Mini-Voltmeter

Ein Mini-Voltmeter ist eine kleine Digitalanzeige, auf deren Rückseite sich eine Platine mit der Schaltung eines elektronischen Messgeräts befindet. Oft fehlt ein Gehäuse und die Platine und Bauteile sind sichtbar. Drei Leitungen sind an der Platine verlötet. Der messbare Spannungsbereich liegt zwischen 0 und 30 Volt Gleichspannung. Zum Betrieb ist eine eigene Spannungsquelle empfehlenswert.

Es gibt auch Mini-Voltmeter, die nur zwei Leitungen haben und größere Spannungsbereiche messen können. Die sind aber nur zum Betrieb an Netzteilen und Ladeschaltungen sinnvoll.

Wenn ein Mini-Voltmeter als Messgerät verwendet werden soll, dann braucht man eines mit 3 Leitungen, wovon zwei für eine eigene Stromversorgung gedacht sind und die dritte Leitung als Messleitung gegen Masse (Ground, GND) dient.

Praxis-Tipp: Um die offenen Kabel sicher mit einem Steckbrett zu verbinden, sind Klemmleisten zu empfehlen.

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Aufgrund der beschränkten technischen Parameter sind manche Messungen mit einem Mini-Voltmeter wenig sinnvoll und das Ergebnis sogar unbrauchbar. Doch diese Probleme hat man auch mit jedem billigen Messgerät. Nur sieht man diese Probleme den Messwerten nicht an. Da muss man schon ein bisschen Erfahrung haben.

Da es verschiedene Typen von Mini-Voltmeter gibt, unterscheiden sie sich auch in ihrer Leistungsfähigkeit. Generell muss man den vergleichsweise kleinen Innenwiderstand und die geringe Genauigkeit und geringe Messgeschwindigkeit berücksichtigen.

• Innenwiderstand: Von einem Spannungsmesser erwartet man einen möglichst hohen Innenwiderstand. Den hat ein Mini-Voltmeter leider nicht. Ein Problem ist das aber nur dann, wenn man eine Spannung an einem großen Widerstand messen will (über 50 kOhm). Dann ist der Einfluss auf das Messergebnis zu groß. Die gemessene Spannung ist dann zu klein und der angezeigte Messwert verfälscht.
• Genauigkeit: Mit 1 bis 3 % Genauigkeit kann man manche Mini-Voltmeter als Schätzkeulen ansehen. Allerdings gibt es analoge Zeigerinstrumente, die nicht sehr viel genauer sind und bei denen die Messwertaufnahme durch Ablesefehler zusätzlich verfälscht werden kann.
• Geschwindigkeit: Eine Messwertänderung wird erst mit einer kurzen Verzögerung angezeigt. Für einzelne Messungen ohne Dynamik in den physikalischen Werten ist das keine große Einschränkung. Wenn der Messwert im Sekundentakt pendelt, dann zeigt ein Mini-Voltmeter natürlich große oder unregelmäßige Sprünge an.

Natürlich kann man behaupten, dass Mini-Voltmeter „billiger China-Schrott“ ist. Doch langsam, die haben auch Vorteile und sinnvolle Anwendungsbereiche.

Auch wenn ein Mini-Voltmeter beschränkte, technische Parameter hat, kann es trotzdem sinnvolle Anwendungsmöglichkeiten haben, wenn die Einschränkungen berücksichtigt werden.

• Messen lernen: Ja richtig, mit einem Mini-Voltmeter kann man ziemlich viele falsche bzw. verfälschte Messwerte erzeugen. Das liegt in der Natur der Sache, wenn der Innenwiderstand zu hoch und die Genauigkeit zu gering ist. Zum „Messen lernen“ sind dieses Mini-Voltmeter gerade deshalb sehr gut geeignet, weil man es dann zu schätzen weiß, wenn man mit einem besseren und genaueren Messgerät arbeiten kann.
• Einfache Bedienung: Wer mag einem Anfänger ein High-Tech-Messgerät in die Hand geben? Niemand. Viel zu groß ist die Gefahr, dass wegen unsachgemäßer Handhabung das Messgerät hinterher defekt ist. Außerdem sind auch günstige Vielfach-Messgeräte unter Umständen viel zu kompliziert. Bei einem Mini-Voltmeter kann man von der Bedienung her nicht so viel falsch machen.
• Geringer Platzbedarf: Messgeräte sind meistens groß und brauchen viel Platz. Sie machen den Aufbau unübersichtlich und die Messleitungen sind immer zu lang und liegen im Weg. Außerdem macht das Anbringen der Messspitzen in einem Steckbrett-Aufbau regelmäßig Schwierigkeiten. Ein Mini-Voltmeter ist insbesondere beim Aufbau einer Schaltung auf einem Steckbrett vorteilhaft, weil es nicht so viel Platz braucht. Die offenen Kabelenden lassen sich mit Klemmleisten sicher mit dem Steckbrett verbinden.
• Elektronik-Experimente: Wenn man mit Elektronik experimentiert, dann hat man häufig den Bedarf, eine Spannung in einer Schaltung zu messen bzw. anzeigen zu lassen. Dann wird man ein oder mehrere Mini-Voltmeter zu schätzen wissen.
  Eines kann man zum Beispiel zum Messen der Betriebsspannung verwenden. Eine zu kleine Betriebsspannung kann dazu führen, dass eine Schaltung nicht funktioniert, obwohl sie richtig aufgebaut ist. Ein zweites verwendet man im Eingangsbereich und ein drittes im Ausgangsbereich einer Schaltung. Manchmal muss man die Spannung an einem bestimmten Punkt in einer Schaltung wissen, um die richtige Funktion beurteilen zu können. Eine leuchtende oder auch nicht-leuchtende Leuchtdiode ist meist nicht sehr aussagekräftig, was die Funktion einer Schaltung angeht.

Für das Elektronik-Set Advanced Edition haben wir Mini-Voltmeter vorgesehen, die folgende technische Parameter aufweisen:

• Betriebsspannung: 4,0 bis 30,0 V
• Stromverbrauch: < 20 mA
• Messbereich: 0,0 bis 30,0 V (DC)
• Genauigkeit: 1 bis 3 %
• Innenwiderstand: ca. 100 bis 120 kOhm

Betriebsspannung und Stromverbrauch

Das Messinstrument (Schaltung mit Anzeige) braucht eine eigene Energieversorgung. Die Betriebsspannung darf zwischen 4,0 und 30,0 Volt liegen. Allerdings wird eine Betriebsspannung zwischen 5,0 und 12,0 Volt empfohlen.
Der Stromverbrauch liegt unter 20 Milliampere.

Messbereich

Typische Digitalmultimeter können neben anderen elektrischen Größen auch Gleichspannungen (DC) und Wechselspannungen (AC) bis über 1.000 Volt messen. Ein Mini-Voltmeter kann dagegen nur Gleichspannungen (DC) bis 30 oder vielleicht auch 100 Volt messen. Für einfache experimentelle Schaltung reicht das vollkommen aus. Die Schaltungen in diesem Elektronik-Guide arbeiten mit einer Gleichspannung von maximal 9 Volt. Im Gegensatz zu einem Digitalmultimeter müssen wir am Mini-Voltmeter nichts einstellen (Spannungsart, Messbereich und Polarität).

Genauigkeit

Die Angabe zur Genauigkeit, Unsicherheit oder Abweichung durch das Messgerät selber, im englischen Accuracy genannt, legt die maximal zu erwartende Abweichung eines Messwerts vom wahren Wert der zu messenden physikalischen Größe fest.

Ein Digitalmultimeter im oberen zweistelligen Preisbereich hat bei Gleichspannungsmessungen eine Genauigkeit von 0,5 % (beispielhaft), was für fast alle Messungen mehr als ausreichend ist. Die Genauigkeit eines Mini-Voltmeters ist mit 1 bis 3 % vergleichsweise hoch. Professionelle Messungen sind damit definitiv ausgeschlossen.
Manche Messwerte lassen sich mit diesen Mini-Voltmeter nicht sinnvoll messen. Für die meisten Messungen ist die Genauigkeit von 1 bis 3 % jedoch ausreichend.

Innenwiderstand

Ein Messgerät ist vom Prinzip her eine elektronische Schaltung, die Strom verbraucht. Stark vereinfacht kann man ein Messgerät als Widerstand sehen, an dem eine Spannung abfällt und durch den ein Strom fließt. Jedes Messgerät hat einen Widerstand, den man als Innenwiderstand bezeichnet. Bei einem Spannungsmesser sollte er möglichst hochohmig sein, damit der Einfluss auf die Schaltung oder das zu messende Bauteil möglichst gering ist. Manche einfachen Messgeräte haben einen Innenwiderstand der für manche Messungen zu klein ist.

Ob der Innenwiderstand eines Messgeräts ein Problem darstellt, dazu muss immer das Umfeld in der Schaltung bei der Messung betrachtet werden. Beim Messen an großen Widerständen oder in Schaltungen mit großen Widerstandswerten kann ein zu klein Innenwiderstand des Messgeräts ein Problem sein. Er beeinflusst nicht nur den Messwert, sondern auch die Funktionsweise der Schaltung, wodurch Fehlfunktionen ausgelöst werden können. Deshalb ist höchste Vorsicht geboten, beim Messen in Schaltungen in Produktivumgebungen.

Der Innenwiderstand eines Messgeräts ist in der Anleitung oder im Datenblatt des Messgeräts dokumentiert. Bei einem unbekannten Innenwiderstand, sollte man von einem nicht allzu hohen Innenwiderstand ausgehen. Man kann ihn auch nicht messen, sondern höchstens näherungsweise durch Vergleichen ermitteln.

Ein Mini-Voltmeter ist eine kleine Digitalanzeige auf einer Platine, auf der sich die Schaltung eines elektronischen Messgeräts befindet. Oft fehlt ein Gehäuse und die Platine und Bauteile sind auf der Hinterseite sichtbar. Zwei oder drei Leitungen sind an der Platine verlötet. Der messbare Spannungsbereich ist vom Typ abhängig. Diese Mini-Voltmeter sind zum Betrieb an Spannungsquellen, wie Netzteile und Ladeschaltungen gedacht. Als typische Messgeräte sind sie nicht konzipiert.

Wenn ein Mini-Voltmeter über drei Anschlussleitungen verfügt, dann kann man es trotzdem als einfaches Messinstrument verwenden. Dann werden zwei Leitungen für die Betriebsspannung von einer separaten Spannungsquelle verwendet. Die dritte Leitung dient zum Messen einer Spannung bezogen auf 0 Volt bzw. Ground (GND).

Es empfiehlt sich für das Mini-Voltmeter eine eigene Spannungsquelle zu verwenden, und nicht die Spannungsquelle der Schaltung, in der gemessen wird. Wichtig ist dabei, dass der Ground (GND) beider Spannungsquellen miteinander verbunden werden muss.

• Steckbrett 1
• Steckbrett 2
• 5 Verbindungskabel
• mehrere Klemmleisten
• 3 Mini-Voltmeter
• Batterie-Adapter 1
• Batterie-Adapter 2

Empfehlung: Kleiner Kreuzschlitz- oder mittlerer Flachschlitz-Schraubendreher für die Klemmleisten.

1. Stecke die Klemmleisten wie auf dem Bild gekennzeichnet auf das Steckbrett.
2. Nehme die Mini-Voltmeter und schraube die roten und schwarzen Adern für die Stromversorgung in den farblich dazu passenden Klemmleisten fest. Der Aufbau sieht vor, dass jeweils alle roten und alle schwarzen Adern Kontakt haben.
3. Schraube die 3. Ader (blau, weiß oder gelb) in der blauen Klemmleiste fest. Das sind die Messleitungen. Der Aufbau sieht vor, dass die Adern in der blauen Klemmleiste keinen Kontakt zusammen haben.
4. Klemme die Adern der Batterie- oder Netzteil-Adapter in die grünen Klemmleisten.
5. Verbinde die rechte grüne Klemmleiste mit je einem roten und schwarzen Verbindungskabel auf dem Steckbrett mit der Steckreihe, in der die rote bzw. schwarze Klemmleiste eingesteckt ist.
6. Wichtig: Verbinde die GND-Reihe der Steckbretter bzw. Schaltungen miteinander.

Mini-Voltmeter gibt es in unterschiedlichen Bauweisen, die sich auf den ersten Blick nicht groß unterscheiden. Bei genauerer Betrachtung bemerkt man einen wichtigen Unterschied. Beispielsweise gibt es welche, die auf der Platinenunterseite eine Möglichkeit der Kalibrierung mittels einer Schraube vorsehen.
Im Prinzip muss jedes Messgerät kalibriert werden. In der Regel erfolgt das anhand einer vergleichenden Messung mit einem Referenzgerät.

Da man ein kalibriertes Messgerät als Referenz nicht voraussetzen kann, bedarf es einer anderen Lösung. Für die Kalibrierung können wir auch eine Schaltung oder ein Bauteil verwenden, das eine Referenzgröße erzeugen kann. Dafür eignet sich ein Festspannungsregler vom Typ 7805, der eine feste Gleichspannung von 5 Volt erzeugt, die uns als Referenzwert dient.

Hinweis: Die Grundschaltung eines Festspannungsreglers vom Typ 7805 sieht auf der Eingangs- und Ausgangsseite jeweils einen Kondensator vor. In diesem Fall können wir darauf verzichten, weil der Regler durch das Voltmeter kaum belastet wird. Der Regler wird auch ohne diese Kondensatoren stabil 5,00 Volt liefern.

1. Verbinde das Mini-Voltmeter mit einer 9-Volt-Batterie (Rot = Plus und Schwarz = Minus).
2. Verbinde die Eingangsseite des Spannungsregler IN (linker Anschluss) und GND (mittlerer Anschluss) mit Plus (+) und Minus (-) der 9-Volt-Batterie.
3. Verbinde die Messleitung des Voltmeters (Gelb, Weiß oder Blau) mit der Ausgangsseite des Spannungsreglers OUT (rechter Anschluss).
4. Das Voltmeter sollte „5.00“ anzeigen. Wenn nicht, dann drehe die Kalibrierungsschraube auf der Rückseite des Multimeters mit einem kleinen Schraubendreher hin und her, bis es „5.00“ angezeigt.

Bleibt der angezeigte Wert stabil auf „5.00“ stehen, dann ist das Mini-Voltmeter ganz genau kalibriert. Wenn sich das Mini-Voltmeter nicht ganz exakt einstellen lässt, dann kann man mit einer geringen Abweichung von 0,01 oder 0,02 nach oben, wie auch nach unten leben. Ein Wert von „5.02“ ist hinreichend genau.