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Dipl.-Wirtsch.-Ing.
Ralf D. Scholz

Stand 5/17

  

Meßtechnik

Definitionen und Allgemeines.

Bekanntes oder Hilfreiches zu Meßgerätetypen / Meßtechnik
werden Sie auf dieser Seite, die ständig erweitert werden soll, an mancher Stelle finden. Verweise auf andere Stellen (--->) erreichen Sie mit Mausklick.
Wenn Sie kein Elektroniker sind oder wenn Ihnen Erfahrungen mit elektronischer Meßtechnik fehlen, werden für Sie nachfolgende Erklärungen wahrscheinlich nicht ausführlich genug sein. Für Spezialisten gäbe es sicherlich noch eine Menge zu ergänzen.
Scheuen Sie sich nicht, uns anzusprechen. Unsere Mitarbeiter helfen Ihnen gern weiter und beraten Sie kompetent bei der Auswahl, Planung und Anwendung von
Sensorik und Meßtechnik.

2- oder 3-Leitertechnik
macht in der Meßtechnik die Stärke vom ---> Stromsignal 4 ... 20 mA deutlich. Immer dann, wenn es sich beim ---> Transmitter um ein Gerät in der 2-Leitertechnik handelt, zeigt sich diese Stärke besonders: Das 4 ... 20 mA Signal, das dann auch Stromschleife genannt wird, gestattet es, die Versorgung und Signalauswertung nur mit 2 Adern zu bewerkstelligen. Der Transmitter ist in dieser Technik so aufgebaut, dass der 4 mA Grundstrom zur Speisung des Transmitters benutzt wird.
Bei Transmittern, die in der
3-Leitertechnik aufgebaut sind, wird der Transmitter mit 2 Leitern mit Strom versorgt. Der dritte Anschluß ist der Signalausgang. Dabei wird der Minuspol der Versorgung in der Regel auch als Signal-Bezugspunkt genutzt. Gegenüber der 2-Leiterschaltung ermöglicht die 3-Leiterschaltung oder 2-Leiterschaltung mit Blindschleife eine Kompensation der Zuleitungswiderstände. Die 4-Leiterschaltung verringert bzw. beseitigt den Einfluß des Zuleitungswider-
standes.

Absolutdruck-Meßgeräte
haben nur einen Druckanschluß und messen immer mit Bezug zum absoluten Vakuum, der Bezug für den Nullpunkt ist der luftleere Raum. Damit ist das Vorzeichen des Meßwertes immer positiv. Im Betrieb zeigen derartige Meßgeräte den atmosphärischen Luftdruck an, so werden z.B. 100 mbar Überdruck auf der Anzeige als (Luftdruck + 100 mbar) angezeigt.
(s. auch --->
Realivdruck-Meßgeräte oder Differenzdruck-Meßgeräte)

Datenlogger (weitere Info mit KLICK HIER)
dienen zum Speichern von Temperaturdaten-, Feuchtedaten-, Druckdaten- Verläufen oder dem zeitlichen Verlauf von ---> Normsignalen. Dies gilt vor allem für die Registrierung über einen längeren Zeitraum oder unter widrigen, extremen Betriebsbedingungen.
D.h. bei solchen Einsatzfällen, bei denen klassische Schreiber oder ähnliche Registriergeräte überfordert oder zu störanfällig sind. Bei Datenloggern sind die Intervalle des Meßtaktes nahezu frei einstellbar und es sind typischerweise mit einer Lithium-Batterie mobile, autonome Betriebszeiten von ca. 10 Jahren möglich. Die erfassten Meßwerte werden im Logger in einem nichtflüchtigen Speicherchip abgelegt. Diese so gespeicherten Meßwerte können jederzeit auf PC’s ausgelesen und grafisch aufbereitet ausgewertet werden. Datenlogger sind in der Praxis ideale Werkzeuge für die IBN oder Validierung von Anlagen, bei der Suche/Analyse von
Störungen oder zur Prozess-Optimierung.

Differenzdruck-Meßgeräte
haben als universelleres Meßgerät zwei Druckanschlüsse und messen immer den Druck zwischen den beiden Anschlüssen. Je nach Bezug zum Referenzanschluß kann das Vorzeichen entweder positiv oder negativ sein.
Ein Differenzdruck- Meßgerät ist jederzeit als Relativdruck-Meßgerät einsetzbar,
wenn ein Druckanschluß offen gegen die Atmosphäre bleibt.

Druck-Meßgeräte
lassen sich grob in ---> Absolutdruck-Meßgeräte und  ---> Realivdruck-Meßgeräte oder Differenzdruck-Meßgeräte unterteilen.

Kontakt-Arten
lassen sich bei elektrischen Kontakten grundsätzlich in Schließerkontakt (in Ruhestellung geöffnet), Öffnerkontakt (in Ruhestellung geschlossen) und
Wechslerkontakt (Schließer- und Öffnerkontakt) unterscheiden.

Meßgeräte-Bezeichnungen
werden grob in Anzeiger (Geräte mit örtlicher oder Fernanzeige),
Messer (Geräte mit örtlicher Anzeige oder kontinuierlicher und linearer
Signalerzeugung) und Wächter (schaltende Geräte) unterteilt.

Meßgeräte-Funktionen
lassen sich z.B. durch Endwert (max. Anzeige / Schaltwert), Meßwert (aktueller Wert), Normwert (abh. von angegenommenen ---> Normbedingungen),
Toleranz (Abweichung vom vorgegebenen Funktionswert),
Wiederholgenauigkeit (Abweichung in der Dauerfunktion) beschreiben.

Normbedingungen
DIN und ISO definieren die bei Mengenmessung wichtigen Normbedingungen mit unterschiedlichen Atmosphärendrücken und Raumtemperaturen. Bitte achten Sie beim Gerätevergleich auf die jeweils angegebene Norm - im Vergleich der beiden Definitionen ergibt sich ein Unterschied von 10%. Für weitere Info hier klicken.

Normbedingung

Lufttemperatur
T
NORM

Luftdruck absolut
P
NORM

Feuchte
r.h.

DIN 1343

0°C bzw. 273,15 K

1,013 bar

0% r.h.

DIN 102 (ISO 1-1975)

20°C bzw. 293,15 K

0,981 bar

ohne Angabe







Normsignale
erleichtern Herstellern, Konstrukteuren und Betreibern die Arbeit und erlauben es, Transmitter, SPS (speicherprogrammierbare Steuerungen), Computer oder Regler
von verschiedenen Herstellern problemlos zusammenzuschalten.
Bei den Normsignalen unterscheidet man --->
Spannungssignale (0 ...10 V) und
--->
Stromsignale (0 ... 20 mA / 4 ... 20 mA / ----> 2- oder 3-Leitertechnik).

Relativdruck-Meßgeräte
haben nur einen Druckanschluß, messen aber immer den Druck mit Bezug zur umgebenden Luft, der Bezug für den Nullpunkt ist der herrschende atmosphärische Druck (1,033 barabs).
Das Vorzeichen des gemessenen Druckwertes kann bei Überdruck positiv oder bei Unterdruck negativ sein. Beim Einschalten zeigen derartige Meßgeräte 000 an, im Betrieb werden z.B. 100 mbar Überdruck als +100 angezeigt.
(s. auch --->
Absolutdruck-Meßgeräte oder  ---> Differenzdruck-Meßgeräte)

Spannungssignale
sind Ausgangssignale, die am leichtesten zu handhaben sind. Hier ist heutzutage der Ausgangspegel 0 ...10V das verbreitetste Signal. Immer dann, wenn die Entfernung zwischen einem ---> Transmitter und einem Auswertegerät kurz ist und nur mit geringen elektomagnetischen Störungen zu rechnen ist, kann das 0 ... 10 V Signal
bedenkenlos verwendet werden.

Stromsignale
sollten immer dann verwendet werden, wenn die Entfernung zwischen einem Meßwandler oder ---> Transmitter und Auswertegerät lang ist und/oder wenn elektromagnetische Störungen möglich sind. Transmitter mit Stromausgang treiben einen vom Meßwert abhängigen Konstantstrom nach außen. Es fließt also immer der richtige Strom, unabhängig von der Größe des Widerstandes der Meßleitung. Da stromgetriebene Meßanordnungen physikalisch sehr viel niedrigohmiger sind als spannunggesteuerte Systeme, machen sich Störsignale deutlich weniger stark bemerkbar. Zu achten ist auch auf einen zuverlässigen ---> Überspannungsschutz.
Das meistverbreitetste Stromsignal hat den Pegel
0 ... 20 mA. Sie können die Vorteile dieses Signals nützen, selbst wenn Ihr System nicht für Stromsignale ausgelegt ist:
Legen Sie hierzu über einen hochohmigen Spannungseingang einen präzisen 500 Ohm Widerstand! Ein 20 mA Signal läßt dann genau 10 Volt an diesem Widerstand abfallen.
Immer häufiger werden von Anwendern die Vorteile des
4 ... 20 mA Stromsignals erkannt. Bei diesem Signal repräsentiert der Grundwert von 4 mA den Nullwert
und das 20 mA Signal den 100%-Wert. Neben den anderen Vorteilen des Stromdignals läßt sich ein auftretener Strom < 4 mA als Fehlersignal zur Kontrolle
der Leitungsunterbrechung nutzen.

Transmitter
wandeln Meß-/Ausgangs-Signale von Sensoren, die physikalische Meßgrößen erfassen können, um in ein proportionales elektrisches Ausgangssignal. Dabei kann es sich entweder um ein ---> Stromsignal oder ein ---> Spannungssignal handeln. Es ist jedoch immer ein ----> Normsignal (normiertes Signal) mit definiertem Pegel und angepasster Impedanz. Inzwischen gehört es bei digitalen Transmittern zum Standard, dass Betriebsparameter praktisch frei konfigirierbar sind. Wenn digitale Datenübertragung zur Vernetzung, Diagnose oder Prozeßregelung gewünscht sind, stößt man auf intelligente Meßwandler, die auch als SMART-Transmitter bezeichnet werden. Diese Art der Transmitter bietet Vorteile z.B. durch adressierbare Meßpunkte und es ist wird statt der zyklischen eine programmierbare und aufgabenorientierte Meßstellenbeoachtung möglich. Dies kann die Überwachung
von Meßgrößen wesentlich einfacher und preisgünstiger gestalten.

Überspannungsschutz
ist in der Meßtechnik sehr wichtig, um die Betriebsbereitschaft in Anlagen jederzeit aufrecht erhalten zu können. Da Sensoren immer dort montiert werden, wo die jeweilige Meßgröße auftritt, müssen diese Sensoren auch direkt vor Ort vor Überspannungseinflüssen geschützt werden. Wichtig ist, dass hier neben dem Schutz der Netzversorgungsleitungen auch in den Signaladern sowohl zur Sensorseite hin als auch zur Anlagenseite hin hin ein sicherer und unkomplizierter Schutz gegen statische Entladungen, Schaltvorgänge im Netz und angeschlossenen Geräten, und gegen induktive und kapazitive Einkopplungen verschiedenster Art erfolgt. Nur so können diese Störungen zuverlässig von wertvollen Mess- und Steuerkomponenten ferngehalten werden. Für einen Netzschutz kann ein Hochleistungs-Varistor Überströme bis zu 20 kA ableiten. Bei Überlast wird der Varistor sicher vom Netz getrennt und der Ausfall kann gemeldet werden. Der Grobschutz der Signalleitungen kann durch hochbelastbare Gasableiter realisiert werden: Tritt ein Überstrom auf, steigt die Spannung an integrierten, hochbelastbaren Widerständen an und bringt die Gasableiter zum zünden. Die Ader wird gegen Erde kurzgeschlossen, die Gasableiter können kurzfristig bis zu 10 kA ableiten. Der Feinschutz der Signalleitungen kann durch bipolare Transzorbdioden realisiert werden, die im Picosenkundenbereich schneller als der Grobschutz reagieren. Hier werden die Transienten mit hoher Anstiegsflanke abgefangen und gegen Erde kurzgeschlossen. Optional können integrierte Schmelzsicherungen bei Überlast des Überspannungsableiters die Adern auch völlig abtrennen.
 

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