Digitalvoltmeter – DVM
Digitalvoltmeter, auch als DVM bekannt, sind Geräte zur Messung von Spannungswerten in elektrischen Schaltungen. Sie verwenden digitale Anzeigen für AC- und DC-Spannungswerte und basieren auf diskreten Zahlen anstelle von Zeigerausschlägen, wie es bei analogen Voltmetern der Fall ist. Ihre Präzision und leichte Ablesbarkeit machen sie zu einer bevorzugten Wahl im Vergleich zu analogen Voltmetern.
Funktionsweise des Digitalvoltmeters
Das Herzstück eines Digitalvoltmeters ist ein spezieller Analog-Digital-Wandler, der als integrierender Wandler bezeichnet wird. Ein integrierender ADC (Analog-Digital-Wandler) wandelt eine unbekannte Eingangsspannung durch den Einsatz eines Integrators in eine digitale Darstellung um. In seiner grundlegenden Ausführung, dem Dual-Slope-Konverter, wird die unbekannte Eingangsspannung auf den Eingang des Integrators gelegt und für einen festgelegten Zeitraum (die Aufstiegszeit) rampenförmig erhöht. Anschließend wird eine bekannte Referenzspannung entgegengesetzter Polarität auf den Integrator gelegt und so lange erhöht, bis der Ausgang des Integrators wieder auf null zurückkehrt (die Abstiegszeit). Die Eingangsspannung wird als Funktion der Referenzspannung, der konstanten Aufstiegszeit und der gemessenen Abstiegszeit berechnet. Die Messung der Abstiegszeit erfolgt in Einheiten des Wandlertakts, wodurch längere Integrationszeiten eine höhere Auflösung ermöglichen. Wandler dieses Typs (oder Variationen des Konzepts) werden in den meisten Digitalvoltmetern wegen ihrer Linearität und Flexibilität verwendet.
Andere Typen von Voltmetern
Neben dem Digitalvoltmeter gibt es noch andere Voltmeter-Typen, wie z.B.:
Permanentmagnet-Moving-Coil-Voltmeter (PMMCM)
Moving Iron Voltmeter
Elektrodynamometer
Gleichrichter-Typ-Voltmeter
Induktionstyp-Voltmeter
Elektrostatisches Voltmeter
Symbolik und Schaltbild
In Schaltplänen wird ein Voltmeter durch den Buchstaben V in einem Kreis dargestellt, wobei zwei Linien die beiden Messpunkte repräsentieren.
Hydraulische Analogie zum Verständnis von Voltmetern
Die hydraulische Analogie ist ein häufig verwendetes Modell, um die Funktionsweise elektrischer Schaltungen zu veranschaulichen. Dabei werden verschiedene elektronische Komponenten durch hydraulische Äquivalente dargestellt. Die Beziehung zwischen Spannung und Strom wird in ohmschen Geräten, wie Widerständen, durch das Ohmsche Gesetz definiert. Dieses ist analog zur Hagen-Poiseuille-Gleichung, da beide lineare Modelle sind, die Fluss und Potenzial in ihren jeweiligen Systemen in Beziehung setzen. In dieser Analogie entspricht die Spannung dem Druckunterschied, der Wasser durch einen Schlauch treibt, und wird in Volt (V) gemessen.
Fazit
Digitalvoltmeter sind ein unverzichtbares Werkzeug in der Elektrotechnik, das Genauigkeit und einfache Ablesbarkeit bietet. Ihre Funktionsweise basiert auf fortschrittlichen Analog-Digital-Wandlern, die eine präzise Umwandlung von analogen Spannungswerten in digitale Zahlen ermöglichen. Mit der hydraulischen Analogie kann das Konzept der Spannungsmessung auch für Laien greifbar gemacht werden.
