Warum haben Messgeräte einen Innenwiderstand?
Warum haben Messgeräte einen Innenwiderstand?
Hab im Internet gesucht doch nicht eine einzige Antwort auf diese Frage bekommen. Ich weiß was eine Stromrichtige und Spannungsrichtigemessung ist und wie diese rechnerisch bestimmt werden aber ich weiss nun mal nicht wieso ein Volt bzw. Amperemeter einen Innenwiderstand hat? Sogar nach Wikipedia war ich nicht klüger. Kann mir es einer hier in einfach Worten erklären oder noch besser mir eine gute Internetquelle empfehlen wo steht WARUM Messgeräte Innenwiderstände besitzen (bitte keine 100seitige wissenschaftliche Ausarbeitung ich bin keine Physikstudentin )? ( Ich sitze in einer philosophischen Bibliothek und komme nicht an Physikbücher ran. )
Herzliche Dank im Voraus, LeFay
8 Antworten
ja, der Strom wird über Spannungsabfälle am Widerstand gemessen. Ein Strommessgerät muss einen möglichst kleinen Widerstand in Reihe haben und ein Spannungsmessgerät einen so groß wie möglichen parallel, damit die Messwerte nicht beeinflusst werden... aber da die Innenwiderstände ja bekannt sind, kann man diese fehlerghaften Werte auch einfach abziehen (machen die meisten Messgeräte so)
Strommessung: Man hat keine Spulen, die bei Raumtemperatur supraleitend sind, also keinen Innenwiderstand haben. Und wenn, wären die viel zu teuer.
Im Prinzip kann man auch das magnetische Wirbelfeld um einen Leiter messen, der den zu messenden Strom führt, aber das ist bei den üblichen Stromstärken zu schwach, um sich z. B. vom Erdmagnetfeld abzuheben.
Spannungsmessung: Es gibt Messgeräte, die stromfrei messen, indem sie eine Gegenspannung anlegen, bei der kein Strom fließt, und dann diese Gegenspannung messen. Aber das sind dann keine einfach gebauten Messgeräte mehr.
Die meisten Messgeräte funktionieren halt über eine Leistung, konkret über die Stromstärke.
Ein Röhrenvoltmeter kannst du auch ohne Strom betreiben, zumindest nachdem der Strom ein elektrostatisches Feld erzeugt hat. Es geht nach diesem Anfangsstom auch ohne Strom. Das konstante Elektrostatische Feld reicht, um Elektronen abzulenken.
Aber wer benutzt sowas heutzutage noch? Bin da auch kein Experte. In der Praxis misst man die Spannung über den fließenden Strom, bei hohem Innenwiderstand, um das Ergebnis so wenig wie möglich zu verfälschen. Irgendwo ist es letztlich eine stomduchflossene Spule in einem Magnetfeld, das die den Strom anzeigt, mit einer Volt-Skala.
Beim Messen der Stromstärke ist die Herausvorderung eine ganau andere. Man will den Strom so wenig wie möglich beeinflussen, also hemmen. Das geht nur durch einen sehr geringen Widerstand, wodurch die Spule allein schon mal ausfällt. Daher wird die Spule parallel zu einen sehr geringen Widerstand geschaltet, sodass nur ein sehr geringer Anteil des Stroms duch die Spule fließt.
Ein Mindestanteil ist aber immer nötig, je nach Empfindlichkeit, und damit auch eine Erhöhung des Widerstandes. Deswegen ist die Mindeststärke der messbaren Stromstärke auch begrenzt, durch die Mechanik.
Und wenn du auf die Idee kommst, ganz ohne Eingriff in den Stromkreislauf die Stromstärke durch den erzeugten Magnetismus zu bestimmen, wird das auch nicht funktionieren, weil Änderungen im Magnetfeld auf den Strom wirken. Irgendwann bist du dann bei den Quanten, und spätestens dann zeigt sich die Unerbittlichkeit der physikalischen Gesetze:
Du kannst nichts messen, ohne es zu beeinflussen.
Du kannst Ströme nur indirekt messen, sprich du brauchst einen Widderstand an dem du den Spannungsabfall misst. Bei Spannungsmessungen hast du z.B. beim Multimeter einen Eingangswiderstand von 10MOhm. Google mal nach Operationsverstärker, das ist im Grunde das Prinzip.
Hallo lefay,
Ich versuch es mal mit sehr einfachen Worten.
Wenn ein Strom durch einen Widerstand fließt, entsteht an diesem Widerstand eine Spannung, die von der Größe des Widerstandes und der Stromstärke abhängt entsprechend der Formel:
Spannung U in Volt = Strom I in Ampere x Widerstand R in Ohm
Bei einem Strom von 1 Ampere und einem Widerstand von 1 Ohm beträgt diese Spannung 1 Volt. Man spricht von einem Spannungsabfall von 1 Volt.
Strommessung (indirekt):
Da das immer bei jedem Stromfluss durch einen Widerstand passiert, misst man den Strom mit Messgeräten, indem man den zu messenden Strom durch einen Messwiderstand im Messgerät leitet und den Spannungsabfall an diesem bekannten Messwiderstand misst.
In einem digitalen, modernen Messinstrument erfolgt dann die Umrechnung des gemessenen Spannungswertes in einen Stromwert mit einem entsprechenden Controller.
Da aber im Originalstromkreis, der gerade gemessen wird, dieser Messwiderstand eingefügt wurde, muss diese Verfälschung der realen Bedingungen berücksichtigt werden, deshalb muss dieser Innenwiderstand bekannt sein und man versucht auch, ihn so klein wie möglich zu machen.
Spannungsmessung:
Bei einer Spannungsmessung verhält sich alles genau umgekehrt. Wenn du mit einem Spannungsmessgerät in einer elektronischen Schaltung etwas misst, berührst du während des Messvorganges mit 2 Messspitzen die entsprechenden Stellen, wo du messen möchtest.
Angenommen, du misst den Spannungsabfall an einem verbauten Widerstand von 1 Ohm und der Innenwiderstand deines Spannungsmessgerätes würde auch 1 Ohm betragen. Dann würdest du während der Messung zu dem Widerstand in der Schaltung einen zweiten Widerstand, nämlich den Innenwiderstand Ri parallel schalten.
Bei der Parallelschaltung von 2 gleich großen Widerständen ist der resultierende Widerstand genau die Hälfte, also 0,5 Ohm und die gemessene Spannung am Widerstand würde nicht den richtigen Wert anzeigen, sondern nur noch die Hälfte, da ja auch die Hälfte des Stroms jetzt durch den Ri fließt und somit am zu messenden Widerstand keinen Spannungsabfall mehr erzeugen kann.
So ein Messgerät würdest du sofort aus dem Fenster werfen, messen wäre damit sinnlos.
Um also eine solche Messung machen zu können, die auch genau ist, darf durch den Ri der eigentliche Stromfluss durch den Widerstand in der Schaltung so gut wie nicht verändert werden, und das geht nur, wenn der Ri zig-tausendfach oder millionenfach größer ist als der Rmess, also der 1 Ohm Widerstand in der Schaltung.
Wenn der Ri jetzt 20 MOhm oder noch größer ist, ist die Verfälschung der gemessenen Spannung so minimal und was noch viel wichtiger ist, die Beeinflussung der Funktion der elektronischen Schaltung so minimal, dass sie sich nicht während des Messvorgangs plötzlich anders verhält. Wenn du z.B. in einem Schwingkreis eine Spannung messen möchtest, darf durch den Messvorgang nicht plötzlich die Schwingkreisfrequenz und die Amplitude der Schwingung (also der Spannungswert) verändert werden.
Bei solch diffizilen Messungen verwendet man dann auch kein Spannungsmessgerät mehr, da verwendet man ein Oszilloscope....aber das ist ein anderes Thema.
Als Faustregel musst du dir nur merken:
Strommessung -->Ri so klein wie möglich
Spannungsmessung -->Ri so groß wie möglich
Ich hoffe, dass dir diese sehr einfache, plastische Erklärung einleuchtet und du damit etwas anfangen kannst.
Grüße, Dalko