Temperaturmessung

[isy.R]

Ich hab schon öfters mit Tempsensoren etc zu tun gehabt, habe mir aber folgendes nie richtig beantworten können.
Es gibt bei Sensoren generell verschiedene Arten wie die das Messsignal ausgeben, Zb Spannung 0-10V, Strom 4-20mA, Widerstand!
Wiederstand verstehe ich-->zB PT100
Spannung is auch klar
Wie funktioniert das bei Temperatursensoren die 4-20mA ausgeben?
Mann braucht doch trotzdem eine Spannung, wie hoch ist die?
Wie beeinflussen diese Sensoren den Strom, das geht doch nur über einen Widerstand, oder?
Mich interessiert also, wie genau funktioniert eine 4-20mA Strommessung zB an einem Temperaturfühler?

 

[Milka]

Ja, da liegt auch eine Spannung an. Sie ist ebend so groß, dass sich der gewünschte Strom einstellt. Das geht natürlich nur wenn der Sensorausgang mit einem definierten Widerstand abgeschlossen wird. Dieser wird vom Sensorhersteller angegeben. Z.B. 400 - 10000 Ohm...

Diese Art Sensoren haben den Vorteil, dass sie sehr leicht in "Zweileitertechnik" ausgeführt werden können.

 

[isy.R]

Hallo Milka!
Danke ein wenig klarer ist das jetzt, aber gibts vielleicht eine Skizze oder ähnliches das mir das Anschaulicher erklärt!
Das ein Widerstand meistens am Eingang vom Auswertegerät(Regler etc) parallel zum Sensor liegt, Wusste ich schon!
Aber wie beeinflusst der Sensor den Strom?
(Beeinflusst der Sensor die Nennspannung, und über die den Strom am Widerstand???)
Bitte erklär mir das!!

 

[edi]

Hallo,

in modernen Meßumformern übernimmt das ein spezieller kleiner Prozessor. Die Meßwerte ( Widerstand) werden an der Prozessorschnittstelle eingelesen , digitalisiert , entsprechend dem Programm im Prozesser ausgewertet( verarbeitet ) und am Ausgang des Prozessors über eine Treiberstufe ausgegeben....

 

[Milka]

Also wenn es dir um die Schaltung geht, schau dir mal den Link an...

http://www.hy-line.de/co/sensor-tec/her ... index.html


Der Sensor gibt eine Spannung aus, die von einem Stromrückführkreis geregelt wird ( http://de.wikipedia.org/wiki/Regelung_% ... technik%29 ). Durch diese Rückkopplung stellt sich der gewünschte Strom ein...

 

[isy.R]

Hmmm! :?
Zu dem Link, das Schaltbild konnte ich nicht vernünftig vergrößern, aber Elektronikpläne liegen mir sowieso nicht besonders.
Also noch mal von vorne, wie würdet ihr es einem absoluten Laien, Schritt für Schritt erklären!
Wie genau funktioniert jetzt eine 4-20mA Messschleife,
1.Was macht der Sensor genau, ist das jetzt ein Widerstand, oder Spannungserzeuger?
2.4-20mA heist das das Messsignal von 4 bis 20mA in Abhängigkeit der Messgröße, in der Messleitung vorhanden ist?
3.Was macht die Regelung, gibt die jetzt eine stabile Spannung an Anschluss A, und bekommt über den Sensor und den Widerstand zwischen A und B diese Spannung mit einem Strom von 4-20mA?
Wie?

PS:Milka du sprichst davon das sich die Spannung nach dem gewünschten Strom einstellt, wer stellt die Spannung nach dem gewünschten Strom ein, und wie?

 

[Milka]

1. Der Sensor ist genau genommen eine "Konstantstromquelle". Er mißt seine Messgröße (Temperatur, Helligkeit, Abstand.....) und drückt das gemessene in einer Stromstärke aus. Zum Beispiel hast du einen Temperatursensor, der von -20°C bis 100°C geht. Misst er -20°C gibt er 4mA aus; bei 100°C 20mA.

2. Genau! 4mA=0% 20mA=100%

3. Der Sensor hat nur zwei Anschlüsse. Die Regelung, an die der Sensor angeschlossen ist, legt z.B. 24V an diesen beiden Anschlüssen an. Der Sensor lässt nun wie ein regelbarer Widerstand einen bestimmten Strom fließen (4-20mA). Dieser Strom wird nun von der Regelung gemessen und weiter ausgewertet.

Im inneren des Sensors wird also die gemessene Größe durch eine Elektronik (Microprozessor, Operatoren,...) in einem Strom ausgedrückt. So wie in meinem Link gezeigt...

 

[isy.R]

Danke, Danke das sind einmal hervorragende Antworten!!
Um zusammenzufassen, die Regelung gibt eine definierte, stabile Spannung an den Klemmen aus!

Der Sensor stellt eine Konstantstromquelle dar, also zB ein Transistor der mittels Rückkopplung den Strom regelt, weil er über eine änderbare Spannung an der Basis die durch die Rückkopplung und die Messgröße beieinflusst wird, den Strom regelt.
Natürlich wirds meistens mit Mikroprozessor realisiert!

Den Bürdewiderstand an den Klemmen braucht man um den Strom, auf die gewünschten Werte zu begrenzen,also Widerstand zu hoch-->Strom zu klein,
Widerstand zu niedrig-->Strom zu hoch
Widerstand richtig Strom zwischen 4-20mA!

Ist das so richtig?

 

[Milka]

Alles bis auf folgendes Zitat ist richtig:

...die Regelung gibt eine definierte, stabile Spannung an den Klemmen aus!

Wie gesagt der Sensor ist wie eine "Konstantstromquelle".
Die Spannung wird ja von "Aussen" an den Sensor angelegt. Dieser sorg nur dafür, dass ein bestimmter Strom fließt...

 

[isy.R]

Hmmm, also bei einer Konstantstromquelle spielt die Spannung keine Rolle was den Strom betrifft, ich könnte 20 V oder 1V anliegen haben, die Konstantstromquelle gibt mir immer zB 5mA?
Oder wie funktioniert das? :shock:

 

[Milka]

Formulieren wir es mal so:

Die Konstantstromquelle stellt die Spannung so ein, dass ein bestimmter Strom fließt. "Egal" bei welchem Widerstand.

Natürlich ist es nicht völlig "egal" wie der Widerstand ist, denn bei extrem hochohmigen Lasten wird der Sensor wohl kaum einige kV ausgeben können.

Deswegen schreiben die Hersteller eines Sensors auch den Widerstand (die Bürde) des Reglers in einem Bestimmten Bereich vor. Z.B. 400 - 1200 Ohm

Ein Sensor, der an 24V Betriebsspannung arbeitet kann nur an einer Bürde kleiner als 1200 Ohm die 20mA liefern, da er sonst eine höhere Spannung als 24V bräuchte.

 

[isy.R]

Ok, ich brobiere es noch mal!
Zerlegen wir das ganze in die Einzelteile.
Wenn an den Klemmen der Regelung gar nichts angeschlossen wäre, wäre zwischen Klemme a und b zB 10V.
Dann hänge ich den Widerstand rein, habe ich zB 4mA bei 10V,
tu ich die Konstantstromquelle bzw den Sensor parallel drauf, regelt dieser die Spannung zB auf 5 V das ich 10mA habe.
Kommt das hin?

 

[Milka]

Jetzt muss ich das mal konkretisieren:

Sensor ist das "Ding", dass einen Wert mißt, und mittels eines Stromes (4-20mA) an die Regelung übergibt.

Die Regelung versorgt den Sensor mit Betriebsspannung (24V) und mißt gleichzeitig den Strom (Information), den der Sensor "verbraucht".

Die Spannungversorgung des Sensors, und die gemessenen Informationen laufen auf den selben beiden Adern. Deshalb beginnt der Sensor auch seine Informationen erst bei 4mA (untere Messschwelle) auszugeben, weil er die 4mA "zum leben" braucht. Bei 0mA könnte die Elektronik im Sensor nicht funktionieren.

Zu deinem Beispiel:
Zwischen den Klemmen A und B liegt IMMER die Betriebsspannung (sehr häufig 24V) an. Egal was der Sensor mißt.

Schließt du den Sensor an die Klemmen an, so fließt erstmal ein Strom von 4mA. Der Sensor verhält sie also im Moment quasi wie ein 6k Ohm-Widerstand (R=U/I).

Nun mißt der Sensor z.B. einen Größe die ihn dazu veranlasst 20mA auszugeben (100%). Der Sensor verändert nun durch eine elektronische Schaltung seinen Innenwiderstand, und lässt 20mA fließen. Er verhält sich also von aussen gesehen wie ein 1,2k Ohm-Widerstand.

Als Ersatzschaltbild könntest du dir ein Potentiometer vorstellen, dass direkt an ein 24V-Netzgerät angeschlossen ist. Der gemessene Wert des Sensors "dreht" am Poti...