WERKZEUGE MIT DIGITALER SEELE
Messungen von Wechselsignalen mithilfe der Multimeter mit der Funktion True RMS
Praktisch alle auf dem Markt vorhandenen Digitalmultimeter ermöglichen die Messungen von Wechselspannungen und Wechselströmen (AC). Doch nicht alle Geräte sind imstande die Messung vom wahren Effektivwert, der als True RMS bezeichnet wird, durchzuführen. Multimeter, die mit keinem True RMS Wandler ausgestattet sind, führen die Messung vom Signaleffektivwert durch Ermittlung des Durchschnitts vom Gleichsignal und dann durch sein Skalieren zum Effektivwert gemäß der Abhängigkeit (1):
Der zum Bemessen vom Effektivwert angenommene Formfaktorwert beträgt unabhängig von der Eingangssignalform 1,11 und entspricht dem Formfaktor der Sinuskurve. Dies bedeutet, dass die Messung vom Effektivwert mit höchster Genauigkeit nur für den Sinuskurvenverlauf durchgeführt wird.
Für andere Wechselsignale wird sie wegen unterschiedlicher Formfaktorwerte kF sehr ungenau. Zum Beispiel: Ein Rechteckverlauf mit der Füllung von 50% wird mit einem Fehler von 11% belastet, weil kF 1,00 beträgt.
Daraus resultiert, dass man in der Praxis die Wechselspannungssignale in der Form einer Sinuskurve richtig und präzis messen kann. Aber Geräte, die über keine True RMS Funktion verfügen, werden nützlich nur bei den Messungen der Netzspannung, die in der Regel sinuskurvenförmig ist. Eine Messung des Netzstromes mit solch einem Gerät kann ungenau sein, weil der Strom in netzbetriebenen Empfängern nicht immer sinuskurvenförmig sein muss bzw. ist.
Eine genaue Messung vom Effektivwert beliebiger nicht sinuskurvenförmiger Strom- und Spannungswechselsignale verlangt die Anwendung von einem Multimeter True RMS, das die Messung gemäß der Definition durchführt.
Die Hauptbeschränkung der Anwendung von Multimetern True RMS ist die Geschwindigkeit des Signalwandels, die durch folgende Faktoren ausgedrückt wird:
- Grenzfrequenz,
- Signalwachstumsgeschwindigkeit
- oder Signalfrequenzbandbreite.
Es gibt viele praktische Fälle, wo die Anwendung von Geräten mit der True RMS Funktion berechtigt, wenn nicht nötig ist, weil man mit nicht sinuskurvenförmigen Wechselsignalen zu tun hat.
In der Elektronik tauchen oft periodische Rechteck-, Dreieck-, Sägezahn- und nicht sinuskurvige Signale sowie unterschiedliche, modulierte Signale auf, deren Effektivwert nur mit einem Multimeter True RMS gemessen werden kann.
Sehr oft ist der im Belastungsschaltkreis fließende Strom wegen der nichtlinearen Charakteristik des Empfängers (z.B.: einer Glühbirne) deformiert und nicht sinuskurvenförmig.
In Gleichspannungsversorgungsnetzen ist die Steuerung mithilfe von Pulsweitemodulatoren PWM (z.B.: Steuerung der Geschwindigkeit von Kühlventilatoren in Computern, Netzteilen) sehr populär. In solch einem Fall ist der Verlauf vom Belastungsstrom und von der Versorgungsspannung impulsmäßig und kann rechteckig oder beliebig deformiert sein, wodurch die Effektivwertmessung mithilfe von einem Multimeter True RMS möglich ist.
Ein ähnliches Messungsproblem taucht im Falle der Sinuskurvenwechselspannungsnetzen auf, in denen die Steuerung mithilfe von Thyristoren und Zweirichtungs-Thyristortrioden (z.B.: Beleuchtungsdimmer) angewendet wird. Der Belastungsstrom fließt nur in kurzen Zeitabständen, weil die Versorgungsspannung nur durch einen Teil der Netzsinuskurve angeschlossen wird.
Ein anderer sehr charakteristischer Fall ist die Effektivwertmessung vom Strom, der durch Impulsnetzteile DC aufgenommen wird, die gewöhnlich in Computern, Monitoren, Ladegeräten und vielen anderen Radio und TV- sowie Haushaltsgeräten angewendet werden. Der Belastungsstromverlauf ist periodisch, hat aber einen Impulscharakter mit hoher Wachstumsgeschwindigkeit und kurzer Dauerzeit. Dies bedeutet, dass die Mehrheit moderner Geräte Strom aufnimmt, dessen Effektivwert einzig und allein mithilfe von Multimetern True RMS genau gemessen werden kann.
Die Multimeter mit der Funktion True RMS kann man auch auf eine einfache Art und Weise zum Bemessen von der Empfängerwirkleistung anwenden, falls dieser Empfängen einen Resistenzcharakter hat. Es reicht dann den genauen Effektivwert der Spannung bei der VRMS-Belastung und des durch diese Belastung fließenden IRMS-Stromes zu messen, und danach die Ergebnisse dieser Messungen zu multiplizieren. Eine präzise Messung der Versorgungsspannung und des Belastungsstromes mithilfe von Multimetern TRUE RMS ermöglicht also auch genaue Bestimmung der Wirkleistung von Empfängern in Impuls- oder Wechselversorgungsnetzen.
Zusammenfassend kann man sagen, dass die Multimeter mit einem eingebauten Wandler True RMS eine genaue Messung von der Mehrheit der in der Praxis vorhandenen Wechselstrom- und Wechselspannungssignale sichert. Ihre bedeutsam vergrößerte Funktionalität sowie die Messungsgenauigkeit begründen ein bisschen höhere Kosten solcher Messgeräte. Deswegen auch sind diese Multimeter allen dediziert, die einen funktionalen und genauen Multimeter zu einer breiten Vielfalt von Anwendungen benötigen.