Stellen, Genauigkeit und Auflösung beim Digital-Multimeter

Anzahl der Stellen, Genauigkeit und Auflösung bei Digital-Multimetern

Seit der Einführung von Digital-Multimetern (DMM) haben Ziffern auf der Messanzeige die klassischen Zeiger früherer Analog-Geräte weitgehend verdrängt. Die Anzahl der Stellen oder auch Digit-Angabe ist immer ein wichtiger Bestandteil der Spezifikation des DMMs und wird daher oft sogar direkt auf der Front eines Handhelds oder eines Tischmultimeters angegeben (Abbildung 1 oben: Tisch-DMM mit Digit-Angabe auf der Oberseite der Frontplatte, rot eingekreist).

Die Anzeigestellen beziehen sich auf die Auflösung, die das DMM messen kann. Die Auflösung ist der Detaillierungsgrad, der auf einem DMM quantifizierbar ist. Je höher die Anzahl der DMM-Display-Stellen, desto höher ist die Auflösung des DMMs. Bei Handheld-DMM sind 3½ und 4½ Digits häufig anzutreffen. Tisch-DMM haben in der Regel Anzeigestellen von 5½, 6½, 7½ oder sogar 8½ Digits.

• Handheld-DMM werden normalerweise für einfache Fehlersuche in Service und Wartung verwendet - meistens Anwendungen, die keine hohe Messauflösung erfordern.
• Die meisten Tisch-Geräte haben eine Auflösung von 5½ oder 6½ Digits, die für viele Anwendungen eine gute Lösung darstellt.
• Tisch-Geräte mit 7½ und 8½ Digits werden als Hochleistungsinstrumente für sehr präzise Anwendungen und als Referenzstandards für Messlabore eingestuft.

Was bedeuten Digits und Auflösung bei einem DMM?

Die Abbildung 1 zeigt, dass das DMM 7½ Digits Auflösung hat. Warum ist es so wichtig, das halbe Digit zu verstehen und was bedeutet die Gesamtzahl der Digits? Die Digits-Angabe ist ein wichtiger Wert und wird bei den Spezifikationen eines DMM fast immer als erstes und wichtigstes genannt.

Die Tabelle 2 zeigt, wie die DMM-Digits der Auflösung entsprechen. Wenn Sie ein 3½-stelliges DMM haben, ist das halbe Digit das wichtigste.

Tabelle 2: DMM-Digits und entsprechender Auflösung.

Die halbe Ziffer kann nur eine 0 oder 1 sein. Ein 3½-stelliges DMM bietet also plus oder minus 2.000 Auflösungs-Schritte. Ein 4½-stelliges DMM bietet plus oder minus 20.000 Auflösungs-Schritte und so weiter. Die Anzahl der Digits entspricht direkt der Anzahl der Auflösungs-Schritte. Die Anzahl der Digits lässt sich direkt in Auflösungs-Schritte überführen. Sie stehen allerdings in keinem direkten Zusammenhang mit der Genauigkeit. Es ist ein weit verbreiteter Irrtum, dass Digits bzw. Auflösungs-Schritte mit der Genauigkeiten eines DMMs gleichzusetzen sind.

Wie hängen Genauigkeit und Auflösung bei DMM-Messungen zusammen?

Genauigkeit und Auflösung sind eine der Schlüsselspezifikationen, die Sie bei der Auswahl des richtigen DMM für Ihre Messungen berücksichtigen sollten. Abbildung 2 zeigt, welche Beziehung zwischen Genauigkeit und Auflösung auf einer Messskala besteht. Die Genauigkeit ist ein Maß dafür, wie gut diese Zahlen sind oder wie sehr man ihnen vertrauen kann. Die Auflösung ist der messbare Detaillierungsgrad oder die Anzahl der signifikanten Stellen auf einem DMM.

Abbildung 2: Genauigkeit und Auflösung auf einer Messskala

Betrachten wir Abbildung 3. Die letzte Ziffer des DMM-Displays ist die Zahl "8". Da wir uns im 1-V-Bereich befinden, entspricht dies 800 nV. Im 1-V-Bereich haben wir also eine Auflösung von 100 nV. Die Frage ist jedoch: Ist der Istwert wirklich 800 nV oder wie nah ist 800 nV am Istwert? Die Nähe von 800 nV zum Istwert ist das, was wir Genauigkeit nennen. Wir können sagen, dass ein 6½-Digit DMM bei der Genauigkeit nicht unbedingt besser oder schlechter ist als ein 5½-Digit DMM mit guter Genauigkeit, obwohl wir mehr Auflösung vom 6½-Digit DMM erhalten.

Abbildung 3: DMM-Display, letzte Stelle als feinste Auflösung

Wie beeinflusst die Messgeschwindigkeit die Auflösung?

Die Messgeschwindigkeit kann in dem Moment ein wichtiger Faktor für Sie sein, wenn Sie zum Beispiel in einem automatisierten Testsystem die Testzeit optimieren wollen. Die Geschwindigkeit hängt davon ab, wie schnell ein A/D-Wandler (Analog-zu-Digital-Wandler, ADC) Samples erfasst. Als Beispiel dient im Folgenden das Keysight Digital-Multimeter 34470A mit 7½-Digits. Im Idealfall wünscht man sich natürlich die höchstmögliche Auflösung und Messgeschwindigkeit, aber Abbildung 4 zeigt die Abhängigkeit und den dadurch erforderlichen Kompromiss zwischen Auflösung und Geschwindigkeit.

Die Auflösung nimmt mit zunehmender Messgeschwindigkeit ab. Ein Blick in das Datenblatt ihres DMMs hilft, um die Auflösung über alle Geschwindigkeiten hinweg zu bestimmen und festzustellen, ob die höchste erforderliche Geschwindigkeit des DMM Ihren Auflösungsanforderungen entspricht.

Abbildung 4: Beispiel für den Zusammenhang zwischen der Messgeschwindigkeit und der Auflösung des DMMs

Zusammenfassung

Ein Digital-Multimeter (DMM) mit 6½ Digits (häufig bei Tisch-DMM) hat zum Beispiel einen tatsächlichen Messbereich von ±199999999 oder 2.000.000.000 Auflösungen. Die ½ Ziffer bezieht sich auf die höchstwertige Ziffer, kann aber nur entweder eine 0 oder eine 1 sein. Die Genauigkeit ist die "Qualität" der Messungen, also zum Beispiel, wie nahe der Messwert am wahren Wert liegt. Die Auflösung hingegen ist der messbare Detaillierungsgrad oder die Anzahl der signifikanten Stellen auf einem Digitalmultimeter. Dabei hängen Genauigkeit und Auflösung zusammen: Die Auflösung nimmt mit zunehmender Messgeschwindigkeit ab.

Geräte-Beispiele: Keysight Truevolt Serie ▸34460A, ▸34461A, ▸34465A, ▸34470A.

Nach Unterlagen von Keysight Technologies.