Meten van spanning
Om de grootte van het spanningsverschil, ook wel potentiaalverschil genoemd, te kunnen vaststellen, staan diverse instrumenten ter beschikking. De multimeter, ook wel universeelmeter genaamd, is een veel gebruikt instrument. Om het verloop van een spanning over de tijd te bepalen wordt veelal een oscilloscoop ingezet.
Door simpelweg een voltmeter te verbinden met de twee punten waarvan men het potentiaalverschil wil weten zal in de meeste gevallen een afdoende resultaat opleveren. Echter, als hoge eisen aan de nauwkeurigheid worden gesteld, zal men meer aandacht aan de meting moeten schenken.
Ook van belang is de reden van de spanningsmeting. Of daarvoor de gemiddelde of RMS-waarde moet gemeten wordt behandeld in het artikel Theorie en definities.
Nauwkeurigheid en fouten
Informatie over de onzekerheid van de gemeten waarde door de toleranties van het gebruikte instrument is te vinden het artikel Nauwkeurigheid, precisie & resolutie. Daarnaast kunnen fouten ontstaan door thermo-elektrische spanningen, externe velden enz., die in het artikel Meetfouten worden beschreven.
Multimeter afwijkingen
Het meetresultaat is zeer afhankelijk van het type multimeter dat is gebruikt. Onafhankelijk van de opgegeven tolerantie kunnen grote meetfouten ontstaan door de wijze waarop een meter de te meten spanning verwerkt. Daarom moet altijd de beperkingen van het gebruikte instrumenten goed in de gaten worden gehouden om er zeker van te zijn dat de gemeten waarde betrouwbaar is. Het artikel Multimeters: meetafwijkingen gaat hier nader op in.
Invloed impedantie
Als een meetobject een hoge uitgangsimpedantie bezit en/of de impedantie van het meetinstrument klein is, kunnen de ontstane meetfouten onaanvaardbaar groot worden.
In figuur 2 is een meetopstelling getekend waarbij de spanning van de bron Ubron met een inwendige weerstand Ri wordt gemeten. Het meetinstrument heeft een impedantie Zm die de schakeling belast waardoor de stroom Im vloeit. De inwendige weerstand van de spanningsbron vormt samen met de meterimpedantie een spanningsdeler. Hierdoor wordt een lagere spanning gemeten dan de bron levert.
Als voorbeeld een spanningsbron Ubron die een spanning levert van 10 V en een inwendige weerstand heeft van 10 kΩ die wordt gemeten met een voltmeter met een impedantie van 10 MΩ. De stroom door de keten is dan:
[equ. 1]
De spanning die dan over de impedantie van de meter valt wordt dan:
[equ. 2]
De spanning die door de voltmeter gemeten wordt is 0,01 V lager dan de bronspanning. Dit komt neer op een meetfout van:
[equ. 3]
De meetfout in dit voorbeeld is dus 0,1 %. Bij de betere tafelmultimeters is het mogelijk om de meetimpedantie om te schakelen van de standaard 10 MΩ naar een hogere impedantie. Hiermee kan de meetfout veroorzaakt door de ontstane spanningsdeler aanzienlijk gereduceerd worden.
Frequentie afhankelijke impedantie
In het voorbeeld hierboven werd uitgegaan dat de impedantie van de voltmeter ohms is. Als gemeten wordt aan hoge frequenties moet ook rekening worden gehouden met de inductieve en/of capacitieve reactantie. Zo zal een oscilloscoop met probe die een ohmse weerstand heeft van 1 MΩ en een parallel capaciteit van 45 pF bij een frequentie van 1 MHz een impedantie hebben van slechts 3,5 kΩ. Dit zal het meetobject zeer aanzienlijk belasten. In het artikel Oscilloscoopprobes wordt nader ingegaan op deze frequentie afhankelijke meetimpedantie.Meetplaats
Belangrijk bij de spanningsmeting is de plaats waar men de spanning wil meten. Dit moet zo dicht mogelijk bij de punten waarvan men de spanning wil weten. Vooral in schakelingen waar hoge stromen voorkomen kan de spanningsval over kabels en connectoren van grote invloed zijn.
Wil men bijvoorbeeld de bronspanning meten, dan moet deze ook gemeten worden bij de aansluitklemmen van de voeding (voltmeter V1). Meet men de spanning echter bij een belasting die een grote stroom trekt dan zal het meetinstrument, in dit geval V2, een lagere spanning aanwijzen doordat een deel van de spanning valt over de verbindingsdraden Rx. Gemeten men dicht bij de bron, V1, hebben de verbindingskabels geen invloed op de meting.
Uit de aard de zaak geld ook het omgekeerde. Is men geïnteresseerd in de spanning over de belasting, dan moet ook gemeten worden aan de aansluitklemmen van de belasting (voltmeter V2). Meet men in dit geval bij de voeding (V1), dan wordt een te hoge spanning gemeten.