Gleichspannung

Der kleinste Messbereich reicht überwiegend bis 200 mV. Standardgeräte lösen einen Messbereich in 2000 Messpunkte auf, damit beträgt der kleinste Messschritt 100 μV. Höherwertige Geräte können um eine oder gar mehrere Zehnerpotenzen feiner auflösen.

Die Messbereichsumschaltung erfolgt durch einen umschaltbaren Spannungsteiler vor dem ADU. Die Teilung wird in Schritten einer ganzen Zehnerpotenz vorgenommen (anders als bei Analogmultimetern mit teilweise zwei Messbereichen pro Zehnerpotenz). Der höchste Messbereich darf allerdings nur bis beispielsweise 700 V verwendet werden. Der Eingangswiderstand liegt typisch in allen Messbereichen bei 1 bis 10 MΩ || 70 bis 100 pF.

Wechselspannung

Soll Wechselspannung gemessen werden, so ist ein Gleichrichter als Betragsbildner notwendig. DMM verwenden dazu eine Schaltung als Präzisionsgleichrichter. Bei diesem hat die Nichtlinearität der gleichrichtenden Diode auf die Anzeige keinen Einfluss, selbst bei Spannungen, die kleiner sind als die Dioden-Durchlassspannung. Es wird der arithmetische Mittelwert der gleichgerichteten Wechselspannung (der Gleichrichtwert) gemessen. Bei einer Wechselspannung wird jedoch die Anzeige des Effektivwertes erwartet. Da in der Mehrzahl der Messaufgaben sinusförmige Wechselgrößen vorliegen, wird der gebildete Gleichrichtwert um den Formfaktor 1,11 (= π/√8) vergrößert angezeigt. Dabei ist der Formfaktor definiert als das Verhältnis Effektivwert zu Gleichrichtwert; der konkrete Wert 1,11 gilt nur für sinusförmigen Verlauf. Damit wird nur für sinusförmige Spannungen der Effektivwert angezeigt. Bei einem anderen Zeitverlauf wird diese Anzeige fehlerhaft, sie weicht teilweise katastrophal vom Effektivwert ab.

Digitalmultimeter, die den tatsächlichen Effektivwert (englisch true RMS) eines beliebigen Spannungsverlaufes messen können, sind mit einer Schaltung oder Software in einem Mikrocontroller ausgestattet, die analog oder digital den Effektivwert errechnet. Analog arbeitende Bausteine zur Effektivwertbildung sind als integrierte Schaltung verfügbar. In höherwertigen Multimetern ist ihr Einbau inzwischen üblich.

Zur digitalen Effektivwertbildung sind – je nach erforderlicher Abtastrate – schnelle Umsetzer erforderlich, die sich aus Preisgründen (noch) nicht durchsetzen können.

Infolge nicht vollständiger Glättung bei der Gleichricht- oder Effektivwertbildung ergeben sich zuverlässige Messwerte nur bei einer Aufintegrationsdauer, die eine ganze (oder sehr große) Anzahl von Perioden der Wechselspannung überdeckt. Zur wirksamen Unterdrückung von netzfrequenten Störungen ist eine Integration über 100 ms (5 Perioden bei 50 Hz oder 6 Perioden bei 60 Hz) oder ein ganzzahlig Vielfaches üblich.

Teilweise zeigen Digitalmultimeter im Wechselspannungsbereich auch bei Mischspannungen, also bei Spannungen, die einen Gleichanteil ${\displaystyle U_{-}}$ und einen Wechselanteil ${\displaystyle u_{\sim }(t)}$ enthalten, ausschließlich den Wechselanteil an; das ist bei Effektivwertbildung der Effektivwert des Wechselanteils ${\displaystyle U_{\sim }}$. Teilweise können Multimeter zur Effektivwertmessung den Effektivwert der Gesamtspannung messen, ohne dass vorher der Gleichanteil abgetrennt wird:

${\displaystyle U_{\mathrm {ges\;eff} }={\sqrt {{U_{-}}^{2}+{U_{\sim }}^{2}}}}$

Teilweise kann zwischen den zwei Möglichkeiten „AC“ oder „AC+DC“ gewählt werden. Ist das nicht der Fall, muss man experimentell oder durch Studium der Bedienungsanleitung feststellen, ob Mischspannung oder ihr Wechselanteil gemessen wird.

Stromstärke

Zur Strommessung wird die Spannung über einem eingebauten Messwiderstand ${\displaystyle R_{\mathrm {mess} }}$ gemessen – je nach Einstellung als Gleich- oder Wechselspannung. Er ergibt sich zu

${\displaystyle R_{\mathrm {mess} }}$ ≥ kleinster Spannungsmessbereich geteilt durch eingestellter Strommessbereich.

Beispiel: Im Strommessbereich 200 μA ist ${\displaystyle R_{\mathrm {mess} }}$ ≥ 200 mV / 200 μA = 1 kΩ.

Die meisten DMM sind daher anderen Strommessverfahren unterlegen, die mit wesentlich geringerem Spannungsabfall auskommen.

Mehrere Messbereiche werden dadurch erreicht, dass der parallel zum Spannungsmesser liegende Messwiderstand als Reihenschaltung verschiedener Messwiderstände ausführt wird, wobei ein Stufenschalter einen oder mehrere davon in den Stromkreis schaltet, ohne beim Umschalten die Verbindung zu unterbrechen (englisch make before break).

Zur Messung großer Stromstärken etwa ab 10 A wird statt des Spannungsabfalls am Messwiderstand das den Stromleiter umgebende elektromagnetische Feld erfasst. Dazu gibt es Strommesszangen mit Messbereichen etwa bis 1000 A. Vorteile der Strommesszange bestehen darin, dass man den Leiter zur Messung nicht auftrennen muss, und in der galvanischen Trennung.

Zur Messung von Wechselstrom gilt dasselbe wie bei Wechselspannung.

Widerstand

Zur Widerstandsmessung enthält ein DMM eine elektronisch stabilisierte Konstantstromquelle, die einen von der Belastung unabhängigen Gleichstrom liefert. Bei Anschluss des zu messenden Widerstands an die Eingangsklemmen wird der Strom durch das Messobjekt geschickt, und die dabei entstehende Spannung wird gemessen, vorzugsweise im kleinsten Spannungsmessbereich. Zur Messbereichsumschaltung wird dann die Stromquelle umgeschaltet.

Beispiel: Mit ${\displaystyle I}$ = 10,00 μA erhält man zusammen mit dem kleinsten Spannungsmessbereich 200 mV einen Widerstandsmessbereich von 20 kΩ.

Der Zusammenhang zwischen Messgröße und Anzeige ist eine Proportionalität, und man erhält recht genaue Messwerte. Die Fehlergrenze ergibt sich aus der Fehlergrenze für die Gleichspannungsmessung und der Fehlergrenze für die Justierung der Stromstärke. Die Qualität des Messwertes ist damit deutlich höher als bei Analogmultimetern mit einem Anzeigebereich ∞ … 0, bei denen das Ergebnis allein schon durch grobe Ablesemöglichkeit sehr ungenau wird.

Leitungssuchfunktion

Verschiedene Multimeter-Hersteller statten ihre Messgeräte mit einer NCV-Funktion (englisch für Non-Contact-Voltage) im Sinne eines haustechnischen Ortungsgerätes aus. Oftmals findet sich diese Zusatzoption bereits in der preisgünstigen Geräteklasse. Dieses Feature dient zur Lokalisierung von nicht sichtbaren, stromführenden Leitungen in Wänden.

Umgebungstemperatur

Digitale Multimeter sind üblicherweise nach DIN 43751 auf eine Umgebungstemperatur von 20, 23 oder 25 °C justiert. Bei Änderung der Temperatur des Messgeräts ändern sich die elektrischen Eigenschaften seiner Komponenten. Durch Einflusseffekte wird die Messgeräteabweichung möglicherweise größer. Der Einfluss der Temperatur auf den Messwert wird mit Hilfe einer Kenngröße angegeben.

Kurvenform

Die Kurvenform der Messgröße kann durch verschiedene Kennwerte beschrieben werden. Eine dieser Größen ist der Scheitelfaktor (englisch Crestfactor) ${\displaystyle C}$, definiert als das Verhältnis von Scheitelwert zu Effektivwert. Für Gleichspannung gilt ${\displaystyle C=1}$ und für sinusförmige Wechselspannung ${\displaystyle C={\sqrt {2}}=1{,}414}$. Ist der Scheitelwert sehr viel größer als der Effektivwert (ist also ${\displaystyle C\gg 1}$), wie zum Beispiel bei Impulsen, kommt es zu Fehlmessungen.

Bei gleichrichtwert-bildenden Messgeräten für Wechselgrößen ist die Sinusform zwingend, sonst können erhebliche Abweichungen auftreten. Bei effektivwertbildenden DMM ist die Kurvenform typisch bis ${\displaystyle C=7}$ von geringem Einfluss, wenn die Grundfrequenz nicht allzu hoch ist (50 bis teilweise 400 Hz).