ELEKTRISCHE MESSTECHNIK | LERNSKRIPT
Elektrische Messtechnik
Ausführliches Lernskript: Messwerke, Schaltungen, Wandler, Zähler und Sensoren
Mit Aufbau, Wirkungsweise, Anwendungsgebieten, Formeln, Beispielen, Vergleichstabellen und
wichtigen Sicherheitsregeln.
Hinweis zur Terminologie: „Permeter“ wird im Folgenden als Amperemeter bezeichnet; mit
„Wattstone-Messbrücke“ ist die Wheatstone-Brücke gemeint. „Bürde“ bezeichnet die
angeschlossene Last auf der Sekundärseite eines Messwandlers.
Inhaltsübersicht
Grundlagen und Messfehler
Analoge Messgeräte und Messwerke
Digitale Messinstrumente
Strommessung und Stromwandler
Spannungsmessung und Spannungswandler
Widerstandsmessung und Wheatstone-Brücke
Leistungs- und Energiemessung
Elektrizitätszähler und Drehstrom
Drehfeld und Frequenz
Drehzahlmessung und berührungslose Sensoren
Formelsammlung, Praxis und Kontrollfragen
Elektrische Messtechnik · 1
, ELEKTRISCHE MESSTECHNIK | LERNSKRIPT
1. Grundlagen der elektrischen Messtechnik
Ziel: Messgeräte bilden elektrische Größen wie Strom I in Ampere (A), Spannung U in Volt (V),
Widerstand R in Ohm (Ω), Leistung P in Watt (W), Energie E in Wattstunden (Wh) und Frequenz
f in Hertz (Hz) auf eine ablesbare Anzeige ab. Ein Messwert besteht aus Zahlenwert und
Einheit.
Messkette: Messgröße → Messaufnehmer/Sensor → Signalaufbereitung (z. B. Verstärker,
Filter, Wandler) → Anzeige oder Speicherung. Die Messkette beeinflusst die Genauigkeit;
insbesondere verändert ein angeschlossenes Messgerät die Schaltung durch seinen
Eingangswiderstand.
Messen und Prüfen: Messen liefert einen Zahlenwert mit Einheit. Prüfen stellt fest, ob ein
Grenzwert eingehalten wird. Anzeigen, Aufzeichnen und Zählen sind unterschiedliche Formen
der Messwertausgabe.
Messabweichungen: Systematische Abweichungen entstehen beispielsweise durch
Kalibrierfehler, Temperatureinfluss oder einen ungeeigneten Messbereich. Zufällige
Abweichungen entstehen durch Rauschen oder Ableseschwankungen. Grobe Fehler entstehen
durch Fehlanschluss oder falsche Bereichswahl.
Absolute Abweichung: Δx = xₘ − xᵣ | Relative Abweichung: δ = (Δx / xᵣ) · 100 %
Geräteklassen: Bei klassischen analogen Messgeräten bezieht sich die Genauigkeitsklasse
meist auf den Messbereichsendwert. Klasse 1,5 bei 100 A Endwert bedeutet einen zulässigen
Grundfehler von ±1,5 A unter den festgelegten Bezugsbedingungen – nicht ±1,5 % vom
gerade angezeigten Wert.
Messbereich und Auflösung: Die Auflösung ist die kleinste erkennbare Änderung
(Skalenstrich oder Digit). Auflösung ist nicht automatisch Genauigkeit. Empfindlichkeit
bezeichnet die Änderung des Ausgangssignals pro Änderung der Messgröße.
AC und DC: Gleichgrößen behalten ihre Polarität bei; Wechselgrößen ändern diese
periodisch. Effektivwerte geben die gleiche Wärmewirkung wie ein entsprechender Gleichwert
an. Bei sinusförmiger Spannung gilt Ueff = Û/√2. „True RMS“ misst auch bei verzerrten
Signalformen den Effektivwert innerhalb der angegebenen Bandbreite.
2. Analoge Messgeräte und Messwerke
Allgemein: Ein analoges Instrument zeigt Messwerte mit einer beweglichen Nadel auf einer
Skala an. Eine Messgröße erzeugt ein antreibendes Drehmoment, eine Rückstellfeder ein
Gegendrehmoment. Dämpfung verhindert langes Schwingen. Im Gleichgewicht ergibt sich ein
zur Messgröße passender Zeigerausschlag.
2.1 Allgemeines Drehspulinstrument (Permanentmagnet-Drehspulmesswerk)
Aufbau: Ein starker Permanentmagnet mit Polschuhen erzeugt ein nahezu radiales
Magnetfeld. Eine leichte rechteckige Drahtspule sitzt auf einer drehbaren Achse mit Zeiger.
Spiralfedern führen Strom zu und erzeugen Rückstellkraft; Aluminiumrahmen und
Wirbelströme sorgen für Dämpfung.
Wirkungsweise: Fließt Gleichstrom durch die Spule, wirken auf die Leiter im Magnetfeld
Kräfte. Das Drehmoment ist näherungsweise proportional zum Spulenstrom: Mₐ = N·B·A·I. Die
Feder liefert Mᵣ = c·α. Daraus folgt α ∝ I; die Skala ist annähernd linear. Bei umgekehrter
Elektrische Messtechnik · 2
Elektrische Messtechnik
Ausführliches Lernskript: Messwerke, Schaltungen, Wandler, Zähler und Sensoren
Mit Aufbau, Wirkungsweise, Anwendungsgebieten, Formeln, Beispielen, Vergleichstabellen und
wichtigen Sicherheitsregeln.
Hinweis zur Terminologie: „Permeter“ wird im Folgenden als Amperemeter bezeichnet; mit
„Wattstone-Messbrücke“ ist die Wheatstone-Brücke gemeint. „Bürde“ bezeichnet die
angeschlossene Last auf der Sekundärseite eines Messwandlers.
Inhaltsübersicht
Grundlagen und Messfehler
Analoge Messgeräte und Messwerke
Digitale Messinstrumente
Strommessung und Stromwandler
Spannungsmessung und Spannungswandler
Widerstandsmessung und Wheatstone-Brücke
Leistungs- und Energiemessung
Elektrizitätszähler und Drehstrom
Drehfeld und Frequenz
Drehzahlmessung und berührungslose Sensoren
Formelsammlung, Praxis und Kontrollfragen
Elektrische Messtechnik · 1
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1. Grundlagen der elektrischen Messtechnik
Ziel: Messgeräte bilden elektrische Größen wie Strom I in Ampere (A), Spannung U in Volt (V),
Widerstand R in Ohm (Ω), Leistung P in Watt (W), Energie E in Wattstunden (Wh) und Frequenz
f in Hertz (Hz) auf eine ablesbare Anzeige ab. Ein Messwert besteht aus Zahlenwert und
Einheit.
Messkette: Messgröße → Messaufnehmer/Sensor → Signalaufbereitung (z. B. Verstärker,
Filter, Wandler) → Anzeige oder Speicherung. Die Messkette beeinflusst die Genauigkeit;
insbesondere verändert ein angeschlossenes Messgerät die Schaltung durch seinen
Eingangswiderstand.
Messen und Prüfen: Messen liefert einen Zahlenwert mit Einheit. Prüfen stellt fest, ob ein
Grenzwert eingehalten wird. Anzeigen, Aufzeichnen und Zählen sind unterschiedliche Formen
der Messwertausgabe.
Messabweichungen: Systematische Abweichungen entstehen beispielsweise durch
Kalibrierfehler, Temperatureinfluss oder einen ungeeigneten Messbereich. Zufällige
Abweichungen entstehen durch Rauschen oder Ableseschwankungen. Grobe Fehler entstehen
durch Fehlanschluss oder falsche Bereichswahl.
Absolute Abweichung: Δx = xₘ − xᵣ | Relative Abweichung: δ = (Δx / xᵣ) · 100 %
Geräteklassen: Bei klassischen analogen Messgeräten bezieht sich die Genauigkeitsklasse
meist auf den Messbereichsendwert. Klasse 1,5 bei 100 A Endwert bedeutet einen zulässigen
Grundfehler von ±1,5 A unter den festgelegten Bezugsbedingungen – nicht ±1,5 % vom
gerade angezeigten Wert.
Messbereich und Auflösung: Die Auflösung ist die kleinste erkennbare Änderung
(Skalenstrich oder Digit). Auflösung ist nicht automatisch Genauigkeit. Empfindlichkeit
bezeichnet die Änderung des Ausgangssignals pro Änderung der Messgröße.
AC und DC: Gleichgrößen behalten ihre Polarität bei; Wechselgrößen ändern diese
periodisch. Effektivwerte geben die gleiche Wärmewirkung wie ein entsprechender Gleichwert
an. Bei sinusförmiger Spannung gilt Ueff = Û/√2. „True RMS“ misst auch bei verzerrten
Signalformen den Effektivwert innerhalb der angegebenen Bandbreite.
2. Analoge Messgeräte und Messwerke
Allgemein: Ein analoges Instrument zeigt Messwerte mit einer beweglichen Nadel auf einer
Skala an. Eine Messgröße erzeugt ein antreibendes Drehmoment, eine Rückstellfeder ein
Gegendrehmoment. Dämpfung verhindert langes Schwingen. Im Gleichgewicht ergibt sich ein
zur Messgröße passender Zeigerausschlag.
2.1 Allgemeines Drehspulinstrument (Permanentmagnet-Drehspulmesswerk)
Aufbau: Ein starker Permanentmagnet mit Polschuhen erzeugt ein nahezu radiales
Magnetfeld. Eine leichte rechteckige Drahtspule sitzt auf einer drehbaren Achse mit Zeiger.
Spiralfedern führen Strom zu und erzeugen Rückstellkraft; Aluminiumrahmen und
Wirbelströme sorgen für Dämpfung.
Wirkungsweise: Fließt Gleichstrom durch die Spule, wirken auf die Leiter im Magnetfeld
Kräfte. Das Drehmoment ist näherungsweise proportional zum Spulenstrom: Mₐ = N·B·A·I. Die
Feder liefert Mᵣ = c·α. Daraus folgt α ∝ I; die Skala ist annähernd linear. Bei umgekehrter
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