4–20-mA-Drucksensor liefert kein Signal: Verdrahtung richtig prüfen

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Wenn ein 4–20-mA-Drucksensor kein Signal liefert, wird häufig zuerst ein Sensordefekt vermutet. In der Praxis liegt die Ursache jedoch sehr oft in der Verdrahtung, der Spannungsversorgung, der Stromschleife, der Bürde oder am Eingang der SPS. Besonders bei 2-Leiter-Transmittern muss die komplette Messschleife betrachtet werden, nicht nur der Sensor selbst.

Ein 4–20-mA-Signal ist grundsätzlich robust und industrietauglich. Trotzdem kann es durch verpolte Anschlüsse, Kabelbruch, fehlende Versorgungsspannung, falsche Eingangskarte, zu hohe Lastwiderstände oder falsche Messmethode zu Ausfällen kommen. Auch der Unterschied zwischen 0 mA, einem Fehlerstrom wie 3,6 mA und einem gültigen 4-mA-Signal ist für die Fehlersuche wichtig.

Dieser Beitrag zeigt, wie ein 4–20-mA-Drucksensor systematisch geprüft wird, welche typischen Verdrahtungsfehler auftreten und wie sich Sensor, Kabel, Spannungsversorgung und SPS-Eingang mit Multimeter oder Loop-Kalibrator eingrenzen lassen.

Inhaltsverzeichnis

Grundlagen: Wie funktioniert ein 4–20-mA-Drucksensor?

Ein 4–20-mA-Drucksensor wandelt den gemessenen Druck in ein analoges Stromsignal um. Dabei steht 4 mA typischerweise für den unteren Messbereichsanfang und 20 mA für den oberen Messbereichsendwert. Bei einem Drucksensor 0…10 bar bedeutet das zum Beispiel: 4 mA bei 0 bar und 20 mA bei 10 bar.

Der Vorteil eines Stromsignals liegt darin, dass es weniger empfindlich gegenüber Spannungsabfällen auf langen Leitungen ist. Solange die Versorgungsspannung und die zulässige Bürde ausreichen, bleibt der Strom in der Schleife eindeutig auswertbar.

Ein gültiges Messsignal beginnt in der Regel nicht bei 0 mA. Das ist wichtig für die Diagnose. 0 mA bedeutet meistens keine aktive Stromschleife, also zum Beispiel fehlende Versorgung, Kabelbruch, falsche Verdrahtung oder defekter Ausgang. 4 mA ist dagegen ein gültiger Messwert am Messbereichsanfang.

Für die Fehlersuche muss deshalb immer geprüft werden, ob wirklich kein Strom fließt oder ob der Sensor einen gültigen unteren Messwert ausgibt.

2-Leiter-Anschluss richtig verstehen

Viele industrielle Drucktransmitter mit 4–20-mA-Ausgang sind als 2-Leiter-Geräte ausgeführt. Das bedeutet: Versorgungsspannung und Messsignal laufen über dieselben zwei Leitungen. Der Sensor regelt den Strom in der Schleife entsprechend dem gemessenen Druck.

Der typische Aufbau besteht aus Spannungsversorgung, Sensor, Leitung, Bürde beziehungsweise SPS-Eingang und Rückleitung. Alle Elemente liegen in einer Stromschleife. Wenn diese Schleife an einer Stelle unterbrochen ist, fließt kein Signalstrom.

Ein häufiger Denkfehler besteht darin, den Sensor wie ein 3-Leiter-Gerät zu betrachten. Bei einem 2-Leiter-Transmitter gibt es keinen separaten Signalausgang gegen Masse, sondern der Stromfluss durch die gesamte Schleife ist das Signal.

Deshalb muss das Messgerät zur Strommessung in Reihe in die Schleife eingebunden werden. Eine parallele Messung wie bei einer Spannung führt hier nicht zum richtigen Ergebnis.

Kein Signal: Was bedeutet das eigentlich?

Die Aussage „kein Signal“ kann unterschiedliche Bedeutungen haben. Es kann wirklich 0 mA fließen. Es kann aber auch sein, dass die SPS 0 bar anzeigt, obwohl der Sensor 4 mA liefert. Oder der Eingang ist falsch parametriert und interpretiert den Stromwert nicht korrekt.

Deshalb sollte zuerst geklärt werden, was genau beobachtet wird: Zeigt die SPS einen Fehler? Wird 0 mA gemessen? Liegt eine Spannung am Sensor an? Gibt es einen festen Stromwert, der sich bei Druckänderung nicht verändert? Oder wird ein Wert außerhalb des erwarteten Bereichs angezeigt?

Ein echter 0-mA-Wert deutet häufig auf eine unterbrochene Schleife, fehlende Versorgungsspannung, Verpolung, Kabelbruch oder defekten Sensor hin. Ein Wert um 3,6 mA kann dagegen ein definierter Fehlerzustand sein. Ein Wert von 4 mA kann ein gültiger Messwert sein, wenn am Sensor Messbereichsanfang anliegt.

Die genaue Interpretation hängt vom Sensor, vom Ausgangssignal und von der Konfiguration der Auswertung ab.

Versorgungsspannung prüfen

Eine der ersten Prüfungen ist die Versorgungsspannung. Ein 4–20-mA-Drucksensor benötigt eine ausreichende Spannung, um den Messstrom durch Sensor, Leitung und Bürde treiben zu können. Typische industrielle Versorgungen liegen häufig bei 24 V DC.

Wichtig ist, die Spannung nicht nur am Netzteil, sondern möglichst auch am Sensor beziehungsweise an der Messschleife zu prüfen. Durch Leitungsverluste, falsche Klemmen, Sicherungen, Trennverstärker oder Eingangsmodule kann die Spannung am Sensor fehlen oder zu niedrig sein.

Wenn am Sensor keine Versorgungsspannung anliegt, kann der Sensor auch kein gültiges 4–20-mA-Signal liefern. Dann sollte die Spannungsversorgung rückwärts geprüft werden: Netzteil, Sicherung, Klemmen, Kabel, Steckverbinder und Eingangskarte.

Liegt eine Versorgungsspannung an, aber es fließt kein Strom, muss die Schleife weiter geprüft werden. Dann kommen Verpolung, Unterbrechung, defekter Sensor, zu hohe Bürde oder falscher Anschluss infrage.

Stromschleife richtig messen

Das 4–20-mA-Signal wird als Strom gemessen. Dafür muss das Multimeter, der Prozesskalibrator oder ein geeigneter Loop-Kalibrator in Reihe in die Stromschleife geschaltet werden. Das Messgerät wird also nicht parallel zum Sensor angeschlossen, sondern direkt in den Strompfad eingefügt.

Ein häufiger Fehler ist die falsche Messart am Multimeter. Wird versehentlich im Spannungsbereich gemessen, erhält man nicht den tatsächlichen Schleifenstrom. Wird der Strombereich falsch gewählt oder stecken die Messleitungen in der falschen Buchse, kann ebenfalls kein sinnvoller Messwert entstehen.

Bei der Strommessung muss außerdem die interne Sicherung des Multimeters intakt sein. Wenn die Strommesssicherung ausgelöst hat, zeigt das Gerät möglicherweise keinen Strom an, obwohl die Stromschleife grundsätzlich funktioniert.

Für Serviceeinsätze ist ein Loop-Kalibrator oft deutlich komfortabler als ein einfaches Multimeter. Geräte wie der UPS4E Stromschleifen-Kalibrator können 4–20-mA-Signale messen, simulieren und je nach Anwendung zur Prüfung der Messkette eingesetzt werden. Damit lässt sich schneller unterscheiden, ob der Fehler am Drucksensor, an der Leitung, an der Spannungsversorgung oder am SPS-Eingang liegt.

Bürde und Lastwiderstand berücksichtigen

Die Bürde ist der elektrische Widerstand, gegen den der Sensor den Schleifenstrom treiben muss. Dazu gehören Eingangswiderstand der SPS, Leitungswiderstand, Trennverstärker, Anzeigeinstrumente und weitere in Reihe liegende Komponenten.

Ist die Bürde zu hoch, reicht die Versorgungsspannung nicht mehr aus, um 20 mA sicher zu treiben. Dann kann das Signal zu niedrig bleiben, bei höheren Druckwerten abbrechen oder unplausibel werden.

Besonders bei langen Leitungen, mehreren Geräten in Reihe, zusätzlichen Anzeigen oder Trennverstärkern sollte geprüft werden, ob die zulässige Gesamtbürde des Sensors eingehalten wird. Die maximal zulässige Bürde hängt von Versorgungsspannung und Sensordaten ab.

Ein typisches Fehlerbild ist, dass der Sensor bei niedrigen Werten scheinbar funktioniert, aber bei höherem Druck nicht mehr bis 20 mA kommt. Dann sollte die Bürde gezielt geprüft werden.

Verpolter Anschluss und falsche Klemmen

Ein verpolter Anschluss ist eine einfache, aber häufige Ursache. Wenn Plus und Minus vertauscht sind, arbeitet der Sensor je nach Ausführung nicht oder liefert kein korrektes Signal. Moderne Sensoren besitzen teilweise Verpolschutz, trotzdem entsteht kein gültiges Messsignal.

Auch falsche Klemmen am Stecker oder an der SPS können zu Ausfällen führen. Gerade bei M12-Steckern, Winkelsteckern oder unterschiedlichen Anschlussbildern ist ein Blick in das Datenblatt beziehungsweise Anschlussbild erforderlich.

Ein weiterer Fehler ist die Verwechslung von 2-Leiter-, 3-Leiter- und 4-Leiter-Anschlüssen. Ein Sensor mit 4–20 mA in 2-Leiter-Technik wird anders angeschlossen als ein aktiver Ausgang mit separater Versorgung.

Bei unbekannten Sensoren sollte deshalb nicht nach Kabelfarbe allein verdrahtet werden. Maßgeblich sind Pinbelegung, Anschlussbild und Ausgangsart des konkreten Geräts.

Kabelbruch, Leitungsfehler und Schirmung prüfen

Ein Kabelbruch oder schlechter Kontakt unterbricht die Stromschleife. Dann fließt kein Strom, und die Auswertung zeigt 0 mA, Fehler oder einen Ersatzwert. Besonders an bewegten Leitungen, Steckverbindern, Kabelverschraubungen oder Maschinenanschlüssen treten solche Fehler häufig auf.

Auch Übergangswiderstände an Klemmen, lose Schraubklemmen, korrodierte Kontakte oder beschädigte Stecker können das Signal beeinflussen. Der Fehler muss nicht dauerhaft auftreten. Bei Vibration oder Bewegung kann das Signal sporadisch ausfallen.

Zur Prüfung können Durchgangsmessung, Sichtprüfung, Wackeltest, Spannungsmessung unter Last und Strommessung an verschiedenen Punkten der Schleife hilfreich sein. Wichtig ist, die Anlage vorher sicher zu beurteilen und nur geeignete Messverfahren anzuwenden.

Die Schirmung ist bei analogen Signalen ebenfalls wichtig. Eine fehlende oder falsch aufgelegte Schirmung führt zwar meist nicht zu 0 mA, kann aber Störungen, schwankende Werte oder unruhige Signale verursachen.

Falscher SPS-Eingang oder falsche Parametrierung

Nicht jeder Analogeingang ist automatisch für 4–20 mA geeignet. Manche Eingänge sind für Spannungssignale wie 0–10 V parametriert oder benötigen eine andere Klemmenbelegung für Strommessung. Wird der Sensor an einen falschen Eingang angeschlossen, kann die SPS kein korrektes Signal anzeigen.

Auch die Parametrierung der SPS ist entscheidend. Der Eingang muss auf 4–20 mA eingestellt sein. Zusätzlich muss die Skalierung zum Messbereich des Drucksensors passen. Sonst zeigt die Steuerung falsche Druckwerte an, obwohl der Strom korrekt ist.

Ein weiterer Punkt ist die Frage, ob der Eingang aktiv oder passiv ist. Bei passiven 2-Leiter-Transmittern muss die Schleife korrekt versorgt werden. Manche Eingangskarten stellen die Versorgung bereit, andere benötigen eine externe Spannungsversorgung.

Für die Fehlersuche ist es hilfreich, den Strom direkt vor dem SPS-Eingang zu messen oder mit einem Loop-Kalibrator ein bekanntes Signal einzuspeisen. Zeigt die SPS dann korrekt an, liegt der Fehler eher beim Sensor oder in der Leitung.

0 mA, 3,6 mA oder 21 mA: Fehlerzustände richtig deuten

Bei 4–20-mA-Signalen ist 0 mA in der Regel kein gültiger Messwert. 0 mA deutet meist auf eine unterbrochene Stromschleife, fehlende Versorgung oder einen schweren Fehler hin. 4 mA ist dagegen der normale Messbereichsanfang.

Viele Sensoren können im Fehlerfall definierte Fehlerströme ausgeben, zum Beispiel unterhalb von 4 mA oder oberhalb von 20 mA. Häufige Werte liegen zum Beispiel im Bereich um 3,6 mA oder oberhalb von 21 mA. Die genaue Bedeutung hängt vom Sensor und dessen Konfiguration ab.

Ein Stromwert unter 4 mA kann daher auf einen Sensorfehler, Messbereichsunterschreitung oder Fehlerzustand hinweisen. Ein Wert oberhalb von 20 mA kann Überbereich, Sensorfehler oder eine konfigurierte Fehlerausgabe bedeuten.

Wichtig ist, die Fehlerstromgrenzen im Datenblatt oder in der Parametrierung zu prüfen. Ohne diese Information kann ein Wert außerhalb des Messbereichs leicht falsch interpretiert werden.

Signal mit Loop-Kalibrator prüfen

Ein Loop-Kalibrator ist ein sehr hilfreiches Werkzeug für die Fehlersuche an 4–20-mA-Signalen. Er kann je nach Ausführung Schleifenstrom messen, ein 4–20-mA-Signal simulieren und manchmal auch die Schleife mit Spannung versorgen.

Damit lässt sich die Messkette gezielt trennen. Wird der Sensor abgeklemmt und ein definierter Strom von 4 mA, 12 mA oder 20 mA in den SPS-Eingang eingespeist, kann geprüft werden, ob Eingang, Skalierung und Anzeige korrekt funktionieren.

Umgekehrt kann der Sensor mit dem Loop-Kalibrator geprüft werden, indem der vom Sensor gelieferte Strom direkt gemessen wird. Ändert sich der Strom bei Druckänderung korrekt, ist der Sensor wahrscheinlich in Ordnung.

Der große Vorteil ist die klare Eingrenzung: Sensor, Leitung, Spannungsversorgung und Auswertung können Schritt für Schritt voneinander getrennt geprüft werden.

Schritt-für-Schritt-Fehlersuche

Die folgende Vorgehensweise hilft, die Ursache systematisch einzugrenzen. Je nach Anlage, Sensor und Sicherheitsanforderung müssen Herstellerangaben und betriebliche Vorgaben beachtet werden.

  1. Fehlerbild klären: Zeigt die SPS 0, Fehler, Überbereich oder einen festen Wert?
  2. Anschlussbild prüfen: Sensorart, Pinbelegung, 2-Leiter-/3-Leiter-Anschluss und Ausgangssignal prüfen.
  3. Versorgung prüfen: Spannung am Netzteil und möglichst am Sensor beziehungsweise in der Schleife messen.
  4. Strom messen: Schleifenstrom in Reihe messen oder Loop-Kalibrator verwenden.
  5. Verpolung ausschließen: Plus, Minus, Klemmen und Steckerbelegung prüfen.
  6. Leitung prüfen: Kabelbruch, lose Klemmen, Stecker, Schirmung und Durchgang kontrollieren.
  7. Bürde prüfen: Lastwiderstände, Eingangswiderstand, Trennverstärker und Leitungslänge berücksichtigen.
  8. SPS-Eingang prüfen: Eingangstyp, Parametrierung, Skalierung und aktive/passive Versorgung kontrollieren.
  9. Signal simulieren: Mit Loop-Kalibrator 4 mA, 12 mA und 20 mA einspeisen und Anzeige prüfen.
  10. Sensor separat prüfen: Sensor mit bekannter Versorgung und Druckänderung testen.
  11. Ergebnis dokumentieren: Messpunkte, Ströme, Spannungen und Konfiguration notieren.

Tabelle: Fehlerbild, mögliche Ursache und Prüfschritt

Fehlerbild Mögliche Ursache Nächster Prüfschritt
0 mA gemessen Keine Versorgung, Kabelbruch, verpolt, Schleife offen oder Sensor defekt Versorgung, Verdrahtung und Schleifendurchgang prüfen
SPS zeigt 0 bar, Strom ist 4 mA 4 mA entspricht Messbereichsanfang oder Skalierung falsch SPS-Skalierung und aktuellen Druck prüfen
Strom bleibt konstant Kein Druckwechsel, Sensor blockiert, falscher Anschluss oder Sensorfehler Druckänderung erzeugen und Sensor direkt messen
Signal bricht bei höherem Druck ab Bürde zu hoch oder Versorgungsspannung zu niedrig Gesamtbürde und Spannung unter Last prüfen
SPS zeigt falschen Druckwert Falsche Skalierung oder falscher Eingangstyp 4/12/20 mA simulieren und SPS-Anzeige vergleichen
Signal schwankt stark Schirmung, EMV, lose Klemmen, Kontaktproblem oder instabile Versorgung Klemmen, Schirmung, Leitung und Versorgung prüfen
Strom liegt unter 4 mA Fehlerstrom, Unterbereich, Sensorfehler oder Versorgung zu niedrig Datenblatt prüfen und Sensor separat testen
Strom liegt über 20 mA Überbereich, Fehlerstrom oder falscher Messbereich Druckbereich, Fehlerausgabe und Skalierung prüfen

Praxisbeispiel: Drucksensor ohne Signal an der SPS

Nach dem Austausch eines Drucksensors zeigt die SPS keinen Druckwert mehr an. Der Sensor wird zunächst als defekt vermutet, weil am Bedienpanel 0 bar angezeigt wird. Die Anlage steht, und der Fehler soll schnell eingegrenzt werden.

Zuerst wird die Verdrahtung mit dem Anschlussbild des Sensors verglichen. Dabei zeigt sich, dass es sich um einen 2-Leiter-Transmitter handelt. Anschließend wird die Versorgungsspannung in der Schleife geprüft. Am Netzteil liegen 24 V DC an, am Sensor jedoch keine ausreichende Spannung.

Bei der weiteren Prüfung wird festgestellt, dass der Sensor an einem Analogeingang angeschlossen wurde, der auf Spannungssignal 0–10 V parametriert war. Außerdem war die Stromschleife nicht korrekt geschlossen. Nach Umverdrahtung auf den passenden 4–20-mA-Eingang und Anpassung der SPS-Parametrierung wird erneut gemessen.

Der Schleifenstrom liegt nun bei etwa 4 mA am drucklosen Zustand und steigt bei Druckbeaufschlagung an. Der Sensor ist also nicht defekt. Die Ursache lag in der falschen Eingangsbeschaltung und Parametrierung.

Welche Messgeräte eignen sich?

Für die Fehlersuche an 4–20-mA-Drucksensoren eignen sich Multimeter, Prozesskalibratoren und Loop-Kalibratoren. Ein Multimeter kann Versorgungsspannung, Durchgang und Schleifenstrom prüfen. Wichtig ist, dass der Strombereich korrekt verwendet wird.

Ein Loop-Kalibrator ist besonders praktisch, weil er 4–20-mA-Signale messen und simulieren kann. Damit lässt sich schnell prüfen, ob die SPS den richtigen Wert anzeigt oder ob der Sensor korrekt ausgibt.

Für Serviceeinsätze sind Geräte hilfreich, die sowohl Strom messen als auch Strom vorgeben können. Bei komplexeren Anlagen können zusätzlich Trennverstärker, Speisegeräte, Prüfklemmen und Dokumentationsfunktionen relevant sein.

Die Auswahl des Messgeräts hängt davon ab, ob nur ein einfaches Signal geprüft oder eine komplette Messkette aus Sensor, Kabel, Versorgung, Trennverstärker und SPS untersucht werden soll.

Fazit: Erst Messschleife prüfen, dann Sensor tauschen

Wenn ein 4–20-mA-Drucksensor kein Signal liefert, ist der Sensor nicht automatisch defekt. Häufig liegen die Ursachen in Verdrahtung, Versorgungsspannung, Bürde, Kabel, Verpolung, SPS-Eingang oder Parametrierung.

Eine systematische Prüfung spart Zeit und vermeidet unnötigen Sensortausch. Entscheidend ist, die komplette Stromschleife zu betrachten: Versorgung, Sensor, Leitung, Lastwiderstand, Auswertung und Skalierung.

Mit Multimeter und Loop-Kalibrator lässt sich schnell eingrenzen, ob der Sensor ein korrektes Signal liefert, ob die SPS richtig auswertet oder ob die Schleife unterbrochen ist. Erst wenn Versorgung, Verdrahtung und Auswertung ausgeschlossen sind, sollte ein Sensordefekt als wahrscheinlich angenommen werden.

FAQ: Häufige Fragen zu 4–20-mA-Drucksensoren ohne Signal

Warum liefert mein 4–20-mA-Drucksensor kein Signal?

Häufige Ursachen sind fehlende Versorgungsspannung, Kabelbruch, Verpolung, offene Stromschleife, falscher SPS-Eingang, zu hohe Bürde oder ein defekter Sensor.

Wie prüft man ein 4–20-mA-Signal?

Der Schleifenstrom wird in Reihe gemessen. Alternativ kann ein Loop-Kalibrator verwendet werden, um den Strom zu messen oder ein definiertes Signal zu simulieren.

Was bedeutet 0 mA bei einem 4–20-mA-Sensor?

0 mA ist normalerweise kein gültiger Messwert. Es deutet meist auf eine unterbrochene Schleife, fehlende Versorgung, Verpolung oder einen schweren Fehler hin.

Ist 4 mA ein Fehler?

Nein. 4 mA ist normalerweise der gültige Messbereichsanfang. Bei einem Drucksensor 0…10 bar entspricht 4 mA zum Beispiel 0 bar.

Was bedeutet ein Stromwert unter 4 mA?

Ein Wert unter 4 mA kann ein definierter Fehlerstrom, Unterbereich, Sensorfehler oder ein Problem mit der Versorgung sein. Die genaue Bedeutung steht im Datenblatt oder in der Parametrierung.

Was ist die Bürde bei einem 4–20-mA-Signal?

Die Bürde ist der Gesamtwiderstand in der Stromschleife. Dazu gehören SPS-Eingang, Leitungen, Trennverstärker und weitere in Reihe geschaltete Geräte.

Was passiert, wenn die Bürde zu hoch ist?

Wenn die Bürde zu hoch ist, reicht die Versorgungsspannung möglicherweise nicht aus, um den erforderlichen Strom zu treiben. Das Signal kann dann zu niedrig bleiben oder abbrechen.

Wie erkennt man einen verpolten Drucksensor?

Bei verpoltem Anschluss liefert der Sensor meist kein Signal. Plus, Minus und Pinbelegung müssen mit dem Anschlussbild des Sensors verglichen werden.

Kann ein falscher SPS-Eingang die Ursache sein?

Ja. Wenn der Eingang auf 0–10 V statt 4–20 mA eingestellt ist oder eine andere Klemmenbelegung benötigt, wird das Signal nicht korrekt ausgewertet.

Wie prüft man die SPS-Auswertung?

Mit einem Loop-Kalibrator kann ein definierter Strom von 4 mA, 12 mA oder 20 mA eingespeist werden. Die SPS-Anzeige muss dann entsprechend dem skalierten Druckwert reagieren.

Was ist der Unterschied zwischen 2-Leiter- und 3-Leiter-Drucksensor?

Beim 2-Leiter-Sensor laufen Versorgung und Signal über dieselben zwei Leitungen. Beim 3-Leiter-Sensor gibt es typischerweise separate Leitungen für Versorgung und Signalausgang.

Wann sollte der Sensor getauscht werden?

Erst wenn Versorgung, Verdrahtung, Bürde, Kabel, SPS-Eingang und Parametrierung geprüft wurden und der Sensor weiterhin kein korrektes Signal liefert, ist ein Sensordefekt wahrscheinlich.

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