Wer mißt, mißt mist

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

hallo.

ich habe hier ein qualitativ hochwertiges „true rms“ multimeter und ein ebenso hochwertiges oszilloskop.
das oszilloskop kann u.a. „average“ und „rms“ ausrechnen.

jetzt messe ich einen rechteckstrom mit einer amplitude von 400mA und einem tastverhältnis von 34%. die frequenz beträgt 200Hz.

mein oszilloskop rechnet mir als I_avg = 133mA und als effektivwert I_rms = 232mA aus. so weit, so gut.

das multimeter steht auf gleichstrommessung und sagt mir 130mA.
also doch kein true rms?
oder wer mißt hier was?

gruß

michael

#2

Hallo michael,

jetzt messe ich einen rechteckstrom mit einer amplitude von
400mA und einem tastverhältnis von 34%. die frequenz beträgt
200Hz.

mein oszilloskop rechnet mir als I_avg = 133mA und als
effektivwert I_rms = 232mA aus. so weit, so gut.

das multimeter steht auf gleichstrommessung und sagt mir
130mA.
also doch kein true rms?
oder wer mißt hier was?

Du machst leider keine Angaben über die Geräte und deren Messgenauigkeit.
Zudem misst man RMS meist im Wechselspannungsbereich!

MfG Peter(TOO)

#3

Stimmt doch
Hallo Michael,

wenn Du von einer Wechselspannung den Gleichanteil (Gleichspannung oder Wechselspannung) misst, dann ist das der statistische Mittelwert (Average). Bei einer symmetrischen Schwingung sind das 0 Volt oder Ampere! Und die 3 mA Abweichung sind Toleranzen des Messgeräte (früher wie heute mit „ss“). Der Eingangfilter des DMM macht die Vermittlung (Averaging).

Der RMS-Wert wird nur bei Messung im Wechselspannungs/-strombereich errechnet. Und gilt normalerweise auch nur bis zu einem gewissen Crest-Faktor (meist 10).

Gruß

Stefan

#4

Hallo,
wie hoch ist denn der Gleichanteil? Und wieviele Perioden hast Du beim Oszilloskop auf dem Schirm? Und wie groß ist das Signal beim Oszilloskop dargestellt? Und wie groß ist die genauigkeit der beiden Geräte? Und welche Auflösung hat das Oszilloskop (in Bits)?
Du siehst, da spielen eine Menge Randbedingungen eine Rolle. Und deshalb stimmt auch Deine Überschrift.
Gruß
loderunner

#5

hallo.

ich habe hier ein qualitativ hochwertiges „true rms“
multimeter und ein ebenso hochwertiges oszilloskop.
das oszilloskop kann u.a. „average“ und „rms“ ausrechnen.

jetzt messe ich einen rechteckstrom mit einer amplitude von
400mA und einem tastverhältnis von 34%. die frequenz beträgt
200Hz.

mein oszilloskop rechnet mir als I_avg = 133mA und als
effektivwert I_rms = 232mA aus. so weit, so gut.

das Oszilloskop hat Recht. Rechnerischer I_avg Wert deiner Stromfunktion ergibt 136mA und einen I_rms Wert von 240mA

das multimeter steht auf gleichstrommessung und sagt mir
130mA.

das Problem ist, dass das Multimeter den Wechselspannungsanteil, den dein Signal hat ignoriert, weil du es auf Gleichspannungsanzeige gestellt hast. Du bekommst also einen Effektivwert des Gleichanteils. Und der I_avg des Gleichstroms ist immer gleich dem I_rms des Gleichstroms.

also doch kein true rms?

doch, aber nur das rms des Gleichanteils

Gruß
lignuslibri

#6

hallo loderunner.

Und deshalb stimmt auch Deine Überschrift.

ist doch schön, wenn so alte weisheiten auch heute noch gültigkeit haben :smile:

gruß

michael

#7

hallo peter.

Zudem misst man RMS meist im Wechselspannungsbereich!

hmmm… das ist natürlich ein argument :smile:=)

allerdings weicht das multimeter-ergebnis bei wechselspannungsmessung auch um ca. 10% vom tatsächlichen wert (den das oszi offensichtlich korrekt ermittelt) ab.
laut multimeter-datenblatt (ist übrigens ein fluke 111) sollen ströme mit einer genauigkeit von 1% gemessen werden können.

gruß

michael

#8

Hallo,

allerdings weicht das multimeter-ergebnis bei
wechselspannungsmessung auch um ca. 10% vom tatsächlichen wert
(den das oszi offensichtlich korrekt ermittelt) ab.

Woher weißt Du, ob das Oszilloskop den Wert richtiger ermittelt hat?
Ich nehme an, Du verwendest ein Digitaloszilloskop. Das hat zunächst mal eine analoge Grundgenauigkeit von ca ±3%. Dann kommt eine Digitalisierung mit normalerweise 8Bit Auflösung, also 256 Stufen. Die beziehen sich aber auf den gesamten Bildschirm, und wenn Du nur den halben Schirm verwendest, werden nur 7Bit ausgenutzt, also 128 Stufen. Hinzu kommt die Nichtlienarität des Wandlers von etwa 1%. Und schließlich noch der Fehler dadurch, dass das Oszilloskop zur Berechnung der angezeigten Spannung nur die Daten auf dem Schirm verwendet. Wenn das kein Vielfaches der Grundfrequenz des Signals ist, hast Du einen riesigen prinzipiellen Fehler drin. Als Extrem könnte von einer Wechselspannung ohne Gleichanteil nur die erste Halbwelle angezeigt werden. Was glaubst Du, was dann für ein scheinbarer Gleichanteil vom Oszilloskop gemessen wird?
Um möglichst viele Fehler zu vermeiden, also die mögliche Genauigkeit zu erhöhen, sollte man bei einem Oszilloskop immer den Schirm möglichst komplett ausnutzen und zur Messung die Zeitbasis jeweils passend einstellen. Für RMS also etwa 10 Signalperioden auf den Schirm bringen. Für Zeitmessung dagegen möglichst nur eine Periode.

laut multimeter-datenblatt (ist übrigens ein fluke 111) sollen
ströme mit einer genauigkeit von 1% gemessen werden können.

Und das wird auch stimmen bei einem Fluke, das nicht zu alt ist.

Gruß
loderunner

#9

hallo loderunner.

Woher weißt Du, ob das Oszilloskop den Wert richtiger
ermittelt hat?

weil sich das ergebnis des oszilloskops mit dem theoretischen rechenergebnis deckt.

laut multimeter-datenblatt (ist übrigens ein fluke 111) sollen
ströme mit einer genauigkeit von 1% gemessen werden können.

Und das wird auch stimmen bei einem Fluke, das nicht zu alt
ist.

aber wenn ich einen konstanten strom messe (z.B. ca. 600mA), hab ich am oszi 600mA, am multimeter (das übrigens im april bei der kalibrierung war) 616mA.
diesen strom auf 50% duty cycle gestellt ergibt bei
rechnung: U_eff = 424mA
oszi-messung: U_eff = 418mA
multimeter-messung: U_eff = 320mA

was jetzt? haben die kollegen mein multimeter falsch kalibriert? oder mein oszi? oder die theorie? :wink:

gruß

michael

#10

Hallo,

Woher weißt Du, ob das Oszilloskop den Wert richtiger
ermittelt hat?

weil sich das ergebnis des oszilloskops mit dem theoretischen
rechenergebnis deckt.

Es gibt aber keinen theoretischen Messwert.

laut multimeter-datenblatt (ist übrigens ein fluke 111) sollen
ströme mit einer genauigkeit von 1% gemessen werden können.

Und das wird auch stimmen bei einem Fluke, das nicht zu alt
ist.

aber wenn ich einen konstanten strom messe (z.B. ca. 600mA),
hab ich am oszi 600mA, am multimeter (das übrigens im april
bei der kalibrierung war) 616mA.

Woher kommt denn der Strom?

diesen strom auf 50% duty cycle gestellt

Wie eingestellt?

ergibt bei rechnung: U_eff = 424mA
oszi-messung: U_eff = 418mA
multimeter-messung: U_eff = 320mA
was jetzt? haben die kollegen mein multimeter falsch
kalibriert? oder mein oszi? oder die theorie? :wink:

Oder Du die Stromquelle?
Gruß
loderunner

#11

Es gibt aber keinen theoretischen Messwert.

wenn aber der gemessene gleichstrom von multimeter und oszilloskop weitgehend übereinstimmt (schieben wir die 16mA abweichung mal auf die toleranz im oszilloskop und geringfügige abweichungen bei der nullpunktseinstellung der stromzange), und wenn das ergebnis der „manuellen“ effektivwertberechnung (mit der gemessenen amplitude) dem ergebnis des oszilloskops entspricht (egal ob wir als amplitude jetzt 600 oder 616mA annehmen), kann ich doch davon ausgehen, daß das oszilloskop den effektivwert korrekt ermittelt.

was jetzt? haben die kollegen mein multimeter falsch
kalibriert?

Oder Du die Stromquelle?

was die stromquelle macht, ist mir eigentlich egal. das problem ist doch, daß zwei verschiedene meßgeräte aus ein und demselben strom zwar weitgehend übereinstimmend amplitude und zeitlichen mittelwert messen, aber die effektivwerte deutlich voneinander abweichen.

gruß

michael

#12

Hallo,

Woher weißt Du, ob das Oszilloskop den Wert richtiger
ermittelt hat?

weil sich das ergebnis des oszilloskops mit dem theoretischen
rechenergebnis deckt.

Es gibt aber keinen theoretischen Messwert.

doch den gibt es. es ist sogar recht einfach diesen Wert auszurechnen.
denn rms = root mean square =
die Wurzel aus dem Mittelwert der Funktion zum Quadrat = Effektivwert, per Definition.
Die stromfunktion, deren Effektivwert hier gemessen werden soll hat den Effektivwert 240 mA.
Das größte Problem hier ist nicht die Messungenauigkeit der Messgeräte sondern die richtige Interpretation der Ergebnisse.
Die Stromfunktion besteht nämlich aus einem Wechselanteil und einem Gleichanteil, nach Fourier.
Der Gleichanteil hat den Effektivwert 136mA, der Effektivwert des Gleichanteils ist gleichzeitig I_avg.
Der Wechselanteil der Stromfunktion hat ebenfalls einen Beitrag zum gesamten Effektivwert beizutragen. Wie hoch diese Beitrag ist will ich nicht ausrechnen, denn die Effektivwerte des Gleichanteils und des Wechselanteils dürfen nich einfach addiert werden.
Man darf also NICHT rechnen I_rms_ges =I_rms_gleich + I_rms_wechsel.

Es gilt vielmehr (I_rms_ges)² =(I_rms_gleich)² + (I_rms_wechsel)².

Ein Osziloskop kann entweder nur den Wechselanteil ausrechnen oder den Gesamtstrom aber nicht den Gleichanteil.
Ein Multimeter kann entweder nur den Gleichanteil oder den Wechselanteil ausrechnen aber nicht den Gesamtstrom.

Ich nehme an, das ist der Grund, warum die Messergebnisse so komisch vorkommen, weil man nicht berücksichtigt, was das jeweilige Gerät überhaupt messen kann. Und wenn man das tut ist man übrrascht, dass die Größen nicht einfach linear miteinander addiert werden können, sondern quadratisch verrechnet werden müssen.

laut multimeter-datenblatt (ist übrigens ein fluke 111) sollen
ströme mit einer genauigkeit von 1% gemessen werden können.

Und das wird auch stimmen bei einem Fluke, das nicht zu alt
ist.

aber wenn ich einen konstanten strom messe (z.B. ca. 600mA),
hab ich am oszi 600mA, am multimeter (das übrigens im april
bei der kalibrierung war) 616mA.

Woher kommt denn der Strom?

1% Genauigkeit heißt, 1% vom maximalen Endausschlag, es heißt nicht 1% von dem gemessenen Wert. Deine Messergebnisse können also durchaus noch im grünen Bereich sein.

ergibt bei rechnung: U_eff = 424mA
oszi-messung: U_eff = 418mA
multimeter-messung: U_eff = 320mA

wie misst du mit einem Oszi den Strom? Du misst den Spannungsabfall über einem Widerstand. Ist der Widerstand ein Präzisionswiderstand?
Übrigens: Ein Oszi ist prima dazu geeignet Spannungverläufe darzustellen. Einen genauen Messwert wird es wahrscheinlich nicht liefern können, weil es dazu zu ungenau ist. Auf jeden Fall ungenauer als ein gutes Multimeter.

was jetzt? haben die kollegen mein multimeter falsch
kalibriert? oder mein oszi? oder die theorie? :wink:

eine Fernanalyse vorzunehmen ist ziemlich schwer.
Ich hoffe trotzdem dir ein bisschen geholfen zu haben.

Gruß
lignuslibri

#13

Hallo michael,

wenn aber der gemessene gleichstrom von multimeter und
oszilloskop weitgehend übereinstimmt (schieben wir die 16mA
abweichung mal auf die toleranz im oszilloskop und
geringfügige abweichungen bei der nullpunktseinstellung der
stromzange ), und wenn das ergebnis der „manuellen“
effektivwertberechnung (mit der gemessenen amplitude) dem
ergebnis des oszilloskops entspricht (egal ob wir als
amplitude jetzt 600 oder 616mA annehmen), kann ich doch davon
ausgehen, daß das oszilloskop den effektivwert korrekt
ermittelt.

Du solltest uns einmal als erstes deinen Messaugbau erklären.

Wie misst du gleichzeitig den Strom mit zwie Messgeräten ??

Hört sich wie eine blöde Frage an, ist aber ernst gemeint.
Habe ich was überlesen oder hast du den Typ des DSO noch gar nicht angegeben ?

MfG Peter(TOO)

#14

hallo peter.

Du solltest uns einmal als erstes deinen Messaugbau erklären.

ein DCDC-wandler wird von einer 12V-spannungsquelle gespeist und macht da draus eine variable niedrigere spannung.
die versorgt einen vorwiderstand und eine LED, die über einen transistor geschaltet wird.
das schaltsignal für den transistor ist besagtes 200Hz-PWM-signal.

Wie misst du gleichzeitig den Strom mit zwie Messgeräten ??

das multimeter hängt in reihe zur LED, am oszi hängt eine stromzange.

Habe ich was überlesen oder hast du den Typ des DSO noch gar
nicht angegeben ?

es ist ein yokogawa DL1740 und eine yokogawa strommeßzange mit einer auflösung von 0,1V/A.

gruß

michael

#15

Hallo,

Woher weißt Du, ob das Oszilloskop den Wert richtiger
ermittelt hat?

weil sich das ergebnis des oszilloskops mit dem theoretischen
rechenergebnis deckt.

Es gibt aber keinen theoretischen Messwert.

doch den gibt es. es ist sogar recht einfach diesen Wert
auszurechnen.

Nur, wenn man die Daten zum Rechnen kennt. Das ist doch hier der Punkt.

Die stromfunktion, deren Effektivwert hier gemessen werden
soll hat den Effektivwert 240 mA.

Woher weißt Du das?

Das größte Problem hier ist nicht die Messungenauigkeit der
Messgeräte sondern die richtige Interpretation der Ergebnisse.

Das größte Problem ist hier, dass niemand weiß, was überhaupt gemessen wurde.

Die Stromfunktion besteht nämlich aus einem Wechselanteil und
einem Gleichanteil, nach Fourier.

Kann sein oder auch nicht.

Der Gleichanteil hat den Effektivwert 136mA,

Woher hast Du diesen Wert?

der Effektivwert des Gleichanteils ist gleichzeitig I_avg.
Der Wechselanteil der Stromfunktion hat ebenfalls einen
Beitrag zum gesamten Effektivwert beizutragen. Wie hoch diese
Beitrag ist will ich nicht ausrechnen, denn die Effektivwerte
des Gleichanteils und des Wechselanteils dürfen nich einfach
addiert werden.
Man darf also NICHT rechnen I_rms_ges =I_rms_gleich +
I_rms_wechsel.

Es gilt vielmehr (I_rms_ges)² =(I_rms_gleich)² +
(I_rms_wechsel)².

Ein Osziloskop kann entweder nur den Wechselanteil ausrechnen
oder den Gesamtstrom aber nicht den Gleichanteil.

Warum sollte es das nicht können? Im Gegensatz zum Multimeter kann es auch in der DC-Einstellung eine Wechselspannung darstellen und messen.

Ein Multimeter kann entweder nur den Gleichanteil oder den
Wechselanteil ausrechnen aber nicht den Gesamtstrom.

Kommt auch hier auf das Messgerät an.

Ich nehme an, das ist der Grund, warum die Messergebnisse so
komisch vorkommen, weil man nicht berücksichtigt, was das
jeweilige Gerät überhaupt messen kann. Und wenn man das tut
ist man übrrascht, dass die Größen nicht einfach linear
miteinander addiert werden können, sondern quadratisch
verrechnet werden müssen.

Das ist nur ein Problem von mehreren.

laut multimeter-datenblatt (ist übrigens ein fluke 111) sollen
ströme mit einer genauigkeit von 1% gemessen werden können.

Und das wird auch stimmen bei einem Fluke, das nicht zu alt
ist.

aber wenn ich einen konstanten strom messe (z.B. ca. 600mA),
hab ich am oszi 600mA, am multimeter (das übrigens im april
bei der kalibrierung war) 616mA.

Woher kommt denn der Strom?

1% Genauigkeit heißt, 1% vom maximalen Endausschlag, es heißt
nicht 1% von dem gemessenen Wert. Deine Messergebnisse können
also durchaus noch im grünen Bereich sein.

Tja, wer weiß?

ergibt bei rechnung: U_eff = 424mA
oszi-messung: U_eff = 418mA
multimeter-messung: U_eff = 320mA

wie misst du mit einem Oszi den Strom? Du misst den
Spannungsabfall über einem Widerstand. Ist der Widerstand ein
Präzisionswiderstand?

Es gibt auch Stromzangen.

Übrigens: Ein Oszi ist prima dazu geeignet Spannungverläufe
darzustellen. Einen genauen Messwert wird es wahrscheinlich
nicht liefern können, weil es dazu zu ungenau ist. Auf jeden
Fall ungenauer als ein gutes Multimeter.

Kann sein. Muss nicht. Eine Genauigkeitsangabe heißt ja nicht, dass es ungenau sein MUSS.
Zudem kommt es natürlich drauf an, was man messen möchte. Ein Multimeter dürfte einige Probleme mit Frequenzen über 10kHz haben.

Gruß
loderunner

#16

Hallo michael,

Du solltest uns einmal als erstes deinen Messaugbau erklären.

ein DCDC-wandler wird von einer 12V-spannungsquelle gespeist
und macht da draus eine variable niedrigere spannung.
die versorgt einen vorwiderstand und eine LED, die über einen
transistor geschaltet wird.
das schaltsignal für den transistor ist besagtes
200Hz-PWM-signal.

Wie misst du gleichzeitig den Strom mit zwie Messgeräten ??

das multimeter hängt in reihe zur LED, am oszi hängt eine
stromzange.

Habe ich was überlesen oder hast du den Typ des DSO noch gar
nicht angegeben ?

es ist ein yokogawa DL1740 und eine yokogawa strommeßzange mit
einer auflösung von 0,1V/A.

OK, die Strommesszange verfälscht das Signal ja theoretisch auch noch was.
Hast du das DVM schon mal zusammen mit dem DSO an der Strommesszangen angeschlossen ??

MfG Peter(TOO)

#17

hallo peter.

Hast du das DVM schon mal zusammen mit dem DSO an der
Strommesszangen angeschlossen ??

ähm… ich messe den strom in der DVM-leitung mit der stromzange, die am oszi hängt. von daher… ja. oder wie meinst du das?

gruß

michael

#18

Hallo michael,

Hast du das DVM schon mal zusammen mit dem DSO an der
Strommesszangen angeschlossen ??

ähm… ich messe den strom in der DVM-leitung mit der
stromzange, die am oszi hängt. von daher… ja. oder wie
meinst du das?

Du verwendest jetzt zwei unterschiedliche Messverfahren. Prinzipbedingt müssen diese nicht die selben Messwerte liefern, da sie unterschiedliche DInge messen können.

Also z.B. kann deine Stromzange überhaupt einen Gleichstrom messen ??
Prinzipbedingt kann der Nullpunkt bei einer Stromzange verschoben sein, was dann andere Resultate ergibt, welche aber rechnerisch logisch sind.

Also mach mal den Versuch, das DSO und das DVM an die Strommesszange anzuschliessen. Wie du angegeben hast, liefert deine Stromzange eine Spannung, welche proportional zum Strom ist. Am einfachsten wäre es DSO und DVM gleichzeitig anzuschliessen, was zwar möglicherweise einen Messfehler ergibt, aber beide Geräte messen dann genau die selbe (falsche) Spannung !!
Also Fehler durch eine Nullpunktverschiebung oder Linearitätsfehler der Zange, liegen dann an beiden Messgeräten an.
Vergleiche dann mal die Messwerte.

MfG peter(TOO)