Messen der elektrischen Grundgrößen

Effektivwertmessung nicht sinusförmiger Spannungen und Ströme

allgemeines zur Effektivwertmessung in der Praxis

Für die Messung des Effektivwertes eines nicht sinusförmigen Signals gilt die Aussage "Wer misst misst Mist" in besonderer Weise. Fast alle Digitalmultimeter messen laut Herstellerangaben true RMS. Das bedeutet wirklicher, wahrer Effektivwert. Wirklich und wahr ist, dass diese Aussage nur für sinusförmige Wechselspannungen gilt, oder für eine Rechteckförmige Spannung mit Tastverhältnis 1 und einer Frequenz von 1 kHz (das sind nämlich die Prüfbedingungen). Wirklich Effektivwert zeigend sind nur wenige digitale Vielfachmessgeräte der oberen Preisklasse oder "historische" nur mehr schwer erhältliche Dreheiseninstrumente. In der Hochfrequenztechnik werden auch Hitzdrahtinstrumente und Bolometer verwendet.

Dreheiseninstrumente wurden früher meist als Schalttafel Instrumente zum Anzeigen sehr großer Ströme eingebaut. Dreheiseninstrumente mit hoher Empfindlichkeit und hoher Genauigkeit waren immer selten und teuer. Drehspulinstrumente waren billige Massenware und daher leicht verfügbar. Drehspulinstrumente zeigen den arithmetischen Mittelwert. Dieser ist bei einer symmetrischen Wechselspannung null. Das Drehspulinstrument zeigt bei Wechselspannung null Ausschlag. Die Wechselspannung muss bei Verwendung eines Drehspulinstruments zuerst gleichgerichtet werden. Das Messgerät zeigt also den Gleichrichtwert. Der Zeigerausschlag kann aber, solange die zu messende Spannung rein sinusförmig ist, in Effektivwert kalibriert werden. Ein Drehspulinstrument mit Messgleichrichter ist daher Effektivwert zeigend aber nicht Effektivwert messend.

Erkenntnis: Wir messen mit einem analogen Drehspulinstrument mit Messgleichrichter innerhalb eines eingeschränkten Frequenzbereiches richtig, aber nur, solange die zu messende Spannung rein sinusförmig ist. Beim Messen mit digitalen Vielfachmessgeräten muss die Messmethode des Gerätes bekannt sein.

Spannungsverläufe von denen wir bei dieser Messaufgabe den Effektivwert zu bestimmen haben:

Es ist bei allen drei Gleichrichterschaltungen der Effektivwert sowohl von U_E als auch von U_A zu messen. U_E würden wir als eine vom Transformator kommende sinusförmige Wechselspannung vermuten. Ist sie aber nicht. Es handelt sich um eine sehr verzerrte Sinusspannung.

Mit unserem Messumformer können wir sehr genau messen. Als Referenzmesswert verwenden wir ein genaues Dreheiseninstrument der Firma Gossen und ein teures digitales Vielfachmessgerät (FLUKE).

Wir vergleichen unser Messergebnissen mit den handelsüblichen digitalen Vielfachinstrumenten und werden erkennen, dass diese für diese Messung nicht geeignet sind.

Hätte man in der Fachpraxis eine nicht sinusförmige Bildröhren-Heizspannung mit einem solchen Messgerät eingestellt, wäre es das Ergebnis gewesen, dass die Bildröhre überheizt, oder unterheizt geworden wäre. Letzteres hätte  die Lebensdauer der Bildröhre erheblich reduziert (sprazzen der Kathode).  ../../../../../../../Fachprak/Elek_Labprax/Messumf/Gruppe%20KT3/KT3_Gruppe1.htm

Digitale Vielfachmessinstrumente müssten um wirklich den Effektivwert messen zu können, einen Multiplizierer eingebaut haben, mit dem sie das Quadrat des Signals bilden. Wärme berechnet sich ja aus dem Quadrat von Strom oder Spannung. Wird eine beliebige Spannung quadriert, hat das Ergebnis nur positive Werte. Eine Gleichrichtung ist also nicht erforderlich. Wird vom Quadrat der Mittelwert gebildet und die Wurzel daraus gezogen (rms → root mean square) haben wir den Effektivwert. Das ist in billigen Geräten nicht umgesetzt. Billige Messgeräte zeigen alles andere als den Effektivwert.

Wie einfach und mit welch geringen Mitteln sehr verlässliche Messgeräte aufgebaut werden können, ist auch aus der Projektarbeit des photoelektrischen Messgrößenumformer zu ersehen (Link ►LP_FP_messeff.htm). Dennoch ein wirklich gutes Messgerät sollte in jeder Werkstätte vorhanden sein. Dieses sollte nicht für Routinereparaturen eingesetzt werden, sondern zur Überprüfung der Anzeigegenauigkeit der anderen Messgeräte verwendet werden.