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Strom- und spannungsrichtiges Messen

Warum Volt- und Amperemeter sich gegenseitig verfälschen, wann du spannungsrichtig oder stromrichtig misst und wie du den Fehler herausrechnest.

4 Min. LesezeitSpannungsrichtigStromrichtigMessfehlerInnenwiderstand

Willst du einen Widerstand oder eine Leistung aus Strom und Spannung bestimmen, brauchst du beide Messgeräte gleichzeitig. Dabei stößt du auf ein Grundproblem: Ein reales Voltmeter zieht einen kleinen Strom, ein reales Amperemeter verursacht einen kleinen Spannungsfall. Wie du die beiden Geräte zusammenschaltest, entscheidet, welcher der beiden Fehler in dein Ergebnis eingeht. Es gibt zwei Varianten – und für jede einen Bereich, in dem sie die bessere ist.

Spannungsrichtige Messung

Das Voltmeter liegt direkt am Prüfling R, das Amperemeter davor. Weil hier der Strom den Fehler trägt, heißt diese Anordnung auch Stromfehlerschaltung. Die Spannung stimmt also genau. Das Amperemeter misst aber den Strom durch R plus den Strom IV, der durchs Voltmeter fließt:

Igemessen = IR + IV = IR + URiV
Spannungsrichtige Messschaltung
Spannungsrichtig: Das Voltmeter liegt direkt am Widerstand, das Amperemeter misst den Voltmeterstrom mit.

Der berechnete Widerstand U / Igemessen fällt deshalb zu klein aus – es ist in Wahrheit die Parallelschaltung aus R und dem Innenwiderstand RiV des Voltmeters. Der Fehler ist gering, solange R sehr viel kleiner ist als RiV. Korrigiert rechnest du:

R = UIgemessen - U / RiV
Spannungsrichtige Schaltung mit dem Innenwiderstand des Voltmeters als Ersatzschaltbild
Ersatzschaltbild: Das Voltmeter wirkt wie ein Widerstand R_iV parallel zum Prüfling – das Amperemeter misst I_R und I_V zusammen.

Stromrichtige Messung

Jetzt liegt das Amperemeter direkt in Reihe mit R, und das Voltmeter misst über beide zusammen – daher auch der Name Spannungsfehlerschaltung. Der Strom stimmt genau. Die Spannung enthält aber zusätzlich den Spannungsfall am Amperemeter:

Ugemessen = UR + I · RiA
Stromrichtige Messschaltung
Stromrichtig: Das Voltmeter misst über Amperemeter und Widerstand zusammen.

Der berechnete Widerstand ist deshalb zu groß – genau um den Innenwiderstand RiA des Amperemeters. Das korrigierst du einfach:

R = UgemessenI - RiA

Welche Schaltung wann?

Beide Fehler sind gleich groß, wenn der Prüfling genau beim geometrischen Mittel der beiden Innenwiderstände liegt:

RGrenz = √(RiA · RiV)

Ist R kleiner, misst du spannungsrichtig, ist er größer, stromrichtig.

Relativer Messfehler beider Schaltungen über dem Widerstand mit Schnittpunkt bei R Grenz
Der Fehler der spannungsrichtigen Schaltung wächst mit R, der der stromrichtigen sinkt. Am Schnittpunkt R_Grenz sind beide gleich groß.

Mit modernen Digitalmultimetern (RiV ≈ 10 MΩ, RiA je nach Bereich zwischen etwa 0,1 Ω und einigen 100 Ω) liegt die Grenze meist im Kiloohm-Bereich, und die Fehler sind kleiner – verschwinden aber nicht. Bei hochohmigen Sensorschaltungen im Megaohm-Bereich oder bei Shunts im Milliohm-Bereich lohnt die Überlegung immer. Der Voltmeterstrom spielt mit 10 MΩ erst eine Rolle, wenn auch der Messstrom nur noch Mikroampere beträgt. Den Spannungsfall am Amperemeter (die „Bürdenspannung“ des eingebauten Shunts, oft einige 100 mV bei Vollausschlag) solltest du dagegen auch beim Digitalgerät im Blick behalten.

Bedeutung in der Praxis

Dieselbe Frage stellt sich bei jeder Leistungsmessung mit zwei Geräten und bei der Aufnahme von Kennlinien, etwa einer Diode: Im Sperrbereich (sehr hochohmig) misst du stromrichtig, im Durchlassbereich (niederohmig) spannungsrichtig.

Diodenkennlinie mit Sperr- und Durchlassbereich und der jeweils passenden Messschaltung
Bei der Diodenkennlinie wechselt die passende Schaltung: im hochohmigen Sperrbereich stromrichtig, im niederohmigen Durchlassbereich spannungsrichtig.

Grundsätzlich gilt: Jedes Messgerät belastet die Schaltung und verändert sie damit ein wenig. Das ist kein Gerätefehler, sondern ein systematischer Messfehler, den du kennst und herausrechnen kannst. Für Widerstände allein ist das Ohmmeter bequemer; für sehr kleine Werte nutzt du die Vierleitermessung, die beide Fehler praktisch beseitigt.

Selbsttest

Welcher Wert ist bei der spannungsrichtigen Messung verfälscht?

Der Strom: Das Amperemeter misst den Voltmeterstrom mit, der Widerstand erscheint zu klein.

Für welche Widerstände eignet sich die stromrichtige Messung?

Für große Widerstände, bei denen der Spannungsfall am Amperemeter klein gegenüber der Spannung am Prüfling ist.

Ein Amperemeter hat 1 Ω, ein Voltmeter 10 MΩ. Wo liegt die Grenze?

Bei √(1 Ω · 10 MΩ) ≈ 3,2 kΩ.