Messgeräte in der Elektrotechnik - Handwerk
Messgeräte in der Elektrotechnik - Handwerk
Einleitung
Messgeräte in der Elektrotechnik - Handwerk gehören zum täglichen Werkzeug von Elektronikerinnen und Elektronikern. Du nutzt sie zur Fehlersuche, zur Inbetriebnahme und zur Prüfung elektrischer Anlagen. Entscheidend ist nicht nur der Messwert, sondern auch die sichere Auswahl und richtige Anwendung des Messgeräts.
Messungen an Netzspannung dürfen nur von dafür qualifizierten Personen durchgeführt werden. In der Ausbildung arbeitest Du unter Aufsicht, nach Arbeitsauftrag, Betriebsanweisung und den geltenden DIN-VDE-Regeln.
Lernziele
Nach diesem aiMOOC kannst Du:
- Messgeräte auswählen: Du ordnest einer Messaufgabe das passende Gerät zu.
- Sicher arbeiten: Du prüfst Messleitungen, Messbereich und Messkategorie.
- Messgrößen unterscheiden: Du misst Spannung, Strom und Widerstand nach dem richtigen Verfahren.
- Messwerte dokumentieren: Du hältst Messwert, Einheit, Messstelle und Bewertung fest.
Elektrische Grundgrößen
| Messgröße | Formelzeichen | Einheit | Typisches Gerät |
|---|---|---|---|
| Elektrische Spannung | U | Volt | Spannungsprüfer oder Multimeter |
| Elektrische Stromstärke | I | Ampere | Multimeter oder Stromzange |
| Elektrischer Widerstand | R | Ohm | Multimeter |
| Frequenz | f | Hertz | Multimeter oder Oszilloskop |
Ein Messwert besteht aus Zahlenwert und Einheit. Ein Wert ohne Einheit ist unvollständig.
Sicher messen
Vor jeder Messung
- Arbeitsauftrag: Kläre Messgröße, Messstelle und erwarteten Wertebereich.
- Sichtprüfung: Prüfe Gehäuse, Messleitungen, Prüfspitzen, Stecker und Sicherungen.
- Messbereich: Wähle Funktion, Gleich- oder Wechselgröße und einen passenden Bereich.
- Messkategorie: Beachte CAT-Kennzeichnung und zulässige Spannung.
- Plausibilitätsprüfung: Vergleiche das Ergebnis mit Schaltplan und Erwartungswert.
Beschädigte Messleitungen werden nicht weiterverwendet. Widerstands-, Durchgangs- und Isolationsmessungen erfolgen grundsätzlich am dafür freigeschalteten Stromkreis und nach dem vorgeschriebenen Prüfablauf.
Spannungsfreiheit feststellen
Für das Feststellen der Spannungsfreiheit verwendest Du einen zweipoligen Spannungsprüfer. Seine Funktion wird vor und nach der Prüfung an einer bekannten Spannungsquelle kontrolliert. Ein einpoliger oder berührungsloser Prüfer liefert nur einen Hinweis und ersetzt diese Prüfung nicht.
Die fünf Sicherheitsregeln
Vor Arbeiten an elektrischen Anlagen werden die fünf Sicherheitsregeln in der vorgeschriebenen Reihenfolge angewendet:
- Freischalten: Anlage allpolig von der Versorgung trennen.
- Gegen Wiedereinschalten sichern: Unbeabsichtigtes Einschalten verhindern.
- Spannungsfreiheit feststellen: Alle relevanten Leiter zweipolig prüfen.
- Erden und Kurzschließen: Soweit für die Anlage erforderlich durchführen.
- Benachbarte Teile abdecken: Unter Spannung stehende Bereiche sichern.
Messkategorien
Die Messkategorie beschreibt, für welche elektrische Umgebung ein Messgerät ausgelegt ist. Zusätzlich muss die angegebene Höchstspannung passen.
| Kennzeichnung | Typischer Bereich | Beispiel |
|---|---|---|
| CAT II | Direkt angeschlossene Verbraucher | Geräte und bestimmte Steckdosenanwendungen |
| CAT III | Feste Gebäudeinstallation | Unterverteilung, Leitungen und Schaltgeräte |
| CAT IV | Ursprung der Niederspannungsinstallation | Einspeisung und Hausanschlussbereich |
Eine hohe Anzeigezahl allein macht ein Messgerät nicht sicher. Entscheidend sind passende Kategorie, Spannung, intakte Sicherungen und geeignete Messleitungen.
Messgeräte im Handwerk
Zweipoliger Spannungsprüfer
Der zweipolige Spannungsprüfer ist das wichtigste Gerät zum Feststellen von Spannung und Spannungsfreiheit. Viele Geräte zeigen zusätzlich Polarität, Drehfeld oder Durchgang an. Maßgeblich bleibt die Bedienungsanleitung des verwendeten Geräts.
Typische Anwendung: Vor Beginn einer Arbeit wird zwischen allen relevanten Leitern geprüft.
Digitalmultimeter
Ein Multimeter vereint mehrere Messfunktionen. Häufig misst es Gleich- und Wechselspannung, Strom, Widerstand, Durchgang und Dioden.
Die schwarze Messleitung steckt normalerweise in COM. Die rote Leitung wird passend zur Messung in die Buchse für Spannung und Widerstand oder in eine Strombuchse gesteckt. Vor dem Anlegen der Prüfspitzen kontrollierst Du Buchsen, Schalterstellung und Messbereich.
Spannung messen
Spannung wird parallel zum Bauteil oder zur Quelle gemessen. Das Messgerät liegt dabei zwischen zwei Punkten.
Bei unbekannter Spannung beginnst Du bei einem manuell umschaltbaren Gerät im höchsten geeigneten Messbereich.
Strom messen
Eine direkte Strommessung erfolgt in Reihe. Dazu muss der Stromkreis aufgetrennt und das Multimeter korrekt eingeschleift werden.
Ein Multimeter in Stromstellung darf niemals wie ein Spannungsmesser parallel an eine Spannungsquelle gehalten werden. Dadurch kann ein Kurzschluss entstehen.
Widerstand und Durchgang messen
Widerstand und Durchgang werden am spannungsfreien Prüfobjekt gemessen. Kondensatoren müssen nach dem vorgeschriebenen Verfahren entladen sein. Parallel angeschlossene Bauteile können den Messwert verfälschen.
Durchgangston bedeutet nicht automatisch, dass eine Verbindung unter Last einwandfrei ist. Übergangswiderstände und lose Klemmen müssen zusätzlich bewertet werden.
Stromzange
Eine Stromzange erfasst Strom über das Magnetfeld eines Leiters. Der Stromkreis muss dafür nicht aufgetrennt werden.
Die Zange umfasst nur einen einzelnen Leiter. Werden Hin- und Rückleiter gemeinsam umfasst, heben sich ihre Magnetfelder weitgehend auf.
Isolationsmessgerät und Installationstester
Ein Isolationsmessgerät prüft den Isolationswiderstand mit einer festgelegten Prüfspannung. Ein Installationstester kann zusätzlich Schutzleiterdurchgängigkeit, Schleifenimpedanz, RCD-Auslösung und weitere Werte prüfen.
Empfindliche elektronische Betriebsmittel können durch eine Isolationsprüfung beschädigt oder das Ergebnis verfälschen. Deshalb werden Stromkreis, Prüfspannung und abzuklemmende Geräte vor der Messung nach Prüfplan festgelegt.
Drehfeldmessgerät
Ein Drehfeldmessgerät bestimmt die Phasenfolge eines Drehstromsystems. Das ist beispielsweise bei Motoranschlüssen wichtig.
Eine falsche Phasenfolge kann die Drehrichtung eines Motors verändern. Vor der Inbetriebnahme werden deshalb Schaltplan, Anschluss und Drehfeld geprüft.
Oszilloskop
Ein Oszilloskop stellt den zeitlichen Verlauf einer Spannung dar. Du kannst Signalform, Amplitude, Periodendauer und Frequenz untersuchen.
Bei vielen Tischoszilloskopen ist die Masseklemme des Tastkopfs mit dem Schutzleiter verbunden. Eine falsche Verbindung kann einen Kurzschluss verursachen. Messungen an Netzspannung erfordern geeignete Tastköpfe, einen sicheren Messaufbau und besondere Fachkunde.
USB-Messgerät
Ein USB-Messgerät zeigt Spannung und Strom an einer USB-Verbindung. Es eignet sich für einfache Kontrollen an Kleinspannungsgeräten, ersetzt aber kein Installationstestgerät.
Welches Gerät für welche Aufgabe?
| Messaufgabe | Geeignetes Gerät | Wichtiger Hinweis |
|---|---|---|
| Spannungsfreiheit feststellen | Zweipoliger Spannungsprüfer | Funktion vor und nach der Prüfung kontrollieren |
| Spannung messen | Multimeter | Parallel messen |
| Strom ohne Auftrennen messen | Stromzange | Nur einen Leiter umfassen |
| Widerstand oder Durchgang prüfen | Multimeter | Spannungsfrei messen |
| Isolation einer Anlage prüfen | Isolationsmessgerät | Prüfspannung und angeschlossene Geräte beachten |
| RCD und Schleifenimpedanz prüfen | Installationstester | Prüfablauf und Grenzwerte beachten |
| Phasenfolge prüfen | Drehfeldmessgerät | Bei Drehstromanlagen einsetzen |
| Signalverlauf untersuchen | Oszilloskop | Massebezug und Tastkopf beachten |
Messfehler vermeiden
| Fehler | Mögliche Folge | Abhilfe |
|---|---|---|
| Falsche Buchse | Geräteschaden oder Kurzschluss | Buchsen vor jeder Messung kontrollieren |
| Falscher Messbereich | Überlastung oder ungenaue Anzeige | Mit geeignetem hohen Bereich beginnen |
| Strommessung parallel | Kurzschluss | Strommessgerät in Reihe anschließen |
| Widerstand unter Spannung | Falscher Wert oder Schaden | Freischalten und Spannungsfreiheit prüfen |
| Stromzange um mehrere Leiter | Zu kleiner oder nahezu nuller Messwert | Nur einen Leiter umfassen |
| Ungeeignete CAT-Kategorie | Unzureichender Schutz bei Überspannung | Gerät passend zur Messstelle auswählen |
| Messwert ohne Einheit | Ergebnis nicht eindeutig | Zahlenwert und Einheit dokumentieren |
Arbeitsablauf bei der Fehlersuche
- Auftrag klären: Fehlerbeschreibung, Schaltplan und Betriebszustand erfassen.
- Gefährdungsbeurteilung: Arbeitsbereich, Spannungsebene und Schutzmaßnahmen festlegen.
- Messgerät auswählen: Messgröße, Bereich, Kategorie und Zubehör bestimmen.
- Messung durchführen: Sicher anschließen, Messwert ablesen und Plausibilität prüfen.
- Fehler eingrenzen: Istwert mit Sollwert und benachbarten Messstellen vergleichen.
- Dokumentation: Messstelle, Gerät, Wert, Einheit und Bewertung notieren.
- Wiederinbetriebnahme: Schutzabdeckungen, Anschlüsse und Funktion kontrollieren.
Messprotokoll
Ein brauchbares Messprotokoll enthält mindestens:
- Messauftrag: Anlage, Betriebsmittel und Anlass der Messung.
- Messmittel: Gerätetyp, Kennzeichnung und Prüfstatus.
- Messstelle: Eindeutige Bezeichnung im Plan oder an der Anlage.
- Messwert: Zahlenwert, Einheit und Messbedingungen.
- Bewertung: Sollwert, Grenzwert oder fachliche Beurteilung.
- Verantwortung: Datum und ausführende beziehungsweise prüfende Person.
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Welches Gerät wird zum Feststellen der Spannungsfreiheit verwendet? (Zweipoliger Spannungsprüfer) (!Berührungsloser Spannungsfinder) (!Einpoliger Phasenprüfer) (!USB-Messgerät)
Wie wird ein Spannungsmessgerät angeschlossen? (Parallel zur Messstelle) (!In Reihe zum Verbraucher) (!Nur an den Schutzleiter) (!Ohne zweite Messleitung)
Wie wird ein Multimeter bei einer direkten Strommessung angeschlossen? (In Reihe in den Stromkreis) (!Parallel zur Spannungsquelle) (!Zwischen Schutzleiter und Gehäuse) (!Nur an den Neutralleiter)
Unter welcher Bedingung wird ein Widerstand gemessen? (Am spannungsfreien Prüfobjekt) (!Bei maximaler Betriebsspannung) (!Nur im eingeschalteten Zustand) (!Mit der Stromzange)
Was muss eine Stromzange für eine normale Strommessung umfassen? (Einen einzelnen Leiter) (!Hinleiter und Rückleiter gemeinsam) (!Das vollständige Kabel mit allen Adern) (!Nur die Isolierung ohne Leiter)
Was beschreibt die CAT-Kennzeichnung eines Messgeräts? (Die geeignete elektrische Einsatzumgebung) (!Die Farbe der Messleitungen) (!Die Anzahl der Displaystellen) (!Den Ladezustand der Batterie)
In welche Buchse kommt normalerweise die schwarze Messleitung? (COM) (!A) (!mA) (!Hz)
Was zeigt ein Oszilloskop in seiner Grundanwendung? (Spannung über der Zeit) (!Widerstand über der Leitungslänge) (!Stromverbrauch als Rechnung) (!Drehmoment über der Temperatur)
Was gehört zum Feststellen der Spannungsfreiheit? (Funktionskontrolle vor und nach der Prüfung) (!Nur einmaliges Einschalten des Prüfers) (!Messung ausschließlich mit einem Schraubendreher) (!Ablesen ohne Kontakt zur Messstelle)
Was gehört in ein Messprotokoll? (Messwert mit Einheit und Messstelle) (!Nur der Name des Werkzeugs) (!Nur ein Foto ohne Beschreibung) (!Nur der erwartete Wert)
Memory
| Zweipoliger Spannungsprüfer | Spannungsfreiheit |
| Multimeter | Mehrere Messgrößen |
| Stromzange | Strom ohne Auftrennen |
| Isolationsprüfer | Isolationswiderstand |
| Drehfeldmesser | Phasenfolge |
| Oszilloskop | Signalverlauf |
| COM-Buchse | Schwarze Messleitung |
| CAT-Kategorie | Einsatzumgebung |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Passende Durchführung |
|---|---|
| Spannungsmessung | Parallelschaltung |
| Direkte Strommessung | Reihenschaltung |
| Widerstandsmessung | Spannungsfreier Zustand |
| Stromzange | Einzelner Leiter |
| Oszilloskop | Spannung über der Zeit |
| Isolationsmessung | Festgelegte Prüfspannung |
Kreuzworträtsel
| Multimeter | Welches Gerät vereint Spannungs-, Strom- und Widerstandsmessung? |
| Stromzange | Welches Gerät misst Strom ohne Auftrennen des Leiters? |
| Spannung | Welche elektrische Größe wird in Volt angegeben? |
| Widerstand | Welche elektrische Größe wird in Ohm angegeben? |
| Oszilloskop | Welches Gerät zeigt einen zeitlichen Signalverlauf? |
| Drehfeld | Was wird bei einem Drehstromanschluss zur Phasenfolge geprüft? |
LearningApps
Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- Gerätekarte: Erstelle für ein Messgerät eine Karte mit Einsatz, Messgröße, Anschlüssen und wichtigstem Sicherheitshinweis.
- Buchsenkontrolle: Fotografiere ein schulisches Multimeter und beschrifte COM-, Spannungs- und Strombuchsen.
- Sicherheitsplakat: Gestalte ein Plakat zum Thema „Vor der Messung prüfen“.
- Medienanalyse: Wähle ein Bild aus diesem aiMOOC und erkläre, woran Du das gezeigte Messgerät erkennst.
Standard
- Kleinspannungsmessung: Miss unter Aufsicht an einer sicheren Kleinspannung Spannung und Widerstand und protokolliere die Ergebnisse.
- Stromzangenversuch: Vergleiche bei einem vorbereiteten Versuchsaufbau die Anzeige bei einer einzelnen Ader und bei Hin- und Rückleiter gemeinsam.
- Messprotokoll erstellen: Entwickle eine übersichtliche Vorlage für einen betrieblichen Messauftrag.
- Fehlersuche Rollenspiel: Bearbeitet in Zweiergruppen einen vorbereiteten Fehlerfall mit Schaltplan, Messplan und Übergabegespräch.
Schwer
- Prüfablauf planen: Plane die sichere Prüfung einer neu aufgebauten Übungsanlage und begründe die Reihenfolge.
- Messfehler untersuchen: Erzeuge an einer Kleinspannung kontrolliert einen Messfehler und erkläre Ursache, Anzeige und Abhilfe.
- Oszilloskop-Projekt: Stelle ein Rechtecksignal dar und bestimme Amplitude, Periodendauer und Frequenz.
- Betriebsinterview: Befrage eine Elektrofachkraft zu typischen Messgeräten, Fehlbedienungen und Dokumentationspflichten und werte das Gespräch aus.
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Lernkontrolle
- Messgeräteauswahl: Für einen Motor, eine Steckdose und eine elektronische Steuerung liegen unterschiedliche Fehlerbeschreibungen vor. Wähle jeweils ein Messgerät und begründe Deine Entscheidung.
- Gefahrenanalyse: Erkläre, welche Gefahren entstehen, wenn ein Multimeter in Stromstellung parallel an eine Spannungsquelle angeschlossen wird.
- Messwertbewertung: Zwei Auszubildende messen an derselben Stelle unterschiedliche Werte. Entwickle einen Prüfplan, mit dem Du Buchsen, Messbereich, Messstelle und Messleitungen kontrollierst.
- Stromzangenproblem: Eine Stromzange zeigt an einem mehradrigen Kabel nahezu null Ampere, obwohl ein Verbraucher läuft. Erkläre die Ursache und beschreibe einen geeigneten Messaufbau.
- Isolationsprüfung: Begründe, warum empfindliche elektronische Geräte vor einer Isolationsmessung berücksichtigt oder getrennt werden müssen.
- Dokumentationsfall: Ein Protokoll enthält nur „Messung in Ordnung“. Überarbeite den Eintrag so, dass das Ergebnis nachvollziehbar und fachlich bewertbar wird.
Lernnachweis
Für einen Lernnachweis zu diesem Thema sind wichtig:
- Sicherheitsbewusstsein: Du hältst Arbeitsauftrag, Aufsicht, Sicherheitsregeln und Herstellerangaben ein.
- Gerätekenntnis: Du unterscheidest Spannungsprüfer, Multimeter, Stromzange, Installationstester, Drehfeldmesser und Oszilloskop.
- Messaufbau: Du schließt Spannungs-, Strom- und Widerstandsmessungen fachgerecht an.
- Gerätekontrolle: Du prüfst Leitungen, Buchsen, Messbereich, Sicherungen und CAT-Kennzeichnung.
- Messwertauswertung: Du vergleichst Istwert, Sollwert und mögliche Messabweichungen.
- Dokumentation: Du protokollierst Messstelle, Gerät, Wert, Einheit und Bewertung.
- Transfer: Du entwickelst für einen neuen Fehlerfall einen sicheren und begründeten Messplan.
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