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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Messungen des Effektivwerts von WS, Vergleich Oszi u DMM


Autor: canuma (Gast)
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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

Autor: Falk Brunner (falk)
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@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

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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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).

Autor: Norgan (Gast)
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> 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.

Autor: Jens G. (jensig)
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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?

Autor: Jens G. (jensig)
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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.

Autor: Politiker (Gast)
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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.

Autor: canuma (Gast)
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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...

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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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

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