Klassisches mechanisches Ohmmeter designen: Prinzipien und praktische Überlegungen

Obwohl mechanische Ohmmetern weitgehend durch digitale Instrumente ersetzt wurden, liefert das Studium ihrer Funktionsweise wertvolle Einblicke in analoge Messprinzipien.

Zweck eines Ohmmeters

Ein Ohmmeter misst den Widerstand zwischen seinen Prüfspitzen. Die Anzeige erfolgt durch ein mechanisches Messwerk, das von einem elektrischen Strom angetrieben wird. Um diesen Strom zu erzeugen, enthält das Instrument eine interne Spannungsquelle und einen Satz Bereichswiderstände, die sicherstellen, dass das Werk für jeden zu messenden Widerstand die korrekte Strommenge erhält.

Funktionsweise eines Ohmmeters

Betrachten wir ein einfaches werkseitig batteriebetriebenes Werk:

Bei offenen Prüfspitzen (unendlicher Widerstand) fließt kein Strom durch das Werk, und die Nadel ruht am linken Skalenende. Da die Skala invertiert ist, erscheint unendlicher Widerstand links, während null Widerstand am rechten Ende läge.

Kurzschließt man die Prüfspitzen (0 Ω), zwingt man das Werk, maximalen Strom zu ziehen, begrenzt nur durch Batteriespannung und den internen Werkwiderstand. Beispielsweise würden eine 9-V-Batterie und ein 500-Ω-Werk 18 mA erzeugen – weit über der 1-mA-Vollausschlag-Nennung und wahrscheinlich das Messgerät beschädigend.

Um diese Überlastung zu verhindern und dem Messgerät zu erlauben, bei null Widerstand Vollausschlag zu erreichen, wird ein Reihenschalter hinzugefügt:

Die Berechnung des geeigneten Reihenschalters (R) erfordert die Ermittlung des Gesamtwiderstands, der den Strom bei 9 V auf 1 mA begrenzt, abzüglich der 500 Ω des Werkes:

Auch nach Hinzufügen von R bleibt die Skala „rückwärts“ und reicht von null bis unendlich, was die Frage aufwirft: Welcher Widerstandswert entspricht dem Halbausschlag?

Ohmmeter-Logarithmische Skala

Die Antwort liegt in einer nichtlinearen, logarithmischen Skala. Die Markierungen des Werkes sind am niederohmigen Ende dicht und werden mit steigendem Widerstand zunehmend lichter, sodass die Nadel das linke Skalenende erreicht, wenn der Widerstand gegen unendlich geht.

Bei einem Vollausschlag von 1 mA entspricht Halbausschlag 0,5 mA. Mit der 9-V-Versorgung und dem Reihenschalter beträgt der externe Prüfwiderstand für Halbausschlag 9 kΩ:

Entsprechend treten 1/4- und 3/4-Ausschlag bei 4,5 kΩ und 13,5 kΩ auf:

1/4-Ausschlag (0,25 mA):

3/4-Ausschlag (0,75 mA):

Die vollständige Skala lautet somit:

Eine wesentliche Einschränkung dieses Designs ist die Abhängigkeit von einer stabilen Batteriespannung. Entlädt sich die Batterie, driftet der Vollausschlag bei kurzgeschlossenen Spitzen, und der 9-kΩ-Mittelpunkt entspricht nicht mehr dem Halbausschlag. Zwar existieren Kompensationstechniken, sie bieten aber nur annähernde Korrekturen, und das Instrument bleibt für Präzisionsmessungen ungeeignet.

Zusätzlich darf ein Ohmmeter nur an spannungsfreien Kreisen verwendet werden. Jede externe Spannung an den Prüfspitzen stört die interne Batterie, verfälscht die Anzeige und kann das Messgerät beschädigen.

• Ohmmetern enthalten eine interne Spannungsquelle zur Bereitstellung des Messstroms.
• Die analoge Skala ist im Vergleich zu Volt- und Amperemetern invertiert: Nullwiderstand bei Vollausschlag, unendlicher Widerstand in Ruhelage.
• Analoge Ohmmetern nutzen eine logarithmische Skala, die bei niedrigem Widerstand expandiert und bei hohem komprimiert, um den gesamten Bereich abzudecken.
• Sie sind keine Präzisionsinstrumente aufgrund der Batterieabhängigkeit und Skalennichtlinearität.
• Nie ein Ohmmeter an einem unter Spannung stehenden Kreis verwenden; jede anliegende Spannung macht die Messung ungültig.

Weiterführende Arbeitsblätter

• Amperemeter zu Ohmmeter Arbeitsblatt
• Grundlegende Ohmmeter-Nutzung Arbeitsblatt