Multimeter

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Ein Multimeter dient zur Messung verschiedener elektrischer Größen. Die Grundfunktionen sind Messung von Spannung, Strom, Widerstand. Darüber hinaus bieten viele Geräte noch weitere Funktionen wie Diodentest, Durchgangsprüfer, Kapazitätsmessung, Temperaturmessung, Frequenz und noch mehr.

Wichtige Eigenschaften[Bearbeiten]

Bei der Auswahl eines Multimeters sollte man sich zuerst überlegen, was man damit machen möchte und welche Eigenschaften und Funktionen dafür benötigt werden. Neben der Funktionalität sollte das Multimeter auch bestimmten Sicherheitsanforderungen genügen.

Sicherheit[Bearbeiten]

Spannungsfestigkeit[Bearbeiten]

Eine wesentliche Eigenschaft ist die Spannungfestigkeit des Geräts. Dazu gibt es üblicherweise eine Angabe der Nennspannung zusammen mit der Überspannungskategorie. Diese Angabe bezieht sich nicht auf den Messbereich intern im Gerät, sondern auf die Stärke der Isolation nach außen.

Solange man nur mit Kleinspannung (< 50V AC bzw <120V DC) und kleinen Strömen arbeitet sind die Sicherheitsanforderungen an das Multimeter nicht groß; da kann man eigentlich jedes Gerät einsetzen. So ziemlich alle Messgeräte sind für mindestens 300V Cat II spezifiziert, was auch für Messungen an Geräten, die über eine Steckdose am Niederspannungsnetz (230V) betrieben werden ausreichend ist.

Für Messungen an Geräten, die fest mit dem Niederspannungsnetz verbunden sind, ist die Überspannungskategorie III notwendig. Kategorie IV braucht man für Messungen direkt an oder in der Nähe der Einspeisung in die elektrische Installation von Gebäuden, z.B. im bzw. vor dem Hauptverteiler.

Die Nennspannung bezieht sich dabei auf die Spannung Leiter gegen Erde. Einen guten Sicherheitsstandard bieten üblicherweise Geräte mit 600V Cat III/1000V Cat II; noch bessere Geräte haben 600V Cat IV/1000V Cat III oder sogar 1000V Cat IV.

Sicherung[Bearbeiten]

Weiterhin ist die Sicherung bei der Strommessung ein sicherheitsrelevantes Bauteil. Viele preiswerte Multimeter haben eine einfache Glasrohrsicherung (5 x 20 mm) mit einer Nennspannung von 250V.

Diese Sicherungen haben nur eine begrenzte Abschaltfähigkeit, vor allem bei Messungen mit Gleichstrom und hoher Spannung bildet sich in so einer Sicherung ein Lichtbogen und die Sicherung trennt nicht. Das kann zur Zerstörung des Multimeters (Brand, Explosion) und ernsthaften Verletzungen führen.

Vor allem bei Strommessungen bei hoher Gleichspannung sollte darauf geachtet werden, dass im Multimeter eine Sicherung eingebaut ist, die ein Trennvermögen von 1000V und 20 kA hat. Diese Sicherungen haben meistens die Abmessungen 10 x 38 mm.

Analog oder Digital[Bearbeiten]

Die große Masse an Multimetern heute ist digital, daher auch die weit verbreitete Abkürzung DMM (Digitalmultimeter). Dennoch gibt es noch ein paar wenige, neue Analoggeräte. Wo liegen nun die Vor- und Nachteile?

Analoge Multimeter[Bearbeiten]

Diese Geräte sind rein passiv aufgebaut und bestehen nur aus einem Drehspulmesswerk und vielen Widerständen zur Messbereichsumschaltung.

Vorteile:

  • keine Stromversorgung nötig
  • Intuitive Anzeige von Schwankungen des Messwerts, Trendanzeige
  • unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen

Nachteile:

  • deutlich niedrigerer Innenwiderstand bei Spannungsmessungen
  • Ablesefehler
  • geringere Auflösung des Messwerts beim Ablesen
  • keine automatische Bereichswahl möglich
  • bedingt durch die Ablesefehler und mechanische Probleme nur eine begrenzte Genauigkeit erreichbar

Digitale Multimeter[Bearbeiten]

Digitalmultimeter

Vorteile:

  • Kein Ablesefehler
  • Deutlich bessere Auflösung, dadurch mehr Genauigkeit möglich
  • durch geeignete AD-Wandler sehr hohe Auflösung und Genauigkeit möglich
  • sehr hoher Eingangswiderstand bei Spannungsmessungen
  • hohe Empfindlichkeit durch Eingangsverstärker
  • automatische Bereichswahl möglich

Nachteile:

  • benötigt eine Stromversorgung
  • keine intuitive Anzeige von Messwertschwankungen
  • empfindlicher bezüglich Störeinkopplungen
  • kann selber Störquelle bei extrem empfindlichen Messungen sein

Teilweise hat man heute erfolgreich einige Vorteile der analogen Anzeige in die digitalen Multimeter übernehmen können. So bieten einge Messgeräte eine quasianaloge Bandanzeige des Messwerts, welcher das Verhalten eines Zeigerinstruments brauchbar nachbildet.

Analoges Multimeter mit Messverstärker[Bearbeiten]

Bei diesen Geräten wird versucht einige Vorteile des DMM mit der Analoganzeige zu kombinieren.

Vorteile:

  • Intuitive Anzeige von Schwankungen des Messwerts, Trendanzeige
  • etwas unempfindlicher gegen elektromagnetische Störungen als digitale Multimeter
  • sehr hoher Eingangswiderstand bei Spannungsmessungen
  • hohe Empfindlichkeit durch Eingangsverstärker
  • automatische Bereichswahl möglich

Nachteile:

  • Ablesefehler
  • geringere Auflösung des Messwerts beim Ablesen
  • benötig eine Stromversorgung
  • bedingt durch die Ablesefehler und mechanische Probleme nur eine begrenzte Genauigkeit erreichbar

Die meisten Anwender kaufen sich ein Digitalmultimeter mit einer guten Genauigkeit. Nur für einfache Messungen, bei denen nicht die Genauigkeit sondern die intuitive Anzeige im Vordergrund steht kann ein Analoggerät besser geeignet sein.

Stromversorgung[Bearbeiten]

Bei Handgeräten dominieren zur Zeit (2016/6) 9V-Batterien, aber neuere Modelle weisen oft eine Versorgung mit 2 oder 4 Mignonzellen (AA) oder Microzellen (AAA) auf. In diesem Fall gibt es oft die Möglichkeit, das Gerät mit günstigen aufladbaren Akkus zu betreiben. 9V-Akkus gibt es zwar auch, sind abere vergleichsweise teurer und weniger verbreitet.

Justiermodus[Bearbeiten]

Die Justierung von Multimetern geschah früher überwiegend durch die Einstellung von Potentiometern und anderen verstellbaren Bauelementen. In höherwertigeren Tischmultimetern ist die Justierung per Software weit verbreitet. Dank der Miniaturisierung der Computertechnik setzt sich die Möglichkeit der Justierung per Software nun langsam auch bei Handmultimetern durch. Der Vorteil besteht im Wegfall von stark temperaturabhängigen Komponenten wie z.B. Potenziometern (250ppm/K) durch temperaturunabhängigen Speicher. Der Nachteil besteht darin, dass Hersteller oftmals die Vorgehensweise bei der Softwarekalibrierung nicht offenlegen (Tischmultimeter Rigol DM3068, Handmultimeter Uni-Trend UT139C), so dass es Außenstehenden nicht möglich ist, dass Gerät zu justieren.

Auflösung und Genauigkeit[Bearbeiten]

Zur wichtigen Unterscheidung von Auflösung und Genauigkeit gibt es einen eigenen Artikel.

Auflösung[Bearbeiten]

Beim Digitalmultimeter wird ein digitaler Wert angezeigt; der Zusammenhang zwischen Auflösung und Messbereich wird durch die Anzahl der Stellen bzw. die Anzahl der darstellbaren Zahlenwerte bestimmt. Ein 3-1/2-stelliges Display hat einen Bereich von 0 - 1999, der Dezimalpunkt kann dabei an jeder beliebigen Stelle sein. Man spricht hier auch von 2000 Schritten (engl. counts). Geräte mit 4 1/2 Stellen haben 20.000 Counts, das ist ein Anzeigeumfang von 0 - 19.999. Anzeigen mit 4.000 Counts werden manchmal auch als 3 3/4 Stellen bezeichnet, Geräte mit 6.000 Counts als 3 5/6 Stellen usw.
(Die 1/2, 3/4 usw. sind dabei nicht als Brüche o.ä. zu verstehen, sondern als Angabe, welche Werte die linke, höchstwertigste Stelle des Geräts annehmen kann. So ist bei einer 1/2-Angabe für die linke Stelle eine 0 oder 1 möglich, bei 3/4 ein 0, 1, 2 oder 3, und bei 5/6 entsprechend 0, 1, …, 5)

Die Auflösung des Multimeters ist die kleinste Änderung im Messwert, die dargestellt werden kann. Ein Gerät mit z.B. 20.000 Counts hat im 2V-Messbereich eine Auflösung von 2V / 20000 = 0,1 mV.

Grundgenauigkeit[Bearbeiten]

In den Datenblättern wird in der Regel die Grundgenauigkeit eines Multimeters angegeben. Damit wird die Genauigkeit der internen Referenz und des A/D-Wandler spezifiziert; meistens ist dieser Wert gleich der Genauigkeit bei DC-Spannungsmessung.

Oft wird der zu erwartende Meßfehler auch in der Form "% Reading + % Range" angegeben. "% Reading" entspricht dem Meßfehler bezogen auf den aktuellen Meßwert, "% Range" entspricht dem Meßfehler bezogen auf den eingestellten Meßbereich. Die Abweichung. Beide Werte müssen addiert werden, um den Gesamtmeßfehler zu ergeben.

Toleranz[Bearbeiten]

Wichtiger als die Grundgenauigkeit ist aber die Toleranz in den einzelnen Messbereichen. Üblich sind dabei Angaben in der Form +/- (0,2% + 3 Digits). Das bedeutet, dass die maximale Abweichung 0,2% vom angezeigten Messwert und zusätzlich 3 Digits beträgt. Ein Digit ist dabei die niedrigste Einheit in der Anzeige des Messwertes in dem aktuellen Messbereich. Bei einer angezeigten Spannung von z.B. 2,000V und einem Fehler von 3 Digits würde die tatsächliche Spannung daher in einem Bereich von 1,997V bis 2,003V liegen.

Üblicherweise hat ein Multimeter bei der DC-Spannungsmessung die höchste Genauigkeit. Bei der DC-Strommessung wird ein Shunt-Widerstand verwendet, dieser muss eine hohe Belastbarkeit und gleichzeitig einen niedrigen Temperaturkoeffizienten haben, was relativ teuer ist. Deshalb ist die Genauigkeit hier meistens deutlich schlechter als bei der Spannungsmessung.

Bei Wechselspannung bzw. -strom hängt die Genauigkeit vom verwendeten Messverfahren ab. Hier wird der Effektivwert angezeigt. Viele Multimeter messen die Signalamplitude oder einen Mittelwert und berechnen daraus den Effektivwert. Damit liefern diese Geräte nur bei einer exakten Sinusform einen genauen Messwert.

True-RMS, Crest-Faktor[Bearbeiten]

Um bei anderen Kurvenformen einen genauen Effektivwert zu messen braucht man ein True-RMS Multimeter. Hier wird das Signal entweder analog quadriert oder digital mit einer hohen Frequenz abgetastet und ein quadratischer Mittelwert berechnet. Damit erhält man theoretisch für beliebige Signalformen einen genauen Messwert, allerdings gilt das nur in einem bestimmten Frequenzbereich. Im Datenblatt wird meistens auch ein maximaler Crest-Faktor angegeben, das ist das maximale Verhältnis zwischen dem Spitzenwert und dem Effektivwert, beim dem die Genauigkeit innerhalb der spezifizierten Toleranz liegt.

Weitere Funktionen[Bearbeiten]

Durchgangsprüfer[Bearbeiten]

Diese Funktion wird in der Elektronikpraxis sehr oft benötigt, demzufolge sollte das Multimeter sie haben. Wichtig ist, daß ein Pieper zur Signalisierung verfügbar ist und dieser ohne nennenswerte Verzögerung reagiert. Einige Multimeter sind da recht langsam, eine "Denkpause" von einer Sekunde ist da sehr störend wenn man viele Verbindungen durchmessen will.

Diodentest[Bearbeiten]

Auch eine sehr nützliche Funktion, auf die man nicht verzichten sollte.

Widerstandsmessung[Bearbeiten]

Diese ist in vielen Multimetern vorhanden und für den Hobbybastler auch sehr wichtig.

Temperatursensor[Bearbeiten]

Viele Multimeter werden mit einem Temperatursensor geliefert, dabei handelt es sich fast immer um ein Thermoelement. Damit kann man relativ einfach Temperaturen zwischen -50°C bis 350°C messen.

Schnittstelle[Bearbeiten]

Einige Multimeter bieten eine Schnittstelle zum PC, damit können sie als per Software steuerbares Multimeter bzw. Datenschreiber verwendet werden. Diese Schnittstelle ist per Optokoppler galvanisch getrennt, damit kann man gefahrlos messen. Will man das Multimeter per Mikrocontroller steuern, so sind Typen mit RS232 Anschluß den Typen mit USB vorzuziehen.

Ebenso gibt es Geräte, die per Bluetooth mit einem Smartphone kommunizieren können.

Ältere Tischmultimeter, wie sie in der Industrie benutzt werden, besitzen hingegen stattdessen meist ein GPIB-Interface. Dabei handelt es sich um einen Messgerätebus von Hewlet Packard (heute Agilent), der zwar eine eigene Interfacekarte im PC benötigt (billig als ISA zu bekommen, relativ teuer als PCI; auch USB-GPIB ist möglich), aber recht universell für verschiedenste Messgeräte genutzt werden kann.

Transistortester[Bearbeiten]

Damit kann man die Stromverstärkung eines Transistors bei kleinen Strömen messen. Bisweilen ganz nett, praktisch wird sie aber eher wenig gebraucht.

Messung von Induktivität, Kapazität und Frequenz[Bearbeiten]

Diese Messmöglichkeiten sind in verschiedenster Kombination verfügbar, aber eher als nette Zugabe anzusehen. Sie erreicht meist keine sonderlich hohe Genauigkeit. Vor allem die Frequenzmessung ist eher eine Schätzung und hat mit einem echten Frequenzmesser wenig gemeinsam. Wer ernsthaft diese Größen messen will, kauft sich besser ein speziell dafür gebautes Messgerät. Zur groben Messung der Parameter sind die Funktionen ausreichend.

Beleuchtung[Bearbeiten]

In bestimmten Situationen kann eine Beleuchtung der Anzeige recht nützlich sein, da aus Stromspargründen die Anzeige immer ein LCD ist. Die große Masse der Anwender braucht sie jedoch nicht.

Messwertspeicher[Bearbeiten]

Viele Multimeter können auf Knopfdruck den Messwert einfrieren. Das ist dann hilfreich, wenn man an einem schwer zugänglichen Ort eine Messung machen muss und dabei das Display nicht ablesen kann, typisch an großen Maschinen und Anlagen.

Auto Range[Bearbeiten]

Die meisten besseren Multimeter verfügen über eine automatische Messbereichswahl, d.h. das Multimeter stellt automatisch den optimalen Messbereich ein. Das hat Vor- und Nachteile.

Vorteile

  • einfache Messung unbekannter Größen

Nachteile

  • Durch die meist nötige Umschaltung des Messbereichs und Mehrfachmessung durch das Multimeter verlängert sich die Messzeit, welche man bei bestimmten Messungen nicht gebrauchen kann. Ausserdem schwankt dadurch die Anzeige zusätzlich, was das Ablesen bei sich ändernden Messwerten erschwert.

Ein Multimeter sollte auf jeden Fall die Möglichkeit bieten, die Auto Range Funktion abzuschalten.

Vergleichstabelle Multimeter[Bearbeiten]

In den folgende Tabellen werden wichtige technischen Daten einiger aktueller Multimeter zusammengestellt. Um die Übersichtlichkeit zu erhöhen, werden die Geräte in drei Kategorien eingeteilt.

Bei den Sicherungen ist entweder die Baugröße oder die Nennspannung und Abschaltstrom angegeben; wenn das Gerät mehrere Sicherungen enthält, dann kommt zuerst der Wert für den mA Messbereich und danach die Sicherung für den A Messbereich.

Einsteigergeräte[Bearbeiten]

Das sind preiswerte Geräte, mit denen viele Messaufgaben durchgeführt werden können, wenn keine sehr hohen Anforderungen an Genauigkeit gestellt werden. Für Einsteiger und Fortgeschrittene findet sich im Bereich unter 50 Euro immer ein Gerät, das den Ansprüchen gerecht wird. Will man Messungen am 230V-Netz durchführen, sollte man auf keinen Fall Billigstgeräte aus der Ramschkiste verwenden sondern auf qualitativ hochwertige Ware zurückgreifen und.

Hersteller Bezeichnung Preis
[EUR]
Counts Grund-
genauigkeit
[%]
Mess-
bereich
DC [V]
Spannungs-
klasse
Sicherung
Keysight (vorm. Agilent) U1231A (1) 122 6.000 0,5 Ja 600V Cat III 10x38 mm
Amprobe 30XR-A 70 2.000 1 600V 300V Cat III, 600V Cat II 10x38 mm
Amprobe 33XR-A 95 4.000 0,7 1000V 600V Cat III, 1000V Cat II 6,3x32 mm / 10x38 mm
Benning MM 1 70 3.200 0,5 600V 600V Cat III k. A.
Benning MM 2 85 2.000 0,5 1000V 600V Cat III 6,35x32 mm / 6,35x32 mm
Benning MM 3 105 2.000 0,5 600V 300V Cat III 6,35x32 mm / 6,35x32 mm
Benning MM 4 120 4.200 0,5 600V 300V Cat III k. A.
Peaktech 1070 10 2.000 0,5 250V 250V Cat II k. A.
Peaktech 2010 25 2.000 0,5 1000V 600V Cat III, 1000V Cat II k. A.
UNI-T UT61E 62 22.000 0,1 600V 300V Cat III, 600V Cat II 6,3x32 mm / 10x38 mm

1) keine Strommessung

Mittelklasse-Geräte[Bearbeiten]

Diese Geräte haben alle eine Grundgenauigkeit besser als 0,5% und sind besser ausgestattet als die Einsteigerklasse. Die Spannungsfestigkeit ist mindestens 600V Cat III.

Hersteller Bezeichnung Preis
[EUR]
Counts Grund-
genauigkeit
[%]
TRMS Spannungs-
klasse
Sicherung
Amprobe 34XR-A 125 4.000 0,5 Ja 600V Cat III, 1000V Cat II 6,3x32 mm / 10x38 mm
Amprobe 37XR-A 140 10.000 0,1 Ja 600V Cat III, 1000V Cat II 6,3x32 mm / 10x38 mm
Amprobe 38XR-A 165 10.000 0,25 Ja 600V Cat IV, 1000V Cat III 6,3x32 mm / 10x38 mm
Keysight (vorm. Agilent) U1241B 215 10.000 0,09 Ja 600V Cat IV, 1000V Cat III 10x35 mm / 10x38 mm
Keysight (vorm. Agilent) U1232A 166 6.000 0,5 Ja 600V Cat III 10x38 mm
Benning MM 7-1 220 6.000 0,08 Ja 600V Cat IV, 1000V Cat III 10x35 mm / 10x38 mm
Benning MM 10 165 6.000 0,5 Ja 600V Cat IV, 1000V Cat III 6,35x32 mm
Benning MM 11 350 20.000 0,08 Ja 600V Cat IV, 1000V Cat III 10x35 mm / 10x38 mm
Fluke 114 145 6.000 0,5 Ja 600V Cat III -
Fluke 115 170 6.000 0,5 Ja 600V Cat III 1000V / 15kA
Fluke 117 200 6.000 0,5 Ja 600V Cat III 1000V / 15kA
Fluke 77 IV 400 6000 0,3 Ja 600V Cat IV, 1000V Cat III k. A.
Fluke 175 225 6000 0,15 Ja 600V Cat IV, 1000V Cat III k. A.
Fluke 177 270 6000 0,09 Ja 600V Cat IV, 1000V Cat III k. A.
Fluke 179 300 6000 0,09 Ja 600V Cat IV, 1000V Cat III k. A.
Peaktech P3320 55 6.000 0,5 Ja 600V Cat III, 1000V Cat II k. A.
Peaktech P3360 85 40.000 0,06 Ja 600V Cat IV, 1000V Cat III 6,3x32 mm / 10x38 mm
Peaktech P3380 190 22.000 0,12 Ja 600V Cat IV, 1000V Cat III k. A.
UNI-T UT71B 97 20.000 0,08 Ja 600V Cat IV, 1000V Cat III 5x20 mm
UNI-T UT71C 120 40.000 0,05 Ja 600V Cat IV, 1000V Cat III 5x20 mm

Oberklasse-Geräte[Bearbeiten]

Diese Geräte haben eine Grundgenauigkeit von mindestens 0,1% und bieten einen sehr hohen Sicherheitsstandard. Die Spannungsfestigkeit ist mindestens 1000V Cat III. Diese Geräte haben Zusatzfunktionen wie z.B. parametrierbare Tiefpassfilter, Messung der Grundfrequenz an Wechselrichtern, etc. Sie sind meist nur für Profis interessant und bezahlbar.

Hersteller Bezeichnung Preis
[EUR]
Counts Grund-
genauigkeit
[%]
Bandbreite
(TRMS)/kHz
Zusatz-
funktionen
Keysight U1251A/B 350 50.000 0,025 30
Fluke 83 V 380 6.000 0,1
Fluke 87 V 450 20.000 0,05
Gossen Metrawatt METRAHIT PRO 360 10.000 0,05 10
Gossen Metrawatt METRAHIT Tech 360 12.000 0,05 10
Gossen Metrawatt METRAHIT ENERGY 810 60.000 0,05 10
Gossen Metrawatt METRAHIT 30M 1046 1.200.000 0,003 10
Gossen Metrawatt METRAHIT X-TRA 360 12.000 0,05 10
Gossen Metrawatt METRAHIT OUTDOOR 549 12.000 0,05 10 IP65
Metrix MTX 3281 ab 375,- 100.000 0,1% 50 versch. Ausführungen: Com, BT, Temp ect.
Metrix MTX 3282 ab 500,- 100.000 0,03% 100 versch. Ausführungen: Com, BT, Temp ect.
Metrix MTX 3283 ab 560,- 100.000 0,02% 200 versch. Ausführungen: Com, BT, Temp ect.

Tischmultimeter[Bearbeiten]

Tischmultimeter bieten eine sehr hohe Genauigkeit und eine hohe Geschwindigkeit. Für genaue Widerstandsmessung gibt es eine Vierdrahtmessung, wodurch sich der Widerstand der Messleitungen nicht auf das Ergebnis auswirkt. Sollen besonders kleine Widerstände gemessen werden, so ist zusätzlich noch eine Kompensation des durch Thermospannungen hervorgerufenen Offsets sinnvoll. Dies ist vor allem bei Relaiskontakten ein Problem, weil diese teilweise erhebliche Offsetspannungen erzeugen und so die Messung des Kontaktwiderstandes verfälschen. Auf Grund ihrer sehr hohen Genauigkeit wird diese nicht in Prozent sondern ppm angegeben, u.a. weil niemand die vielen Nullen nach dem Komma zählen will.

1ppm = 0,0001% (engl. one part per million, der millionste Teil)

Hersteller Bezeichnung Preis
[EUR]
Counts Grund-
genauigkeit
[ppm]
TRMS
Keysight 34461A 1050 1.200.000 (35 + 5 ppm)/Jahr Ja
Keysight 34401A 985 1.000.000 (zuzüglich 20% Overrange) (35 + 5 ppm)/Jahr Ja
Keithley 2000 1050 1.000.000 20 Ja
Picotest M3500A 885 1.000.000 35 Ja

Siehe auch[Bearbeiten]

Links[Bearbeiten]