Ratgeber
Oft ist es in der Elektronik oder der Technik unumgänglich, elektrische Widerstände ganz genau zu messen. Dabei kann es sich um einzelne Bauteile wie Widerstände, Spulen oder auch Schaltkontakte handeln.
Stellenweise muss aber auch der Widerstand einer Verkabelung, wie z.B. bei einer Elektroinstallation, genau gemessen werden. Für solche Messaufgaben sind spezielle Ohmmeter entwickelt worden.
Was Ohmmeter genau sind, welche Tücken bei der Widerstandsmessung lauern und wie man zum richtigen Messergebnis kommt erklären wir Ihnen gerne.
Übrigens: Der landläufige Begriff Ohmmeter ist irreführend, da mit Ohm die Masseinheit beschreibt und nicht die tatsächlich gemessene physikalische Grösse.
Mit einem Ohmmeter wird der elektrische Widerstand gemessen. Deshalb wird ein Ohmmeter auch als Widerstandsmessgerät bezeichnet bzw. zählt zur Kategorie der Widerstandsmessgeräte. Der Begriff Ohmmeter leitet sich von der Mass-Einheit des elektrischen Widerstandes OHM (Ω) ab, die nach dem deutschen Physiker Georg Simon Ohm benannt wurde.
Um den Widerstandswert dieser Shunts zu messen, wird Strom durch sie geleitet und dabei die Spannung gemessen.
Damit der exakte Wert eines Mess-Widerstandes (Shunt) mit einem Messgerät erfasst werden kann, muss Strom durch den Shunt geleitet werden. Diesen Messstrom stellt das Widerstandsmessgerät zur Verfügung.
Aufgrund des Stromflusses baut sich am Shunt eine Spannung auf. Diese Spannung steht im direkten Zusammenhang zum Widerstandswert des gemessenen Shunts.
Die über den Shunt anliegende Spannung wird vom Ohmmeter gemessen. Demzufolge ist ein Ohmmeter eine Stromquelle und ein Spannungsmesser in einem.
Nachdem die beiden Werte für die Spannung (U) und den Strom (I) feststehen, kann nach dem Ohm’schen Gesetz R = U:I der Widerstand (R) ermittelt und angezeigt werden.
Mit einem Multimeter können nicht nur Strom und Spannung gemessen werden. Viele Geräte bieten auch die Möglichkeit Widerstandswerte zu erfassen. Sie haben ein Ohmmeter quasi integriert.
Widerstands-Ermittlung mit einem analogen Multimeter
Bei einem alten analogen Multimeter wurde die Ermittlung des Widerstandes recht einfach gelöst. Als Stromquelle dienten ein paar Batterien und je nach Messbereich wurden unterschiedliche Vorwiderstände (RV) genutzt. Der jeweilige Vorwiderstand, das Messwerk und der Messwiderstand bildeten dann einen Stromkreis.
Je kleiner der Wert von Messwiderstand (RM), desto geringer war auch die Spannung, die über dem Messwiderstand abfiel. Dadurch war die Spannung am Messwerk (RInst.) höher und der Zeiger hatte einen stärkeren Ausschlag nach rechts. Auf einer eigenen Widerstandsskala konnte dann der zum Zeigerausschlag gehörige Widerstandswert abgelesen werden.
Widerstands-Ermittlung mit einem digitalen Multimeter
Bei digitalen Multimetern mit Widerstandsmessbereich kommt eine Konstantstromquelle zum Einsatz. Eine Konstantstromquelle ist eine Regelschaltung, die innerhalb der vorgegeben Grenzwerte und in Abhängigkeit des gewählten Widerstands-Messbereiches immer den gleichen Strom liefert.
Ist der Wert des zu messenden Widerstandes (RM) hoch, reicht bereits ein kleiner Strom aus, damit eine gut auswertbare Spannung über den Messwiderstand abfällt.
Hat der Messwiderstand (RM) einen kleinen Wert, muss ein entsprechend höherer Strom über ihn geleitet werden, um eine auswertbare Spannung zu erhalten.
Wenn bei Service- oder Reparaturarbeiten Widerstände geprüft werden müssen, dann sind Multimeter mit Widerstands-Messfunktion vollkommen ausreichend. Denn in diesem Bereich spielt es keine Rolle, wenn bei einem zu messenden Widerstand mit z.B. 15.000 Ohm (15 kΩ) die Kabel der Messleitungen einen Widerstand von 0,2 Ohm aufweisen.
Wenn aber sehr kleine Widerstände exakt gemessen werden sollen, stossen Multimeter sehr schnell an ihre Grenzen. Oftmals weisen die Messleitungen dann einen höheren Widerstandswert auf, als der zu messende Widerstand.
Genau jetzt spielen die Ohmmeter ihren grossen Vorteil aus. Denn diese Geräte sind in der Lage, mit Hilfe der Vierleiter-Messmethode auch geringste Widerstände von einem Tausendstel Ohm (mΩ) oder sogar einem Millionstel Ohm (µΩ) ganz exakt messen.
Um sehr kleine Widerstände exakt zu messen, darf der Widerstand der Messleitungen nicht mit in das Messergebnis einfliessen. Dies geschieht mit Hilfe der Vierleitermessmethode. Dazu wird zunächst an den beiden Seiten des zu vermessenden Widerstands (RM) jeweils eine Stromleitung (dickere Linien im Bild) angelegt. Selbstverständlich haben die beiden Stromleitungen selber auch einen Widerstand, aber der spielt in diesem Moment keine Rolle. Ebenso wenig, wie der Innenwiderstand der Stromquelle (Ri). Denn ein Prozessor (CPU) im Widerstandsmessgerät regelt die Spannung an den Stromleitungsbuchsen solange nach oben, bis der für die Messung erforderliche Strom fliesst. Entsprechend der Stromhöhe und dem Ohm-Wert des zu messenden Widerstandes (RM), wird über den Widerstand eine Spannung (UR) abfallen.
Diese Spannung wird dann mit zwei weiteren Leitungen (dünnere Leitungen im Bild) an die Spannungseingänge des Widerstandsmessgerätes zurückgeführt. Die Spannungseingänge des Ohmmeters haben einen extrem hohen Innenwiderstand, sodass über die Spannungs-Messleitungen so gut wie kein Strom fliesst. Da kein Strom fliesst, kann über den Widerstand der Leitungen auch keine Spannung abfallen. Das bedeutet, die Spannung des Messwiderstands (RM) wird 1:1 an das Widerstandsmessgerät übertragen. Die CPU errechnet aus den Strom- und Spannungswerten den Widerstand und zeigt ihn dann im Display an.
Mit diesem genialen Trick ist es gelungen, die Einflüsse der Messleitungen komplett zu eliminieren. Somit können Ohmmeter auch sehr kleine Widerstände exakt ermitteln.
Wie bereits erläutert, müssen an jeder Seite des zu messenden Widerstandes zwei Leitungen angeschlossen werden. In der Praxis werden dazu gerne Kelvin-Clips an das Messgerät angeschlossen. Diese werden oft als Zubehör mit dem Messgerät gleich mitgeliefert.
Ein Kelvin-Clip ist im Prinzip eine Kroko-Klemme. Allerdings gibt es einen feinen Unterschied. Bei einer herkömmlichen Kroko-Klemme sind die beiden Seiten der Zahnreihen elektrisch miteinander verbunden. Deshalb hat eine Kroko-Klemme auch immer nur ein Anschlusskabel.
Bei einem Kelvin-Clip sind die beiden Zahnreihen elektrisch getrennt und der Kelvin-Clip hat zwei Anschlussleitungen. In der Praxis ist es dann ausreichend, jeweils rechts und links an dem Messwiderstand (RM) eine Kelvin-Klemme anzubringen und schon kann die Widerstandsmessung starten.
Weitere Anschlussmöglichkeiten
Widerstandsmessgeräte können vielseitig genutzt werden. Und je nach Messaufgabe muss auch die Kontaktierung erfolgen. Wenn zum Beispiel der ohmsche Widerstand einer Schweißnaht mit einem Mikro-Ohmmeter geprüft werden soll, ist ein Kelvin-Clip ungeeignet. In diesem Fall muss mit hohen Mess-Strömen gearbeitet werden. Um einen Mess-Strom von z.B. 200 Ampere sicher zu übertragen wird mit elektrisch kontaktierten Schraubzwingen gearbeitet.
Können Widerstandsmessgeräte auch zur Überprüfung des Isolationswiderstands genutzt werden?
Für die Messung des Isolationswiderstandes ist ein Ohmmeter ungeeignet. Dafür gibt es spezielle Isolationsmessgeräte. Diese Prüfgeräte sind dann auch in der Lage, hohe Widerstände im Wert von mehreren Milliarden Ohm (GΩ) zu messen.
Wo werden in der Messtechnik Ohmmeter benötigt?
Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Einige allgemeine Anwendungen sind:
· Überprüfen und Justieren von Shunts
· Testen von Verbindungen in elektrischen Anlagen
· Prüfen von Leitungs- und Sicherungswiderständen
· Messen von Kontaktwiderständen
· Ermitteln von Wicklungswiderständen bei Spulen und Trafos
· Testen von Potentialausgleichsanlagen
· Ermitteln von Kabelwiderständen
· Überprüfen von Ableitwiderständen
· Prüfen des Übergangswiderstandes von Schweissnähten
Zusätzlich dazu gibt es noch weitere unzählige Spezialanwendungen, in denen exakte Widerstandswerte ermittelt werden müssen.
Arbeitet jedes Ohmmeter mit der Vierleiter-Messmethode?
Nein, speziell für die Überprüfung von Schutzleitern und Potentialausgleichsleitern gibt es Widerstandsmessgeräte, die als Durchgangsprüfer fungieren. Damit die zum Teil räumlich weit auseinander liegenden Messpunkte erreicht werden, haben die Tester eine Kabeltrommel, auf die die Messleitung aufgewickelt ist.
Was zeichnet ein Milliohmmeter aus?
Ein Ohmmeter ist von Haus aus in der Lage, sehr niederohmige Widerstände zu messen. Wenn der Hersteller sein Produkt als Milliohmmeter bezeichnet, soll das zum Ausdruck bringen, dass der Messbereich des Messgerätes vorzugsweise für 1/1000 Ohm geeignet ist.