Strom- und spannungsrichtiges Messen

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 I_V, der durchs Voltmeter fließt:

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

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:

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

Welche Schaltung wann?

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

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

Mit modernen Digitalmultimetern (R_iV ≈ 10 MΩ, R_iA 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.

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.

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