Messtechnik

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Allgemeines

Messen ist Macht, hat mein erster Chef mal gesagt. Der hatte auch immer Recht, er wußte es. Gegenüber all dem Jungvolk in seiner Abteilung hatte er mindestens zwanzig Jahre Erfahrung mehr als Vorlauf, insofern konnte er gar nichts Falsches äußern.

Messen ist ein schwieriges Thema. "Wir messen immer ganz genau, aber wie lang der Meter ist, legen wir selber fest" kennzeichnet ungefähr das Problem. Man braucht in jedem Fall einen Bezugspunkt und eine Richtung. Ohne diese beiden Grundsätze geht es nicht.

Eine Messung orientiert sich immer an bekannten Fixpunkten. Hier ist es gewöhnlich das Volt oder das Ampere, aber daneben gibt es noch eine große Menge an anderen Maßeinheiten. Die sind natürlich alle miteinander verwoben, so dass da keiner einfach so mal dran drehen kann.

Digital-Multimeter

Zum Messen elektrischer Grundgrößen gibt es heute das Multimeter als Universalwaffe. Schon billig im Baumarkt zu haben, für jedermann erschwinglich. Das ist wohl das erste Messgerät, was jeder Bastler braucht. Man kann damit Spannungen und Ströme messen, in haushaltsüblichen Mengen jedenfalls. Die erfassbaren Gleichspannungen bewegen sich zwischen einigen mV und ein paar hundert V, die Ströme zwischen ein paar mA und einigen A. Gewöhnlich lassen sich auch Wechselwerte messen, allerdings nur in einem begrenzten Frequenzbereich. Wer sicher bleiben will, verlässt den Netzfrequenzbereich nicht, dort stimmen die angezeigten Werte noch halbwegs. Überhaupt spiegelt so ein einfaches Digitalmessgerät eine Genauigkeit vor, die bei billigen Geräten oft nicht vorhanden ist. Wer mehrere Messgeräte besitzt, kann Vergleichsmessungen machen und die Unterschiede in den Anzeigen bemerken. Ein Blick in die Anleitungen lohnt sich, bevor man zu messen beginnt. Dort zeigt sich oft, dass die letzte Stelle in der Anzeige recht wertlos ist.

Wechselnde Größen sind mit einem Multimeter nur schwer zu erfassen, stabile Werte dagegen recht gut. Das liegt daran, dass diese Geräte zyklisch messen, also pro Sekunde nur an wenigen Zeitpunkten einen Wert erfassen und diesen anzeigen. Änderungen außerhalb dieser Zeitpunkte gehen verloren und werden nicht bemerkt.

Neben Spannungen und Strömen lassen sich oft auch Widerstände messen. Das ist recht nützlich, um lose Bauteile einzuschätzen. Widerstandsmessungen sind stets an stromlosen Schaltungen durchzuführen. Der sinnvolle Messbereich beginnt bei einigen zehn Ohm und geht heute oft weit nach oben, bis zu einigen Megaohm. Ganz kleine Widerstände lassen sich nicht zuverlässig erfassen, da dort schon die Messleitungen und Übergangswiderstände eine Rolle spielen. Bei großen Widerständen sollte man den Einfluss der Umgebung nicht vergessen, speziell der Hautwiderstand der Finger macht sich dort schon bemerkbar, wenn man die Messkontakte und Bauteile festhält. So sollte wenigstens einer der beiden Messkontakte nur mit dem Bauteil verbunden sein und keinen Hautkontakt haben.

Interessant ist der Durchgangsprüfer, sofern vorhanden. Der ist oft mit einem akustischen Geber verbunden, so dass man blind arbeiten kann, also das Messgerät nicht ständig im Blickfeld haben muss. Heute zeigen die Durchgangsprüfer oft die über der Messtrecke vorhandene Restspannung in mV an, womit sich Halbleiter und Kontakte recht gut prüfen lassen. Der Messstrom ist dabei so gering (einstellige mA), dass man kaum Bauteile damit beschädigen kann. Die Polarität des Durchgangsprüfers sollte vor dem Messen bekannt sein, ggf. mit einem Zweitgerät ermitteln.

Beim Arbeiten mit dem Multimeter sollten man besondere Aufmerksamkeit auf den Anschluss der Messleitungen und die Wahl des Messbereiches legen. Ein Fehlanschluss kann das Messgerät schnell zerstören! Also zuerst das Messgerät einschalten, den gewünschten (zunächst höchsten) Messbereich einstellen, die Messleitungen passend dazu einstecken und erst zum Schluss die Messleitungen mit dem Messobjekt verbinden. Zum Messen der Spannung wird das Messgerät parallel an die zu messende Spannung angeschlossen, dazu sind keine weiteren Änderungen in der Schaltung nötig, sie darf wie sonst auch laufen. Anders beim Strom messen, dazu wird die Schaltung abgeschaltet, der Stromkreis aufgetrennt und das Messgerät in den Stromkreis eingebunden. Erst dann wird die Schaltung eingeschaltet. Ist das Messergebnis nicht ablesbar oder zu klein, stimmt oft der Messbereich oder die Verkabelung nicht.

Bauteiltester

Heute sind sie oft schon in bessere Multimeter eingebaut, früher benutzte man separate Messgeräte zum Messen von Widerständen, Kondensatoren und Spulen sowie für Transistoren und Dioden. Der Vorteil dieser spezialisierten Messgeräte ist oft eine bessere Genauigkeit und ein deutlich größerer Messbereich als ihn ein Multimeter bietet. Inzwischen etablieren sich auch Controller-basierte Geräte, welche erstaunlich viele Messgrößen beherrschen und Bauteile selbsttätig erkennen und ausmessen können.

Oszilloskop

Der Alleskönner unter den Messgeräten, welcher die direkte Anzeige einer Kurvenform erlaubt. Es lassen sich alle möglichen Größen messen oder ableiten. Die Anzeige hat standardmäßig in x-Richtung eine Zeitachse und in y-Richtung eine Spannungsachse. Wer mal an so einem Gerät spielen möchte, ohne es kaufen zu müssen, dem sei http://virtuelles-oszilloskop.de/ empfohlen.

Logic-Analyzer

Ein Logikanalysator (engl. Logic Analyzer) ist ein elektronisches Messgerät, das den Zeitverlauf von digitalen Signalen aufzeichnen und bildlich darstellen kann. Es dient dem Test und der Fehlersuche in digitalen elektronischen Schaltungen, beispielsweise bei der Entwicklung von Computern und elektronischen Steuergeräten. Gegenüber Oszilloskopen bieten Logikanalysatoren wesentlich mehr Eingänge (typ. 16 bis mehrere 100), zeigen jedoch auf der Y-Achse in der Regel nur diskrete Logikwerte an.

Ein empfehlenswertes Exemplar gibt es von Salae. http://www.saleae.com/logic/ Klones davon gibt es im Ausland über Autionshäuser (wie e**y) für <10-15€