4–20-mA-Digitalanzeige skalieren: Prozesswert korrekt darstellen

→ Produktkategorie: Messgeräte für den Schaltschrankbau

 

Ein Drucktransmitter besitzt beispielsweise den Messbereich:

0 … 10 bar

und liefert dazu ein Ausgangssignal von:

4 … 20 mA

Der angeschlossene Digitalanzeiger soll jedoch nicht den Stromwert anzeigen, sondern direkt:

0.00 … 10.00 bar

Damit das funktioniert, muss das elektrische Eingangssignal des Anzeigers auf den zugehörigen Prozessbereich skaliert werden.

Für die beiden Endpunkte gilt dann:

4 mA = 0 bar

und:

20 mA = 10 bar

Ein Eingangssignal von 12 mA entspricht exakt der Mitte der Stromspanne und muss deshalb:

5 bar

anzeigen.

Bei der Parametrierung eines 4–20-mA-Digitalanzeigers müssen deshalb Eingangssignal, unterer und oberer Anzeigewert, Dezimalstelle und gegebenenfalls Einheit unabhängig voneinander korrekt eingestellt werden. Zusätzlich sollte festgelegt werden, wie Unterbereich, Überbereich und Fehlerströme dargestellt werden.

Ein passendes Beispiel aus dem ICS-Portfolio ist das IM1 – 4-stellige digitale Einbauinstrument 48 × 24 mm. Es verarbeitet direkt 0/4–20-mA- sowie 0–10-V-Signale und besitzt einen frei parametrierbaren Anzeigebereich von -1999 bis 9999. Für Anwendungen mit höherer Auflösung, Analogausgang oder zusätzlichen Schaltfunktionen steht beispielsweise das IM3 – 5-stellige digitale Einbauinstrument 48 × 24 mm zur Verfügung.

Weitere Geräte finden Sie unter Digitalanzeiger für Gleichspannung und Gleichstrom sowie unter Messgeräte für den Schaltschrankbau bei ICS Schneider.

Was bedeutet 4–20 mA?

Das Stromsignal:

4 … 20 mA

gehört zu den am häufigsten verwendeten analogen Normsignalen in der industriellen Messtechnik.

Ein Messumformer setzt dabei eine physikalische Messgröße proportional in einen elektrischen Strom um.

Beispiel Druck

Druck	Ausgangsstrom
0 bar	4 mA
2,5 bar	8 mA
5 bar	12 mA
7,5 bar	16 mA
10 bar	20 mA

Der Digitalanzeiger empfängt also zunächst lediglich einen elektrischen Strom.

Er muss wissen, welcher Prozesswert:

4 mA

und welcher Prozesswert:

20 mA

entspricht.

Warum beginnt das Signal bei 4 mA?

Ein wesentlicher Vorteil von 4–20 mA gegenüber 0–20 mA ist der sogenannte:

Live Zero

Der physikalische Messbereichsanfang wird nicht durch 0 mA, sondern durch:

4 mA

dargestellt.

Damit lässt sich unterscheiden zwischen

Messwert = 0 % → 4 mA

und beispielsweise:

Stromschleife unterbrochen → ungefähr 0 mA

.

Bei einem 0–20-mA-System wäre ein Strom von 0 mA dagegen sowohl ein gültiger Messwert als auch ein möglicher Hinweis auf eine Leitungsunterbrechung.

Zusätzlich kann ein Zweileiter-Messumformer aus der Stromschleife versorgt werden

Die Elektronik des Transmitters steht dabei auch am Messbereichsanfang ein Mindeststrom zur Verfügung.

4 mA bedeutet deshalb nicht „kein Strom“, sondern den gültigen unteren Endpunkt des Messbereichs.

Wie wird ein 4–20-mA-Signal skaliert?

Bei einer linearen Messgröße lässt sich der zugehörige Prozesswert mit folgender Beziehung bestimmen:

X = Xmin + ((I - 4 mA) / 16 mA) · (Xmax - Xmin)

Dabei ist:

• X = anzuzeigender Prozesswert,
• Xmin = unterer Messbereichswert,
• Xmax = oberer Messbereichswert,
• I = gemessener Strom.

Warum 16 mA?

Die nutzbare Signalspanne beträgt:

20 mA − 4 mA = 16 mA

Diese 16 mA entsprechen:

100 % der Messspanne

.

Beispiel: 4–20 mA auf 0–10 bar skalieren

Ein Drucktransmitter besitzt:

Messbereich: 0 … 10 bar

und:

Ausgang: 4 … 20 mA

Im Digitalanzeiger werden eingestellt

Eingang unten = 4.000 mA

Anzeige unten = 0.00 bar

Eingang oben = 20.000 mA

Anzeige oben = 10.00 bar

Kontrolle bei 12 mA

Mit:

I = 12 mA

ergibt sich:

X = 0 + ((12 - 4) / 16) · 10

also:

X = 5.00 bar

Kontrolle bei 8 mA

X = 0 + ((8 - 4) / 16) · 10

ergibt:

X = 2.50 bar

Damit lässt sich die Skalierung bereits mit wenigen Prüfpunkten sehr einfach plausibilisieren.

Messbereiche mit negativem Nullpunkt skalieren

Das 4–20-mA-Signal ist nicht auf Messbereiche begrenzt, die bei null beginnen.

Ein Drucktransmitter kann beispielsweise besitzen:

−1 … +9 bar

.

Dann gilt:

Strom	Druck
4 mA	−1 bar
12 mA	+4 bar
20 mA	+9 bar

Wichtig

Der Eingangswert:

4 mA

wird dabei nicht automatisch auf:

0

gesetzt.

Er muss auf den tatsächlichen Messbereichsanfang:

−1 bar

skaliert werden.

Dezimalstelle richtig einstellen

Nach der Skalierung muss entschieden werden, wie der Prozesswert dargestellt werden soll.

Für einen Messbereich:

0 … 10 bar

sind beispielsweise denkbar:

• 0 … 10 bar
• 0.0 … 10.0 bar
• 0.00 … 10.00 bar
• 0.000 … 10.000 bar

Die passende Darstellung hängt von der Anwendung ab

Bei einem einfachen Betriebsmanometer kann:

6.3 bar

vollkommen ausreichend sein.

Bei einem präziseren Prozesssensor kann dagegen beispielsweise:

6.27 bar

sinnvoll sein.

Die Dezimalstelle beeinflusst die Interpretation

Ein Wert von:

625

kann je nach eingestellter Dezimalstelle bedeuten:

• 625,
• 62,5,
• 6,25,
• 0,625.

Eine falsch gesetzte Dezimalstelle kann daher trotz elektrisch korrekter Skalierung zu einer vollständig falschen Prozessanzeige führen.

Mehr Nachkommastellen bedeuten nicht mehr Genauigkeit

Eine häufige Fehlannahme lautet:

mehr angezeigte Stellen = genauere Messung

Das ist nicht automatisch richtig.

Die Gesamtgenauigkeit wird unter anderem bestimmt durch:

• Genauigkeit des Sensors,
• Genauigkeit des Messumformers,
• Genauigkeit des 4–20-mA-Eingangs,
• Auflösung des A/D-Wandlers,
• Temperaturdrift,
• Signalstörungen.

Beispiel

Ein Drucktransmitter besitzt eine Messabweichung von beispielsweise:

±0,5 % der Messspanne

bei:

0 … 10 bar

Das entspricht bereits:

±0,05 bar

Eine Anzeige von:

6,2537 bar

würde dann eine Genauigkeit suggerieren, die das Messsystem tatsächlich nicht besitzt.

Die Zahl der dargestellten Nachkommastellen sollte daher zur realen Messqualität des gesamten Messsystems passen.

Engineering Unit richtig wählen

Ein Digitalanzeiger soll nicht nur Zahlen darstellen, sondern einen verständlichen Prozesswert.

Typische Einheiten sind beispielsweise:

• bar,
• mbar,
• Pa,
• °C,
• %,
• l/min,
• m³/h,
• mm,
• kg.

Wichtig ist die Konsistenz

Wenn ein Transmitter auf:

0 … 1000 mbar

konfiguriert ist, der Digitalanzeiger jedoch:

0.000 … 1.000 bar

anzeigen soll, ist das technisch problemlos möglich.

Die Skalierung muss dann entsprechend:

4 mA = 0.000 bar

und:

20 mA = 1.000 bar

lauten.

Die verwendete Einheit muss jedoch für den Bediener eindeutig erkennbar sein.

4–20-mA-Anzeige richtig anschließen

Ein Stromsignal unterscheidet sich grundsätzlich von einem Spannungssignal.

Ein Stromempfänger wird in den Strompfad integriert.

Vereinfacht

bei einer Stromschleife mit extern versorgtem Zweileiter-Transmitter:

+24 V → Transmitter → 4–20-mA-Eingang → 0 V

Der gleiche Schleifenstrom fließt dabei durch alle in Reihe liegenden Komponenten.

Mehrere Stromempfänger

Wenn mehrere Geräte ausdrücklich dafür geeignet sind, können beispielsweise:

• Digitalanzeiger,
• SPS-Analogeingang,
• Registriergerät

in derselben Stromschleife liegen.

Dabei addieren sich jedoch die erforderlichen Spannungsabfälle beziehungsweise Bürden.

Nicht mit Spannungseingängen verwechseln

Ein:

0–10-V-Eingang

wird üblicherweise parallel zur Signalquelle angeschlossen.

Ein:

4–20-mA-Eingang

liegt dagegen im Strompfad.

Eine Fehlverdrahtung kann zu:

• falschen Messwerten,
• Überlastung des Signalgebers,
• Ausfall der Stromschleife

führen.

Zweileiter-Transmitter in der Stromschleife

Bei einem klassischen Zweileiter-Messumformer werden Versorgung und Messsignal über dieselben beiden Leitungen übertragen.

Der Transmitter verändert seinen Stromverbrauch entsprechend dem Prozesswert zwischen:

4 … 20 mA

Beispiel

Eine typische Schleife besteht aus:

24-V-Netzteil → Drucktransmitter → Digitalanzeiger → 0 V

Der Digitalanzeiger muss dabei einen dafür vorgesehenen Stromeingang besitzen.

Alternative mit integrierter Geberversorgung

Bestimmte Digitalanzeiger können selbst eine Versorgung für angeschlossene Sensoren beziehungsweise Messumformer bereitstellen.

Das IM3 kann je nach Ausführung beispielsweise mit integrierter Geberversorgung konfiguriert werden.

Die konkrete Anschlussvariante muss immer anhand der Gerätekonfiguration und Anschlussbelegung geprüft werden.

Bürde und Versorgungsspannung berücksichtigen

Ein Zweileiter-Transmitter benötigt eine Mindestspannung für seine Elektronik.

Zusätzlich erzeugt jedes in Reihe liegende Gerät einen Spannungsabfall.

Vereinfacht muss gelten:

UVersorgung ≥ UTransmitter,min + UAnzeige + Uweitere Empfänger + ULeitung

Beispiel

Bei einer 24-V-Versorgung müssen:

• Transmitter,
• Digitalanzeiger,
• SPS-Eingang,
• Leitungswiderstände

innerhalb des verfügbaren Spannungsbudgets liegen.

Ist die Versorgungsspannung zu niedrig

kann der Transmitter bei höheren Strömen möglicherweise nicht mehr den vorgesehenen:

20-mA-Endwert

erreichen.

Die Folge kann beispielsweise sein:

18,7 mA statt 20 mA

obwohl der Prozesswert bereits am Messbereichsende liegt.

Eine scheinbar falsche Skalierung kann deshalb tatsächlich durch eine zu hohe Gesamtbürde beziehungsweise eine zu niedrige Schleifenspannung verursacht werden.

Fehlerströme und NAMUR NE 43 berücksichtigen

Moderne Messumformer können zusätzlich zum normalen 4–20-mA-Messsignal definierte Ströme zur Fehlererkennung ausgeben.

Bei Geräten, die entsprechend NAMUR NE 43 arbeiten, werden typischerweise Bereiche außerhalb des normalen Messsignals zur Diagnose verwendet.

Häufig werden dabei beispielsweise unterschieden:

Strom	Typische Interpretation bei aktivierter NE-43-Auswertung
unter 3,8 mA	Unterbereich
über 20,5 mA	Überbereich
3,6 mA oder darunter	Fehlersignal / abhängig vom Transmitter
21,0 mA oder darüber	Fehlersignal / abhängig vom Transmitter

Die konkrete Fehlerstromkonfiguration muss jedoch immer beim eingesetzten Transmitter geprüft werden.

Warum das für den Digitalanzeiger wichtig ist

Ein Strom von:

3,6 mA

darf bei einem entsprechend konfigurierten Messumformer nicht einfach als normaler Prozesswert extrapoliert werden.

Bei einem 0–10-bar-Messbereich würde eine rein mathematische Skalierung ansonsten einen negativen Druck anzeigen.

Sinnvoller kann je nach Anwendung sein:

• Fehleranzeige,
• Displayblinken,
• Alarmkontakt,
• Unterbereichsmeldung.

Unterbereich nicht mit Nullpunkt verwechseln

Ein gültiger Nullpunkt eines 4–20-mA-Messbereichs liegt bei:

4 mA

Ein Strom von:

0 mA

ist daher bei einer normalen 4–20-mA-Stromschleife kein Prozessnullpunkt.

Beispiel

Messbereich:

0 … 10 bar

Dann gilt:

Strom	Bedeutung
4 mA	0 bar
12 mA	5 bar
20 mA	10 bar
0 mA	kein gültiger normaler Messwert

Zeigt ein Digitalanzeiger bei Leitungsbruch deshalb einfach:

0.00 bar

an, kann dies für den Bediener gefährlich missverständlich sein.

Eine eindeutige Fehlerdarstellung ist bei sicherheits- oder prozessrelevanten Messstellen vorzuziehen.

Grenzwerte und Alarmdarstellung einstellen

Viele Digitalanzeiger bieten zusätzlich zur reinen Prozesswertanzeige Grenzwertfunktionen.

Beim IM1 können beispielsweise:

• Grenzwertüberschreitungen,
• Grenzwertunterschreitungen

über ein Anzeigenblinken signalisiert werden. :contentReference[oaicite:0]{index=0}

Das IM3 bietet darüber hinaus unter anderem zwei PhotoMOS-Schaltausgänge und ein flexibles Alarmsystem. :contentReference[oaicite:1]{index=1}

Beispiel Drucküberwachung

Messbereich:

0 … 10 bar

Ein Alarm soll bei:

8,0 bar

ausgelöst werden.

Dieser Grenzwert sollte direkt in der Engineering Unit:

bar

parametriert werden, wenn das Gerät dies unterstützt.

Dadurch muss der Bediener nicht erst:

8 bar → 16,8 mA

umrechnen.

Wann zusätzliche Stützpunkte sinnvoll sind

Ein klassischer Druck-, Temperatur- oder Füllstandtransmitter mit linearem 4–20-mA-Ausgang benötigt normalerweise lediglich zwei Skalierpunkte:

4 mA → Messbereichsanfang

und:

20 mA → Messbereichsende

Nichtlineare Zusammenhänge

Bei bestimmten Anwendungen reicht diese lineare Zuordnung jedoch nicht aus.

Beispiele sind:

• nichtlineare Behältergeometrien,
• bestimmte Weg- oder Positionsmessungen,
• kundenspezifische Kennlinien.

Dann können zusätzliche Stützpunkte verwendet werden.

Das IM1 unterstützt beispielsweise bis zu zehn parametrierbare Stützpunkte. :contentReference[oaicite:2]{index=2}

Das IM3 bietet bis zu 30 zusätzliche parametrierbare Stützpunkte und eignet sich damit für komplexere Kennlinien. :contentReference[oaicite:3]{index=3}

Wichtig

Eine Linearisierung im Digitalanzeiger sollte nicht verwendet werden, um einen eigentlich fehlerhaften Sensor nachträglich „schönzurechnen“.

Zunächst muss geklärt werden, ob:

• Sensor,
• Messumformer,
• Stromschleife

technisch korrekt arbeiten.

Skalierung mit Stromkalibrator überprüfen

Nach der Parametrierung sollte der Digitalanzeiger unabhängig vom eigentlichen Sensor geprüft werden.

Dazu wird ein geeigneter Stromkalibrator direkt auf den 4–20-mA-Eingang gegeben.

Sinnvolle Prüfpunkte

Signal	Prozent	Erwartete Anzeige bei 0–10 bar
4 mA	0 %	0.00 bar
8 mA	25 %	2.50 bar
12 mA	50 %	5.00 bar
16 mA	75 %	7.50 bar
20 mA	100 %	10.00 bar

Damit werden zwei Dinge getrennt geprüft

Erstens:

Ist der Digitalanzeiger richtig parametriert?

Zweitens:

Liefert der Transmitter später tatsächlich den korrekten Strom?

Diese Trennung erleichtert die Fehlersuche erheblich.

Praxisbeispiel: Drucktransmitter 0–16 bar

Ein Drucktransmitter besitzt:

0 … 16 bar rel.

und:

4 … 20 mA

Der Digitalanzeiger soll:

0.00 … 16.00 bar

anzeigen.

1. Eingang auswählen

Im Anzeiger wird eingestellt:

Eingang = 4–20 mA

2. Unteren Skalierpunkt einstellen

4.000 mA → 0.00

3. Oberen Skalierpunkt einstellen

20.000 mA → 16.00

4. Dezimalstelle festlegen

XX.XX

5. Prüfung bei 50 %

Stromkalibrator:

12.000 mA

Erwartete Anzeige:

8.00 bar

6. Prüfung bei 25 %

8.000 mA → 4.00 bar

7. Prüfung bei 75 %

16.000 mA → 12.00 bar

Stimmen alle Prüfpunkte, ist die lineare Skalierung korrekt.

Zeigt der reale Transmitter anschließend einen falschen Wert

liegt die Ursache möglicherweise nicht mehr im Digitalanzeiger, sondern beispielsweise bei:

• Transmitterkonfiguration,
• Prozessdruck,
• Nullpunktverschiebung,
• Versorgungsspannung,
• Stromschleife.

Typische Fehlerbilder

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Anzeige zeigt 4.00 bei 4 mA	Stromwert statt Prozesswert dargestellt	Skalierung des Eingangs prüfen
4 mA zeigt 0 bar, 20 mA jedoch falschen Endwert	oberer Skalierwert falsch	Endwert neu parametrieren
Nullpunkt korrekt, Zwischenwerte falsch	falsche Linearisierung beziehungsweise Stützpunkte	Kennlinie kontrollieren
12 mA entspricht nicht 50 % des Messbereichs	Skalierung oder Transmitterbereich falsch	Transmitter und Anzeige getrennt prüfen
Anzeige zeigt Faktor 10 zu hoch	Dezimalstelle falsch eingestellt	Dezimalpunkt korrigieren
Anzeige zeigt 0 bei Leitungsbruch	Fehlerstrom wird als Messwert interpretiert	Fehlerverhalten konfigurieren
Anzeige erreicht den Endwert nicht	Transmitter erreicht keine 20 mA	Schleifenspannung und Bürde prüfen
Messwert springt	Störungen oder instabile Stromschleife	Verdrahtung, Schirmung und Versorgung prüfen
Anzeige dauerhaft zu niedrig	Transmitter falsch skaliert	LRV und URV des Transmitters prüfen
Digitalanzeiger zeigt negativen Wert unterhalb 4 mA	lineare Extrapolation aktiv	Unterbereichs- und Fehlerdarstellung konfigurieren
Zusätzlicher Empfänger führt zu Fehlanzeige	Gesamtbürde der Schleife zu hoch	Spannungsbudget berechnen
Anzeige ist scheinbar sehr präzise, Werte schwanken in der letzten Stelle	zu viele Nachkommastellen	Anzeigeauflösung sinnvoll reduzieren

Digitalanzeige systematisch parametrieren

1. Messaufgabe bestimmen: Welche physikalische Größe soll dargestellt werden?
2. Transmitterbereich prüfen: Messbereichsanfang und Messbereichsende eindeutig erfassen.
3. Ausgangssignal kontrollieren: 4–20 mA, 0–20 mA oder anderes Normsignal nicht verwechseln.
4. Eingangstyp auswählen: Digitalanzeiger auf 4–20-mA-Stromeingang konfigurieren.
5. Unteren Skalierpunkt setzen: 4 mA dem tatsächlichen Messbereichsanfang zuordnen.
6. Oberen Skalierpunkt setzen: 20 mA dem tatsächlichen Messbereichsende zuordnen.
7. Dezimalstelle festlegen: Passend zur benötigten Darstellung und realen Messgenauigkeit.
8. Einheit festlegen: Beispielsweise bar, °C, %, l/min oder m³/h.
9. Fehlerverhalten prüfen: Unterbereich, Überbereich und Fehlerstrom sinnvoll darstellen.
10. Grenzwerte konfigurieren: Falls Alarm- oder Schaltfunktionen benötigt werden.
11. Stromschleife prüfen: Versorgungsspannung und Gesamtbürde kontrollieren.
12. 4-mA-Punkt einspeisen: Messbereichsanfang kontrollieren.
13. 12-mA-Punkt einspeisen: 50-%-Punkt überprüfen.
14. 20-mA-Punkt einspeisen: Messbereichsende kontrollieren.
15. Weitere Zwischenpunkte prüfen: Besonders bei kritischen Anwendungen.
16. Fehlerstrom simulieren: Falls die Anlage eine entsprechende Diagnose verwendet.
17. Parameter dokumentieren: Eingang, Skalierung, Einheit, Dezimalstelle und Alarmgrenzen festhalten.

Passende Digitalanzeiger bei ICS Schneider

IM1 – 4-stelliger Digitalanzeiger 48 × 24 mm

Das IM1 ist für einfache 4–20-mA-Anzeigen besonders passend.

Wesentliche Eigenschaften sind:

• 4-stellige Digitalanzeige,
• Format 48 × 24 mm,
• 10 mm Ziffernhöhe,
• Anzeigebereich -1999 bis 9999,
• Eingang 0/4–20 mA,
• Messspanne des Stromeingangs -22 … 24 mA,
• zusätzlich 0–10-V-Eingang,
• 24-VDC-Versorgung galvanisch getrennt,
• frontseitige Bedienung,
• Schutzart IP65 an der Front,
• Min-/Max-Erfassung,
• bis zu 10 parametrierbare Stützpunkte,
• Tara-Funktion,
• visuelle Grenzwertüberwachung.

Damit eignet sich das Gerät beispielsweise für die lokale Anzeige von:

• Druck,
• Temperatur,
• Füllstand,
• Durchfluss,
• Position

aus einem standardisierten 4–20-mA-Signal. :contentReference[oaicite:4]{index=4}

IM3 – 5-stelliger Digitalanzeiger 48 × 24 mm

Für Anwendungen mit höherem Funktionsumfang steht das IM3 zur Verfügung.

Das Gerät bietet unter anderem:

• 5-stellige Anzeige,
• Anzeigebereich -19999 bis 99999,
• 0/4–20-mA-Eingang,
• 0–10-V-Eingang,
• bis zu 30 zusätzliche Stützpunkte,
• zwei PhotoMOS-Schaltausgänge,
• optional 0/4–20-mA- oder 0–10-V-Analogausgang,
• alternativ integrierte Geberversorgung,
• Min-/Max-Speicher,
• Alarmfunktionen,
• mathematische Funktionen,
• gleitende Mittelwertbildung.

Das IM3 eignet sich damit insbesondere, wenn neben der lokalen Anzeige auch:

• Grenzwertüberwachung,
• Signalweitergabe,
• Linearisierung,
• zusätzliche Prozessfunktionen

benötigt werden. :contentReference[oaicite:5]{index=5}

Weitere Digitalanzeiger

ICS Schneider bietet eine große Auswahl an Digitalanzeigern für Gleichstrom- und Gleichspannungssignale sowie spezielle Stromschleifen-Anzeiger. :contentReference[oaicite:6]{index=6}

Fazit

Die Skalierung eines 4–20-mA-Digitalanzeigers ist grundsätzlich einfach, wenn elektrische Signalgröße und Prozesswert konsequent voneinander getrennt betrachtet werden.

4 mA ist der Messbereichsanfang

Der sogenannte Live Zero ermöglicht es, einen gültigen Prozessnullpunkt von einem vollständigen Stromausfall zu unterscheiden.

20 mA ist der Messbereichsendwert

Zwischen beiden Punkten erfolgt bei einer linearen Messgröße eine proportionale Skalierung.

Die Dezimalstelle verändert die Darstellung, nicht die Messgenauigkeit

Zu viele Nachkommastellen können eine Genauigkeit suggerieren, die Sensor und Messumformer tatsächlich nicht besitzen.

Fehlerströme müssen gesondert behandelt werden

Ströme unterhalb beziehungsweise oberhalb des normalen Messbereichs können bei entsprechend konfigurierten Transmittern Diagnoseinformationen enthalten und sollten nicht unkritisch als Prozesswert dargestellt werden.

Auch die Stromschleife selbst muss elektrisch funktionieren

Versorgungsspannung, Transmitter-Mindestspannung, Eingangsbürde und weitere in Reihe liegende Empfänger bestimmen, ob der komplette 4–20-mA-Bereich überhaupt erreicht werden kann.

Die Parametrierung sollte immer praktisch überprüft werden

Mit den Prüfpunkten 4, 8, 12, 16 und 20 mA lassen sich Nullpunkt, Zwischenwerte und Endwert schnell und eindeutig kontrollieren.

Für die Praxis gilt

Transmitter-Messbereich bestimmen → Ausgangssignal prüfen → Digitalanzeiger auf 4–20 mA konfigurieren → 4 mA dem Messbereichsanfang zuordnen → 20 mA dem Messbereichsende zuordnen → Dezimalstelle passend wählen → Engineering Unit festlegen → Unter- und Überbereich konfigurieren → Fehlerströme berücksichtigen → Versorgung und Schleifenbürde prüfen → 4-mA-, 12-mA- und 20-mA-Punkt mit Kalibrator kontrollieren → weitere Zwischenpunkte prüfen → Parameter dokumentieren.

FAQ: 4–20-mA-Digitalanzeige richtig skalieren

Wie skaliere ich eine 4–20-mA-Anzeige auf 0–10 bar?

Der untere Skalierpunkt wird auf 4 mA = 0 bar und der obere Skalierpunkt auf 20 mA = 10 bar eingestellt.

Welcher Druck entspricht bei 0–10 bar einem Strom von 12 mA?

12 mA entsprechen 50 % der 4–20-mA-Spanne und damit 5 bar.

Was entsprechen 8 mA bei einem Bereich von 0–10 bar?

8 mA entsprechen 25 % der Messspanne und damit 2,5 bar.

Was entsprechen 16 mA bei 0–10 bar?

16 mA entsprechen 75 % der Messspanne und damit 7,5 bar.

Warum beginnt ein 4–20-mA-Signal nicht bei 0 mA?

Die 4 mA bilden den sogenannten Live Zero. Dadurch lässt sich der Messbereichsanfang von einem vollständigen Stromausfall beziehungsweise einer Leitungsunterbrechung unterscheiden.

Bedeutet 4 mA immer einen Prozesswert von null?

Nein. 4 mA entsprechen dem unteren Messbereichswert. Bei einem Messbereich von -1 … +9 bar entsprechen 4 mA beispielsweise -1 bar.

Was bedeutet 0 mA bei einer 4–20-mA-Schleife?

0 mA sind normalerweise kein gültiger Prozesswert des 4–20-mA-Bereichs und können beispielsweise auf eine unterbrochene Stromschleife hinweisen.

Wie lautet die Formel für die Skalierung?

Für einen linearen Bereich gilt X = Xmin + ((I – 4 mA) / 16 mA) × (Xmax – Xmin).

Kann ich einen 4–20-mA-Sensor auf eine beliebige Einheit skalieren?

Ja. Der Anzeigebereich kann beispielsweise in bar, °C, %, l/min, m³/h oder einer anderen passenden Engineering Unit dargestellt werden.

Kann ich 4–20 mA auf einen negativen Messbereich skalieren?

Ja. Beispielsweise kann 4 mA = -50 °C und 20 mA = +150 °C parametriert werden.

Was bewirkt die Dezimalstelle?

Sie legt fest, an welcher Stelle das Dezimalzeichen im dargestellten Prozesswert erscheint. Sie verändert nicht die physikalische Messspanne.

Bedeuten mehr Nachkommastellen eine höhere Genauigkeit?

Nein. Die tatsächliche Genauigkeit wird vom gesamten Messsystem aus Sensor, Transmitter und Anzeiger bestimmt.

Warum zeigt mein Digitalanzeiger bei 4 mA den Wert 4.00 an?

Wahrscheinlich ist der Eingang noch als direkter Strommesswert konfiguriert und wurde nicht auf den gewünschten Prozessbereich skaliert.

Warum zeigt die Anzeige bei 20 mA nicht den richtigen Endwert?

Mögliche Ursachen sind ein falsch parametrierter Skalierwert, ein falsch eingestellter Transmitterbereich oder ein Transmitter, der aufgrund der Stromschleife keine 20 mA erreicht.

Warum erreicht ein 4–20-mA-Transmitter manchmal keine 20 mA?

Eine mögliche Ursache ist eine zu geringe Versorgungsspannung beziehungsweise eine zu hohe Gesamtbürde der Stromschleife.

Was bedeutet Bürde bei einer 4–20-mA-Schleife?

Als Bürde wird die elektrische Last bezeichnet, gegen die der Transmitter seinen Schleifenstrom treiben muss. Dazu gehören unter anderem Eingangswiderstände und Leitungswiderstände.

Kann ich mehrere Anzeigen an eine 4–20-mA-Schleife anschließen?

Grundsätzlich können geeignete Stromempfänger in Reihe betrieben werden. Dabei muss jedoch die zulässige Gesamtbürde beziehungsweise das Spannungsbudget der Schleife eingehalten werden.

Wird ein 4–20-mA-Eingang parallel angeschlossen?

Nein. Ein Stromempfänger liegt grundsätzlich im Strompfad. Das unterscheidet ihn beispielsweise von einem hochohmigen Spannungseingang.

Was bedeutet NAMUR NE 43?

NAMUR NE 43 beschreibt unter anderem die Nutzung definierter Strombereiche außerhalb des normalen 4–20-mA-Messsignals zur Erkennung von Unterbereich, Überbereich und Fehlerzuständen.

Was bedeutet ein Strom von 3,6 mA?

Bei entsprechend nach NAMUR NE 43 konfigurierten Transmittern kann ein Wert von 3,6 mA oder darunter als Fehlersignal verwendet werden. Die konkrete Konfiguration des Transmitters ist maßgeblich. :contentReference[oaicite:7]{index=7}

Was bedeutet ein Strom über 21 mA?

Bei entsprechend konfigurierten Transmittern kann ein Strom von 21 mA oder darüber einen Fehlerzustand signalisieren. Auch hier ist die Gerätekonfiguration entscheidend. :contentReference[oaicite:8]{index=8}

Wie prüfe ich die Skalierung am einfachsten?

Am besten wird ein geeigneter Stromkalibrator verwendet und der Eingang mit definierten Strömen von beispielsweise 4, 8, 12, 16 und 20 mA beaufschlagt.

Warum sollte ich 12 mA prüfen?

12 mA entsprechen exakt 50 % der 4–20-mA-Spanne. Der Punkt eignet sich deshalb sehr gut zur schnellen Kontrolle der linearen Skalierung.

Wann brauche ich zusätzliche Stützpunkte?

Zusätzliche Stützpunkte sind sinnvoll, wenn der Zusammenhang zwischen Eingangssignal und gewünschtem Anzeigewert nicht linear ist.

Welcher ICS-Digitalanzeiger eignet sich für eine einfache 4–20-mA-Anzeige?

Das IM1 im Format 48 × 24 mm besitzt einen direkten 0/4–20-mA-Eingang und einen frei parametrierbaren Anzeigebereich.

Welche Vorteile bietet das IM3 gegenüber dem IM1?

Das IM3 bietet unter anderem eine 5-stellige Anzeige, zusätzliche Linearisierungspunkte, Schaltausgänge sowie je nach Ausführung einen Analogausgang oder eine Geberversorgung.

Wo finde ich weitere Digitalanzeiger?

Weitere Geräte finden Sie unter Digitale Einbaumessgeräte für Gleichstrom und Gleichspannung bei ICS Schneider.