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Die Stromzange als Alternative zum Multimeter

Mithilfe einer Stromzange, auch Zangenamperemeter genannt, können Sie die elektrische Stromstärke eines Leiters ermitteln. Eine solche Strommessung ist natürlich vor allem auch mit einem Multimeter möglich, allerdings gibt es hier gravierende Unterschiede in den Messverfahren.

Bei einem Multimeter erfolgt eine Strommessung generell direkt, also in Reihe zum Verbraucher angeschlossen. Hierbei muss der Stromkreis zunächst aufgetrennt werden, bevor eine Messung durchgeführt werden kann. Die Strommesszange hingegen nutzt ein indirektes Messverfahren, indem die Stromstärke anhand des den Leiter umgebenen Magnetfeldes gemessen wird. Dieses Magnetfeld lässt sich zangenartig öffnen und schließen, wodurch sie den Namen Stromzange verdient. Der zu messende Leiter kann so mit Leichtigkeit umschlossen werden. Auf diese Weise können Messungen erfolgen, ohne dass der Stromkreis geöffnet und das Messgerät integriert werden muss.

 

 

 

 

 

 

 

 

Beliebte Stromzangen im direkten Vergleich

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Stromzange oder Zangenmultimeter? 

Die Hauptaufgabe einer Stromzange ist das Ermitteln von Stromstärke (Ampere) und für diese Messfunktion ist sie auch primär konzipiert. Im Vergleich zum Multimeter beschränkt sich die Stromzange also auf das Messen von Ampere, weshalb sie auch als Zangenamperemeter bezeichnet wird.

Um die Stromzange zu einer echten Alternative zum Multimeter zu machen, sind heutige Modelle oftmals multifunktional ausgestattet.

Wie funktioniert eine Stromzange und wie ist sie aufgebaut?

Aufbau einer Stromzange

Aufbau einer Benning CM11 Stromzange

Der Eisenkern

Die eigentliche Zange vom Stromzangen-Messgerät ist ein Eisen- oder Ferritkern, welcher nach dem Prinzip von einem Transformator arbeitet und das entstandene Magnetfeld auffängt. Der Eisenkern bildet den Teil einer Stromzange, welcher in der Beispielabbildung umkreist als (1) markiert ist und besteht generell aus zwei Teilen, die sich zangenartig öffnen und schließen lassen. Der feste Teil vom Eisenkern (3) ist direkt mit der Stromzange verbunden, während der bewegliche Teil (2) ein Scharnier besitzt und sich mithilfe vom Druckschalter (4) öffnen und schließen lässt. Auf diese Weise kann problemlos ein stromführender Leiter in den Eisenkern gelegt werden.

Die Sekundärwicklung einer Stromzange als schematische Darstellung

Die Sekundärwicklung einer Stromzange als schematische Darstellung

Wird der Druckschalter nun losgelassen, sorgt eine Schließfeder dafür, dass beide Teile (2)(3) fest zusammengedrückt werden und der Eisenkern somit wieder „komplett“ ist. Der zu messende Leiter arbeitet nun wie die Primärwicklung eines Transformators, während an der im Gerät verbauten Sekundärwicklung (siehe schematische Darstellung) eine adäquate Spannung entsteht. Diese Spannung wird anschließend mittels weiterer Elektronik zu einem Messergebnis ausgewertet.

Abschließend betrachten wir erneut den beweglichen Teil (2) vom Eisenkern. Wie wir nun wissen, besitzt dieser Teil ein Scharnier und ermöglicht somit einen gewissen Öffnungswinkel, welcher logischerweise bei der Vielzahl an Stromzangen auf dem Markt variiert. Die hierdurch ermöglichte Öffnungsweite der Zange bestimmt grundsätzlich, welche Leitungsdurchmesser maximal umfasst werden können.

Die Funktionsauswahl

Auswahlschalter der Stromzange Benning CM11

Auswahlschalter der Stromzange Benning CM11

Je nach Herstellermodell gibt es sowohl einfache Wechselstromzangen, als auch allstromtaugliche Stromzangen, welche sowohl Wechsel-, als auch Gleichstrom messen können. Sind im Gerät darüber hinaus zusätzlich Buchsen (9) für optionale Messleitungen verbaut, lassen sich auch andere elektrische Größen wie beispielsweise Spannung, Widerstand, Kapazität, Durchfluss oder Frequenz messen.

Bietet eine Stromzange eine solche Vielfalt an Funktionen, reden wir aus diesem Grund auch von einem Stromzangenmultimeter oder kurz Zangenmultimeter. Mithilfe vom Drehschalter (6) wird zwischen den im Gerät verfügbaren Messfunktionen, bzw. Messgrößen navigiert.

Das Display

Auf dem Display (8) wird primär das ausgewertete Messergebnis ausgegeben. Je nach Herstellermodell werden hier auch weitere Informationen wie beispielsweise Batteriezustand oder die derzeit ausgewählte Messfunkton angezeigt. Um das Display auch an schlecht beleuchteten Messorten ablesen zu können, bieten viele Modelle eine zuschaltbare Displaybeleuchtung (5). Bei so gut wie allen Modellen handelt es sich beim Display um eine Flüssigkristallanzeige (Englisch = Liquid Crystal Display), bzw. LC-Display oder kurz gesagt LCD.

Display der Stromzange Benning CM11

Display der Stromzange Benning CM11

Um nun näher in die Materie einer Stromzange eintauchen zu können, schauen wir uns das Display vom Model Benning CM11 einmal genauer an. Was in der Beispielabbildung gelb umrandet ist, bildet den wesentlichen Teil der Displayanzeige, nämlich den Anzeigewert vom Messergebnis.

Was sagen die Counts bei einer Strommesszange aus?

Die Anzahl der Counts einer Strommesszange gibt an, wie viele verschiedene Werte (Schritte) im Display angezeigt werden können. Eine Strommesszange wie in diesem Fall mit 6000 Counts kann somit einen Bereich von 0 bis 5.999 darstellen, wobei der Dezimalpunkt an jeder beliebigen Stelle sein.

Die Sonderfunktionen

Sonderfunktionen der Stromzange Benning CM11

Sonderfunktionen der Stromzange Benning CM11

Verschiedene Sonderfunktionen erleichtern die Arbeit für den Anwender ungemein, oder machen eine Stromzange anders formuliert überhaupt erst zu einem professionellen Werkzeug. So ist beispielsweise der Nullabgleich eine Funktion, welche bei keiner guten Stromzange fehlen sollte. Anwähbar ist sie i.d.R. über eine Taste mit der Aufschrift „Null“ oder, wie in der Beispielabbildung, „Zero“.

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Was bewirkt der Nullabgleich einer Stromzange?

Wie wir bereits gelernt haben, arbeitet der Stromzange Eisenkern nach dem Transformatorprinzip, wobei der zu messende Leiter als Primärwicklung fungiert. Befinden sich am Messort nun weitere stromführende Leiter oder gar Dauermagneten, kann dies Ihr Messergebnis negativ beeinflussen. Für ein brauchbares Messergebnis wollen Sie mit dem Eisenkern aber ausschließlich jenes Magnetfeld auffangen, das vom zu messenden Leiter kommt. Mit einem Nullabgleich können Sie den Einfluss solch umliegender Magnetfelder eliminieren.

Messfehler können aber ebenso durch die Spannungsversorgung oder spannungsempfindliche Hall-Sensoren innerhalb der Stromzange entstehen, wenn sich beispielsweise aufgrund einer Entladung der eingebauten Batterie die Betriebsspannung verändert. Auch hierdurch verursachte Messfehler können durch einen regelmäßigen Nullabgleich ausgeglichen werden.

Wozu dient die Data-Hold Funktion?

Das Prinzip der Data-Hold Funktion dient dazu, dass Sie vom ermittelten Messergebnis eine Momentaufnahme machen können. Viele Stromzangen besitzen hierzu eine Taste mit der Aufschrift HOLD, bei dessen Betätigung diese rein softwareseitige Funktion den angezeigten Messwert einfriert.

Praktisch ist dies vor allem dann, wenn Sie an schwer zugänglichen Orten Messergebnisse ermitteln wollen, an denen ein freier Blick auf das Display Ihrer Stromzange nicht gegeben ist. Darüber hinaus bietet die Data-Hold Funktion auch einen gewissen Komfort, da das „Halten“ dafür sorgt, dass Sie bei präzisen Messungen nicht den Überblick über alle Nachkommastellen verlieren.

Was ist die MIN/MAX/AVG Funktion?

Bei dieser simplen, jedoch äußerst nützlichen Funktion stehen die Abkürzungen MIN und MAX für Minimum und Maximum. AVG hingegen kürzt das englische Wort average ab, was zu Deutsch durchschnittlich oder Durchschnitt bedeutet. Bezogen auf einen Messvorgang ermittelt diese Funktion sowohl den minimalsten, als auch den maximalsten gemessenen Wert und kalkuliert ebenso hieraus einen Durchschnittswert.

Häufig besitzen Stromzangen und Multimeter eine MIN/MAX/AVG Funktion, wobei sie je nach Herstellermodell in ihrem Aufbau und Funktionsumfang variiert. Viele Modelle beschränken sich auf eine MIN/MAX Funktion, ermitteln also ausschließlich den minimalen und maximalen Messwert. Ebenso gibt es Unterschiede in der Darstellung dieser Funktion im Display. Manche Geräte zeigen alle Werte gleichzeitig an, bei anderen Messgeräten wird zwischen minimalem, maximalem und durchschnittlichem Messwert durch mehrfaches Drücken einer Taste navigiert.

Was bedeutet APO?

APO steht für Auto-Power-Off und ist eine Abkürzung, welche bei vielen Messgeräten auf dem Display angezeigt wird. Auf Deutsch übersetzt handelt es sich hierbei um eine automatische Abschaltung des Gerätes, welche erfolgt, sobald mit der Stromzange über längere Zeit keine Bedienhandlung vorgenommen wurde.

Auch diese Funktion variiert in ihrem Funktionsumfang zwischen den vielen Herstellermodellen auf dem Markt. Während sich viele Stromzangen nach einer fix vorgegebenen Zeit (oftmals 15 Minuten) abschalten, gibt es ebenso Modelle, bei denen das Erfolgen einer automatischen Abschaltung im Systemmenü manuell verändert werden kann. So kann das Einsetzen der APO-Funktion beispielsweise auf 5 Minuten beschleunigt, oder gar auf 30 Minuten verzögert werden.

Welche Vorteile und Nachteile hat eine Stromzange gegenüber dem Multimeter?

Wie eingangs erklärt, ähneln viele Attribute der Stromzange dem klassischen Multimeter. So ist beispielsweise mit beiden Varianten eine Amperemessung möglich, jedoch gibt es hier zwischen Stromzange und Multimeter große Unterschiede in den Messverfahren. Dies und noch weiteres zieht gewisse Vor- und Nachteile mit sich.

Vorteile einer Stromzange

Das Ermitteln von Strom in einem Leiter erfolgt stets durch eine kontaktlose Messung. Der Leiter muss hierzu nicht zunächst aufgetrennt werden, was Zeit und Geld spart. Dies ist nicht unbedingt ein Meilenstein, wenn es um einfachste Strommessungen im Heimgebrauch geht, jedoch kommt der Vorteil gravierend zum Vorschein, wenn es sich um große Industrieanlagen, oder beispielsweise technische Anwendungen im Gewerbe handelt, dessen Abschaltung mit Umsatzausfällen einhergehen. Das indirekte Messverfahren einer Stromzange ermöglicht es, dass Geräte zur Überprüfung nicht außer Betrieb genommen werden müssen.

Stromzange mit optionalen Anschlüssen für Messspitzen

Unterer Teil einer Stromzange mit optionalen Anschlüssen für Messspitzen

Weiterhin ist die Vielfalt an Messmöglichkeiten von Stromzangen ein sehr interessanter Aspekt. Viele kostengünstige Stromzangen funktionieren nach dem Transformatorprinzip, womit sie ausschließlich für die Wechselstrommessung ausgelegt sind. Beachtet man hierbei das Preis-Leistungs-Verhältnis, ist dies auch durchaus im positiven Sinne als ausreichend zu betrachten. Wer allerdings ein etwas höheres Budget in die Hand nimmt, kann auf eine allstromtaugliche Stromzange zurückgreifen, welche mit weitaus mehr Atributen einhergeht. Oftmals sind in diesen Stromzangen optionale Anschlüsse für Messspitzen verbaut und so können nicht nur Gleich- und Wechselströme über den Eisenkern, sondern ebenso Spannungen, Widerstände, Kapazitäten, Durchfluss, Frequenzen und mehr gemessen werden. Deswegen spricht man in diesem Fall auch von einem Zangenmultimeter, welches durchaus mit vielen klassischen Multimetern auf Augenhöhe mithalten kann.

Nachteile einer Stromzange

Wie wir nun wissen, bietet die kontaktlose Messung mit einer Stromzange viele Vorteile, jedoch gehen mit diesem Messverfahren auch Nachteile einher. So kann das induktive Messen mit einer Stromzange nie das ganze Spektrum der Quelle einfangen und liefert deswegen ein ungenaueres Messergebnis als eine direkte Strommessung mit dem Multimeter. Dieser Unterschied beläuft sich zwar nur auf wenige Miliampere und ist letztlich nur für hochpräzise Industrieanlagen entscheidend, dennoch ist dies als Nachteil einer Stromzange anzusehen.

Darüber hinaus kann eine Stromzange die Stromstärke eines Leiters nur dann messen, wenn dieser einzeln umfasst werden kann. Umschließt der Eisenkern einer Stromzange das gesamte Kabel mit Leiter und Rückleiter, werden lediglich sogenannte Leckströme gemessen.

Weleche elektrischen Größen kann eine Stromzange messen?

Wechselstrommessung mit einer Stromzange

Voltcraft VC320 Wechselstromzange

Eine gute Wechselstromzange ist bereits für unter 50 EUR erhältlich, jedoch in ihrem Funktionsumfang dementsprechend eingeschränkt. Wie ihr Name bereits verrät, ist die Wechselstromzange ausschließlich für die Erfassung von Wechselstrom konzipiert.

Die Funktionsweise einer Wechselstromzange verläuft nach dem Transformator-Prinzip, bei dem die Stromzange selbst als magnetischer Stromwandler (Messwandler) arbeitet. Hierbei bilden der bewegliche (2) und der feste (3) Schenkel vom Zangenstrommesser im geschlossenen Zustand den Trafokern.

Öffnet man nun mithilfe des Hebels (5) den beweglichen Teil dieses Trafokerns, so kann ein Strom führender Leiter umfasst werden, welcher glechzeitig bei diesem Prinzip als Primärspule fungiert. Gleichzeitig arbeitet eine aus Kupferdraht um den Eisenkern gewickelte Sekundärspule (4). Der Strom im Leiter (Primärwicklung) magnetisiert nun den Kern und induziert hierdurch in der Sekundärwicklung einen Strom, welcher proportional zum Leiterstrom ist. Im Messwerk kann dieser Strom dadurch direkt ermittelt werden. Stromzangen für die Wechselstrommessung erhalten die benötigte Energie aus dem zu messenden Leiter und benötigen daher keine eigene Stromquelle.

Beliebte Modelle einer Wechselstromzange

Gleichstrommessung mit einer Stromzange

Während preisgünstige Stromzangen oftmals ausschließlich für die Wechselstrommessung konzipiert sind, können hochwertigere Modelle zusätzlich zum Wechselstrom auch Gleichstrom messen. Damit diese Zangenstrommesser gleichstromtauglich sind, kann die Funktionsweise jedoch aufgrund der fehlenden Wechselfelder nicht auf dem Transformatorprinzip funktionieren.

Stattdessen werden in einem Luftspalt im Eisenkern Hallsensoren oder magnetfeldabhängige Widerstände eingesetzt, welche auch statische Magnetfelder erfassen können. Um brauchbare Messwerte erhalten zu können, müssen jene schwachen Signale allerdings elektronisch verstärkt werden. Aus diesem Grund ist es unabdingbar, dass diese Messgeräte mit einer eigenen Energiequelle wie Batterien oder einem Netzstecker versorgt werden.

Gleichstromtaugliche Zangenstrommesser können ebenfalls nach dem Messprinzip einer Kompensationsmethode funktionieren. Diese Messmethode bietet den großen Vorteil, dass sowohl der Kern noch der Hallsensor kaum Einfluss auf die Messung haben.

 

Leckstromzange

Fließt elektrischer Strom über einen Leiter, welcher eigentlich nicht für Strom vorgesehen ist, sprechen wir vom sogenannten Leckstrom. Diese unerwünschten Ströme, welche in der Summe auch als Ableitstrom bezeichnet werden, können beispielsweise dann entstehen, wenn die Oberfläche eines Isolators einen Kriechstrom führt.

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Stromzangen-Adapter

 

 

 

Stromzangen-Adapter als schematische Darstellung

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