Frequenzmessung mit Multimeter

Mit einem guten Multimeter lassen sich neben den klassischen Messgrößen wie Spannung, Stromstärke und Widerstand auch weitere Parameter in elektrischen Schaltungen bestimmen. Die Geräte können etwa als Frequenzzähler eingesetzt werden, um bei Wechselstrom und Wechselspannung Frequenzen messen zu können.

Was ist eine Frequenzmessung?

Mit dem Begriff Frequenz wird die Rate des Auftretens eines zyklischen oder periodischen Ereignisses bezeichnet. Bei der Frequenzmessung wird die Anzahl der Schwingungsperioden (Impulse) während eines definierten Zeitraumes gezählt. Es geht also darum, wie oft ein Signal im definierten Zeitraum um einen Mittelwert schwingt. Dabei setzt sich eine komplette Schwingung stets aus einer positiven und einer negativen Halbwelle zusammen. Die komplette Schwingung wird auch als Periode bezeichnet.

Die Periodendauer mit dem Einheitenzeichen Τ wird in Sekunden angegeben.
Die Frequenz wird in der Einheit Hertz (Hz) angegeben.
Die Frequenz mit dem Einheitenzeichen f gibt die Anzahl der Perioden an, die während der Periodendauer durchlaufen werden.

Bei einer Periodendauer von T = 1s ergibt sich genau eine Periode in einer Sekunde.

Die Frequenz ist somit der Kehrwert der Periodendauer.
Es gilt: Die Frequenz ist umso größer, je kleiner die Periodendauer ist.

Die Frequenz beträgt f = 1/T = 1/s = 1 Hz

Wo kommt die Frequenzmessung zum Einsatz?

Die Frequenzmessung ist im Bereich der Elektronik in erster Linie im Zusammenhang mit Wechselstrom und Wechselspannung interessant.

Als Wechselstrom wird elektrischer Strom bezeichnet, der seine Polarität in regelmäßiger Wiederholung ändert.
Als Wechselspannung wird elektrische Spannung bezeichnet, deren Polarität sich in regelmäßiger Wiederholung ändert.

Grundsätzlich gibt es verschiedene Arten von Wechselstrom und Wechselspannung, bei denen sich positive und negative Augenblickswerte während der Periode so ergänzen, dass der Wert im zeitlichen Mittel stets null ist. Die Kurvenform ist dabei unerheblich und nicht immer dem bekannten Sinusverlauf folgen.

In der Elektrotechnik werden aber hauptsächlich Wechselspannungen mit sinusförmigem Verlauf verwendet. Daher wird auch die weltweite elektrische Energieversorgung am häufigsten mit sinusförmigem Wechselstrom vorgenommen.

Die allermeisten Regionen haben sich bei der Wechselstromversorgung auf eine durchschnittliche Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz geeinigt. Während in Europa üblicherweise 50 Hertz gelten, haben die Stromnetze in Nordamerika meist eine Frequenz von 60 Hertz.

Waveforms of (230 volt 50 Hz) and (110 V 60 Hz) as a function of time.
Author: Pieter Kuiper via Wikimedia Commons (CC)

Netzspannung in Deutschland: Spannung 230 Volt / 50 Hertz
Netzspannung USA: Spannung 120 Volt / 60 Hertz

Die Netzfrequenz von 50 Hz ergibt das 50 positive Halbwellen und 50 negative Halbwellen pro Periode auftreten. Die Spannung wechselt also 100 Mal pro Sekunde die Polung.

Frequenzmessung: Beispiel

Da elektrische Geräte jeweils für eine bestimmte feste oder variable Frequenz der Stromspannung konzipiert sind, kann deren Funktion negativ beeinflusst werden, wenn die vorgesehenen Frequenzen nicht eingehalten werden.

Ein Wechselstrommotor, der für den Betrieb bei 230 V / 50 Hz konzipiert ist, ändert sein Betriebsverhalten bei veränderter Frequenz. Er läuft bei einer Frequenz von unter 50 Hz langsamer und bei einer Frequenz von mehr als 50 Hz schneller. Die Änderung der Frequenz führt hier zu einer proportionalen Änderung der Drehzahl des Motors. Eine um 10 Prozent niedrigere Frequenz führt somit zu einer um 10 Prozent niedrigeren Motordrehzahl, während eine um 10 Prozent höhere Frequenz zu einer um 10 Prozent höhere Drehzahl führt.

Mit einem Multimeter lässt sich die Frequenz von Wechselspannungssignalen messen, um auf diese Weise im Rahmen der Fehlerbehebung bei elektrischen und elektronischen Geräten die Frequenz exakt bestimmen zu können.

Zu beachten ist: Störsignale wie Oberschwingungen durch Frequenzumrichter können in manchen Schaltkreisen eine genaue Frequenzmessung erschweren. Hier wird dann eher ein professionelles Oszilloskop benötigt, das mit Störsignalen besser zurecht kommt. Mehr dazu ist auch unter Multimeter oder Oszilloskop zu lesen.

Anleitung: Frequenz messen mit Multimeter

Eine Frequenzmessung mit Multimeter kann nur mit einem entsprechend ausgestatteten Gerät durchgeführt werden.

Dies ist je nach Gerätetyp wie folgt zu erkennen:

a) Die Frequenzeinstellung (Hz-Symbol) kann über den Drehschalter ausgewählt werden.
b) Die Frequenzeinstellung (Hz-Symbol) kann über eine separate Taste ausgewählt werden.

Welche Multimeter Funktionen sind bei der Frequenzmessung hilfreich?

Um das Frequenz messen mit Multimetern einfach und komfortabel zu gestalten, sind folgende optionale Funktionen hilfreich:

Automatische Bereichswahl

Die automatische Bereichswahl sorgt dafür, dass sich das Messgerät automatisch auf den Frequenzmessbereich einstellt. Sollte die Frequenz außerhalb des Frequenzmessbereiches liegen, können keine korrekten Messergebnisse ermittelt werden. Üblicherweise lieg der Frequenzmessbereich bei Multimetern je nach Qualität des Geräts zwischen 0.01 Hz bis 100 MHz. Der exakte Frequenzmessbereich der einzelnen Modelle kann der jeweiligen Betriebsanleitung entnommen werden.

MAX/MIN-Aufzeichnungsmodus

Der MAX/MIN-Aufzeichnungsmodus ermöglicht ein automatisches Aufzeichnen der Messergebnisse über einen festgelegten Zeitraum. Die Messergebnisse können anschließend nochmals angezeigt und detailliert ausgewertet werden.