Multimeter: Spannung, Strom und Widerstand messen

Ein Multimeter – auch Vielfachmessgerät genannt – vereint mehrere Messgeräte in einem Gehäuse: Voltmeter, Amperemeter und Ohmmeter. Statt drei Geräte mitzuschleppen, stellt man am Drehschalter die gewünschte Messgröße ein.

Die meisten Geräte im Einsatz sind heute Digitalmultimeter mit Ziffernanzeige. Analoge Geräte mit Zeiger gibt es noch, sie haben aber an Bedeutung verloren. Digital heißt: Das Gerät wandelt den Messwert in eine Zahl um und zeigt ihn auf dem Display an – ablesegenau und ohne Parallaxenfehler.

Die Bedienelemente

Vier Dinge muss man am Multimeter beherrschen:

• Display: zeigt Messwert, Einheit und Vorzeichen. Ein „OL“ oder „1.“ links bedeutet Überlauf – der Messbereich ist zu klein oder das Bauteil unterbrochen.
• Drehwahlschalter: wählt Messgröße und oft auch den Bereich. Hier stellst du ein, ob du Gleichspannung, Wechselspannung, Strom oder Widerstand misst.
• Buchsen: in die Buchsen werden die Messleitungen gesteckt. Ihre richtige Wahl ist sicherheitsrelevant.
• Messleitungen: rote Leitung an den Plus- bzw. Messpfad, schwarze an COM.

Die Buchsen sind der Punkt, an dem die meisten teuren Fehler passieren. Ein typisches Gerät hat drei oder vier davon:

Die schwarze Leitung bleibt fast immer in COM. Die rote wandert – je nachdem, ob du Spannung/Widerstand oder Strom misst. Genau dieses Umstecken wird später beim Strommessen zum kritischen Punkt.

Auto-Range und manuelle Bereichswahl

Viele Geräte stellen den Messbereich selbst ein – das nennt man Auto-Range. Man wählt nur die Messgröße, das Gerät sucht den passenden Bereich. Bequem, aber etwas träge. Bei der manuellen Bereichswahl gibt man den Bereich selbst vor (z. B. „bis 20 V“). Das ist schneller und bei schwankenden Werten ruhiger abzulesen. Faustregel bei manueller Wahl: den nächstgrößeren Bereich über dem erwarteten Wert nehmen.

True-RMS

Bei Wechselgrößen gibt es einfache Geräte und solche mit True-RMS (echter Effektivwert). Einfache Geräte rechnen aus einem gemessenen Mittelwert auf den Effektivwert hoch und setzen dabei eine saubere Sinusform voraus. Sobald die Kurvenform verzerrt ist – etwa hinter einem Frequenzumrichter oder Dimmer – zeigt ein einfaches Gerät falsche Werte. Ein True-RMS-Gerät misst den tatsächlichen Effektivwert unabhängig von der Kurvenform.

Schematischer Aufbau

Messkategorien (CAT)

Auf jedem ordentlichen Multimeter steht eine CAT-Kategorie – CAT II, CAT III oder CAT IV – zusammen mit einer Spannungsangabe. Diese Kategorie sagt, in welchem Teil der elektrischen Anlage das Gerät sicher eingesetzt werden darf. Hintergrund sind kurzzeitige Überspannungen (Transienten), die näher am Netzanschluss höher ausfallen als am einzelnen Verbraucher.

Grob: CAT II für Geräte an der Steckdose, CAT III für die feste Installation und Verteiler, CAT IV für den Bereich vor dem Hauptverteiler und am Hausanschluss.

Spannung ist die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten. Sie liegt immer über einem Bauteil an – zwischen seinen beiden Anschlüssen. Genau deshalb wird das Voltmeter parallel zum Bauteil angeschlossen: Es greift die beiden Punkte ab, zwischen denen die Spannung herrscht.

parallel = die beiden Messleitungen an die zwei Anschlüsse des Bauteils, ohne den Stromkreis aufzutrennen

Man muss also nichts auftrennen, nichts einschleifen. Die rote Leitung in die VΩ-Buchse, die schwarze in COM, beide an die Messpunkte – fertig.

Warum der Innenwiderstand hoch sein muss

Ein gutes Voltmeter hat einen sehr hohen Innenwiderstand (typisch im Megaohm-Bereich). Der Grund: Das parallel geschaltete Gerät bildet einen zusätzlichen Strompfad neben dem Bauteil. Würde durch dieses Gerät nennenswert Strom fließen, verändert es die Verhältnisse im Stromkreis und verfälscht die Messung. Je höher der Innenwiderstand, desto weniger Strom zweigt das Gerät ab, desto weniger stört es. Entscheidend ist dabei das Verhältnis von Innenwiderstand zu Messstellenwiderstand: Erst wenn der Innenwiderstand sehr viel größer ist als der Widerstand der Messstelle, bleibt der Fehler klein (die genaue mathematische Berechnung dieses Einflusses folgt in Kapitel 5). Idealerweise würde gar kein Strom durch das Voltmeter fließen.

Gleich- oder Wechselspannung

Am Drehschalter wird zwischen Gleichspannung (V⎓ oder DC) und Wechselspannung (V~ oder AC) gewählt. Falscher Modus heißt falscher oder gar kein sinnvoller Wert. Bei Gleichspannung spielt zusätzlich die Polarität eine Rolle: Liegt die rote Leitung am Minuspol, zeigt das Display ein Minuszeichen. Das ist kein Fehler, sondern nur die Information, dass die Leitungen vertauscht sind – bei Digitalgeräten ungefährlich.

Bereichswahl und Vorgehen

Bei Auto-Range genügt die Messgröße. Bei manueller Wahl den nächstgrößeren Bereich über dem Erwartungswert nehmen – für eine 230-V-Steckdose also den 600-V- oder 750-V-Bereich.

Bevor man Leitungen berührt oder anlegt, gilt: An Anlagen, von denen eine Gefahr ausgehen kann, ist vor jedem Eingriff die Spannungsfreiheit festzustellen – oder, wenn unter Spannung gemessen werden muss, ist mit der gebotenen Vorsicht und passender Schutzausrüstung zu arbeiten. Die Spannungsmessung selbst ist häufig sogar das Mittel, um Spannungsfreiheit nachzuweisen; dann muss das Gerät vorher an einer bekannten Spannungsquelle auf Funktion geprüft worden sein.

Anschluss-Schaltbild

Strom ist der Fluss der Ladung durch einen Leiter. Um ihn zu messen, muss das Gerät selbst Teil dieses Flusses werden – der gesamte zu messende Strom muss durch das Amperemeter hindurch. Deshalb wird das Amperemeter in Reihe in den Stromkreis eingeschleift: Man trennt den Kreis an einer Stelle auf und setzt das Gerät dazwischen.

in Reihe = Stromkreis auftrennen, Amperemeter in die Lücke setzen, sodass der ganze Strom hindurchfließt

Warum der Innenwiderstand klein sein muss

Anders als beim Voltmeter muss das Amperemeter einen sehr kleinen Innenwiderstand haben. Es liegt ja im Strompfad – jeder Widerstand an dieser Stelle würde den Strom bremsen und damit genau die Größe verändern, die man messen will. Idealerweise wäre das Amperemeter ein widerstandsloser Durchgang.

Daraus folgt unmittelbar der gefährlichste Bedienfehler überhaupt.

Der gefährlichste Fehler

Wer das Multimeter im Strombereich (rote Leitung in mA oder 10A) parallel an eine Spannungsquelle hält – so wie man es bei der Spannungsmessung tut – legt einen nahezu widerstandslosen Pfad direkt über die Quelle. Das ist ein Kurzschluss. Bei der Steckdose fließt ein gewaltiger Strom, im günstigen Fall löst die geräteinterne Sicherung aus, im ungünstigen entsteht ein Lichtbogen mit Verbrennungs- und Explosionsgefahr.

Die Konsequenz für die Praxis:

• Nach jeder Strommessung die rote Leitung sofort zurück in die VΩ-Buchse stecken.
• Niemals im Strombereich an eine Spannung gehen.
• Den 10A-Pfad nur für kurze Zeiten und im angegebenen Rahmen belasten.

Bevor der Stromkreis aufgetrennt wird: Zum Einschleifen muss eine Leitung geöffnet werden. Das darf nur am spannungsfreien Kreis geschehen. Also vorher abschalten, gegen Wiedereinschalten sichern und die Spannungsfreiheit feststellen, dann das Amperemeter einsetzen, danach erst wieder einschalten. Ein unter Spannung aufgetrennter Kreis ist eine direkte Gefahrenquelle.

Anschluss-Schaltbild

Die Schaltzeichen folgen der ÖNORM EN 60617.

Berührungslose Alternative

Beim Widerstandmessen arbeitet das Gerät grundlegend anders. Das Multimeter ist jetzt keine passive Anzeige, sondern eine kleine Quelle: Es schickt einen genau bekannten Prüfstrom durch das Bauteil und misst die Spannung, die sich einstellt. Aus beidem berechnet es nach dem Ohmschen Gesetz den Widerstand und zeigt ihn an.

Aus diesem Messprinzip folgen zwei eiserne Regeln.

Regel 1: Nur am spannungsfreien Bauteil

Das Gerät erwartet, dass die Spannung ausschließlich von seinem eigenen Prüfstrom stammt. Liegt am Bauteil noch eine Fremdspannung an, verfälscht sie den Wert sofort – und eine höhere Fremdspannung kann den empfindlichen Ohm-Eingang zerstören. Widerstand misst man daher grundsätzlich nur am abgeschalteten, spannungsfreien Objekt.

In der Praxis in Österreich ist das Herstellen und Sicherstellen der Spannungsfreiheit bei Arbeiten an elektrischen Anlagen über die 5 Sicherheitsregeln (nach ÖNORM EN 50110-1) geregelt. Sie geben die Reihenfolge vor, in der ein Anlagenteil sicher freigeschaltet wird:

1. Freischalten
2. Gegen Wiedereinschalten sichern
3. Spannungsfreiheit feststellen
4. Erden und kurzschließen (wo gefordert)
5. Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken

Erst wenn der Anlagenteil nach diesen Regeln zuverlässig spannungsfrei ist, darf eine Widerstandsmessung daran stattfinden.

Regel 2: Parallelpfade beachten

Sitzt das Bauteil noch in einer Schaltung, fließt der Prüfstrom nicht nur durch das Bauteil selbst, sondern auch über parallel liegende Wege. Gemessen wird dann der Gesamtwiderstand aller parallelen Pfade, nicht der des einzelnen Bauteils. Für eine saubere Messung muss das Bauteil mindestens einseitig aus der Schaltung gelöst werden.

Durchgangsprüfung

Viele Geräte haben eine Durchgangsprüfung mit Summer. Unterschreitet der Widerstand einen kleinen Schwellwert, ertönt ein Ton – praktisch, um schnell zu prüfen, ob eine Leitung durchgängig oder ein Schalter geschlossen ist, ohne das Display zu beobachten. Im Grunde ist das eine Widerstandsmessung mit akustischer Schwelle und unterliegt denselben Regeln: nur spannungsfrei.

Ein „OL“ oder „1.“ im Ohm-Bereich bedeutet: kein Durchgang, der Widerstand ist größer als der Messbereich – die Verbindung ist offen oder unterbrochen.

Abgrenzung zur Isolationsmessung

Das gewöhnliche Ohmmeter misst mit kleiner Prüfspannung niedrige bis mittlere Widerstände. Die Prüfung sehr hoher Isolationswiderstände – etwa zwischen Leiter und Schutzleiter – verlangt eine eigene Messung mit hoher Prüfspannung und ist ein gesondertes Verfahren.

Jedes Messgerät verändert den Stromkreis, sobald es angeschlossen wird. Bei sauber dimensionierten Geräten ist diese Veränderung winzig – aber sie ist nie ganz null. Den dadurch entstehenden Fehler nennt man Belastungsfehler oder Schaltungseinfluss. Er hat bei Spannungs- und Strommessung jeweils eine eigene Ursache.

Belastungsfehler bei der Spannungsmessung

Das Voltmeter liegt parallel zum Bauteil und zweigt über seinen Innenwiderstand R_V einen kleinen Strom ab. Der Innenwiderstand des Voltmeters wirkt parallel zum gemessenen Widerstand R. Dadurch sinkt die tatsächlich anliegende Spannung gegenüber dem unbelasteten Zustand. Der relative Fehler wird umso größer, je näher R_V an R liegt – also besonders an hochohmigen Messstellen.

Das Minuszeichen drückt aus, dass die gemessene Spannung kleiner ist als die wahre. Ist R_V sehr viel größer als R, geht der Fehler gegen null – deshalb der hohe Innenwiderstand.

Belastungsfehler bei der Strommessung

Spiegelbildlich beim Amperemeter: Es liegt mit seinem Innenwiderstand R_A in Reihe und erhöht den Gesamtwiderstand des Kreises. Dadurch fließt ein kleinerer Strom als ohne Gerät. Der relative Fehler wächst, je näher R_A an den Lastwiderstand R kommt – also besonders an niederohmigen Messstellen.

Auch hier zeigt das Minuszeichen, dass der gemessene Strom kleiner als der wahre ist. Ist R_A sehr viel kleiner als R, verschwindet der Fehler – daher der kleine Innenwiderstand.

Eigensicherheit beim Messen

Neben dem Messfehler steht die eigene Sicherheit. Die wichtigsten Punkte:

• CAT-Kategorie passend wählen: Das Gerät muss zur Messstelle passen (siehe Kapitel 1). An Verteilern und in der festen Installation gehört ein CAT-III- oder CAT-IV-Gerät, nicht ein einfaches CAT-II-Gerät.
• Messleitungen prüfen: Vor der Messung Leitungen und Prüfspitzen auf Beschädigung, blanke Stellen und festen Sitz kontrollieren. Beschädigte Leitungen sind eine direkte Gefahrenquelle.
• Funktionsnachweis: Vor und nach dem Feststellen der Spannungsfreiheit das Gerät an einer bekannten Spannung prüfen, damit man einem „0 V“ auch trauen kann.
• Reihenfolge beim Anschließen: Erst die schwarze Leitung an den Bezugspunkt, dann die rote an den Messpunkt; beim Trennen umgekehrt.

Typische Bedienfehler im Überblick