Wägezellen liefern häufig nur ein sehr kleines analoges Ausgangssignal im Bereich weniger Millivolt. Gleichzeitig muss die DMS-Messbrücke über dasselbe Kabel mit einer stabilen Speisespannung versorgt werden. Wird das Anschlusskabel verlängert, können deshalb Kabelwiderstand, Spannungsabfall, Schirmung und Übergangswiderstände unmittelbar die Messgenauigkeit beeinflussen.
Entscheidend ist, ob die Wägezelle beziehungsweise die Auswerteelektronik in 4-Leiter- oder 6-Leitertechnik arbeitet.
Bei einer klassischen 4-Leiter-Wägezelle stehen lediglich:
- Speisung +,
- Speisung −,
- Messsignal +,
- Messsignal −
zur Verfügung. Der Spannungsabfall in den Speiseleitungen wird dabei nicht separat erfasst.
Eine 6-Leiter-Wägezelle besitzt zusätzlich zwei Sense- beziehungsweise Fühlerleitungen. Mit ihnen kann eine dafür geeignete Wägeelektronik die tatsächlich an der Messbrücke anliegende Speisespannung erfassen und Leitungsverluste über die Speiseleitungen kompensieren.
Besonders wichtig: Das Anschlusskabel einer kalibrierten 4-Leiter-Wägezelle sollte nicht ohne Prüfung gekürzt oder verlängert werden. Bei einer notwendigen Verlängerung ist eine 6-Leiter-Verlängerung mit Sense-Rückführung häufig die technisch bessere Lösung.
Geeignete Sensoren finden Sie unter Kraft-, Wäge-, Drehzahl- und Drehmomentsensoren bei ICS Schneider. Eine umfangreiche Auswahl finden Sie außerdem unter WIKA Wägezellen und Kraftaufnehmer.
Inhaltsverzeichnis
- Warum beeinflusst die Kabellänge eine Wägezelle?
- Warum ist das mV/V-Signal besonders empfindlich?
- Wie funktioniert die 4-Leitertechnik?
- Wie funktioniert die 6-Leitertechnik?
- Was machen die Sense-Leitungen genau?
- Wie entsteht der Spannungsabfall im Kabel?
- Rechenbeispiel für eine lange Leitung
- 4-Leiter-Wägezelle richtig verlängern
- 6-Leiter-Wägezelle richtig verlängern
- 4-Leiter-Wägezelle an 6-Leiter-Elektronik anschließen
- 6-Leiter-Wägezelle an 4-Leiter-Elektronik anschließen
- Warum der Spannungsabfall auf den Signaladern weniger kritisch ist
- Kabelquerschnitt und Länge richtig auswählen
- Welches Verlängerungskabel sollte verwendet werden?
- Schirmung und EMV richtig ausführen
- Abstand zu Frequenzumrichtern und Motorleitungen
- Kabelverbindungen und Anschlussdosen
- Warum Feuchtigkeit in Anschlussdosen besonders kritisch ist
- Mehrere Wägezellen gemeinsam anschließen
- Eckenabgleich und Anschlusskasten
- Muss nach einer Kabelverlängerung neu kalibriert werden?
- Wägezellenleitung systematisch prüfen
- Praxisbeispiel: Behälterwaage mit langer Leitung
- Typische Fehlerbilder
- Empfohlener Ablauf bei einer Kabelverlängerung
- Passende Wägezellen bei ICS Schneider
- Fazit
- FAQ
Warum beeinflusst die Kabellänge eine Wägezelle?
Die meisten klassischen analogen Wägezellen arbeiten mit einer DMS-Wheatstone-Brücke.
Die Brücke benötigt eine elektrische Speisespannung, beispielsweise:
5 V
oder:
10 V
.
Unter Belastung entsteht eine sehr kleine differentielle Ausgangsspannung.
Der Kennwert einer Wägezelle wird häufig angegeben als:
2 mV/V
.
Das bedeutet bei einer Speisung von:
10 V
und Nennlast theoretisch:
20 mV
Ausgangssignal.
Die Speisespannung ist damit Teil der Messkette
Sinkt die tatsächlich an der DMS-Brücke anliegende Spannung, sinkt proportional auch deren Ausgangssignal.
Genau deshalb kann zusätzlicher Widerstand in einer verlängerten Speiseleitung einen Messfehler erzeugen.
Warum ist das mV/V-Signal besonders empfindlich?
Ein Wägezellensignal ist wesentlich kleiner als typische Industriesignale wie:
0 … 10 V
oder:
4 … 20 mA
.
Bereits bei Nennlast liegen oft nur einige Millivolt am Eingang der Wägeelektronik an.
Beispiel
Eine Wägezelle besitzt:
2 mV/V
und wird mit:
10 V
gespeist.
Bei 100 % Last beträgt das Signal:
20 mV
.
Bei nur 1 % Last sind es ungefähr:
0,2 mV
beziehungsweise:
200 µV
.
Störungen, Potentialdifferenzen, schlechte Kontaktstellen und elektromagnetische Einstreuungen können deshalb deutlich schneller relevant werden als bei einem robusten 4–20-mA-Signal.
Wie funktioniert die 4-Leitertechnik?
Bei einer 4-Leiter-Wägezelle werden vier aktive Adern verwendet:
- Excitation + beziehungsweise Speisung +,
- Excitation − beziehungsweise Speisung −,
- Signal +,
- Signal −.
Zusätzlich ist normalerweise ein Kabelschirm vorhanden.
Die Auswerteelektronik liefert die Speisespannung
Diese Spannung wird über die beiden Speiseadern zur DMS-Brücke geführt.
Da jede Kupferleitung einen elektrischen Widerstand besitzt, fällt an den Speiseadern eine Spannung ab.
Das Problem
Bei einer reinen 4-Leiterverbindung kennt die Auswerteelektronik normalerweise nicht direkt die Spannung, die tatsächlich an der Wägezellenbrücke ankommt.
Wird das Kabel länger, steigt der Leitungswiderstand.
Dadurch:
- steigt der Spannungsabfall,
- sinkt die tatsächliche Brückenspeisung,
- sinkt das Ausgangssignal der Wägezelle.
Das Originalkabel kann Bestandteil der Kalibrierung sein
Bei entsprechenden 4-Leiter-Wägezellen wird der Einfluss des ab Werk montierten Kabels bereits bei der Kalibrierung berücksichtigt.
Eine Änderung der Kabellänge kann deshalb gleichzeitig den elektrischen Kennwert der kompletten Messkette verändern.
Wie funktioniert die 6-Leitertechnik?
Bei einer 6-Leiter-Wägezelle kommen zwei zusätzliche Leitungen hinzu:
- Sense +,
- Sense −.
Die vollständige Verbindung besteht damit typischerweise aus:
- Excitation +,
- Excitation −,
- Sense +,
- Sense −,
- Signal +,
- Signal −,
- zusätzlich Kabelschirm.
Sense misst die tatsächliche Speisespannung
Die beiden Fühlerleitungen erfassen die Spannung möglichst nahe an der DMS-Brücke.
Eine dafür ausgelegte Wägeelektronik kann dadurch erkennen, ob beispielsweise statt der vorgesehenen:
10,00 V
an der Brücke nur:
9,80 V
ankommen.
Die Elektronik kann nachregeln
Bei einer echten Remote-Sense-Funktion erhöht die Elektronik ihre Ausgangsspannung so weit, dass an der Messbrücke wieder die vorgesehene Speisespannung anliegt.
Der Spannungsabfall auf der Speiseleitung wird dadurch innerhalb der zulässigen Regelgrenzen kompensiert.
Was machen die Sense-Leitungen genau?
Sense-Leitungen versorgen die Wägezelle nicht mit nennenswertem Strom.
Sie dienen als Spannungsfühler.
Das ist der entscheidende Unterschied
Über die Excitation-Leitungen fließt der Brückenstrom.
Dadurch entsteht:
UVerlust = I · R
.
Die Sense-Eingänge einer geeigneten Wägeelektronik sind dagegen sehr hochohmig.
Über die Sense-Leitungen fließt deshalb nur ein sehr kleiner Strom.
Der Spannungsabfall auf diesen Leitungen ist entsprechend sehr gering.
Die Elektronik erhält damit eine Rückmeldung
über die reale Spannung direkt am entfernten Messpunkt.
Ändert sich der Leitungswiderstand beispielsweise durch:
- eine längere Leitung,
- Temperaturänderungen des Kupferkabels,
- unterschiedliche Kabeltemperaturen entlang der Anlage,
kann die 6-Leitertechnik diesen Einfluss weitgehend kompensieren.
Wie entsteht der Spannungsabfall im Kabel?
Der elektrische Widerstand einer Kupferleitung hängt vereinfacht von:
- Leitungslänge,
- Leiterquerschnitt,
- Material,
- Temperatur
ab.
Vereinfacht gilt:
R = ρ · l / A
mit:
R= Leiterwiderstand,ρ= spezifischer Widerstand des Leitermaterials,l= Leiterlänge,A= Leiterquerschnitt.
Für den Spannungsabfall gilt:
ΔU = I · R
Bei der Speisung müssen Hin- und Rückleiter berücksichtigt werden
Eine 100 m entfernte Wägezelle besitzt elektrisch nicht nur 100 m Speiseleitung.
Der Strom fließt:
100 m hin + 100 m zurück
.
Für die Betrachtung des Spannungsabfalls ergibt sich deshalb die entsprechende Schleifenlänge.
Rechenbeispiel für eine lange Leitung
Eine Wägezelle besitzt einen Brückenwiderstand von beispielhaft:
350 Ω
und wird mit:
10 V
gespeist.
Brückenstrom
Vereinfacht:
I = U / R
also:
I ≈ 28,6 mA
100 m Anschlussleitung
Bei einem angenommenen Kupferquerschnitt von:
0,5 mm²
liegt der Widerstand eines 100-m-Leiters in der Größenordnung einiger Ohm.
Da Hin- und Rückleiter berücksichtigt werden müssen, kann der gesamte Widerstand der Speiseleitung bereits mehr als:
7 Ω
betragen.
Spannungsabfall
Bei ungefähr:
28,6 mA
Brückenstrom kann dadurch ein Spannungsabfall in der Größenordnung von:
0,2 V
entstehen.
Statt:
10,0 V
liegen an der Brücke dann nur ungefähr:
9,8 V
an.
Bei einer uncompensierten 4-Leiterschaltung würde entsprechend auch das mV/V-Ausgangssignal geringer ausfallen.
Das Beispiel zeigt, warum selbst scheinbar kleine Leitungswiderstände bei langen Wägezellenleitungen relevant werden können.
4-Leiter-Wägezelle richtig verlängern
Bei einer 4-Leiter-Wägezelle sollte zunächst geklärt werden, ob das vorhandene Anschlusskabel Teil der werkseitigen Kalibrierung ist.
Das Originalkabel möglichst nicht verändern
Insbesondere sollte es nicht ohne Herstellervorgabe:
- gekürzt,
- ausgetauscht,
- durch ein beliebiges anderes Kabel ersetzt
werden.
Ist eine Verlängerung notwendig
ist eine technisch vorteilhafte Möglichkeit, ab dem Ende des vorhandenen 4-Leiter-Kabels mit einer 6-Leiter-Verlängerung weiterzugehen.
Am Übergangspunkt werden:
- Sense + mit Excitation + der Wägezelle verbunden,
- Sense − mit Excitation − der Wägezelle verbunden.
Die sechs Leitungen werden anschließend bis zu einer 6-Leiter-fähigen Wägeelektronik geführt.
Was wird dadurch kompensiert?
Die Elektronik erfasst die Speisespannung am Ende des ursprünglichen 4-Leiter-Wägezellenkabels.
Dadurch kann sie den zusätzlichen Spannungsabfall auf der neu hinzugefügten Verlängerungsleitung kompensieren.
Der bereits im unveränderten Originalkabel vorhandene Spannungsabfall bleibt dagegen Teil der ursprünglichen Messkette.
Das ist ein wesentlicher Grund, weshalb dieses Verfahren gegenüber einer einfachen 4-adrigen Verlängerung vorteilhaft sein kann.
6-Leiter-Wägezelle richtig verlängern
Bei einer echten 6-Leiter-Wägezelle ist eine Kabelverlängerung grundsätzlich günstiger.
Alle sechs Leiter müssen durchgehend verlängert werden
Das betrifft:
- Excitation +,
- Excitation −,
- Sense +,
- Sense −,
- Signal +,
- Signal −.
Zusätzlich muss die Schirmung fachgerecht weitergeführt werden.
Geeignetes Kabel verwenden
Die Verlängerung sollte möglichst mit einem für DMS-Messketten vorgesehenen Kabel erfolgen.
Wesentliche Eigenschaften sind:
- ausreichender Leiterquerschnitt,
- symmetrischer Aufbau,
- gute Schirmung,
- geringe und definierte Kapazität,
- geeigneter Temperaturbereich,
- mechanische Eignung für die Einbausituation.
Die Sense-Leitungen müssen bis zu dem Punkt geführt werden, dessen Speisespannung kompensiert werden soll.
Sense-Leitungen irgendwo im Schaltschrank mit der Speisung zu brücken und anschließend eine lange 4-Leiterstrecke zur Wägezelle zu führen, bietet keine Kompensation dieser langen Strecke.
4-Leiter-Wägezelle an 6-Leiter-Elektronik anschließen
Besitzt die Wägezelle nur vier Adern, die Wägeelektronik aber Anschlüsse für Sense + und Sense −, müssen diese Eingänge entsprechend der Geräte- und Wägezellenanleitung beschaltet werden.
Bei direktem Anschluss ohne 6-Leiter-Verlängerung
werden üblicherweise:
Sense + ↔ Excitation +
und:
Sense − ↔ Excitation −
gebrückt.
Die genaue Anschlussstelle richtet sich nach der eingesetzten Elektronik und Herstelleranweisung.
Wichtig
Durch eine solche Brücke wird aus einer 4-Leiter-Wägezelle keine echte 6-Leiter-Messung.
Die Elektronik erhält dann keine separate Information über die tatsächlich an der entfernten DMS-Brücke anliegende Spannung.
6-Leiter-Wägezelle an 4-Leiter-Elektronik anschließen
Auch der umgekehrte Fall ist möglich.
Eine Wägezelle besitzt:
- sechs aktive Adern,
die vorhandene Auswerteelektronik jedoch nur:
- vier Anschlüsse.
Dann werden die Sense-Leitungen üblicherweise mit den entsprechenden Speiseleitungen verbunden
also:
Sense + mit Excitation +
und:
Sense − mit Excitation −
.
Die Wägezelle arbeitet damit elektrisch im Wesentlichen wie eine 4-Leiter-Konfiguration.
Die aktive Leitungsverlustkompensation der 6-Leitertechnik steht dann nicht zur Verfügung.
Warum der Spannungsabfall auf den Signaladern weniger kritisch ist
Auch die beiden Signaladern besitzen einen elektrischen Widerstand.
Auf den ersten Blick könnte deshalb erwartet werden, dass auch dort ein großer Spannungsabfall entsteht.
Der wesentliche Unterschied
Der Eingang einer modernen Wägeelektronik beziehungsweise eines DMS-Messverstärkers besitzt normalerweise einen hohen Eingangswiderstand.
Über die Signaladern fließt deshalb nur ein sehr geringer Strom.
Aus:
ΔU = I · R
folgt entsprechend ein sehr kleiner Spannungsabfall.
Kritischer ist die Speiseleitung
Dort fließt der komplette Brückenstrom.
Deshalb konzentriert sich die 6-Leiterkompensation auf die tatsächlich an der Brücke anliegende Speisespannung.
Kabelquerschnitt und Länge richtig auswählen
Ein größerer Leiterquerschnitt reduziert den ohmschen Widerstand.
Damit sinkt gleichzeitig der Spannungsabfall.
Der Kabelquerschnitt sollte jedoch nicht isoliert betrachtet werden
Für ein präzises Wägezellensignal sind außerdem wichtig:
- Leitungssymmetrie,
- Schirmung,
- Kapazität,
- Temperaturverhalten,
- mechanische Robustheit.
Sehr große Querschnitte sind nicht automatisch die beste Lösung
Ein beliebiges Leistungskabel besitzt möglicherweise einen geringen Widerstand, ist aber hinsichtlich:
- Schirmung,
- Paarverseilung,
- Kapazität,
- Flexibilität
nicht für empfindliche DMS-Messsignale optimiert.
Deshalb sollte ein vom Sensor- beziehungsweise Elektronikhersteller empfohlenes Messkabel verwendet werden.
Welches Verlängerungskabel sollte verwendet werden?
Für analoge Wägezellen sollten keine beliebigen mehradrigen Steuerleitungen verwendet werden.
Ein geeignetes Wägezellen- beziehungsweise DMS-Kabel sollte
- geschirmt sein,
- eine stabile Leitergeometrie besitzen,
- für kleine Messsignale geeignet sein,
- einen ausreichend niedrigen Leiterwiderstand besitzen,
- zum erforderlichen Temperaturbereich passen,
- gegen die vorhandenen Umgebungsbedingungen beständig sein.
Bei bewegten Anwendungen
muss zusätzlich geprüft werden, ob das Kabel für:
- Schleppketten,
- wiederholte Biegung,
- Roboterbewegungen
geeignet ist.
Im Außenbereich
sind unter anderem:
- UV-Beständigkeit,
- Feuchtigkeit,
- Temperatur,
- Öl- und Chemikalienbeständigkeit
zu berücksichtigen.
Schirmung und EMV richtig ausführen
Das Wägezellensignal liegt im Millivoltbereich und ist deshalb besonders empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen.
Der Kabelschirm darf bei einer Verlängerung nicht einfach enden
Die Schirmwirkung sollte über die gesamte Messleitung erhalten bleiben.
Bei einer Anschlussdose oder Steckverbindung muss deshalb eine technisch geeignete Weiterführung der Schirmung vorgesehen werden.
Die Erdungsstrategie richtet sich nach dem System
Ob der Schirm:
- einseitig,
- beidseitig,
- über das Sensorgehäuse,
- über eine definierte Funktionserde
angebunden wird, sollte entsprechend der Hersteller- und EMV-Vorgaben der gesamten Messkette entschieden werden.
Eine pauschale Regel „Schirm immer nur einseitig anschließen“ ist für industrielle Wägeanlagen nicht ausreichend.
Abstand zu Frequenzumrichtern und Motorleitungen
Besonders problematisch sind parallel verlaufende Leitungen von:
- Frequenzumrichtern,
- Servoantrieben,
- Motoren,
- Schützen,
- Magnetventilen,
- Leistungselektronik.
Diese können hohe elektromagnetische Störpegel erzeugen.
Wägezellenleitungen deshalb möglichst getrennt führen
Eine gemeinsame Kabelführung über lange Strecken sollte vermieden werden.
Wo sich Leistungs- und Messleitungen kreuzen müssen, ist eine möglichst kurze und günstige Kreuzung der Leitungswege vorzusehen.
Auch der Schaltschrank ist relevant
Das Wägezellensignal sollte nicht unnötig unmittelbar neben:
- Motorabgängen,
- Umrichterausgängen,
- Netzfiltern,
- Leistungsschützen
geführt werden.
Kabelverbindungen und Anschlussdosen
Eine Kabelverlängerung erzeugt zwangsläufig eine zusätzliche elektrische Verbindungsstelle.
Diese Verbindung sollte dauerhaft
- niederohmig,
- mechanisch stabil,
- korrosionsgeschützt,
- geschirmt,
- gegen Feuchtigkeit geschützt
sein.
Eine geeignete Anschlussdose ist meist besser als eine improvisierte Verbindung
Insbesondere sollten vermieden werden:
- lose Lüsterklemmen im Maschinenraum,
- ungeschützte Klemmstellen,
- offene verdrillte Adern,
- nicht abgedichtete Steckverbinder.
Bei sehr kleinen Messsignalen können bereits wechselnde Übergangswiderstände und Feuchtigkeit an den Anschlussstellen zu:
- Nullpunktdrift,
- Instabilität,
- sporadischen Messfehlern
führen.
Warum Feuchtigkeit in Anschlussdosen besonders kritisch ist
Eine Wägezelle selbst kann beispielsweise über eine hohe Schutzart verfügen.
Die Gesamtmesskette ist jedoch nur so robust wie ihre schwächste Anschlussstelle.
Dringt Wasser in eine Anschlussdose ein
können entstehen:
- Isolationswiderstandsverluste,
- Kriechströme,
- Korrosion,
- Änderungen von Übergangswiderständen,
- instabile Nullpunkte.
Bei Außenwaagen, Silos und Fahrzeugwaagen sollte deshalb besonders auf:
- geeignete Schutzart,
- Kabelverschraubungen,
- Kondenswasservermeidung,
- saubere Zugentlastung
geachtet werden.
Mehrere Wägezellen gemeinsam anschließen
Bei Behälter-, Plattform- und Fahrzeugwaagen werden häufig mehrere Wägezellen parallel betrieben.
Typischer Aufbau
Mehrere Wägezellen führen zu einer:
Anschluss- beziehungsweise Summierbox
.
Von dort führt eine gemeinsame Messleitung zur Wägeelektronik.
Die Leitungsführung wird dadurch noch wichtiger
Unterschiedliche:
- Kabellängen,
- Widerstände,
- Wägezellenkennwerte
können das Zusammenspiel der einzelnen Messstellen beeinflussen.
Bei für Parallelbetrieb vorgesehenen Wägezellen werden diese Einflüsse konstruktiv beziehungsweise durch abgestimmte Kennwerte minimiert.
Eckenabgleich und Anschlusskasten
Bei einer Plattform mit mehreren Wägezellen soll dieselbe Last unabhängig von ihrer Position möglichst denselben Wägewert erzeugen.
Ein Lastgewicht in der linken Ecke darf also nicht zu einem anderen Ergebnis führen als dasselbe Gewicht in der rechten Ecke.
Ein Anschlusskasten kann einen Eckenabgleich ermöglichen
Je nach System werden kleine Unterschiede der Wägezellensignale entsprechend abgeglichen.
Wird die Verkabelung später verändert, können sich:
- Leitungswiderstände,
- Abgleichbedingungen,
- EMV-Eigenschaften
ändern.
Nach größeren Änderungen an einer Mehrzellenwaage sollte deshalb nicht nur der Nullpunkt, sondern auch die Lastverteilung beziehungsweise der Eckenabgleich geprüft werden.
Muss nach einer Kabelverlängerung neu kalibriert werden?
Nach einer Änderung der Wägezellenverkabelung sollte die komplette Messkette grundsätzlich überprüft werden.
Bei einer 4-Leiter-Wägezelle
kann eine Änderung der Kabellänge den Kennwert direkt beeinflussen.
Eine erneute Justage beziehungsweise Kalibrierung ist deshalb besonders wichtig.
Bei einer korrekt ausgeführten 6-Leiter-Verlängerung
wird der zusätzliche Spannungsabfall über die Sense-Leitungen weitgehend kompensiert.
Das bedeutet jedoch nicht, dass die Anlage ungeprüft wieder in Betrieb genommen werden sollte.
Nach der Änderung mindestens prüfen
- Nullpunkt,
- Spanne,
- Wiederholbarkeit,
- gegebenenfalls Eckenlast,
- Stabilität des Signals.
Bei mess- oder eichrechtlich relevanten Waagen gelten zusätzlich die jeweils anzuwendenden gesetzlichen beziehungsweise metrologischen Anforderungen.
Wägezellenleitung systematisch prüfen
Treten nach einer Kabelverlängerung Messprobleme auf, sollte nicht sofort die Wägezelle selbst ersetzt werden.
Speisespannung prüfen
Zu kontrollieren ist:
- Spannung an der Wägeelektronik,
- Spannung an der Wägezelle beziehungsweise am Sense-Punkt,
- Differenz zwischen beiden Werten.
Sense-Leitungen prüfen
Kontrollieren:
- Sense + richtig zugeordnet,
- Sense − richtig zugeordnet,
- keine Unterbrechung,
- keine Vertauschung.
Messsignal prüfen
Das differentielle Signal sollte sich unter Belastung:
- gleichmäßig,
- reproduzierbar,
- ohne Sprünge
ändern.
Schirmung prüfen
Eine unterbrochene oder falsch ausgeführte Schirmung kann insbesondere in der Nähe von Frequenzumrichtern zu stark schwankenden Messwerten führen.
Anschlussstellen mechanisch prüfen
Besonders verdächtig sind Fehler, die sich ändern, wenn:
- das Kabel bewegt wird,
- die Anschlussdose berührt wird,
- Feuchtigkeit beziehungsweise Temperatur wechselt.
Praxisbeispiel: Behälterwaage mit langer Leitung
Ein Produktionsbehälter steht auf vier Wägezellen.
Die Wägezellen sind in einer Anschlussdose zusammengeführt.
Die bisherige Wägeelektronik befindet sich:
10 m
entfernt.
Im Rahmen eines Anlagenumbaus wird der Schaltschrank versetzt.
Die neue Leitungslänge zwischen Anschlussdose und Wägeelektronik beträgt:
80 m
.
Variante 1: einfache 4-Leiter-Verlängerung
Die zusätzliche Leitung erhöht den Widerstand der Speiseleitungen.
Dadurch sinkt die Spannung an den Wägezellen.
Der Anlagenkennwert kann sich entsprechend verändern.
Variante 2: 6-Leiter-Verlängerung mit Sense
Von der Anschlussdose zur Wägeelektronik werden zusätzlich:
- Sense +,
- Sense −
geführt.
Diese erfassen die Speisespannung an der Anschlussdose.
Die Wägeelektronik kann dadurch den Spannungsabfall der 80-m-Verlängerungsleitung kompensieren.
Nach dem Umbau
werden:
- Nullpunkt,
- Referenzlast,
- Wiederholbarkeit,
- Ecken beziehungsweise einzelne Auflagerpunkte
kontrolliert.
Damit wird nicht nur die elektrische Funktion der Sense-Kompensation geprüft, sondern die komplette Waage nach dem Umbau verifiziert.
Typische Fehlerbilder
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Sinnvolle Prüfung |
|---|---|---|
| Waage zeigt nach Kabelverlängerung zu wenig an | zusätzlicher Spannungsabfall in 4-Leiter-Speiseleitung | Speisespannung an Elektronik und Wägezelle vergleichen |
| Fehler steigt mit der Kabellänge | Leitungswiderstand nicht kompensiert | 6-Leiter-Sense prüfen |
| Messwert ändert sich mit Umgebungstemperatur | temperaturabhängiger Kabelwiderstand | Sense-Funktion und Kabeltemperatur prüfen |
| 4-Leiter-Wägezelle zeigt nach Kürzen des Kabels einen anderen Kennwert | Originalkabel war Bestandteil der kalibrierten Messkette | Herstellerdaten prüfen und neu kalibrieren |
| 6-Leiter-Wägezelle reagiert wie eine 4-Leiter-Wägezelle | Sense-Leitungen nur an der Elektronik gebrückt beziehungsweise nicht genutzt | komplette Sense-Verbindung kontrollieren |
| Wägeelektronik meldet Sense-Fehler | Sense-Leitung unterbrochen oder vertauscht | Durchgang und Zuordnung prüfen |
| Messwert springt bei Motorbetrieb | EMV-Einstreuung | Leitungsweg, Schirmung und Potentialausgleich prüfen |
| Messwert driftet nach Regen | Feuchtigkeit in Anschlussdose oder Steckverbindung | Isolationszustand und Dichtheit prüfen |
| Nullpunkt verändert sich beim Bewegen des Kabels | Kontaktproblem oder Kabelbruch | Kabel und Klemmstellen mechanisch prüfen |
| Messwert ist dauerhaft um einen konstanten Faktor falsch | Spanne beziehungsweise Kennwert nach Leitungsänderung nicht angepasst | Kalibrierung mit Referenzlast durchführen |
| Nur eine Ecke der Plattform zeigt falsche Werte | Problem einer einzelnen Wägezelle oder Eckenabgleich verändert | Einzellasten und Anschlusskasten prüfen |
| Signal ist unruhig, obwohl Last konstant ist | Schirmunterbrechung, Potentialdifferenz oder EMV | Schirmung und Leitungsführung kontrollieren |
| Wägezelle funktioniert direkt am Messverstärker, nicht über Verlängerung | Fehler in Verlängerungsleitung oder Anschlussdose | Adern einzeln auf Durchgang und Isolation prüfen |
| Messwert verschiebt sich nach Austausch gegen Kabel mit anderem Querschnitt | geänderter Widerstand der Speiseleitung | Sense beziehungsweise Neukalibrierung prüfen |
Empfohlener Ablauf bei einer Kabelverlängerung
- Wägezellentyp identifizieren: Hersteller, Typ und Datenblatt bestimmen.
- Ausgangssignal prüfen: Beispielsweise mV/V.
- Anschlussart feststellen: 4- oder 6-Leitertechnik unterscheiden.
- Originalkabellänge dokumentieren: Vor jeder Änderung festhalten.
- Kalibrierhinweise prüfen: Klären, ob das Originalkabel Bestandteil der Kalibrierung ist.
- Erforderliche Verlängerung bestimmen: Leitungslänge realistisch festlegen.
- Wägeelektronik prüfen: Feststellen, ob echte 6-Leiter-Sense-Eingänge vorhanden sind.
- Geeignetes Messkabel auswählen: Geschirmtes DMS- beziehungsweise Wägezellenkabel verwenden.
- Leiterquerschnitt prüfen: Spannungsabfall berücksichtigen.
- Bei 4-Leiter-Wägezelle bevorzugt 6-Leiter-Verlängerung prüfen: Sense am Ende des Originalkabels anbinden.
- Bei 6-Leiter-Wägezelle alle sechs Adern verlängern: Sense vollständig bis zum Sensor führen.
- Schirmung durchgängig ausführen: EMV-Konzept des Herstellers beachten.
- Leitungsweg festlegen: Abstand zu Leistungs- und Motorleitungen einhalten.
- Anschlussdose fachgerecht auswählen: Schutzart und Umgebungsbedingungen berücksichtigen.
- Klemmen eindeutig zuordnen: Excitation, Sense und Signal nicht vertauschen.
- Keine Aderfarben pauschal voraussetzen: Anschlussplan des konkreten Sensors verwenden.
- Speisespannung kontrollieren: Werte an Elektronik und Sense-Punkt vergleichen.
- Nullsignal kontrollieren: Waage unbelastet prüfen.
- Referenzlast aufbringen: Spanne kontrollieren.
- Wiederholbarkeit prüfen: Referenzlast mehrfach aufbringen und entfernen.
- Bei Mehrzellenwaagen Ecken prüfen: Einzelne Lastpositionen vergleichen.
- EMV-Verhalten prüfen: Anlage auch mit laufenden Motoren und Frequenzumrichtern testen.
- Messkette gegebenenfalls neu justieren beziehungsweise kalibrieren: Besonders nach Änderungen an 4-Leiter-Systemen.
- Änderung dokumentieren: Kabeltyp, Länge, Anschlussart und Kalibrierdaten festhalten.
Passende Wägezellen bei ICS Schneider
WIKA Typ F3831 – Scherstab für industrielle Wägeanwendungen
Der WIKA Typ F3831 ist ein Scherstab für industrielle Wäge- und Kraftmessaufgaben.
Zu den wesentlichen Eigenschaften gehören:
- Messbereiche von 0 … 500 kg bis 0 … 10.000 kg,
- mV/V-Ausgangssignal,
- Ausführungen aus Stahl beziehungsweise CrNi-Stahl,
- hohe Langzeitstabilität,
- hohe Unempfindlichkeit gegenüber Seitenlast.
Typische Einsatzgebiete sind:
- Bodenwaagen,
- Dosierwaagen,
- Plattformwaagen,
- Behälterwägung,
- Prozessindustrie.
WIKA Typ F4801 – Plattformwägezelle
Für kleinere Plattform- und Industriewaagen steht unter anderem die WIKA Typ F4801 zur Verfügung.
Sie bietet:
- Messbereiche von 0 … 3 kg bis 0 … 250 kg,
- Aluminium-Messkörper,
- hohe Genauigkeit,
- geringe Empfindlichkeit gegenüber Seiten- und Eckenlast,
- einfache Integration in Plattformwaagen.
WIKA Typ F1270 – Hochlastwägezelle für Behälter und Silos
Für wesentlich größere Lasten steht der WIKA Typ F1270 zur Verfügung.
Die Wägezelle ist für Druckkräfte und Messbereiche von:
7,5 t … 300 t
vorgesehen.
Typische Anwendungen sind:
- Behälterwägung,
- Silowägung,
- Dosieranlagen,
- Prüf- und Fertigungsanlagen,
- LKW-Waagen.
Weitere Sensoren finden Sie unter WIKA Wägezellen und Kraftaufnehmer bei ICS Schneider.
Fazit
Eine Wägezellenleitung lässt sich nicht wie eine beliebige Sensorleitung verlängern, ohne die elektrische Messkette zu berücksichtigen.
Bei 4-Leiter-Wägezellen beeinflusst der Leitungswiderstand die Speisespannung
Zusätzlicher Kabelwiderstand kann die an der DMS-Brücke anliegende Spannung reduzieren und damit den Kennwert verändern.
Das Originalkabel kann Teil der Kalibrierung sein
Deshalb sollten 4-Leiter-Kabel nicht ohne Herstellervorgabe gekürzt beziehungsweise verändert werden.
6-Leitertechnik kompensiert Leitungsverluste
Sense + und Sense − erfassen die reale Brückenspeisung und ermöglichen einer geeigneten Elektronik die Nachregelung der Versorgungsspannung.
Bei einer 4-Leiter-Wägezelle kann eine 6-Leiter-Verlängerung sinnvoll sein
Sense wird dabei am Ende des ursprünglichen Wägezellenkabels mit der jeweiligen Speiseleitung verbunden. Dadurch kann zumindest der zusätzliche Spannungsabfall der Verlängerungsstrecke kompensiert werden.
Ein geeignetes Messkabel ist entscheidend
Neben dem Leiterwiderstand sind Schirmung, Symmetrie, Kapazität und Temperaturverhalten zu berücksichtigen.
Schirmung darf bei der Verlängerung nicht verloren gehen
Die komplette Messkette benötigt ein abgestimmtes EMV-Konzept.
Frequenzumrichter und Motorleitungen sind typische Störquellen
Wägezellenleitungen sollten deshalb möglichst getrennt von leistungsführenden Leitungen verlegt werden.
Anschlussstellen müssen dauerhaft geschützt sein
Feuchtigkeit und wechselnde Übergangswiderstände können bei Millivoltsignalen deutliche Messfehler verursachen.
Nach einer Änderung muss die komplette Waage überprüft werden
Nullpunkt, Spanne, Wiederholbarkeit und gegebenenfalls Eckenlast sollten mit geeigneten Referenzlasten kontrolliert werden.
Für die Praxis gilt
Wägezellentyp und Anschlussart bestimmen → Datenblatt prüfen → Originalkabellänge dokumentieren → 4- und 6-Leitertechnik unterscheiden → Sense-Funktion der Elektronik prüfen → geeignetes geschirmtes Messkabel auswählen → bei 4-Leiter-Wägezellen Originalkabel möglichst unverändert lassen und gegebenenfalls mit 6-Leitertechnik verlängern → bei 6-Leiter-Wägezellen alle Sense-Leitungen vollständig mitführen → Schirmung und EMV-gerechte Leitungsführung sicherstellen → Anschlussstellen gegen Feuchtigkeit schützen → Speisespannung und Sense-Werte kontrollieren → Nullpunkt, Spanne und Wiederholbarkeit prüfen → Messkette nach der Änderung gegebenenfalls neu justieren beziehungsweise kalibrieren.
FAQ: Wägezellenkabel verlängern und Sense-Leitungen
Kann man das Kabel einer Wägezelle verlängern?
Ja, grundsätzlich ist eine Verlängerung möglich. Die richtige Vorgehensweise hängt jedoch davon ab, ob Wägezelle und Auswerteelektronik in 4- oder 6-Leitertechnik arbeiten.
Was ist eine 4-Leiter-Wägezelle?
Sie besitzt je zwei aktive Leitungen für die Brückenspeisung und das Messsignal: Excitation +/− und Signal +/−.
Was ist eine 6-Leiter-Wägezelle?
Zusätzlich zu Speisung und Messsignal besitzt sie zwei Sense-Leitungen zur Erfassung der tatsächlichen Speisespannung an der Messbrücke.
Was bedeutet Sense bei einer Wägezelle?
Sense bezeichnet Fühlerleitungen, über die eine geeignete Wägeelektronik die tatsächliche Versorgungsspannung am entfernten Messpunkt erfassen kann.
Warum braucht man Sense-Leitungen?
Sie ermöglichen die Kompensation des Spannungsabfalls in langen Speiseleitungen und reduzieren damit den Einfluss von Kabellänge und temperaturabhängigem Kabelwiderstand.
Warum entsteht überhaupt ein Spannungsabfall?
Jeder Kupferleiter besitzt einen elektrischen Widerstand. Fließt der Brückenstrom durch diesen Widerstand, entsteht gemäß ΔU = I × R ein Spannungsabfall.
Warum beeinflusst die Speisespannung das Messergebnis?
Das Ausgangssignal einer klassischen DMS-Wägezelle ist proportional zur tatsächlich an der Messbrücke anliegenden Speisespannung.
Was bedeutet 2 mV/V?
Eine Wägezelle mit 2 mV/V liefert bei Nennlast 2 mV Ausgangsspannung pro Volt Brückenspeisung. Bei 10 V Speisung wären dies theoretisch 20 mV.
Kann ich ein 4-Leiter-Wägezellenkabel einfach verlängern?
Eine einfache 4-adrige Verlängerung kann den Speisewiderstand erhöhen und dadurch den Kennwert beeinflussen. Die Herstellerangaben müssen deshalb geprüft werden.
Darf ein 4-Leiter-Wägezellenkabel gekürzt werden?
Bei Wägezellen, deren Originalkabel in die werkseitige Kalibrierung einbezogen ist, sollte es nicht gekürzt werden, da sich dadurch der Kennwert ändern kann.
Wie verlängert man eine 4-Leiter-Wägezelle am besten?
Wenn die Auswerteelektronik Sense unterstützt, kann ab dem Ende des Originalkabels eine 6-Leiter-Verlängerung verwendet werden. Die Sense-Leitungen werden dort mit den entsprechenden Speiseleitungen verbunden.
Was bringt die 6-Leiter-Verlängerung einer 4-Leiter-Wägezelle?
Sie ermöglicht die Kompensation des zusätzlichen Spannungsabfalls auf der Verlängerungsleitung. Der Einfluss des unveränderten Originalkabels bleibt bestehen.
Kann eine echte 6-Leiter-Wägezelle beliebig verlängert werden?
Auch hier müssen die zulässige Leitungslänge und die Spezifikationen der Auswerteelektronik beachtet werden. Technisch ist die 6-Leitertechnik jedoch wesentlich besser für lange Leitungen geeignet.
Müssen Sense + und Sense − ebenfalls verlängert werden?
Ja. Für eine echte Remote-Sense-Kompensation müssen die Sense-Leitungen bis zum vorgesehenen Messpunkt geführt werden.
Was passiert, wenn eine Sense-Leitung unterbrochen ist?
Je nach Wägeelektronik können Fehlermeldungen, falsche Speisespannungen oder unplausible Messwerte auftreten.
Darf Sense + mit Sense − verbunden werden?
Nein. Sense + gehört zum positiven und Sense − zum negativen Speisepotential.
Wie wird eine 6-Leiter-Wägezelle an eine 4-Leiter-Elektronik angeschlossen?
Üblicherweise werden Sense + mit Excitation + und Sense − mit Excitation − verbunden. Die Herstelleranleitung ist dabei maßgeblich.
Habe ich dann noch eine Sense-Kompensation?
Nein. Ohne getrennte Sense-Eingänge der Auswerteelektronik steht keine aktive Leitungsverlustkompensation zur Verfügung.
Sind die Aderfarben von Wägezellen genormt?
Nein. Die Aderbelegung sollte immer anhand des Anschlussplans des konkreten Wägezellentyps bestimmt werden.
Kann ich normales Steuerkabel für die Verlängerung verwenden?
Für präzise mV/V-Messungen sollte ein geeignetes geschirmtes DMS- beziehungsweise Wägezellenmesskabel verwendet werden.
Warum ist Schirmung so wichtig?
Wägezellen liefern nur sehr kleine elektrische Signale. Elektromagnetische Störungen können deshalb vergleichsweise leicht in die Messleitung einkoppeln.
Soll der Kabelschirm einseitig oder beidseitig geerdet werden?
Das hängt vom Sensor, der Auswerteelektronik und dem EMV- beziehungsweise Potentialausgleichskonzept ab. Die Herstellervorgaben sollten beachtet werden.
Kann die Wägezellenleitung neben einem Motorkabel liegen?
Lange parallele Verlegung neben Motor- oder Frequenzumrichterleitungen sollte möglichst vermieden werden, da dort starke elektromagnetische Störungen auftreten können.
Warum kann Feuchtigkeit in einer Anschlussdose Messfehler verursachen?
Feuchtigkeit kann Isolationswiderstände reduzieren, Korrosion verursachen und zusätzliche Kriech- beziehungsweise Leckströme erzeugen.
Kann ich eine Kabelverlängerung löten?
Eine dauerhafte Verbindung muss elektrisch stabil, mechanisch geschützt und gegen Feuchtigkeit abgedichtet sein. In industriellen Wägeanlagen ist eine geeignete Anschluss- oder Summierbox häufig die robustere Lösung.
Muss nach der Kabelverlängerung neu kalibriert werden?
Die komplette Messkette sollte nach jeder relevanten Verkabelungsänderung überprüft werden. Bei 4-Leiter-Systemen ist eine neue Justage beziehungsweise Kalibrierung besonders wichtig.
Ist bei einer 6-Leiter-Verlängerung keine Kalibrierung mehr notwendig?
Die Sense-Technik kompensiert Leitungsverluste, ersetzt aber nicht die Funktionsprüfung der gesamten Waage. Nullpunkt, Spanne und Wiederholbarkeit sollten trotzdem kontrolliert werden.
Was sollte nach einer Verlängerung geprüft werden?
Mindestens Nullpunkt, Referenzlast, Wiederholbarkeit und Signalstabilität. Bei Mehrzellenwaagen sollte zusätzlich der Ecken- beziehungsweise Auflagerabgleich kontrolliert werden.
Warum verändert sich ein 4-Leiter-System mit der Kabeltemperatur?
Der elektrische Widerstand von Kupfer steigt mit der Temperatur. Dadurch kann der Spannungsabfall in den Speiseleitungen zunehmen.
Kann eine 6-Leiterschaltung Temperaturänderungen der Leitung kompensieren?
Ja. Eine korrekt ausgeführte Sense-Regelung kann Änderungen des Spannungsabfalls durch temperaturabhängigen Leitungswiderstand weitgehend kompensieren.
Wie erkenne ich einen Kabelbruch?
Typische Hinweise sind Sprünge, Aussetzer oder Messwertänderungen beim Bewegen der Leitung. Eine Durchgangs- und Isolationsprüfung der einzelnen Adern kann den Fehler eingrenzen.
Warum ist das Signal nach der Verlängerung ständig unruhig?
Mögliche Ursachen sind schlechte Schirmung, ungünstige Leitungsführung, Potentialausgleichsprobleme, schlechte Kontakte oder Feuchtigkeit.
Welche WIKA-Wägezelle eignet sich für Behälter- und Plattformwaagen?
Je nach Last und Konstruktion kommen beispielsweise der WIKA F3831 Scherstab oder verschiedene Plattform- und Hochlastwägezellen infrage.
Wo finde ich weitere Wägezellen und Kraftaufnehmer?
Weitere Lösungen finden Sie unter Kraft-, Wäge-, Drehzahl- und Drehmomentsensoren bei ICS Schneider.