Anschluss und Inbetriebnahme

Das Sensorkabel hat 6 Adern, der Messverstärker hat nur 4 Anschlüsse?

Einige Sensoren haben zusätzliche Fühlerleitungen.
Wenn der Messverstärker nur 4 Anschlüsse für den Sensor hat, kann man

  • die Fühlerleitungen nicht anschließen, oder
  • die Fühlerleitungen mit den Leitungen zur Sensorspeisung parallel schalten.

Die Parallelschaltung von Sensorspeisung und Fühlerleitung ist besser, denn

  • der Leitungswiderstand für die Sensorspeisung verringert sich,
  • die Störsicherheit wird erhöht (keine offenen Leitungen)

Wo wird der Schirm angeschlossen?

Der Schirm soll am Messverstärker aufgelegt werden.

Bei Messverstärkern mit SUB-D15 Eingangsbuchse: auf PIN 1
alle anderen Messverstärker: auf GND
alternativ, wenn GND z.B. im Steckverbinder nicht verfügbar: auf -Us (negative Sensorspeisung)

Achtung: Bei Sensoren mit Steckverbindern liegt der Schirm über das Steckergehäuse auf dem Sensorgehäuse.
In diesem Fall ist es oft sinnvoller, den Schirm nicht zusätzlich am Messverstärker aufzulegen, da sonst Ausgleichsströme über den Schirm fließen können.
Es ist dann besser, das Sensorgehäuse zu erden.

Weitere Hinweise finden Sie in diesem Dokument: kb-shield.pdf

Hinweis: Die Masse der Versorgungsspannung und die Masse für die weiterverarbeitende Analog-Digital Wandlung sollten am Messverstärker zusammengeführt werden.

Anders ausgedrückt:

  • Ein Leitungspaar Versorgungsspannung und Masse führt von der Spannungsversorgung zum Messverstärker.
  • Ein Leitungspaar Ausgangssignal und Masse führt vom Messverstärker zum AD-Umsetzer.

 

Wie kann ich Störungen auf dem Ausgangssignal verringern?

  • Zusammenführen der Masse des Netzteils und der Masse des Analog-Digital-Umsetzers an der Klemme des Messverstärkers.
    "alle Leitungen als Paar zum und vom Messverstärker verlegen";
    GND an den Messverstärkern GSV-1 und GSV-11 ist dann doppelt belegt!
  • Die Qualität der Spannungsversorgung ist maßgeblich für die Qualität des Ausgangssignals.
    • Die Messtechnik sollte ein eigenes Netzteil haben,
    • Ein Schaltnetzteil kann Störungen verursachen. Im Zweifelsfall besser ein lineares Netzteil verwenden.

 

Weitere Hinweise finden Sie in diesem Dokument: kb-shield.pdf

Über den gesamten Messbereich von Kraftsensoren oder Drehmomentsensoren wird mit Analog-Verstärkern in der Regel ein Verhältnis Signal zu Rauschen zwischen 1000/1 bis 10000/1 erreicht (bei einer Bandbreite von 250Hz).

Welche weiteren Maßnahmen gibt es, um Störungen zu verringern?

  • eigenes Netzteil für Sensorik und Aktorik
  • eigener Kabelkanal für Sensorik und Aktorik
  • Abschlusswiderstand 10kOhm oder 1kOhm am Analogeingang der SPS oder des AD-Umsetzers. Die Elektroniken von ME-Meßsysteme haben 50Ohm Ausgangswiderstand und können daher belastet werden. Der Fehler durch Belastung des Ausgangs ist in der Regel vernachlässigbar.
  • Bei einigen AD-Umsetzern ist es erforderlich, ein Oversampling und anschließende Mittelung durchzuführen. Die Streuung bei AD-Umsetzern nach dem SAR Verfahren Sukzessive Approximation kann recht hoch sein...

Wie ist der Zusammenhang zwischen mechanischem Eingangssignal und elektrischer Ausgangsspannung?

Wir betrachten die gesamte Messkette, bestehend aus Sensor und Messverstärker:

Für den Sensor und für den Messverstärker sind jeweils die Steigungen der Kennlinien angegeben.

beim Sensor z.B. 2,000 mV/V pro 100,0 N
beim Messverstärker z.B. 10,00 V pro 2,000 mV/V

Sensor und Messverstär sind in Reihe geschaltet, die Kennwerte werden also miteinander multipliziert:

  • 2,000mV/V/100,0N x 10,00V/2,000mV/V = 0,1V/N
  • 10N entspricht also 1V
  • 100N entspricht also 10V

Hinweis: die Steigung der Sensorkennlinie wird als "Kennwert" bezeichnet. Der Kennwert ist immer angegeben als Ausgangssignal bei (pro) Nennkraft

die Steigung der Messverstärkerkennlinie wird als "Eingangsempfindlichkeit" bezeichnet. 100% des Ausgangssignals wird bei der Eingangsempfindlichkeit erreicht.

Das Nullsignal des Sensors (Ausgangssignal bei 0 Kraft) und das Nullsignal des Verstärkers (Ausgangsgssignal bei 0 Eingangsspannung) gehen bei der Berechnung nicht ein. Mit der Nullsetzfunktion wird dieser konstante Fehler abgeglichen.

Wie berechnet sich die Kennlinie beim Stromausgang 4-20mA?

Beim Stromausgang 4-20mA ist der Nullpunkt um 4mA verschoben.

Die maximale Änderung des Ausgangssignals (der Ausgangssignalhub) beträgt 16mA.
Das Ausgangssignal nimmt um 16mA zu, wenn die Eingangsempfindlichkeit zu 100% ausgesteuert wird.

Sensor: 2,000mV/V pro 100N
Messverstärker: 16mA pro 2,000mV/V

  • 2,000mV/V/100,0N x 16mA/2,000mV/V = 6,25N/mA
  • 1mA (+4mA Offset) entspricht also 6,25N
  • 16mA (+4mA Offset) entspricht also 100N

Hindweis: Auch bei Messverstärkern mit verschobenem Nullpunkt, z.B. 5V ±5V wird die Eingangsempfindlichkeit für den Ausgangssignalhub angegeben.