Multimeter

Was ist ein Multimeter?

Das Multimeter, auch Vielfachmessgerät genannt, ist eines der wichtigsten Messmittel in der elektrischen Messtechnik und in der Lage, verschiedene Messgrößen erfassen und anzeigen zu können.
Je nach Ausführung haben Multimeter dafür folgende Features:

• Spannungs- und Strommessungen von Gleich- und Wechselgrößen
• Widerstands- und Kapazitätsmessungen
• Durchgangs- und Diodentests
• Temperaturen und Frequenzen messen
• Transistortests
• berührungslose Spannungsdetektion

Während früher analoge Multimeter mit Zeigermesswerken diesen Bereich besetzten, findet man heute vorwiegend Digital-Multimeter mit teilweise pseudoanaloger Anzeige – letztere ermöglicht das schnelle Erkennen von Tendenzen.

Zunehmend beherbergen Multimeter auch weitere Funktionen wie:

• Oszilloskop
• Komponententester für Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten, Dioden usw.
• Logiktester
• Batterietester
• Umwelt-/Klimamessungen wie Luxmeter, Lärmpegelmesser, Luftfeuchte
• Signalgenerator

Für den universellen Einsatz findet man auch oft über die genannten Kombinationen weitere Kombi-Messgeräte mit integrierter Multimeter-Funktionalität wie in Zangenamperemeter integrierte Multimeter (siehe „Zangenmultimeter”), in Spannungsprüfer integrierte Multimeter oder Multimeterfunktionen in Oszilloskopen.

Wie funktioniert ein Multimeter?

Digitale Multimeter bestehen aus wenigen Grundbaugruppen. Sehr einfache Multimeter verarbeiten die Messwerte mit einem Spezial-IC, das alle Aufgaben erledigt:

• Auswahl und Anpassung von Messart-/Größe und Wert
• Analog-/Digital-Umsetzung
• Auswertung und Umsetzung auf die jeweilige Anzeigeart (Display)

Komplexere Geräte basieren auf einem Mikroprozessor, der die digitalisierten Messdaten von spezialisierten AD-Umsetzern erhält und verarbeitet. Er sorgt im Zusammenspiel mit AD-Umsetzern und weiteren Bauteilen wie z. B. Spannungsteilern auch für Sonderfunktionen wie z. B. die automatische Messbereichswahl. Dazu kommen je nach Ausstattung noch externe Speicherbausteine für die Messwertspeicherung/Data Logging und Peripheriebausteine für Schnittstellen meist via Bluetooth im Zusammenspiel mit Mobilgeräte-Apps.

Speicher sorgen auch für Sonderfunktionen wie Data-Hold. Hier wird der zum Zeitpunkt der Anwahl der Data-Hold-Funktion zuletzt erfasste Messwert gespeichert und bis zum Verlassen der Funktion dauerhaft angezeigt. Dies hilft z. B. dann, wenn man Messreihen schriftlich aufzeichnen will oder wenn Messungen an schwierig zu erreichenden Messstellen auszuführen sind. Noch besser ist hier eine Auto-Hold-Funktion, die den Messwert selbständig speichert, sobald dieser stabil ist. Ein akustisches Signal zeigt die Erfassung an, so kann man sich an schwer zu erreichenden Messstellen und in gefährlichen Messumgebungen allein auf die Messstelle konzentrieren.

Die meisten Multimeter sind immer noch mit Dreh-Wahlschaltern für die Auswahl vom Messarten ausgestattet. Diese bewahren vor groben Bedienfehlern und liefern eine auf einen Blick erfassbare Übersicht über die eingestellte Messart und vielfach auch den gewählten Messbereich. Multimeter mit reinen Tastenfeldern sind meist mit Automatikfunktionen versehen, die Bedien- und Wahlfehler vermeiden.

Die mikroprozessorgesteuerten Geräte bieten auch Funktionen gegen Fehlbedienung wie etwa, wenn man die Buchsen für die Strommessung mit den Messleitungen belegt hat, aber eine andere Messart angewählt hat. Dann erfolgen deutliche Warnungen.
 
Zur Kompensation störender Einflüsse wie etwa dem Einfluss der Messleitungen beim Messen kleiner Widerstands- oder Kapazitätswerte, verfügen viele Multimeter über eine Korrekturfunktion. Je nach Messart werden hier der Leitungswiderstand oder die Leitungskapazität der Messleitungen erfasst und in das Messergebnis eingerechnet.

Sicherheit beim Messen – die Messkategorien

Messgeräte müssen so ausgeführt sein, dass sie entsprechend ihres Einsatzbereiches eine ausreichende Sicherheit für Bediener, Messobjekt und Messgerät selbst bieten. Insbesondere spielen hier die folgenden Faktoren eine Rolle:

• Schutz gegen transiente Überspannungen
• Berührungssicherheit
• Isolation intern/extern
• Schutz vor elektrischem Schlag

Entsprechend ihres Einsatzbereiches teilt man die Messkategorien, nach IEC/EN 611-1 CAT I bis CAT IV genannt, wie folgend aufgeführt ein. Diese Messkategorie und die zugehörige Spannungsklasse (Nennspannung gegen Erde) sind auf der Frontseite des Messgerätes vermerkt wie z. B. mit CAT III (1 V).

CAT I

CAT I gilt für Messungen in Stromkreisen, die nicht direkt mit dem Stromnetz verbunden sind (Geschützte Elektronikeinrichtungen) wie z. B. batteriebetriebene Geräte, Kfz, Batterien/Akkus.

CAT II

CAT II gilt für Messungen in einphasigen Stromkreisen, die elektrisch über eine lösbare Steckverbindung (Netzstecker) mit dem Stromnetz verbunden sind wie z. B.:

• Haushaltgeräte
• Unterhaltungselektronik
• IT-Geräte
• über Stecker verbundene Leuchten
• Steckdosenleisten

Ausnahmen für direkte Messungen im Netz sind Messungen an Steckdosen, die mit mehr als 1 m von einer CAT III-Quelle oder mehr als 2 m von einer CAT IV-Quelle entfernt sind.

CAT III

CAT III gilt für (dreiphasige) Messungen in Festinstallationen:

• Gebäudeinstallation
• stationäre Verbraucher
• Verteiler
• mehrphasige Motoren
• Steckdosen mit kurzen Zuleitungen zur Verteilung

CAT IV

CAT IV gilt für dreiphasige Messungen an der Quelle der Niederspannungsinstallation (Hausanschluss) wie:

• Hauptanschluss
• Zähler
• primärer Überspannungsschutz
• Freileitungen/Erdkabel zum Gebäude

Handmultimeter

Handmultimeter sind mobile Vielfachmessgeräte (Handheld / Handmultimeter), die in großer Vielfalt verfügbar sind und so je nach Anspruch individuell angeschafft werden können. Für einfache Mess- und Prüfaufgaben mit geringeren Anforderungen gibt es hier preiswerte und sehr kompakte Geräte, die über die Grundfunktionen verfügen.

Für hohe Anforderungen an Messgenauigkeit, Signalverarbeitung und Einsatzbereich in der Elektrotechnik sind hochwertige Multimeter geeignet, die bspw. Wechselgrößen als Echteffektivwert (trueRMS) verarbeiten können, über komfortable Funktionen verfügen und hohen Sicherheitsanforderungen (CAT-Messkategorien, Einsatzumgebungen, z. B. IP-Schutzart) genügen.

u diesen komfortablen Funktionen können u. a. Messwertspeicher, ein beleuchtbares Display, automatische Messbereichswahl, Mixed-Anzeigen (Digital / Analog) und ggf. sogar Computerschnittstellen gehören. Hier findet man vielfach auch erweiterte Funktionalitäten wie Oszilloskopfunktionen, Frequenzmessung, Signalgenerator oder erweiterte Strommessbereiche wie z. B. bis 2 A.

Tischmultimeter

Tischmultimeter haben den Funktionsumfang gut ausgestatteter Multimeter und werden in der Regel stationär am Stromnetz betrieben. In einigen Fällen jedoch ist alternativ eine Batterie- oder Akkuversorgung möglich, die bspw. für den Betrieb in einem Messfahrzeug mit festen Einbauten sinnvoll ist.

Gegenüber dem Handmultimeter stechen sie meist durch erweiterte Messbereiche, Messarten und eine besonders gut ablesbare Großanzeige hervor. Zudem verfügen sie oft über interne Datenspeicher sowie Computerschnittstellen für Fernsteuerung und Datenübertragung.
Viele Tischmultimeter sind auch von einem zugehörigen PC-Programm oder über eine spezielle Software-Schnittstelle (wie eine DLL) von verbreiteten Standard-Datenerfassungs- oder Messdatenauswertungsprogrammen wie z. B. LabView von National Instruments fernauslesbar und steuerbar.

Tischmultimeter sind durch entsprechende und spezialisierte Messadapter sehr vielseitig nutzbar wie bspw. als Bauteil-/Transistortester, Thermometer und Ähnliches.

Zangenmultimeter

Zangenmultimeter sind die Spezialisten für das berührungslose und unterbrechungsfreie Messen hoher Ströme über isolierte Stromzangen, die um einen stromführenden Leiter geschlossen werden. Die Messwertaufnahme erfolgt berührungslos über in die Messzange integrierte Sensoren.

Die Vorteile liegen darin, dass der Messkreis nicht unterbrochen werden muss und man auch Dauermessungen bei hohen Strömen ausführen kann. Es gibt sowohl spezielle Geräte für Gleichstrom- oder Wechselstrommessungen oder aufwändigere Geräte für beide Messarten.
Oft ist die Strommessung kombiniert mit normalen Multimeterfunktionen, wobei deren Messfunktionen zusätzlich über eigene Messleitungen/Buchsen realisiert werden. So muss man bei zahlreichen Messaufgaben im mobilen Bereich nur ein Messgerät mitführen.

Auch hier gelten die Auswahlkriterien wie beim Hand- oder Tischmultimeter: Auswahl entsprechend des Haupteinsatzzwecks anhand von Messbereichen, Sicherheitsklassen und Einsatzumgebung. Gerade diese Messgeräteart ist oft in schmutzigen, nassen oder anderweitig rauen Nutzungsumgebungen im Einsatz.