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Wechselspannung zu messen ist einfach: Multimeter auf Wechselspannung schalten und messen. Erhalten wir wirklich das erwartete Ergebnis?
Die Messung
Mit einem Signalgenerator erzeugen wir eine sinusförmige Wechselspannung mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Amplitude von 10V.
Die Messwerte erstaunen. Der Signalgenerator sagt 10V, unsere Multimeter 3.46 bis 3.47V. Das kann doch nicht sein!
Die Messung wird aber mit zwei Messgeräten unterschiedlicher Preisklasse durchgeführt. Die beinahe identischen Werte zeigen, dass das kein Zufall sein kann.
Die Kontrolle mit einem Oszilloskop bestätigt aber die Werte. Gleichzeitig stellen wir aber fest, dass mit der Amplitude etwas nicht stimmen kann. Darum ist es notwendig, den Begriff Amplitude etwas zu klären.
Vielleicht habt ihr schon den Begriff Effektivwert gehört. Der Effektivwert berechnet sich aus . Das hilft uns aber nicht so richtig weiter, da der Wert immer noch stark abweicht.
Das versuchen wir jetzt zu ergründen. Dazu schauen wir bei Wikipeda vorbei.
Die Amplitude und der Effektivwert
Hier sehen wir ein Bild aus Wikipedia. Der Spitzenwert einer Halbwelle bezeichnet man als Scheitelwert, Amplitude oder Peak amplitude. So weit ist noch alles in Ordnung.
Interessanter ist der Spitze-Tal-Wert, dieser ist auf der englischen Wikipediaseite mit Peak-to-peak amplitude bezeichnet. Im Englischen wird der Begriff Amplitude für verschiedene Werte verwendet. Sogar der Effektivwert wird als Root mean square amplitude bezeichnet.
Der Begriff Amplitude ist also gar nicht eindeutig. Der Signalgenerator und das Oszilloskop verstehen zeigen die Peak-to-peak amplitude an. Diese ist 10V, wir rechnen aber mit der Peak amplitude und diese ist 5V.
Damit stimmen unsere Werte recht gut und die Welt ist wieder in Ordnung.
Was ist aber dieser Effektivwert? Das ist der Gleichspannungswert, den man anlegen müsste, um dieselbe Wirkung zu erreichen, wie die Wechselspannung erreicht. So lässt sich auch das ohmsche Gesetz und die Leistungsformel anwenden. Für U muss nur die effektive Spannung eingesetzt werden.
Vorsicht bei höheren Frequenzen
Die Multimeter funktionieren bei niedrigen Frequenzen recht gut. Je höher die Frequenz steigt, um so ungenauer wird die Messung.
Wie wir auf dem Bild sehen, versagt die Messung bei 50 kHz vollständig.
Über den zulässigen Frequenzbereich gibt das Datenblatt des Multimeters Auskunft.