Multimeter 1. Das Multimeter 2 2. Messarten und Vorsätze 3 3. Die Spannungsmessung 3 3.1. Gleichspannung 3 3.2. Wechselspannung 5 4. Strommessung 5 4.1. Gleichstrommessung 6 4.2. Wechselstrommessung 7 5. Widerstandsmessung 7 6. Allgemeine Messhinweise 10 7. Aufgabe 11 1
1. Das Multimeter Analog-Multimeter Analog bedeutet: gleichartig, stetig, stufenlos Der Messwert wird durch Ausschlag des Zeigers dargestellt. Die Anzeige erfolgt stufenlos, d.h. ohne Unterbrechung Digital-Multimeter Digital bedeutet: ziffernmäßig, stufenweise Der Messwert wird sofort als Zahlenwert dargestellt. Die Anzeige erfolgt stets in Stufen, da die letzte Zahl immer nur um eine Ziffer springen kann. Das Digital-Multimeter hat einen größeren Eingangswiderstand als ein Analog-Multimeter. 2
2. Messarten und Vorsätze Digitale Multimeter werden heute aufgrund ihrer leichten Ablesbarkeit und Robustheit für die meisten Messungen in der Elektrischen Anlage am Kraftfahrzeug eingesetzt. Das Wort "Multi" stellt hier die Vielseitigkeit der Einsatzbereiche dar, wobei die Anzahl der Messarten je nach Messgerät sehr unterschiedlich sein kann. Dieses Kapitel beschränkt sich im Wesentlichen auf die drei Hauptmessarten Spannung, Strom und Widerstand und den Umgang mit dem Messgerät. Neben den Messarten muss bei vielen Multimetern auch der richtige Messbereich gewählt werden der teilweise mit "Vorsätzen" versehen ist. Vorsätze: Vorsätze Wert Bezeichnung 0,000001 Micro m 0,001 Milli K 1000 Kilo M 1000000 Mega 3. Die Spannungsmessung 3.1. Gleichspannung Für die Spannungsmessung am Kraftfahrzeug ist auf die richtige Wahl der Spannungsart und des Messbereichs zu achten. AC V = DC V = Alternating Current Voltage Wechselspannung Direct Current Voltage Gleichspannung Messbereiche im KFZ : 20V, 2V, 200mV Die Anschlussbuchsen für die Spannungsmessung sind: Die "COM"-Buchse für die Masseseite (Bezugspunkt) und die V-Ohm-Buchse für das Messkabel, das an der Messstelle angesetzt wird. Spannungsmesser werden parallel zur Messstelle angeschlossen. Sie besitzen einen hohen Innenwiderstand, um einen möglichst geringen Einfluss auf die zu prüfende Schaltung zu haben. Dieser Umstand hat den Vorteil, dass auch bei versehentlichem Falschanschluss, z.b. bei Verwechslung von Kabeln, weder das Gerät noch die Elektronik beschädigt werden. Das Vertauschen der Anschlusskabel am Messgerät bewirkt lediglich ein negatives Vorzeichen in der Anzeige. 3
Wird eine pulsierende Gleichspannung mit dem Multimeter gemessen (z.b. Luftmassenmesser) so wird im Gleichspannungsbereich der Mittelwert aus den Spannungswerten angezeigt. Die Spannungsmessung ist die am häufigsten eingesetzte Messmethode in der Elektrik/Elektronik. Zu beachten ist bei der Spannungsmessung, an welcher Stelle der Bezugspunkt (COM) angeschlossen worden ist. Als Beispiel soll eine einfache Lampenschaltung mit Fehler dienen: 1. Das Messgerät soll mit der Messbuchse V an P1 angeschlossen werden, die COM-Buchse mit Bezugspunkt 1 (Anschlussstecker der Lampe) verbunden sein, der Schalter ist geschlossen. Messwert = 10V (Spannungsabfall Lampe) Bezugspunkt1 Bezugspunkt2 2. Das Messgerät soll mit der Messbuchse V an P1 angeschlossen werden, die COM -Buchse mit Bezugspunkt 2 (jetzt Karosseriemasse) verbunden sein, der Schalter ist geschlossen. Messwert = 12V (Spannungsabfall Lampe + Schalter + Masseleitung) 3. Schalter offen (Anschluss wie 2): Messwert = 12V (Systemspannung ohne Belastung) Es wird sofort klar, dass aufgrund der Messung ein Fehler in der Schaltung vorliegen muss, da an der Lampe 2V Spannung fehlen (Fehler am Schalter?, Verbindung?, Kabel?). Normalerweise wird, wenn nicht anders angegeben, die Spannungsmessung mit dem Bezugspunkt an der Karosseriemasse durchgeführt (2), was allerdings bei dem oben vorliegenden Fehler kein korrektes Ergebnis erbracht hätte. Daraus lässt sich folgern: 1. Spannungsmessungen sollten möglichst im belasteten Stromkreis durchgeführt werden. 2. Ist die Karosseriemasse der Bezugspunkt, so sollte nicht nur die Spannung, die am zu prüfenden Bauteil anliegt gemessen werden, sondern auch der Spannungswert des Masseanschlusses (Spannungsabfall der Leitung) der im Idealfall natürlich ~0V beträgt. 3. Nur mit Kenntnis des Schaltplanes lässt sich der Spannungsverlauf korrekt nachvollziehen Tipp: Versuchen Sie nicht eine Masseleitung ohne Belastung mit dem Voltmeter auf korrekten Durchgang zu prüfen (Anschluss V Pluspol + Com Massekabel). Der hohe Eingangswiderstand des Messgerätes verhindert einen Spannungsabfall an der Leitung, falls diese nicht direkt unterbrochen sein sollte, sondern nur einen erhöhten Widerstand aufweist. 4
Probleme bei der Spannungsmessung 3.2. Wechselspannungsmessung Wechselspannungsmessungen sind im Kraftfahrzeug nur selten durchzuführen. Ein Beispiel hierfür sind die Raddrehzahlsensoren des ABS, die eine reine Wechselspannung erzeugen. Zur Wechselspannungsmessung muss sich der Wahlschalter in der Position AC V befinden. Die Anschlussbuchsen sind die gleichen wie bei der Gleichspannungsmessung, die Polarität der Kabel ist jedoch beliebig. Das Multimeter zeigt bei Messungen von Wechselgrößen immer den Effektivwert an, d.h. den Wert einer Gleichspannung welche die selbe Leistung am gleichen Ohmschen Widerstand erbringt. 1. Den Effektivwert nennt man auch quadratischen Mittelwert. 2. Ohne besondere Kennzeichnung erfolgen in der Energietechnik alle Angaben in Effektivwerten. 3. Der Effektivwert bezieht sich immer auf ein sinusförmiges Wechselspannungssignal. 4. Strommessung Strommessungen mit dem Multimeter werden im Kraftfahrzeug seltener vorgenommen, da sie zum Teil schwieriger vorzunehmen sind (abhängig vom Messgerät) und die Gefahr der Zerstörung durch falsches Anschließen (Kurzschluss) vorhanden ist. Bei der Strommessung wird bei herkömmlichen Multimetern das Messgerät in Reihe in den Stromkreis geschaltet, d.h. es muss eine Trennstelle vorhanden sein, oder eingebaut werden. Der zu messende Strom fließt dann durch das Messgerät und den Verbraucher. Daraus ergibt sich: 1. Der Strom darf einen Höchstwert nicht überschreiten (Zerstörung Messgerät/Sicherung). 2. Das Messgerät darf keinen hohen Eingangswiderstand besitzen (Spannungsabfall zu groß). 3. Die richtige Anschlussbuchse muss gewählt werden. 4. Richtigen Messbereich einstellen. 5
4.1. Gleichstrommessung Zur Gleichstrommessung muss sich der Wahlschalter im Bereich DC A befinden und der entsprechende Messbereich des zu erwartenden Stroms (die Stromstärke sollte vorher bekannt sein) ausgewählt sein. Für die Strommessung sind 3 Steckbuchsen vorhanden: 1. die "ma" - Buchse für Stromstärken bis 200 ma (unser Beispielgerät), 2. die "20A" - Buchse für Ströme bis 20 A 3. die "COM" - Buchse für das schwarze Anschlusskabel Beispielmessung: Da die Stromrichtung von + nach - vorgegeben ist, schließt man das Kabel der A-Buchsen an die strombringende (positivere) Seite an und die COM - Buchse an die stromabführende (negativere) Seite der Trennstelle an. Ein Vertauschen der Kabel führt zu einer negativen Anzeige. Die Aktivierung des Stromkreises sollte erst nach dem Anschließen des Messgerätes erfolgen. A Stromfluss von + nach - durch das Amperemeter Tipp: nach jeder Messung sollten Sie das Kabel aus der A-Buchse ziehen um einen Kurzschluss durch eine eventuell darauffolgende Spannungsmessung zu verhindern. 6
Probleme bei der Strommessung gesicherter Strommessbereich kein Messwert, dann ist eventuell die Sicherung defekt,falsche Bereichswahl meist ungesicherter Strommessbereich kein Messwert, dann eventuell doch abgesichert und Sicherung defekt Bereichswahl richtig? 4.2. Wechselstrommessung Auch beim Wechselstrom wird der Effektivwert wie bei der Wechselspannungsmessung angezeigt. Zu beachten sind auch hier die Bereichswahl und der Messbereich. Die Wechselstrommessung kommt im Kraftfahrzeug für die Diagnose und Fehlersuche bisher nicht vor. 5. Widerstandsmessung Die Widerstandsmessung im Kraftfahrzeug wird häufig eingesetzt um Spulen, Widerstände, Verbindungen, Isolationen und Kabel auf Durchgang bzw. korrekten Ohmwert zu prüfen. Auch bei der Ohmmessung ist wie bei allen anderen Messarten darauf zu achten, dass der richtige Messbereich eingestellt wird. Zunächst soll hier die grundlegende Arbeitsweise eines Ohmmeters erklärt werden: Jedes Ohmmeter (Digital o. Analog) enthält eine Spannungsquelle (Batterie). Wird der Ohmbereich angewählt, liegt eine geringe Gleichspannung (abhängig vom Gerät und Messbereich) an den beiden Anschlussbuchsen an. Verbindet man nun die Anschlusskabel mit dem zu messenden Gegenstand, so fließt abhängig vom Wiederstand ein sehr kleiner Strom und bewirkt einen Spannungsabfall im Messgerät. Dieser Spannungsabfall wird als Maß für den Ohmschen Widerstand benutzt und als Ohmwert umgesetzt am Display angezeigt. Zu einer Beschädigung des Ohmmessbereichs kann es durch das Messen von Ohmwerten unter Spannung kommen. 7
Für die Widerstandsmessung gilt: Ist der zu erwartende Messwert unbekannt, im hohen Messbereich (2MOhm) beginnen und herunterschalten. Das zu messende Bauteil darf zwischen den Messpunkten keinen Potentialunterschied aufweisen (spannungs- / stromlos Bild 1). Die Widerstandsmessung nie bei angeschlossenem Bauteil vornehmen, da sonst der Gesamtwiderstand der Schaltung gemessen wird(bild 2). Die Messung zügig durchführen, um die Batterie nicht unnötig zu entladen bzw. zu belasten. Widerstandsmessung an Halbleiterbauelementen ist nicht sinnvoll, da die Werte stark unterschiedlich ausfallen können. Es gibt keine negativen Ohmwerte, auch nicht, wenn die Anschlusskabel vertauscht werden (Batterie leer; Bauteil nicht spannungs- / stromlos). Nicht die Prüfspitzen berühren. Vermeiden Sie Messbereiche über 2MOhm (Fehlmessung). 8
Probleme bei der Widerstandsmessung Bei Messungen an: Dioden, Transistoren ist die Polarität und die Ausgangsprüfspannung des Messgerätes zu beachten. Bauteilen (z.b. Lampen, Widerständen, Spulen, Leitungen) ist die Polarität der Anschlusskabel unwichtig. Das Ohmmeter mit Anschlusskabeln immer auf korrekten Anzeigewert testen (Prüfspitzen / Klemmen zusammenhalten = 0-0,2 Ohm). Neuere Geräte weisen im höchsten Messbereich einen max. Wert von 2000MOhm aus. Diese Einstellung kann durch die große Empfindlichkeit durch äußere Einflüsse zu Fehlmessungen bei der Isolationsprüfung führen. Es wird deshalb empfohlen, nur auf entsprechende Anweisung diesen Bereich zu wählen und im Normalfall den Bereich 2MOhm als Höchstwert bei der Isolationsprüfung einzustellen. Beachten Sie: Widerstandsmessungen an Dioden usw. sind nicht sinnvoll und dienen nur der Funktionsprüfung bzw. Polaritätsprüfung (nur möglich, wenn die Prüfspannung höher als der Spannungsabfall am Prüfteil Aufbau Halbleiter) 9
6. Allgemeine Messhinweise Messbereichsschalter auf die richtige Messart einstellen. Im Messbereich eine Stufe höher beginnen als der Messwert eventuell sein wird. Prüfkabel immer zuerst an das Messgerät, dann erst an das Messobjekt anschließen. Bei Strommessungen das Multimeter in Reihe schalten. Bei Spannungsmessungen das Multimeter parallel schalten. Bei Widerstandsmessungen das Messobjekt aus der Schaltung isoliert und spannungsfrei prüfen. Immer im kleinstmöglichen Messbereich, in dem das Messergebnis noch ablesbar ist, messen. Bei Isolationsprüfung (Masseschlussprüfung) höchsten Wert im Widerstandsmessbereich verwenden (max. 2MOhm). Anschlussklemmen während der Messung nur an der Isolation anfassen. Beachten Sie die Einstellung des Messbereichs auf Gleich- oder Wechselspannung! Bei der Verwendung von Prüfspitzen den Kabelbaum und die Steckkontakte nicht beschädigen! 10
7. Aufgabenstellung: Vervollständigen Sie diese Seite: Vorsätze Wert Bezeichnung m K M Abkürzungen: DC AC 11
Messübungen 1. Spannungsmessung Prüfen Sie bitte an folgenden Bauteilen mit Hilfe der Verdrahtung jeweils die Versorgungsspannung im angeschlossenen Zustand. Benutzen Sie Krokodilklemmen und sehr dünne Prüfspitzen bzw. Büroklammern um die Verbindung zum Kabelschuh herzustellen. Denken Sie daran die Prüfungen nur von der Rückseite der Stecker durchzuführen. Benutzen Sie die Verdrahtung und messen Sie die Werte unter folgenden Bedingungen an einem Fahrzeug mit MPI System: 1. Motor aus 2. Zündung an Fahrzeug: Versorgungsspannung an der Zündspule: = Versorgungsspannung am Drosselklappensensor: = Spannung am Leerlaufschalter (1. Schalter geschlossen + 2. Schalter geöffnet): = 1. 2. 2. Strommessung: Messen Sie 1. die Stromaufnahme und 2. den Spannungsabfall an einer beliebigen 21W Glühlampe an einem beliebigen Fahrzeug: 1. 2. 3. Widerstandsmessung Messen Sie den Widerstand der 21W Glühlampe: Messen Sie den Widerstand der Masseleitung der 21 W Glühlampe, aus der Aufgabe Strommessung: 12