Elektrizitätslehre

Elektrische Grundgrößen

Strommessung

  • Was bedeuten eigentlich Volt …
  • … und Ampère?
  • … und was hat es mit dem OHMschen Gesetz auf sich?
  • Wie funktionieren elektrische Messgeräte?

Strommessung

Für die Messung von elektrischen Strömen werden die sogenannten Strommessgeräte (im Fachjargon: Amperemeter) eingesetzt. Meist sind die dabei verwendeten Geräte für die Messung von Gleich- und Wechselströmen geeignet und fast immer kann man mit ihnen auch Gleich- und Wechselspannungen messen. Bei vielen Geräten ist es zudem möglich Widerstände und noch andere elektrische Größen zu bestimmen. Solche vielseitig einsetzbaren Geräte nennt man auch Multimeter.

Man unterscheidet analoge und digitale Messgeräte.

 

 

 

Beim analogen Messgerät streicht ein Zeiger stufenlos über eine Skala. Zwischen dem Wert Null der Messgröße und dem einstellbaren Maximalwert sind alle Zwischenwerte möglich. Aus dem Zeigerausschlag wird mit Hilfe der darunter liegenden Skala der Messwert ermittelt.

Beim digitalen Messgerät fehlt der bewegliche Zeiger. Die Messgröße wird als Ziffernfolge im Display (Anzeigefenster) dargestellt. Der Messwert verändert sich nicht kontinuierlich, sondern stufenartig.

Beispiel:
Bei einer dreiziffrigen Anzeige des Stroms werde gerade 3,71 A angezeigt. Der nächst höhere Wert ist dann 3,72 A. Eine Anzeige von z.B. 3,714 A ist dabei nicht möglich.

 

 

Die analogen Messgeräte werden im Schulbereich zunehmend durch diejenigen mit Digitalanzeige verdrängt. Gründe hierfür sind der meist geringere Preis, die größere Robustheit und die bequemere Ablesbarkeit. Es zeigt sich allerdings, dass Schüler, welche die analogen Geräte beherrschen kein Problem beim Umgang mit Digital-Multimetern haben. Umgekehrt ist das nicht immer der Fall, daher gehen wir vorwiegend auf den Einsatz von analogen Messgeräten ein.

Die Funktionsprinzipien analoger Multimeter können recht unterschiedlich sein. In der Schule werden meist Drehspulinstrumente verwendet, die auf der magnetischen Wirkung des elektrischen Stroms beruhen. Im Folgenden sind die wichtigsten Dinge, die du beim Umgang mit Strommessern wissen musst, zusammengestellt. Bis auf das Ablesen des Messwertes gelten die aufgeführten Punkte sowohl für analoge als auch digitale Strommesser.

Symbol
Als Symbol im Schaltbild sind für Strommesser die nebenstehend dargestellten Zeichen üblich.
3 Vorgehen beim Messen der Stromstärke in einem Stromkreis

Einbau des Strommessers in eine Schaltung und Wahl des Messbereichs

  • Vor dem Einbau trennt man die Schaltung von der Quelle.
  • Man trennt den Stromkreis an derjenigen Stelle (z.B. 1) auf, an der man den Strom messen will und baut dort (seriell) den Strommesser ein.
  • Dabei muss der "Plusanschluss" des Messgerätes eine Verbindung zum Pluspol und der "Minusanschluss" des Messgerätes eine Verbindung zum Minuspol der Quelle bekommen.
  • Bei der Einstellung des Wahlschalters für den Messbereich muss man beachten, ob man Gleichstrom (A= bzw. DCA) oder Wechselstrom (A~ bzw. ACA) zu messen hat.
    Da man meist nicht genau weiß wie hoch die zu messende Stromstärke ist, beginnt man mit dem unempfindlichsten Bereich, d.h. mit dem Bereich, welcher die höchste "Amperezahl" hat. Auf diese Weise kann man bei Analoggeräten in der Regel sicher sein, dass der Zeiger nicht zu weit ausschlägt und u.U. zerstört wird.
  • Nun schließt man die Schaltung an die elektrische Quelle an.
  • Ist der Zeigerausschlag oder die Ziffernanzeige im - durch den Wahlschalter - eingestellten Bereich zu klein, so kann man in den nächst empfindlicheren Bereich gehen. Vorher sollte man sich jedoch überlegen, ob im empfindlicheren Bereich keine Überschreitung des Messbereichs droht.

Ablesen des Zeigerausschlages bei Analog-Instrumenten
Hierbei passieren erfahrungsgemäß die meisten Fehler.

  • Die "Amperezahl" auf welche der Wahlschalter eingestellt ist, wird bei Vollausschlag des Zeigers erreicht.
  • Vor dem Ablesen - insbesondere wenn der Zeiger nicht an einer beschriften Stelle ist - sollte man sich überlegen, was ein Skalenteil "wert" ist.
    Beispiel:
    Der Wahlschalter ist auf 6A= eingestellt. Zwischen der Nullmarke und dem Vollausschlag sind es 15 Skalenteile. Somit ist ein Skalenteil 6 : 15 A = 0,4 A wert. Steht nun der Zeiger beim neunten Skalenteil, so wird der Strom 9·0,4 A = 3,6 A angezeigt.
  • Beachte, dass bei manchen Messgeräten für Gleichstrom und Wechselstrom unterschiedliche Skalen existieren.

Ergänzungen

  • Auf die Oberfläche von Multimetern sind meist einige Symbole aufgezeichnet. Die Bedeutung der wichtigsten Symbole ist in der nebenstehenden Skizze erklärt.

 

  • Durch den Einbau eines Strommessers in den Kreis wird dieser verändert. Bestand z.B. der Kreis ursprünglich nur aus einer Quelle und einem Lämpchen, so wurde der Elektronenfluss im Wesentlichen nur durch das Lämpchen gehemmt. Durch das in Serie geschaltete Strommessgerät wird nun der Elektronenstrom zusätzlich gehemmt. Damit die Abweichung der Stromstärke I (Kreis nur mit Lämpchen, ohne Messgerät) von der Stromstärke I* (Kreis mit Lämpchen und in Serie dazugeschaltetes Messgerät) nicht groß ist, sollte das Messgerät den Fluss der Elektronen nur sehr wenig hemmen. Fachmännisch sagt man dazu: Der Innenwiderstand des Strommessers sollte möglichst klein sein.
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