Wissenswertes zu Labor-Messgeräte

Elektronische Messgeräte gehören zur Grundausstattung eines jeden Labors. Sie müssen präzise funktionieren und auf ihren jeweiligen Anwendungsbereich perfekt abgestimmt sein. Welche Typen von Labormessgeräten es gibt, wie sie funktionieren und was es beim Kauf zu beachten gilt, erfahren Sie in unserem Ratgeber.

Was sind Labormessgeräte?

Labormessgeräte dienen – wie der Name schon andeutet – der Arbeit im Labor. Sie kommen in der Wissenschaft, Forschung, Entwicklung und Qualitätssicherung zum Einsatz und werden beispielsweise in Laboreinrichtungen der Fachbereiche Medizin, Biologie, Physik und Chemie, im Produktions- und Ingenieurwesen sowie in der Baustoff-, Werkstoff- und Lebensmittelprüfung genutzt. Das Arbeiten im Labor ist äußerst anspruchsvoll und erfordert höchste Sorgfalt, daher werden an Labormessgeräte hohe Anforderungen gestellt. Sie müssen einwandfrei funktionieren, benutzerfreundlich, leistungsstark sowie möglichst wenig störanfällig sein und vor allem präzise Messergebnisse liefern.

Labormessgeräte sind speziell für ihren jeweiligen Anwendungsbereich konzipiert und werden im Wesentlichen für zwei Verfahren genutzt: die Analyse und die Synthese. Als Analyse bezeichnet man die Auftrennung eines Elements in seine Einzelteile, um deren Funktionen, Beziehungen und Wechselwirkungen zu untersuchen. Demgegenüber bezeichnet man die Zusammensetzung und Verbindung von Elementen zu einem neuen Stoff als Synthese. Je nach Forschungszweck und Arbeitsvorhaben kann die Ausstattung an Laborgeräten und Laborzubehör unterschiedlich ausfallen. Während in der chemischen Analytik Pipetten, pH-Messgeräte zur Bestimmung des pH-Werts einer wässrigen Lösung (pH = potentia hydrogenii) oder Refraktometer zur Messung des Brechungsindexes von Stoffen zu finden sind, gehören Strommessgeräte (Amperemeter), Multimeter, Spannungsprüfer und Oszilloskope zur Laborausstattung in der Elektronik und Elektrotechnik. Selbstverständlich gibt es auch Messgeräte, die in fast jedem Labor anzutreffen sind, dazu gehören beispielsweise Waagen zur Bestimmung des Gewichts oder Thermometer zur Messung der Temperatur.  

Bei Labormessgeräten handelt es sich in der Regel um stationäre Geräte, die mit verschiedenen Bedienelementen, einem Bildschirm beziehungsweise Touch-Display und Schnittstellen (bspw. USB 2.0, Ethernet etc.) ausgestattet sind, über die Fernsteuerungen vorgenommen und Daten ausgelesen werden können. Solche Schnittstellen können bereits im Laborgerät integriert sein, sie sind in vielen Fällen aber auch nachrüstbar. Stationären Labormessgeräten stehen mobil einsetzbare Messgeräte gegenüber. Oft sind das USB-Messgeräte, die ohne Bildschirm und Bedienelemente auskommen. Sie werden via USB-Anschluss mit dem Rechner verbunden und über eine spezielle Software gesteuert.

Typen von Labormessgeräten

In unserem Onlineshop finden Sie eine Auswahl hochwertiger Instrumente für den Laborbedarf, die speziell für den Bereich der elektrischen Messtechnik bestimmt sind und bei der Entwicklung von Schaltungen und Leiterplattenfertigung zum Einsatz kommen können.

 

Elektronische Lasten

Elektronische Lasten sind Geräte, die als Lastwiderstände fungieren und dazu dienen, die Belastungsfähigkeit von Stromversorgungen zu testen. Die Besonderheit elektronischer Lasten besteht darin, dass der Laststrom elektronisch geregelt und der Widerstandswert in einem bestimmten Bereich eingestellt werden kann. Manche Ausführungen sind zusätzlich programmierbar, was die Möglichkeit bietet, Testabläufe bei verschiedenen Belastungsszenarien zu wiederholen. Elektronische Lasten sind meist breit konstruiert und beanspruchen daher viel Stellfläche auf dem Tisch, es gibt aber auch platzsparendere Geräte im Hochformat. Meist verfügen elektronische Lasten über ein Display zur Anzeige relevanter Parameter, zum Beispiel Regelungsart und Betriebsmodus, sowie über analoge oder digitale Schnittstellen wie USB, CAN oder RS232.

Frequenzzähler

Frequenzzähler, auch als Frequenzmesser bezeichnet, sind Labormessgeräte, mit deren Hilfe die Frequenz einer elektrischen Wechselspannung bestimmt werden kann. Sie zählen die Schwingungen innerhalb eines vordefinierten Zeitfensters, der sogenannten Torzeit. Frequenzzähler können auf verschiedenen Messverfahren basieren. Das einfachste Verfahren ist die direkte Frequenzzählung, bei der das Laborgerät die eintreffenden Impulse (Schwingungen) des zu messenden Signals, also die Nulldurchgänge mit positiver Steigung, während der bekannten Torzeit zählt. Der Zählerstand nach dieser Zeit entspricht der Frequenz des Signals in Hertz. Zur Messung von Niedrigfrequenzen ist das direkte Zählprinzip weniger gut geeignet, hier erweisen sich die Periodendauermessung und die reziproke Zählung als vorteilhafter.

Funktionsgeneratoren

Funktionsgeneratoren haben die Aufgabe, periodische Signale in verschiedenen Kurvenformen zu erzeugen. Am gängigsten sind Sinus-, Rechteck-, Dreieck- und Sägezahnkurven. Frequenz und Amplitude der Ausgangssignale sind in einem bestimmten Bereich einstellbar. Oftmals sind Funktionsgeneratoren mit vielen weiteren Einstellungsoptionen oder auch mit einem Frequenzzähler ausgestattet. Sie sind als Stand-Alone-Geräte mit Display und Bedienelementen erhältlich, werden aber auch als mobile Geräte mit USB-Port angeboten, die an den PC angeschlossen werden. Einfache Geräte basieren auf analoger Schalttechnik und sind mit einem Oszillator ausgestattet. Sie sind schon zu günstigen Preisen erhältlich. Digitale Geräte sind etwas kostenintensiver, arbeiten aber genauer als analoge Funktionsgeneratoren. Sie generieren Signale mithilfe direkter digitaler Synthese und können außerdem periodische Verläufe erzeugen.

Oszilloskope

Ein Oszilloskop ist ein elektronisches Messinstrument, mit dessen Hilfe elektrische Spannungen in einem zeitlichen Verlauf abgebildet werden können. Die Änderungen der Spannungskurven werden auf einem Bildschirm ausgegeben, und zwar in Gestalt eines Oszillogramms. Dabei handelt es sich um einen Graphen, der aus einer horizontalen x-Achse und einer vertikalen y-Achse besteht. Die x-Achse gibt die Zeit an, die y-Achse die Spannung. Da sich mithilfe von Messumformern zahlreiche physikalische Größen als Spannungswerte darstellen lassen, sind Oszilloskope vielseitig einsetzbar. 
Um die Spannung zu messen, sind Oszilloskope mit einem Tastkopf ausgestattet. Es gibt verschiedene Arten von Tastköpfen, hauptsächlich wird aber in aktive und passive Ausführungen unterschieden. Ein aktiver Tastkopf verfügt über eine integrierte Elektronik und benötigt Strom, um funktionieren zu können. Er ist für Messungen in höheren Frequenzbereichen gut geeignet und dementsprechend für Oszilloskope mit hoher Bandbreite (ab 500 MHz) die richtige Wahl. Ein passiver Tastkopf enthält keinerlei aktive Bauteile und kommt ohne Stromversorgung aus. Er erweist sich bei alltäglichen Messungen und für Fehlerdiagnostiken als praktisch. Im Labor kommen überwiegend Oszilloskope mit aktivem Tastkopf zum Einsatz.

Spektrumanalysatoren

Spektrumanalysatoren bilden elektrische Signale nicht im zeitlichen Verlauf ab, wie es Oszilloskope tun, sondern stellen sie in ihrem Frequenzbereich dar. Sie zeigen die Sinusfunktionen der Signale mit ihren Frequenzen und Amplituden (das sogenannte Frequenzspektrum) an. Ein Spektrumanalysator misst nicht die Leistung, sondern dient in erster Linie der Anzeige von Spannungen. Allerdings besteht die Möglichkeit, Leistungen mithilfe des Eingangswiderstands aus der Sinusspannung zu errechnen. Manche Oszilloskope bieten eine integrierte Spektrumanalyse-Funktion. Allerdings sind derlei Zusatzfunktionen in Frequenz- und Leistungsumfang nicht mit einem richtigen Spektrumanalysator vergleichbar. Sie eignen sich eher für sehr einfache Messungen im niedrigen Frequenzbereich, wohingegen ausgewiesene Spektrumanalysatoren hauptsächlich im Bereich hoher Frequenzen Verwendung finden, beispielsweise bei der Entwicklung elektronischer Schaltungen.

USB-Datenerfassungsmodule

USB-Datenerfassungsmodule können via USB-Schnittstelle mit einem PC verbunden und hierüber gesteuert werden. Sie wandeln die erfassten Daten in den entsprechenden Binärcode um, so dass sie mithilfe des Computers dargestellt und ausgewertet werden können. USB-Datenerfassungsmodule eignen sich hervorragend für die Protokollierung von Daten, für Analysezwecke und zur Fehlerdiagnostik. Erhältlich sind neben klassischen Datenerfassungsmodulen (Speicher mit integriertem Datenlogger) auch Messgeräte, beispielsweise USB-Oszilloskope oder USB-Temperaturmessgeräte.

Kaufkriterien für Labormessgeräte – worauf kommt es an?

Beim Kauf eines Labor-Messgeräts gilt es in erster Linie darauf zu achten, dass es für den jeweiligen Anwendungsbereich geeignet ist, den individuellen Anforderungen entspricht und eine hohe Qualität aufweist. Viele Messgeräte sind in analoger und digitaler Ausführung erhältlich. Hier sollte man abwägen, welche Variante dem Einsatzzweck am besten dient. Digital-Oszilloskope beispielsweise bieten gegenüber ihren analogen Pendants mehrere Vorteile. Im Gegensatz zu analogen Oszilloskopen, die die Spannung mithilfe eines Elektronenstrahls abbilden, wandeln Digital-Oszilloskope die gemessenen Signale mittels A/D-Wandler in digitale Signale um. Dadurch ist es möglich, die Messdaten auf den PC zu transferieren und abzuspeichern, weshalb Digital-Oszilloskope auch als digitale Speicheroszilloskope bezeichnet werden. Außerdem sind Digital-Oszilloskope (zum Beispiel von Tektronix) meist mit vielerlei Messfunktionen und Einstellmöglichkeiten ausgestattet und mitunter in der Lage eine Pre-Triggerung durchführen, das Signal also noch vor dem Eintreten eines Ereignisses abzubilden. Grundsätzlich lässt sich sagen, dass digitale Labor-Messgeräte meist präzisere Messungen ermöglichen als analoge.

Eine bessere Technologie geht aber nicht immer mit einem höheren praktischen Nutzen einher. Touch-Displays beispielsweise mögen auf den ersten Blick hohen Bedienkomfort versprechen, allerdings zeichnen sich Tasten, Knöpfe und Schalter durch eine bessere Haptik aus und erweisen sich beim Arbeiten mit Handschuhen als vorteilhafter, wenn man im Labor beispielsweise mit empfindlicher Technik oder mit Chemikalien hantiert. Je nachdem, welche Arbeitsbedingungen im Labor herrschen, gilt es auf eine geeignete Schutzart und eine robuste Ausführung zu achten. Tragbare Labor-Messgeräte erweisen sich als nützlich, wenn Sie häufig an verschiedenen Orten Messungen durchführen müssen, stationäre Tischmessgeräte sind hingegen für den dauerhaften Betrieb an einem Ort besser geeignet. In diesem Zusammenhang gilt es auch die Art der Stromversorgung (Batterie oder Netzteil und Kabel) zu berücksichtigen.

Um die Daten dokumentieren und weiterverarbeiten zu können, sollte das Labor-Messgerät mit integrierten Speicherfunktionen und/oder Schnittstellenmöglichkeiten ausgestattet sein. Oszilloskope beispielsweise sind unter anderem mit BNC-Steckern, HDMI- oder USB-Anschlüssen oder microSD-Schächten erhältlich. WLAN-fähige Geräte gibt es ebenfalls.
Wenn Sie das passende Produkt noch nicht gefunden haben oder sich unsicher sind, welche Art von Labortechnik für Ihre Zwecke am besten geeignet ist, bieten wir Ihnen jederzeit die Möglichkeit, eine persönliche Beratung in Anspruch nehmen. Wir versorgen Sie mit weiteren Informationen zu den jeweiligen Messgeräten, möglichen Anwendungen, Verbrauchsmaterial und eventuell erforderlichem Zubehör, so dass Sie sich ein vollständiges Bild von dem Produkt machen können.

Unser Praxistipp: Bandbreite, Abtastrate und Kanal-Anzahl für das Oszilloskop festlegen

Gerätespezifische Anforderungen spielen beim Kauf von Labor-Messgeräten eine große Rolle. Bei Oszilloskopen gilt es insbesondere auf die Bandbreite, Abtastrate und Anzahl der Messkanäle zu achten. Die Bandbreite legt die maximale Frequenz aller Komponenten eines analogen Signals fest. Sie sollte mindestens doppelt so groß ausfallen wie die zu erwartende Maximalfrequenz. Mitunter wird sogar empfohlen, eine 5x so große Bandbreite zu wählen. Die Abtastrate bestimmt die Genauigkeit und Auflösung der Messung. Mit steigender Abtastrate steigt das Auflösungsvermögen. Empfohlen wird eine Abtastrate, die 5x bis 10x so hoch ist wie die Eingangsfrequenz. Die Anzahl der Eingänge entspricht der Anzahl der Signale, die gemessen werden sollen. Verfügt das Oszilloskop über einen Kanal für das Eingangssignal, ist nur eine Messung möglich. Ist es hingegen mit vier Eingangskanälen ausgestattet, können bis zu vier Messungen zeitgleich durchgeführt werden. Jeder Kanal sollte isoliert sein, um Kurzschlüssen vorzubeugen.

FAQ – häufig gestellte Fragen zu Labormessgeräten

Ich möchte mehrere Labor-Messgeräte mit einer einzigen Software steuern. Ist das möglich?

Ja, zu diesem Zweck wurden mehrere Software-Lösungen entwickelt, wozu beispielsweise LabVIEW zählt. Wenn Sie sich für diese Lösung entscheiden, benötigen Sie einen entsprechenden Hardware-Treiber und sollten darüber hinaus darauf achten, dass eine Dokumentation des Befehlssatzes vorliegt. Um den Umgang mit LabVIEW zu lernen, werden online und offline diverse Schulungen angeboten. 

Was bedeutet Triggerung im Zusammenhang mit Oszilloskopen?

Ein sogenannter Trigger (englisch: Auslöser) ist ein elektronisches Bauteil, das einen Schaltvorgang auslöst und festlegt, wann das Oszilloskop mit der Datenerfassung beginnt. Es wandelt instabile Anzeigen in auswertbare Signale um und synchronisiert die Signaldarstellung mit dem Bildschirm. Mithilfe der Triggerung erhält man also ein stehendes Bild, das für die Auswertung essentiell ist.

 

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