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Prüfen Sie, ob einem aus der 4–20-mA-Schleife gespeisten Messumformer beim höchsten Strom nach den Spannungsabfällen an Eingang, Kabel und Barrieren genügend Spannung bleibt.
Spannungsreserve
8,1V
Prüfen Sie die Werte, um ein Ergebnis zu sehen.
Berücksichtigen Sie eine Reserve für Versorgungstoleranz und Alterung.
Vrequired = Vtransmitter + I × Rtotal + Votherheadroom = Vsupply − Vrequired
Bei 20 mA benötigt die Schleife 15,9 V; die Versorgung mit 24 V lässt somit 8,1 V Reserve.
Tipp: Prüfen Sie die Schleife beim höchsten Strom, den sie übertragen muss: 20 mA oder 21 mA und mehr, wenn der Messumformer Fehler durch einen hohen Strom meldet.
Ein aus der 4–20-mA-Schleife gespeister Messumformer bezieht seine Energie aus ihr. Die Versorgung muss daher bei höchstem Strom sowohl seine eigene Mindestspannung als auch die Spannungsabfälle aller anderen Schleifenelemente decken. Eine 24-V-Versorgung mit einem Messumformer, der 10,5 V benötigt, einem 250-Ω-Eingang und 20 Ω Kabelwiderstand lässt bei 20 mA eine Reserve von 8,1 V.
Verforderlich = VMessumformer + I × RSchleife + Vfest
VMessumformer ist die im Datenblatt angegebene Mindestspannung an seinen Klemmen. RSchleife umfasst alle Serienwiderstände: Eingang des Empfängers, Hin- und Rückleiter des Kabels, Barrieren und Anzeiger. Vfest umfasst Bauteile mit festem Spannungsabfall wie Dioden und manche Trennverstärker.
Reserve = VVersorgung − Verforderlich
Bei positiver Reserve erhält der Messumformer auch beim Bemessungsstrom genug Spannung. Bei negativer Reserve verliert er die Regelung vor dem Vollausschlag; der Messwert wird begrenzt.
Rmax = (VVersorgung − VMessumformer − Vfest) ÷ I
Dieselbe Bilanz rückwärts gerechnet ergibt den höchsten Widerstand, den diese Versorgung tragen kann. Datenblätter von Messumformern zeigen ihn oft als Belastungsgerade.
Prüfen Sie beim höchsten Strom, den die Schleife übertragen muss, nicht bei 12 mA. Nach NAMUR NE 43 melden viele Messumformer einen Fehler mit 21 mA oder mehr. Kann die Schleife diesen Wert nicht übertragen, geht auch das Fehlersignal verloren.
Bei 20 mA fallen an den 270 Ω von Eingang und Kabel 5,4 V ab. Die Schleife benötigt damit 10,5 + 5,4 = 15,9 V. Die 24-V-Versorgung lässt 8,1 V Reserve und kann insgesamt bis zu 675 Ω Serienwiderstand tragen.
Spannungsreserve 8,1 V Im Rechner öffnen
Mit einer 12-V-Versorgung fehlen 3,9 V, denn die Schleife benötigt weiterhin 15,9 V. Der Messumformer verliert schon vor 20 mA die Regelung. Verwenden Sie eine 24-V-Versorgung oder einen Empfänger mit geringerem Eingangswiderstand.
Spannungsdefizit 3,9 V Im Rechner öffnen
Eine Barriere und ein Schleifenanzeiger fügen 280 Ω hinzu. Bei 22 mA als Prüfwert für das Fehlersignal verursachen die gesamten 560 Ω einen Abfall von 12,32 V. Benötigt der Messumformer mindestens 12 V, verlangt die Schleife 24,32 V; es fehlen 0,32 V.
Spannungsdefizit 0,32 V Im Rechner öffnen
Gesamter Serienwiderstand, den jede Versorgung bei 20 mA für drei Mindestspannungen des Messumformers ohne festen Spannungsabfall tragen kann.
| Versorgung (V) | Messumformer 8 V (Ω) | Messumformer 10,5 V (Ω) | Messumformer 12 V (Ω) |
|---|---|---|---|
| 12 | 200 | 75 | 0 |
| 15 | 350 | 225 | 150 |
| 18 | 500 | 375 | 300 |
| 20 | 600 | 475 | 400 |
| 24 | 800 | 675 | 600 |
| 28 | 1.000 | 875 | 800 |
| 30 | 1.100 | 975 | 900 |
Ein Strom von 4–20 mA durch 250 Ω ergibt 1–5 V, einen Bereich für einen Spannungseingang. Bei 20 mA beansprucht dieser Widerstand außerdem 5 V aus der Spannungsbilanz. Bei niedriger Versorgungsspannung lassen ein kleinerer Widerstand und ein passender Eingangsbereich mehr Spannung für den Messumformer übrig.
Das hängt vom Modell ab, häufig etwa 8–12 V, bei manchen Geräten mit HART oder Anzeige auch mehr. Verwenden Sie den Wert aus seinem eigenen Datenblatt bei der ungünstigsten Temperatur.
Nur über den Widerstand. Ein langes, dünnes Kabel kann über Hin- und Rückleiter Dutzende Ohm hinzufügen. Der Leiterwiderstandsrechner berechnet ihn aus Länge und Querschnitt.
Der Messumformer kann den höchsten Strom nicht mehr liefern; das Signal steigt also schon vor 20 mA nicht weiter. Messwerte am oberen Bereichsende und jedes hohe Fehlersignal gehen verloren.
ZIO-Sensoren lesen 4–20-mA- und 0–10-V-Signale. Ihr Eingangswiderstand verursacht damit einen der Spannungsabfälle in dieser Bilanz.
