Tech Tipp:

4-20 mA Prozessstrom messen mit DAQ-Geräten von MCC

Einführung
Die 4-20 mA Stromschnittstelle ist aus der Anforderung entstanden, Informationen über große Entfernungen zu übermitteln. Systementwickler haben festgestellt, dass anstelle der Änderung eines Spannungssignals, das anfällig ist für Rauschen und Spannungsverluste über die Leitungslänge, ein sich ändernder Strom mit geringeren Nachteilen übertragen werden kann. In den meisten Fällen ist die Information einfach ein Messwert oder ein Steuersignal. Beispielsweise könnte ein Prozessschritt die Übertragung eines Druckwertes in einen Kontrollraum erforderlich machen, der Hunderte von Metern entfernt sein kann. Ebenso kann es erforderlich sein, vom Kontrollraum aus den Druck anzupassen, indem ein 4-20 mA Signal an die Steuerung übertragen wird.

Instrumente, die den Strompegel überwachen, verwenden einen Widerstand, um den Strom in eine Spannung umzuwandeln. Der gebräuchlichste Wert ist ein 250 Ohm-Präzisionswiderstand für einen Spannungsabfall von 1 bis 5 VDC. Idealerweise sollte der für diesen Zweck verwendete Widerstand eine Toleranz von 0,1% (oder besser), eine Leistung von mindestens 0,25 W und einen Temperaturkoeffizienten von höchstens 25 ppm/°C aufweisen. Niedrigere Widerstandswerte, z. B. 62,5 Ohm für einen geringeren Spannungsabfall innerhalb der Stromschleife von 0,25 bis 1,25 VDC, erfordern, dass das Messgerät einen solch niedrigen Spannungswert präzise erfassen kann. Ein Messgerät mit einem Eingangsbereich von 5 Volt erzielt die beste Genauigkeit mit einem 250 Ohm-Widerstand, da die zu messende Spannung den Messbereich am besten abdeckt.

Ohmsches Gesetz

Ohmsches Gesetz: Strom multipliziert mit Widerstand gleich Spannung.

Die Stromschleife versorgen
4-20 mA Signalwandler geben typischerweise eine Versorgungsspannung zwischen 9 und 30 Volt an. Die Versorgungsspannung muss größer sein als die Summe aller Spannungsabfälle in der Stromschleife - einschließlich der Spannungsabfälle entlang der Leitungen. Wenn beispielsweise zwei Überwachungsvorgänge in die Stromschleife eingebunden sind, muss die Spannung größer als 10 Volt sein, da sonst im oberen Messbereich ein Fehler auftreten kann. Wählen Sie in diesem Fall ein Netzteil mit einem höheren Spannungswert, häufig werden 18 bis 24 Volt verwendet.

Es bietet sich an, zur Messung über den Widerstand einen differentiell erfassten Eingang zu verwenden. Ein Single-Ended-Eingang auf gemeinsamen Ground kann verwendet werden, wenn Masseschleifen ausgeschlossen werden können. Wenn in der Abbildung unten der negative Pol des Netzteils den Ground darstellt und das DAQ-Messgerät sowie das Voltmeter isoliert sind, dann wird korrekt Single-Ended auf gemeinsamen Ground gemessen. Ist das DAQ-Messgerät jedoch nicht isoliert, erhält es seinen Groundbezug vom Computer, wodurch Spannungsunterschiede zwischen dem Gerät und dem negativen Pol des Netzteils entstehen können. In diesem Fall ist eine differentielle Messung am geeignetsten. Falls ein großer Potentialunterschied zwischen dem negativen Pol des Netzteils und dem Ground des Computers existiert, sollte am besten ein isoliertes DAQ-Gerät verwendet werden.

Stromschleife

Zusätzlich sollte darauf geachtet werden, wo innerhalb der Stromschleife die Messung durchgeführt wird. Wenn der Eingang des DAQ-Gerätes empfindlich ist für Gleichtaktspannung, sollte es so nah wie möglich zum Ground positioniert werden. An einer anderen Stelle der Stromschleife operieren die Eingänge mit einer Gleichtaktspannung von 5 Volt oder mehr. Isolierte Eingänge sind in diesem Fall die beste Lösung.

Weitere Informationen
Bitte wenden Sie sich an Measurement Computing, wenn Sie Fragen haben oder weitere Informationen wünschen.

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