Ratgeber
Amperemeter gehören seit langer Zeit zu den wichtigsten elektrischen Messgeräten. Analoge Typen mit echten Zeigern sind in professionellen Bereichen allerdings kaum noch zu finden, hier dominieren digitale Strommessgeräte mit Ziffer-Anzeigen oder grafisch erzeugten Zeigern. Häufig sind diese Amperemeter Teil komplexer Einbau-Messgeräte.
In unserem Ratgeber machen wir Sie mit den technischen Grundlagen von Amperemetern vertraut.
Der ideale Strommesser besitzt einen Innenwiderstand von Null. Praktisch lässt sich das allerdings nicht realisieren, Amperemeter besitzen immer einen mehr oder weniger kleinen Innenwiderstand. Der Messbereich des Amperemeters hängt vom Wert dieses Widerstands ab, das heißt, je kleiner der Widerstand, desto geringe Stromstärken lassen sich messen.
Klassifizieren lassen sich analoge Amperemeter anhand des Aufbaus und der Art des Stroms, der durch das Messgerät fließt:
PMMC-Amperemeter
Das Kürzel PMMC steht für Permanent Magnet Moving Coil, also für eine bewegliche Spule innerhalb eines Permanentmagneten. Ein PMMC-Messgerät enthält eine Drahtspule, platziert zwischen zwei Permanentmagneten, um durch den Messstrom ein stationäres Gegen-Magnetfeld zu erzeugen. Die Stärke des Magnetfelds und damit die Auslenkung des Zeigers ist proportional zur Stromstärke. Die Spule eines PMMC-Instruments ist durch eine Spannfeder einseitig fixiert, das Gerät lässt sich deshalb nur zur Messung von Gleichstrom verwenden.
Drehspul-Amperemeter
Drehspul-Amperemeter messen sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom. Bei dieser Art von Amperemeter bewegt sich die Spule frei zwischen den Polen eines Permanentmagneten. Wenn Strom durch die Spule fließt, beginnt sie sich in einem bestimmten Winkel zu drehen. Die Auslenkung der Spule und damit die Stellung des Zeigers ist auch hier proportional zu dem Strom, der durch die Spule fließt.
Elektrodynamisches Amperemeter
Ein elektrodynamisches Amperemeter ist ein Drehspul-Instrument, bei dem das Magnetfeld nicht durch einen Dauermagneten, sondern durch zwei feste Spule erzeugt wird. Es lässt sich mit einer Gleichstromquelle kalibrieren und dann ohne Änderung auch zur Messung von Wechselstrom verwenden.
Gleichrichter-Amperemeter
Ein solches Amperemeter wird zur Messung von Wechselstrom verwendet. Es enthält einen Gleichrichter, zum Beispiel aus Dioden, der die Stromrichtung vereinheitlicht und somit Gleichstrom erzeugt. Das Gerät verhält sich ansonsten wie ein PMMC-Instrument.
Amperemeter sind empfindliche Geräte, deren Messung leicht von der Umgebungstemperatur beeinflusst werden kann. Temperaturschwankungen lassen durch einen Dämpfungswiderstand mit dem Temperaturkoeffizienten Null allerdings reduzieren. Dieser Widerstand wird in Reihe mit dem Amperemeter geschaltet und erhöht damit die Anzeigegenauigkeit.
Wie bereits erwähnt, enthalten moderne Einbau-Messgeräte überwiegend digitale Anzeigen. Um die angelegten analogen Ströme zu digitalisieren, verfügen die integrierten Amperemeter über Analog-Digital-Wandler. Gemessen wird allerdings nicht die Stromstärke, sondern die Spannung in Volt. Es handelt sich somit genau genommen um Voltmeter. Dazu enthalten sie einen Widerstand, den sogenannten Shunt.
Dieser Shunt ist kalibriert, sein Widerstandswert ist somit bekannt und zusätzlich durch einen Dämpfungswiderstand gesichert. Entsprechend dem ohmschen Gesetz lässt sich aus einem bekannten Widerstand und der eingespeisten Spannung die Stärke des Stroms berechnen. Genau das machen digitale Pendants klassischer Amperemeter.
Recht häufig verfügen digitale Einbau-Messgeräte mit Ampere-Anzeige über die True-RMS-Funktionen, also über die Fähigkeit, echte Effektivwerte anzuzeigen. Gemessen wird dabei das Erwärmungspotenzial einer angelegten Spannung. Im Gegensatz zur Messung des Durchschnittswerts nutzt die echte Effektivwertmessung die in einem Widerstand verbrauchten Leistung. Sie ist proportional zum Quadrat der gemessenen echten Effektivspannung, unabhängig von der Wellenform.
Ein normales Digital-Amperemeter ist meist so kalibriert, dass es nur bei Sinuswellen-Eingängen die gleichen Werte wie ein True-RMS-Messgerät anzeigt. Bei anderen Wellenformen weist es häufig erhebliche Fehler auf.
Die als Multimeter konfigurierten hochwertigen Einbau-Messgeräte verwenden daher in der Regel einen Gleichstrom-Sperrkondensator, um nur die Wechselstromkomponente eines Signals zu messen. Ermittelt wird dabei nur die Leistung der Wechselstromkomponenten der Eingangswellenform, Gleichstrom wird nicht berücksichtigt. Bei Sinus-, Dreieck- und Rechteckwellen sind die Wechselstrom- und Gleichstromwerte gleich, da diese Wellenformen keinen Gleichstrom-Offset enthalten. Nicht-symmetrische Wellenformen, wie zum Beispiel Impulsfolgen, enthalten Gleichspannungen, die von Wechselstrom-gekoppelten True-RMS-Messungen zurückgewiesen werden.