruiken we in de meeste gevallen de voltmeter en soms de stroomtang. De ampère- en weerstandmeting voeren we tijdens een diagnose nauwelijks tot nooit uit:

  • Voor het meten van de stroom moet het circuit worden onderbroken (niet wenselijk), en zegt de hoogte van de stroom onvoldoende over eventuele verliezen. De stroomsterkte is in het hele circuit immers gelijk. Ook is de ampèremeter beperkt tot 10A. Het kan soms wel wenselijk zijn om gebruik te maken van een stroomtang die niet beperkt is tot een bepaalde stroomsterkte.
  • Het meten van de weerstand is alleen in het geval van het bepalen van een verbinding of onderbreking raadzaam. In alle andere gevallen meten we een “onbelaste” weerstand en is de weerstandswaarde onbetrouwbaar.

Het bovenstaande komt erop neer dat we bijna altijd de voltmeter gebruiken in onze diagnose. Bij complexe diagnoses gebruiken we een oscilloscoop, welke tevens een (grafische) voltmeter is. Met de voltmeter meten we spanningsverschillen en -verliezen in een belaste situatie, dus wanneer de verbruiker werkzaam is. Dit maakt de meetwaarde het meest bruikbare.

Om houvast te geven aan de metingen met de voltmeter, is het handig om de V4-meting onder de knie te krijgen. Door middel van vier voltmetingen kan men “ongeveer” de oorzaak van een slecht, of niet werkende verbruiker vinden. In deze paragraaf wordt uitgelegd hoe je de V4-meting uitvoert, welke meetwaarden je kan verwachten en weet wanneer er sprake is van een storing.

Met de V4-meting gebruiken we één voltmeter en voeren we op vier specifieke punten een verschilmeting uit. We noemen deze vier metingen de V1, V2, V3 en V4.

Let op: bij een PWM / duty-cycle aangestuurde verbruiker is het niet mogelijk om deze V4-meting uit te voeren, daarbij moet de oscilloscoop worden gebruikt!

Overzicht van de vier verschilmetingen t.b.v. de V4-meting

V1:
De V1-meting is de eerste meten die we verrichten. We meten hier de accuspanning. Alle spanningen die we hierna meten, vergelijken we met deze meetwaarde. Voordat er mag worden gemeten, dient de verbruiker te worden ingeschakeld. Bij zware verbruikers kan de accuspanning namelijk een paar tienden volt dalen, zonder dat er sprake is van een storing. De multimeter stellen we op de juiste wijze in (zie de paragraaf over de het meten van spanning) en de meetpennen houden we op de plus- en massapool van de accu.

Is het nodig om tijdens de V4-meting de motor te starten? Dan zal de V1-meting door de laadspanning van de dynamo hoger zijn. Voer de meting dan opnieuw uit.

V1 - meten van de accuspanning

V2:
Vervolgens meten we het spanningsverschil over de verbruiker. Uiteraard moet de verbruiker zijn ingeschakeld. Met een lamp is dit niet zo ingewikkeld: met een schakelaar zetten we de lamp aan. Soms kan het inschakelen van de verbruiker iets lastiger zijn, bijvoorbeeld de elektrische brandstofpomp in de tank. Start in dat geval een actuatortest via een diagnoseapparaat, of laat de motor stationair draaien.

  • De spanning over de verbruiker moet ongeveer net zo hoog zijn als de accuspanning, met maximaal een halve volt verschil. Als dit het geval is, dan is er geen sprake van spanningsverlies in de plus of massa en is de V4-meting afgerond;
  • Als de spanning bij de V2-meting meer dan een halve volt lager is dan de waarde V1, dan is er sprake van spanningsverlies. In dat geval meten we de voltages bij de V3 en V4.
V2 - meten van spanning over de verbruiker

V3:
Met deze meting bepalen we het spanningsverlies in de pluszijde, tussen de plus van de accu en de plus-aansluiting van de lamp.

  • Het verlies mag maximaal 0,4 volt bedragen;
  • Lager dan 0,4 volt is in orde;
  • Bij meer dan 0,4 volt verlies is er sprake van een overgangsweerstand in de pluszijde.
V3 - meten van het spanningsverlies in de plus

V4:
Als laatste voeren we de verliesmeting tussen de massa van de lamp en de massa van de accu uit. Hiervoor geldt hetzelfde als voor de V3-meting: maximaal 0,4 volt verlies, anders is er sprake van een overgangsweerstand.

V4 - meten van het spanningsverlies in de massa

Controleren:
De accuspanning verdeelt zich over het spanningscircuit. Alle deelspanningen (V2, V3 en V4) zijn gelijk aan de accuspanning (V1). In het bovenstaande voorbeeld is dit te zien in de meetwaarden:

  • V1 = 12,0 v
  • V2 = 11,7 v
  • V3 = 0,2 v
  • V4 = 0,1 V

Daarmee kunnen we de volgende formule invullen:

Op het moment dat de berekening sterk afwijkt, is er een meetfout gemaakt. Men dient na te gaan welke waarde er niet logisch is. Het is bijvoorbeeld onmogelijk dat de lamp op 12 volt brandt terwijl de accuspanning 13 volt is en er sprake is van 12 volt spanningsverlies.

Hieronder worden vijf mogelijke storingen getoond die met een V4-meting kunnen worden opgespoord. Om ruimte te besparen en het zo overzichtelijk mogelijk te maken, zijn de afbeeldingen van de “echte” voltmeters vervangen door een cirkel met het getal erin.

Storing 1 – lamp brandt zwak:
De lamp brandt zwakker dan andere lampen in het voertuig. Logisch, want hij brandt op slechts 7 volt in plaats van 13 volt. De uitkomst van V3 laat zien dat er 6 volt verlies is in de plus. In het deel tussen de plus van de accu en de plus van de lamp bevindt zich een overgangsweerstand waar 6 volt wordt verbruikt. Dit spanningsverlies gaat ten koste van de spanning waarmee de verbruiker werkt.

Mogelijke oorzaken:

  • een beschadigde draad voor de zekering, tussen de zekering en de ECU of tussen de ECU en de lamp;
  • een slechte connectie van de zekering in de zekeringenhouder;
  • een slechte draadverbinding cq. stekkers in één van de zwarte stippen in het schema;
  • een defect in de ECU.

Om na te gaan waar de overgangsweerstand zich bevindt, verplaatsen we van de V3-meter de mindraad naar de onderzijde van de ECU. Als we hier nog steeds 6 volt meten, is de spanning níet in deze draad verloren gegaan en zit de oorzaak hoger. Echter, meten we boven de draad 0 volt, dan is deze draad beschadigd en moet deze worden vervangen.

V4-meting, storing 1

Storing 2 – lamp brandt zwak:
Wederom hebben we te maken met een lamp die zwakker brandt dan de rest. In de meetwaarden zien we dat bij meting V4 sprake is van een spanningsverlies van 6 volt. Ook in dit geval is er 6 volt nodig om de overgangsweerstand in de massa te overwinnen.

Mogelijke oorzaken:

  • een beschadigde draad tussen de lamp en een massapunt;
  • corrosie tussen de contactpunten van het kabeloogje en het massapunt.

In het geval dat de overgangsweerstand zich in de draad bevindt, volstaat het monteren van een nieuwe draad tussen de lamp en een massapunt. Als de draad in orde is, kan het helpen om de massaverbinding los te schroeven en goed te schuren en te reinigen om vervolgens de draad terug te monteren en opnieuw te meten.

V4-meting, storing 2

Storing 3 – lamp brandt zwak:
Alle lampen branden zwak. Bij het uitvoeren van de meting zien we dat de accuspanning te laag is (V1). De verliesmetingen (V3 en V4) zijn in orde. Het opladen (en wellicht testen) van de accu volstaat om het probleem op te lossen.

V4-meting, storing 3

Storing 4 – lamp brandt niet:
De lamp brandt niet. De spanning over de lamp bedraagt echter wel 13 volt en er is geen verlies.

Mogelijke oorzaken:

  • lamp is defect: door een onderbroken gloeidraad is het stroomcircuit onderbroken. De spanning van 13 volt en de massa bereiken de lamp nog wel, dus meten we bij de V2 wel een “goed” spanningsverschil;
  • slechte stekkerverbinding doordat de metalen connectoren hun klemkracht zijn verloren. Bij veelvuldig lostrekken en aandrukken van de stekker op de lamp kan er ruimte ontstaan tussen het metalen stekkertje en de aansluiting van de lamp.

Een defecte lamp is vaak optisch goed te beoordelen. De gloeidraad is zichtbaar gebroken. Eventueel meten we met de ohmmeter de weerstand van de lamp. Een oneindig hoge weerstand duidt op een onderbreking.

V4-meting, storing 4

Storing 5 – lamp brandt niet:
We hebben opnieuw te maken met een lamp die niet brandt. Het spanningsverschil dat we bij V2 verwachten te meten, dat meten we nu bij V3. Dat betekent dat aan de bovenkant van de zekering een goede plus staat en aan de onderkant een goede massa. Aan de hand van de meetwaarde lijkt de zekering nu op een verbruiker die de 13 volt gebruikt, maar dit is onjuist.

De oorzaak van deze storing is een defecte zekering. Net als bij de vorige storing, waar de gebroken gloeidraad zorgde voor een onderbroken stroomcircuit, zorgt hier de zekering voor het onderbreken van het stroomcircuit.

V4-meting, storing 5 (spanningsverschil pluszijde)
V4-meting, storing 5 (spanningsverschil over de zekering