Hallo,

ich arbeite mit einem Oszilloskop und wollte mal überprüfen, wie genau
die Spannungswerte eines Signals vom Oszi wiedergegeben werden, wobei
ich vermute, dass Oszis meistens sehr genau sind. Ich habe also den
Scheitelwert von Sinusschwingungen (von einem externen Signalgenerator)
ermittelt, immer bei 50 Hz, wobei ich verschiedene Amplituden benutzt
habe von 1 V bis 10 V. Dann habe ich das gleiche Signal mit einem
Digitalmultimeter gemessen (DMM) wobei ich mal davon ausgehe, dass diese
Geräte alle auf den Effektivwert konstruiert worden. Ich habe zwei
Bauarten verwendet, das Gerät M1 ist ein Peaktech 3340, auf dem Gerät M2
stand McVoice M890G. Bei der ersten Messung habe ich mich gewundert,
weil beide Messgeräte anders messen und der aus dem Scheitelwert durch
den Faktor Wurzel 2 ermittelte Effektivwert mit beiden DMMs nicht
erreicht wird. Da hab ich noch zweimal gemessen und festgestellt, dass
das zweite Gerät nicht ganz so genau misst, sondern immer leicht andere
Werte rausgibt, die tendenziell aber mit der ersten Messung
übereinstimmen. Das zweite Messgerät aber gibt sehr zuverlässig immer
die gleichen Werte wieder.
Die erste Messung ist im Anhang als Bild hier dabei. Man kann letztlich
feststellen, dass es einen Faktorfehler in der Messung gibt, das heisst,
beide Messgeräte haben einen konstanten Fehlerfaktor, der den richtigen
Wert einmal nach oben und einmal nach unten verfälscht.

Ich hatte überlegt, ob das vielleicht was mit dem
Formfaktor/Gleichrichtwert zu tun hat, aber eigentlich dürfte das ja
irgendwie nicht sein. Auch kann man erkennen, dass der Fehler wohl
deutlich über den gängigen Toleranzen von ca. 1,5 % + 2 St. liegt.

Hat jemand eine Idee, was das sein kann ? Vielleicht ist ja auch das
Oszi alt und liefert falsche Werte ? Ich komme wahrscheinlich erst
nächste Woche wieder in den Laborraum  und vielleicht kann mir jemand
weiteres Experimentieren ersparen, wenn jemand den Fehler kennt.

Danke für Eure Hilfe
canuma

@canuma (Gast)

>Hat jemand eine Idee, was das sein kann ? Vielleicht ist ja auch das
>Oszi alt und liefert falsche Werte ?

Oszis haben typ +/-3% Amplitudenfehler. Bei anaolgen kommt noch ein
Ablesefehler dazu.
Es kann aber auch sein, dass jemand an der variablen Vertikalauflösung
rumgespeilt hat, dann zeigt dein Oszi alles mögliche an. Der Regler muss
am Anschlag auf CAL stehen. Und dann wäre noch die Frage, wann das Oszi
das letzte Mal kalibriert wurde.

MFG
Falk

Ein Oszilloskop ist kein "Messgerät" in dem Sinne. Und bei Multimetern
kommt es drauf an, ob es ein "True RMS"-Gerät ist, das den Effektivwert
wirklich misst und dementsprechend auch bei nicht-sinusförmigen
Verläufen den jeweils richtigen Wert anzeigt oder ob es ein
billig-Multimeter ist (was ich bei dem zweiten mal vermute), das
lediglich den Scheitelwert misst und allgemein den Formfaktor vom Sinus
einrechnet. Letzteres geht natürlich bei allem, was nicht sinusförmig
ist, gewaltig ins Höschen.

Wenn Du mit einem kommerziellen Funktionsgenerator arbeitest, dann musst
Du i.d.R. noch darauf achten, dass das Signal mit der richtigen Impedanz
abgeschlossen ist. Bei vielen Funktionsgeneratoren sind die Amplituden
z.B. auf 50 Ohm Lastimpedanz ausgelegt (d.h., der Ausgang des FG hat
einen Innenwiderstand von 50 Ohm, weshalb im Leerlauf die Amplitude am
Ausgang doppelt so hoch ist wie bei Anpassung mit 50 Ohm).

> wobei ich vermute, dass Oszis meistens sehr genau sind.

Sind sie nicht. Die horizontale Ablenkung (Zeit) ist meist recht gut -
was eine Quarzzeitbasis nun mal so kann. Die Genauigkeit der vertikale
Ablenkung ist eher mau. Details stehen in deinem Oszilloskophandbuch
oder -datenblatt, da muss man nichts vermuten. Sollten die Daten dort
nicht stehen, dann muss man vermuten, dass du eine Gurke hast, die so
schlecht ist, dass der Hersteller sich nicht traut die Werte anzugeben.

Besser wäre die Kurvendarstellung, wenn an jedem Messpunkt noch ein
Fehlerbalken gezeichnet wäre, berechnet aus den Angaben der Hersteller.
All das ergibt am meisten Sinn, wenn sich die Geräte noch in der
Kalibrierung befinden, man den Herstellerangaben also halbwegs trauen
kann.

Also wenn Du zum Einstellen der Spannung das Oszi als Referenz genommen
hast, dann erklärt es natürlich erstmal, daß das hier scheinbar richtig
gut hervorschaut. Da aber die beiden anderen Meßgeräte plötzlich bei
knapp 8V einen Linearitätsknick zeigen (das beide denselben Knick an
derselben Stelle haben, ist vergleichsweise selten), wird der Knick
vermutlich effektiv vom Oszi verursacht, was nicht schön wäre (hast Du
da den Meßbereich verstellt?

Messe doch mal eine Referenzspannung (Gleichspannung). Ein normaler
5V-Spannungsregler ist schon genau genug als Referenz im Vergleich zu
deinen Ergebnissen.
Achja - falls das Oszi auf AC eingestellt ist, kann es auch sein, daß es
mit seiner unteren Grenzfrequenz etwas zu weit über den 50Hz liegt.
Ändert sich die Amplitude, wenn Du die Frequenz erhöhst?

ach ja - noch eins: da die beiden anderen Meßgeräte total
unterschiedliche Werte anzeigen, bedeutet das natürlich auch, das eins
von beiden (oder alle beide, wenn das Oszi recht hat) auch Kacke ist.

Meßgeräte können nicht lügen. "Sie zeigen nur was anders an."

Eigentlich sollte ein "True RMS"-Gerät was richtiges anzeigen. Es bleibt
jedoch immer die spannde Frage wie versaut Sinuswelle aussieht. Denn
schließlich muß ja alles irgendwie berechnet werden und Pi zum Beispiel
hat auch noch keiner genau ausgerechnet.

Hallo Leute,

super so viele gute Antworten in so kurzer Zeit, danke. Ich hätte nicht
gedacht, dass es so viele Aspekte gibt, wenn man nur eine einfache
Sinuskurve halbwegs richtig vermessen will ...

Ich gehe die Antworten mal durch:

Gast: Ich glaube, an den 3% liegt es nicht, wenn man z.B. den 10 V
Scheitelwert nimmt, wären 3% 9,7 V oder 10,3 V aber der berechnete
Effektivwert weicht 1 V von den DMM-Werten ab. Allerdings spielt diese
Abweichung vielleicht auch noch mit in den Fehler rein. Das mit der
Vertikalcalibrierung muss ich mir mal ansehen. Ich glaube, das hab ich
wahrscheinlich nicht richtig gemacht. Vielleicht ist das der Hauptgrund.
Das Oszi ist übrigens sehr alt und es hat wohl nur eine sehr rudimentäre
Ausstattung. Im Labor stehen noch etwas modernere aber ich habe dieses
genommen, damit ich erstmal die Grundfunktionalität abschätzen kann.
Vielleicht nehme ich nächstesmal ein besseres.

Johannes M.: Den Unterschied RMS und True RMS kenne ich. Ich weiss nicht
genau, was die DMMs messen, aber ich denke, das Sinussignal müsste
einigermaßen gut sein. Daher glaube ich, dass dieser Unterschied hier
nicht so entscheidend sein dürfte. Aber ich habe anfangs auch überlegt,
ob es mit diesem Formfaktor etwas zu tun hat.
Dass man unter Umständen beim Signalgenerator auf einen Impedanzabgleich
achten muss, ist mir gar nicht in den Sinn gekommen...Ach so, jetzt
verstehe ich: Du denkst, wenn der Signalgenerator an der falschen
Impedanz liegt, wird das Sinussignal verzerrt und wenn man dann kein
True RMS hat, ist das Messergebnis Unsinn ... Ja, das muss ich auch mal
überprüfen. Das Peak Tech DMM macht eigentlich einen vernünftigen
Eindruck, vielleicht ist da True RMS drin. Ich schau noch mal in die
Anleitung, allerdings hatte ich beim ersten Überfliegen davon nichts
gesehen. Von dem McVoice vermute ich, dass es eine Gurke ist. Es hat
auch bei drei verschiedenen Messungen größere Abweichungen gegeben als
beim PeakTech.

Norgan: Hm, ich habe immer noch ein relativ starkes Vertrauen in Oszis.
So ein Multimeter baut man sich vielleicht schnell mal zu recht, wenn
man sieht, dass man damit Geld machen kann und irgendwelchen naiven
Bastler damit das Geld aus der Tasche ziehen kann. Aber wenn man ein
Oszi baut, wir man wohl von vornherein etwas mehr Kompetenz brauchen und
ich glaube, da ist schon automatisch ein etwas höherer Standard drin.
Mag sein, dass meine Vermutung falsch ist... Wie Du richtig gesagt hast,
ist die Zeitablenkung sehr genau. Ich habe am Funktionsgenerator 50 Hz
eingestellt und die Berechnung mit der Periodendauer des Sinus ergab 49
Hz.

Jens: Beim 10 V Messwert hab ich glaub ich von 2V/Skalenteil auf 5
V/Skalenteil gewechselt. Hier kommt dann vielleicht der Tip von Johannes
zum Tragen, dass es da eine Rückwirkung auf den Signalgenerator über die
Impedanzen gibt ? Muss ich nochmal alles überlegen. Aber ist ein Oszi
nicht immer extrem hochohmig, so hochohmig, dass es eigentlich keine
Rolle spielt, wie man den Meßbereich einstellt ? Ich muss wohl noch
etwas Theorie (Manual) lesen...
Das McVoice ist glaub ich nicht gut. Neben den Abweichungen bei den drei
Messungen hatten wir damit auch Probleme, als wir einen Kondensator
vermessen wollten (Eigentlich ist das auch der Grund für diese
Messungen: Ich will einen Kondensator messen. Hätte nicht gedacht, dass
das soviel Umstände macht, aber was solls, ist interessant). Jedenfalls
lag da ein Kondensator mit 100nF Angabe in der Schublade (wobei ich
nicht weiss ob das stimmt) und das McVoice sagt 65 nF oder so ähnlich.

Politiker: Hm, der Sinus sah eigentlich schon ganz hübsch aus...

Hallo Canuma,

>>Hat jemand eine Idee, was das sein kann ? Vielleicht ist ja auch das
>>Oszi alt und liefert falsche Werte ?
>
> Oszis haben typ +/-3% Amplitudenfehler. Bei anaolgen kommt noch ein
> Ablesefehler dazu.
> Es kann aber auch sein, dass jemand an der variablen Vertikalauflösung
> rumgespeilt hat, dann zeigt dein Oszi alles mögliche an. Der Regler muss
> am Anschlag auf CAL stehen. Und dann wäre noch die Frage, wann das Oszi
> das letzte Mal kalibriert wurde.

gar so groß dürften die Unterschiede Oszi/Digitalvoltmeter nicht sein.
Spendier den Digitalvoltmetern doch spaßeshalber mal neue Batterien.
Manches könnte sich dadurch schon auflösen.

Gruß,
 Michael