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1.1.9 Strom messen

Erste Fassung: 02.08.2009

Beim Messen von Strömen in einem Stromkreis sollte man einige Dinge beachten, damit das Mulitmeter oder gar ein Drehspulinstrument nicht beschädigt wird.

Fangen wir also einmal an und bauen uns einen einfachen Stromkeis auf, der aus einer Flachbatterie und einem Fahrradlämpchen besteht:



Hier sehen wir, dass sich ein Strom ergibt, der aus der Batterie heraustritt, durch das Lämpchen fließt und dann in die Batterie wieder hineinfließt. Diese Stromrichtung nennt man "technische Stromrichtung", denn in Wirklichkeit fließen die Elektronen genau andersherum.

In technischen Geräten und in der allgemeinen Anwendung wird also stets die technische Stromrichtung  benutzt, bei der der Strom vom Pluspol der Spannungsquelle zum Minuspol fließt.

Um eine Strommessung durchführen zu können, müssen wir vorher wissen, wie groß etwa der Strom ist, den man messen will. Die meisten Multimeter haben zwei Bereiche für die Strommessung, nämlich für Ströme bis 200 Milliampere und dann noch einen für Ströme bis 10 oder 20 Ampere.

Also müssen wir einmal vorher sehen, ob der zu messende Strom größer als die 10 bzw. 20 Ampere ist. In unserem Beispiel steht auf dem Sockel des Fahrradlämpchens ein Nennstrom drauf. In anderen Beispielen müssen wir einmal kurz versuchen, den Strom grob rechnerisch zu ermitteln.

Sagen wir mal, wir hätten ein Fahrradlämpchen für den Scheinwerfer im Einsatz, dann sind oft Werte von etwa 100 bis 500 Milliampere draufgedruckt.

Aha! Unser Fahrradlämpchen braucht also weniger als 20 bzw. 10 Ampere!

Jetzt suchen wir und die Buchse des Multimeters, die mit 20 A bzw. 10 A beschriftet ist und stecken die rote Messstrippe hinein. Die schwarze Messstrippe kommt in die Buchse "COM".

Nun müssen wir für eine einfache Strommessung den Stromkreis öffnen und das Messgerät einfügen.

Ja, genau richtig! Der Stromkreis muss geöffnet werden und das Messgerät in Reihe in den Stromfluss eingefügt werden.




Wie wir nun sehen, fließt der komplette Strom durch das Multimeter  und kann somit gemessen werden. Wenn der  gemessene Strom nun kleiner als der andere Messbereich (200 mA) ist, so können wir es wagen, die rote Messstrippe auf die 200-mA-Buchse umzustecken.



Bitte stecke das rote Kabel nur in diese Buchse, wenn Du sicher bist, dass auch weniger als 200 mA fließen.

Es ist zwar eine Feinsicherung im Mulitmeter eingebaut, aber es ist immer sehr ärgerlich, diese zu wechseln, denn nach neuesten Vorschriften dürfen Multimeter nur noch mit Werkzeug zu öffnen sein. Daher sind sie zumeist verschraubt, so dass man das Multimeter mit dem Schraubenzieher aufschrauben muss, um die Sicherung zu wechseln.

Ebenso lästig ist es, die Batterie zu wechseln, denn auch hierzu muss das Multimeter aufgeschraubt werden. Daher immer daran denken, das Multimeter nach Gebrauch auszuschalten! (Batterien kosten übrigens auch Geld; sie müssen ja nicht unbedingt deswegen leer werden, weil man vergessen hat, ein Gerät auszuschalten.).

So, nehmen wir weiterhin mal an, wir hätten nun 150 Milliampere gemessen.

Zusammen mit der Spannung an der Lampe können wir nun errechnen, wieviel Leistung die Lampe aufnimmt.

P = U x I

Es gibt aber noch eine weitere Möglichkeit, den Strom eines Stromkreises zu ermitteln. Das geht mit einer indirekten Messung. Bei dieser Messung wird der Strom nicht direkt gemessen, sondern eine Spannung, die an einem Messwiderstand abfällt.

Ich möchte das einmal aufzeichnen, wie das Multimeter (jetzt als Spannungsmessgerät) und der Messwiderstand zusammengeschaltet werden:




Wie wir sehen, fließt der Lampenstrom durch den kleinen Messwiderstand von 1 Ohm. Nach dem Ohm'schen Gesetz fällt dann an dem Widerstand eine Spannung ab, die dem Strom proportional ist. Das heißt, je höher der Strom, desto höher auch die Spannung, die an diesem Widerstand abfällt.

Nehmen  wir einmal an, es flössen  weiterhin unsere 150 mA, dann würden an dem Widerstand  auch 150  mV abfallen. 


Warum ? ,  Nun:

U  = R x I

R = const. = 1 Ohm

U = 1 Ohm x 150 mA ==> 150 mV

Wenn wir  hier nun also 150 mV messen, so wissen wir, dass da ein Strom von ebenfalls 150 mA fließt.

Der Vorteil dieser Messmethode ist, dass man Ströme in Spannungen umwandeln und dann weiter verarbeiten kann. So können  z.B. Oszilloskope gar keine  Ströme  messen. Hier muss man immer über einen  Messwiderstand gehen.

Klar ist auch, dass der Messwiderstand sehr genau sein muss, denn je ungenauer der Wert des Widerstands ist, desto ungenauer wird unsere Messung.

Abschließend ist noch zu berücksichtigen, wie viel Leistung in dem Messwiderstand  in Wärme umgewandelt wird.  Bei größeren  Strömen ist das  sehr wichtig, damit der Messwiderstand nicht durchbrennt.

Hier rechnen wir ganz einfach in unserem Fall:

P = U x I

P = 0,150 V x 0,150 A

P = 0,0225 Watt

Also 22,5 Milliwatt.

Der Widerstand muss in unserem Fall also mindestens für eine Leitsung von 22,5 Milliwatt ausgelegt sein, damit er nicht zerstört wird.


Experiment:



Versuche einmal, mit einem Controller wie z.B. der Picaxe einen Strom über den analogen Eingang zu messen. Hierzu genügt bereits eine Picaxe 08M.



  • Wie muss die Verschaltung sein ?
  • Wie sollte das Programm aussehen ?
  • Gib den Strom mit dem Debug-Befehl am PC aus.


Ich wünsche weiterhin frohes Basteln.

 

Danke für dein Interesse,




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