Wägezellen, Kraftsensoren, Drehmomentaufnehmer und viele Massedrucksensoren liefern kein direktes Standardsignal wie 4–20 mA oder 0–10 V. Ihr Ausgang besteht häufig aus einer sehr kleinen differentiellen Brückenspannung, die in Millivolt pro Volt angegeben wird.
Ein typischer Sensor besitzt beispielsweise eine Nennempfindlichkeit von 2 mV/V oder 3,33 mV/V. Die tatsächlich ausgegebene Spannung hängt damit nicht nur von der mechanischen Belastung, sondern auch von der Speisespannung des Messverstärkers ab.
Durch die Simulation definierter mV- oder mV/V-Werte lassen sich Messverstärker, Digitalanzeigen, Wägemodule und SPS-Skalierungen prüfen, ohne eine reale Kraft, Masse oder einen Prozessdruck erzeugen zu müssen. Dabei muss jedoch klar unterschieden werden, ob nur der Signaleingang geprüft wird oder ob die vollständige DMS-Brücke einschließlich Speisung, Brückenwiderstand und Sense-Leitungen nachgebildet werden soll.
Inhaltsverzeichnis
- Was ist ein mV/V-Signal?
- Wie funktioniert eine DMS-Messbrücke?
- Welche Sensoren liefern mV/V?
- Aus mV/V die tatsächliche Ausgangsspannung berechnen
- mV-Signaleinspeisung und echte Brückensimulation unterscheiden
- Prüfung mit einer mV-Spannungsquelle
- Wann wird ein echter Brückensimulator benötigt?
- Vierleiter-, Sechsleiter- und Schirmanschluss
- Nullpunkt, Spanne und Polarität prüfen
- Shunt-Kalibrierung richtig einordnen
- Messverstärker, Anzeige und SPS-Modul prüfen
- Abschirmung und Störeinflüsse
- mV/V-Messkette systematisch prüfen
- Praxisbeispiel: Wägezelle mit 2 mV/V simulieren
- Was eine elektrische Simulation nicht prüft
- Typische Fehler bei der mV/V-Simulation
- Geeigneten Simulator auswählen
- Welche Produkte eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen
Was ist ein mV/V-Signal?
Die Angabe mV/V beschreibt die Empfindlichkeit eines brückenbasierten Sensors. Sie gibt an, wie viele Millivolt Ausgangsspannung der Sensor bei einer Speisespannung von einem Volt und bei einer definierten Belastung erzeugt.
Eine Nennempfindlichkeit von 2 mV/V bedeutet:
- bei 1 V Speisung entstehen bei Nennlast 2 mV,
- bei 5 V Speisung entstehen bei Nennlast 10 mV,
- bei 10 V Speisung entstehen bei Nennlast 20 mV.
Das Verhältnis bleibt gleich. Ändert sich die Speisespannung, ändert sich die absolute Ausgangsspannung proportional.
Die Einheit mV/V darf deshalb nicht wie ein festes Spannungssignal behandelt werden. Ein Sensor mit 2 mV/V liefert nicht grundsätzlich 2 mV. Die tatsächliche Spannung hängt immer von der Brückenspeisung und der momentanen Belastung ab.
Wie funktioniert eine DMS-Messbrücke?
Viele Kraft-, Wäge-, Drehmoment- und Drucksensoren arbeiten mit Dehnungsmessstreifen. Die DMS verändern ihren elektrischen Widerstand, wenn sich der elastische Messkörper unter Belastung geringfügig verformt.
Die Widerstandsänderungen werden üblicherweise in einer Wheatstoneschen Messbrücke ausgewertet. Eine vollständige Brücke besteht aus vier Widerstandszweigen.
Die Brücke besitzt typischerweise:
- eine positive Speiseleitung EX+,
- eine negative Speiseleitung EX−,
- einen positiven Signalausgang SIG+,
- einen negativen Signalausgang SIG−.
Im unbelasteten Zustand ist die Brücke annähernd abgeglichen. Die Spannung zwischen SIG+ und SIG− liegt idealerweise nahe null. Unter mechanischer Belastung verändern sich die Widerstände, die Brücke wird verstimmt und es entsteht eine differentielle Ausgangsspannung.
Da diese Spannung häufig nur wenige Millivolt beträgt, benötigt die Messkette einen empfindlichen Differenzeingang mit hoher Auflösung, stabiler Brückenspeisung und geeigneter Verstärkung.
Welche Sensoren liefern mV/V?
mV/V-Signale werden insbesondere bei passiven DMS-Vollbrückensensoren verwendet.
| Sensortyp | Typische Anwendung | Besonderheit bei der Prüfung |
|---|---|---|
| Wägezelle | Behälterwaage, Plattformwaage, Dosierung und Fördertechnik | Skalierung häufig in kg oder t, mehrere Wägezellen können parallel verschaltet sein |
| Kraftsensor | Pressen, Prüfstände, Montage- und Fügekraftüberwachung | Zug- und Druckrichtung können unterschiedliche Signalvorzeichen besitzen |
| Drehmomentaufnehmer | Prüfstand, Antriebstechnik und Reibungsmessung | Positive und negative Drehmomente sowie dynamische Signale berücksichtigen |
| Massedrucksensor | Extruder, Spritzgussmaschine und Schmelzepumpe | Prüfung der Elektronik ohne heißen Prozessdruck möglich, Sensorfunktion wird dabei nicht mechanisch geprüft |
| DMS-Druckaufnehmer | Hydraulik, Prüfstand und industrielle Druckmessung | Elektrische Simulation ersetzt keine Beaufschlagung mit Referenzdruck |
Auch einzelne Dehnungsmessstreifen können als Viertel-, Halb- oder Vollbrücke verschaltet werden. Für deren Simulation und Prüfung wird gegebenenfalls eine Brückenergänzung benötigt. Industrielle Wägezellen und Kraftsensoren besitzen dagegen meistens bereits eine vollständige Messbrücke.
Aus mV/V die tatsächliche Ausgangsspannung berechnen
Die erwartete Ausgangsspannung lässt sich mit folgender Formel berechnen:
USignal = S × USpeisung × Belastungsanteil
Dabei gilt:
- USignal: differentielle Ausgangsspannung in mV,
- S: Nennempfindlichkeit in mV/V,
- USpeisung: tatsächliche Brückenspeisung in V,
- Belastungsanteil: Belastung geteilt durch Nennlast.
Beispiel für eine Wägezelle mit 2 mV/V und 10 V Brückenspeisung:
| Belastung | Berechnung | Erwartetes Signal |
|---|---|---|
| 0 % | 2 mV/V × 10 V × 0 | 0 mV |
| 25 % | 2 mV/V × 10 V × 0,25 | 5 mV |
| 50 % | 2 mV/V × 10 V × 0,50 | 10 mV |
| 75 % | 2 mV/V × 10 V × 0,75 | 15 mV |
| 100 % | 2 mV/V × 10 V × 1,00 | 20 mV |
Wird dieselbe Wägezelle nur mit 5 V gespeist, beträgt das Vollsignal dagegen 10 mV. Die im Messverstärker eingestellte oder tatsächlich gemessene Speisespannung muss deshalb immer bekannt sein.
Bei einer Nennempfindlichkeit von 3,33 mV/V und einer Speisung von 10 V ergibt sich bei 100 %:
3,33 mV/V × 10 V = 33,3 mV
Ein simuliertes 80-%-Signal würde in diesem Fall 26,64 mV betragen.
mV-Signaleinspeisung und echte Brückensimulation unterscheiden
In der Praxis werden zwei unterschiedliche Prüfmethoden häufig beide als mV/V-Simulation bezeichnet.
| Prüfmethode | Funktionsweise | Geprüfte Komponenten |
|---|---|---|
| Definierte mV-Spannung einspeisen | Ein Simulator gibt die zuvor berechnete differentielle Signalspannung aus | Signaleingang, Verstärkung, Anzeige, Skalierung und SPS-Verarbeitung |
| Echte Brückensimulation | Ein Brückensimulator wird vom Auswertegerät gespeist und erzeugt ein definiertes ratiometrisches mV/V-Verhältnis | Brückenspeisung, Signalweg, Verstärkung, Sense-Funktion und gegebenenfalls Sensorüberwachung |
Die reine mV-Signaleinspeisung ist für viele Service- und Fehlersuchaufgaben ausreichend. Sie ermöglicht eine schnelle Prüfung, ob ein Verstärker oder eine Anzeige bei einem definierten Eingangswert den richtigen Kraft-, Gewichts- oder Druckwert anzeigt.
Sie bildet jedoch weder den elektrischen Innenwiderstand der Wägezelle noch die Belastung der Brückenspeisung nach. Auch eine Änderung der Speisespannung wird nicht automatisch berücksichtigt.
Prüfung mit einer mV-Spannungsquelle
Bei der Prüfung mit einer präzisen Spannungsquelle wird der Sensor von der Auswertung getrennt. Der Simulator wird anschließend an die differentiellen Signaleingänge angeschlossen.
Das vereinfachte Anschlussprinzip lautet:
- Simulator Plus an SIG+ beziehungsweise Eingang +,
- Simulator Minus an SIG− beziehungsweise Eingang −,
- Sensor vollständig vom Signaleingang trennen,
- EX+ und EX− nicht mit dem Spannungsausgang des Simulators verbinden.
Vor der Verbindung müssen der Anschlussplan des Messverstärkers und die zulässigen Eingangs- und Gleichtaktspannungen geprüft werden. Einige Auswertungen überwachen zusätzlich den Sensorwiderstand oder erwarten eine angeschlossene Brücke. In diesem Fall kann eine reine Spannungsquelle nicht ausreichen.
Die Prüfung beginnt zweckmäßig mit 0 mV. Danach werden mehrere berechnete Werte über die vollständige Spanne ausgegeben.
Eine typische Punktfolge ist:
- 0 %,
- 25 %,
- 50 %,
- 75 %,
- 100 %,
- anschließend zurück auf 0 %.
Bei bidirektionalen Kraft- oder Drehmomentsensoren sollten zusätzlich negative Werte geprüft werden, beispielsweise −100 %, −50 %, 0 %, +50 % und +100 %.
Wann wird ein echter Brückensimulator benötigt?
Ein echter Brückensimulator ist erforderlich, wenn nicht nur der Spannungseingang, sondern das Verhalten eines vollständigen DMS-Aufnehmers nachgebildet werden soll.
Dies ist besonders relevant, wenn:
- das Auswertegerät die Brückenspeisung selbst bereitstellt,
- die Speisespannung während der Prüfung mitbewertet werden soll,
- Remote-Sense-Leitungen vorhanden sind,
- der Eingang eine bestimmte Brückenimpedanz erwartet,
- ein Sensorbruch oder eine Leitungsunterbrechung überwacht wird,
- mehrere Wägezellen parallel angeschlossen werden,
- eine hohe metrologische Genauigkeit gefordert ist.
Der Brückensimulator übernimmt die Speisespannung des Messverstärkers und erzeugt daraus das eingestellte Verhältnis in mV/V. Sinkt die Speisung beispielsweise von 10 V auf 9,8 V, sinkt auch das simulierte Ausgangssignal proportional.
Zusätzlich muss der simulierte Brückenwiderstand zur Auswertung passen. Häufig verwendete Sensorbrücken besitzen beispielsweise Nennwiderstände von 350 Ω, es kommen jedoch auch andere Werte vor.
Vierleiter-, Sechsleiter- und Schirmanschluss
Bei DMS-Sensoren sind unterschiedliche Anschlusskonzepte üblich.
| Anschluss | Leitungen | Funktion |
|---|---|---|
| Vierleiter | EX+, EX−, SIG+, SIG− | Speisung und Signal ohne separate Rückmessung der Speisespannung |
| Sechsleiter | EX+, EX−, SIG+, SIG−, SENSE+, SENSE− | Sense-Leitungen erfassen die tatsächliche Speisespannung am Sensor und kompensieren Leitungsverluste |
| Zusätzlicher Schirm | Shield beziehungsweise Gehäuseanschluss | Reduziert elektromagnetische Einstreuungen und wird nach Herstellervorgabe angeschlossen |
Bei einer reinen Spannungssimulation werden normalerweise nur die beiden Signaleingänge verwendet. Die Sense-Leitungen können jedoch je nach Auswertegerät gebrückt oder anderweitig beschaltet werden müssen. Maßgeblich ist der Anschlussplan des jeweiligen Verstärkers oder Wägemoduls.
Die Aderfarben sind nicht herstellerübergreifend einheitlich. EX+, SIG+ oder Sense+ dürfen daher niemals ausschließlich anhand der Kabelfarbe zugeordnet werden.
Nullpunkt, Spanne und Polarität prüfen
Eine Nennempfindlichkeit von 2 mV/V beschreibt normalerweise die Änderung zwischen unbelastetem Zustand und Nennlast. Sie bedeutet nicht, dass der Sensor unbelastet exakt 0,000 mV ausgibt.
Reale Sensoren besitzen einen Nullsignalfehler beziehungsweise eine Nullpunktabweichung. Der Messverstärker gleicht diesen Wert häufig durch Tara, Nullabgleich oder eine gespeicherte Kalibrierung aus.
Bei der Prüfung sollten deshalb folgende Punkte getrennt bewertet werden:
- elektrischer Nullpunkt des Eingangs,
- gespeicherter Tara- oder Nullwert,
- Verstärkung beziehungsweise Spanne,
- Signalpolarität,
- Rückkehr zum Nullpunkt.
Zeigt die Auswertung bei +10 mV einen negativen Kraftwert, sind möglicherweise SIG+ und SIG− vertauscht oder die Wirkrichtung wurde in der Parametrierung umgekehrt.
Eine Tara-Funktion kann einen großen elektrischen Offset verdecken. Vor einer technischen Bewertung sollte deshalb geprüft werden, ob ein alter Tara- oder Nullabgleich aktiv ist.
Shunt-Kalibrierung richtig einordnen
Bei der Shunt-Kalibrierung wird ein definierter Widerstand parallel zu einem Brückenzweig geschaltet. Dadurch entsteht eine bekannte Verstimmung der DMS-Brücke, die einem festgelegten Teil des Messbereichs entspricht.
Ein Shunt-Signal kann verwendet werden, um folgende Komponenten zu prüfen:
- DMS-Brücke,
- Sensorleitung,
- Steckverbindungen,
- Messverstärker,
- Anzeige und Skalierung.
Bei Massedrucksensoren ist häufig eine interne Shunt-Kalibrierfunktion vorhanden. Je nach Sensorserie kann sie beispielsweise ein Signal in der Nähe von 80 % des Messbereichs erzeugen. Der genaue Wert muss aus Datenblatt, Typenschild oder Kalibrierunterlagen des konkreten Sensors übernommen werden.
Eine Shunt-Kalibrierung erzeugt jedoch keine reale mechanische Belastung. Sie prüft daher nicht:
- die elastische Funktion des Messkörpers,
- die tatsächliche Krafteinleitung,
- mechanische Beschädigungen,
- die Druckübertragung zur Sensormembran,
- Hysterese unter realer Belastung,
- mechanische Linearität.
Sie ist deshalb eine Funktions- und Plausibilitätsprüfung der elektrischen Messkette, aber kein vollständiger Ersatz für eine rückführbare mechanische Kalibrierung.
Messverstärker, Anzeige und SPS-Modul prüfen
Ein passiver DMS-Sensor kann nicht ohne geeignete Signalaufbereitung direkt an jeden Analogeingang angeschlossen werden.
Eine vollständige Messkette besteht typischerweise aus:
DMS-Sensor → Brückenspeisung und Messverstärker → Standardsignal oder Digitalwert → Anzeige beziehungsweise SPS
Alternativ besitzt ein spezielles Wäge- oder DMS-Modul bereits:
- Brückenspeisung,
- hochauflösenden Differenzeingang,
- Sense-Anschlüsse,
- Null- und Spankalibrierung,
- Filter und Linearisierung,
- Skalierung in kg, N, Nm oder bar,
- Diagnosefunktionen.
Ein gewöhnlicher 0–10-V-Analogeingang besitzt häufig weder die notwendige Brückenspeisung noch die erforderliche Auflösung für Signale von wenigen Millivolt. In diesem Fall wird ein separater DMS-Messverstärker benötigt.
Bei der Signalsimulation sollte die gesamte Verarbeitungskette kontrolliert werden:
- angezeigter Rohwert,
- skalierter Messwert,
- Einheit,
- Dezimalstelle,
- Grenzwerte und Alarme,
- Filterzeit,
- Vorzeichen,
- Kommunikation zur SPS oder Leitwarte.
Abschirmung und Störeinflüsse
mV/V-Signale besitzen nur eine sehr kleine Signalamplitude. Störungen, Potenzialunterschiede und ungeeignete Verdrahtung können deshalb einen erheblichen Anteil des Nutzsignals erreichen.
Problematisch sind insbesondere:
- Motorleitungen und Frequenzumrichter,
- Schütze und Magnetventile,
- lange ungeschirmte Sensorleitungen,
- gemeinsame Kabelwege mit Leistungskabeln,
- mehrfache oder ungeeignete Schirmerdung,
- schlechte Steckkontakte,
- Feuchtigkeit in Anschlusskästen,
- unterschiedliche Massepotenziale.
Die Sensorleitung sollte entsprechend den Herstellervorgaben als verdrillte, geschirmte Leitung ausgeführt werden. Schirm und Sensorgehäuse müssen nach dem Erdungs- und EMV-Konzept der Anlage angeschlossen werden.
Zeigt die Anzeige bei kurzgeschlossenem Signaleingang einen stabilen Wert, bei angeschlossenem Simulator jedoch starke Schwankungen, sollten Messleitungen, Anschlussart, Simulatorausgang und Potenzialbezug überprüft werden.
mV/V-Messkette systematisch prüfen
- Unterlagen prüfen: Nennempfindlichkeit, Speisespannung, Brückenwiderstand, Pinbelegung und zulässigen Eingang des Auswertegeräts ermitteln.
- Anlage sichern: Messkreis kontrolliert spannungsfrei schalten, bevor Sensorleitungen gelöst werden.
- Sensor dokumentieren: Aderzuordnung und Klemmenbelegung vor dem Abklemmen festhalten.
- Speisespannung kontrollieren: Tatsächliche Spannung zwischen EX+ und EX− messen.
- Simulationswerte berechnen: Aus mV/V, Speisespannung und Belastungsanteil die benötigten mV-Werte bestimmen.
- Simulator anschließen: Nur an die dafür vorgesehenen differentiellen Signaleingänge anschließen.
- Nullpunkt prüfen: 0 mV ausgeben und Anzeige, Tara sowie Rohwert kontrollieren.
- Mehrpunktprüfung durchführen: Mindestens 0, 25, 50, 75 und 100 % simulieren.
- Rücklauf prüfen: Werte wieder reduzieren und Rückkehr zum Nullpunkt kontrollieren.
- Grenzwerte testen: Schaltpunkte, Alarme und SPS-Logik mit gezielten Zwischenwerten prüfen.
- Ergebnisse dokumentieren: Eingabewert, Anzeige, Abweichung, Speisespannung und Parametrierung festhalten.
- Sensor wieder anschließen: Verdrahtung kontrollieren und anschließend eine reale Funktionsprüfung durchführen.
Praxisbeispiel: Wägezelle mit 2 mV/V simulieren
Eine Behälterwaage besitzt eine Wägezelle mit folgenden Daten:
- Nennlast: 1.000 kg,
- Nennempfindlichkeit: 2,000 mV/V,
- Brückenspeisung: 10,00 V,
- Anzeige: 0 bis 1.000 kg.
Die theoretische Ausgangsspannung bei Nennlast beträgt:
2,000 mV/V × 10,00 V = 20,00 mV
Für die Mehrpunktprüfung werden folgende Werte eingestellt:
| Simuliertes Signal | Entsprechende Last | Erwartete Anzeige |
|---|---|---|
| 0,00 mV | 0 % | 0 kg |
| 5,00 mV | 25 % | 250 kg |
| 10,00 mV | 50 % | 500 kg |
| 15,00 mV | 75 % | 750 kg |
| 20,00 mV | 100 % | 1.000 kg |
Bei 10,00 mV zeigt die Steuerung 625 kg an. Die Kontrolle der SPS-Parametrierung ergibt, dass ein Vollsignal von 16 mV statt 20 mV hinterlegt wurde.
Nach der Korrektur zeigt die Steuerung bei allen simulierten Punkten plausible Werte. Damit sind Signaleingang, Skalierung und SPS-Verarbeitung zunächst geprüft.
Anschließend wird die Wägezelle wieder angeschlossen und der Behälter mit einer bekannten Prüflast belastet. Erst diese mechanische Prüfung zeigt, ob Wägezelle, Einbau, Krafteinleitung und tatsächliche Gewichtserfassung ebenfalls korrekt arbeiten.
Was eine elektrische Simulation nicht prüft
Eine mV- oder mV/V-Simulation prüft hauptsächlich den elektrischen Signalweg hinter dem Sensor.
Sie kann bestätigen:
- korrekte Verstärkung,
- richtige Skalierung,
- Funktion des Analogeingangs,
- Anzeige und Einheit,
- Grenzwerte und Alarme,
- Signalpolarität,
- Kommunikationsweg zur SPS.
Sie bestätigt dagegen nicht:
- mechanische Sensorgenauigkeit,
- Krafteinleitung und Lagerung,
- Kraftnebenschlüsse,
- Überlastschäden,
- Hysterese und Kriechen der Wägezelle,
- Druckübertragung eines Massedrucksensors,
- Membranbeschädigungen,
- reale Temperaturabhängigkeit,
- Kalibrierung in der physikalischen Messgröße.
Für eine vollständige Kalibrierung wird daher zusätzlich eine bekannte Kraft, Masse, ein bekanntes Drehmoment oder ein rückführbarer Referenzdruck benötigt.
Typische Fehler bei der mV/V-Simulation
mV/V wird direkt als Millivoltwert verwendet
Bei einem Sensor mit 2 mV/V werden 2 mV eingespeist, obwohl der Verstärker mit 10 V speist und bei Nennlast 20 mV erwartet.
Die konfigurierte statt der tatsächlichen Speisespannung wird verwendet
Leitungsverluste oder eine abweichende Verstärkereinstellung verändern die reale Ausgangsspannung des Sensors.
Der Simulator wird an EX+ und EX− angeschlossen
Die Speiseausgänge des Verstärkers werden mit einer fremden Spannungsquelle verbunden. Dies kann Simulator oder Auswertung beschädigen.
Ein Standard-Spannungseingang wird mit einem DMS-Eingang verwechselt
Der Eingang besitzt keine Brückenspeisung oder keine ausreichende Auflösung für wenige Millivolt.
Sense-Leitungen bleiben unberücksichtigt
Das Wägemodul meldet einen Sensorfehler oder regelt die Speisespannung falsch, weil die Rückmessung fehlt.
Eine aktive Tara verdeckt den Fehler
Der Nullwert erscheint korrekt, obwohl ein großer Offset oder eine falsche Verdrahtung vorhanden ist.
Nur der Vollpunkt wird geprüft
Skalierungs-, Linearitäts- oder Parametrierfehler an Zwischenpunkten bleiben unentdeckt.
Das Vorzeichen wird nicht kontrolliert
Zug und Druck beziehungsweise positiver und negativer Messbereich werden vertauscht.
Shunt-Kalibrierung wird mit mechanischer Kalibrierung gleichgesetzt
Die Elektronik funktioniert, obwohl der Messkörper, die Membran oder die Krafteinleitung fehlerhaft ist.
Der Brückenwiderstand wird nicht berücksichtigt
Ein überwachter DMS-Eingang erkennt die reine Spannungsquelle nicht als gültigen Sensor.
Geeigneten Simulator auswählen
Für die Auswahl eines geeigneten Prüfgeräts werden mindestens folgende Angaben benötigt:
- reine mV-Signaleinspeisung oder echte Brückensimulation,
- positiver, negativer oder bidirektionaler Signalbereich,
- Nennempfindlichkeit in mV/V,
- Brückenspeisung in V,
- erforderliche Auflösung und Genauigkeit,
- Brückenwiderstand des Sensors,
- Vierleiter- oder Sechsleiteranschluss,
- DC- oder Trägerfrequenzverstärker,
- Art der Sensorüberwachung,
- mobiler Serviceeinsatz oder Laboranwendung,
- benötigte Dokumentation und Kalibrierung.
Für eine reine Prüfung von Anzeige und Skalierung kann eine präzise mV-Spannungsquelle ausreichen. Soll dagegen das vollständige Verhalten einer DMS-Vollbrücke nachgebildet werden, wird ein dafür spezifizierter Brückensimulator benötigt.
Welche Produkte eignen sich?
Simulatoren
Die Kategorie Simulatoren umfasst Prüfgeräte zum Erzeugen definierter elektrischer und sensoräquivalenter Signale.
Je nach Gerät lassen sich unter anderem folgende Signale simulieren oder messen:
- Millivolt und Gleichspannung,
- Widerstand,
- Pt100 und weitere RTD,
- Thermoelemente,
- 4–20 mA,
- Schaltzustände und Durchgang.
ICS 02S Simulator für Pt100, RTD, TC und mV/V
Der ICS 02S kann RTD-, Thermoelement- sowie mV- und Spannungssignale messen und ausgeben.
Zu den wesentlichen Eigenschaften gehören:
- Messen und Generieren kleiner Spannungssignale,
- Genauigkeit bis 0,05 %,
- 5½-stellige beleuchtete Anzeige,
- vier Sicherheitsbuchsen,
- Messwertspeicher,
- automatischer Nullabgleich,
- Batteriebetrieb für mobile Serviceaufgaben.
Für die Prüfung einer mV/V-Auswertung wird aus Nennempfindlichkeit und Brückenspeisung zunächst der benötigte Millivoltwert berechnet. Dieser Wert kann anschließend in den Signaleingang des Messverstärkers oder der Anzeige eingespeist werden.
Vor dem Einsatz muss geprüft werden, ob die Auswertung eine reine differentielle Spannung akzeptiert oder eine vollständige DMS-Brücke mit definierter Impedanz und Sense-Leitungen erwartet.
Kraftsensoren und Kraftmessgeräte
Die Kategorie Kraftsensoren und Kraftmessgeräte umfasst Aufnehmer für Zug-, Druck- und Wechselkräfte.
Je nach Ausführung stehen passive mV/V-Brücken, integrierte Messverstärker sowie 4–20-mA-, 0–10-V- und digitale Ausgangssignale zur Verfügung.
Siemens Wägezellen
Die Kategorie Siemens Wägezellen enthält unterschiedliche Bauformen für Plattformwaagen, Behälter, Dosieranlagen und industrielle Wägesysteme.
Die DMS-basierten Wägezellen liefern ein lastproportionales Brückensignal und werden mit geeigneten Wägeelektroniken beziehungsweise DMS-Eingangsmodulen ausgewertet.
Dynisco Massedrucksensoren
Die Kategorie Dynisco Massedrucksensoren umfasst unterschiedliche Sensorserien für Extrusion, Spritzguss und Kunststoffverarbeitung.
Je nach Modell stehen unter anderem mV/V-, 4–20-mA- und Spannungsausgänge zur Verfügung. Verschiedene mV/V-Ausführungen besitzen zusätzlich eine interne Shunt-Kalibrierfunktion zur Prüfung der elektrischen Messkette.
IPM5 Digitalanzeige für DMS-Massedrucksensoren
Die IPM5 Digitalanzeige ist für die Auswertung von DMS-Massedrucksensoren vorgesehen.
Sie unterstützt die automatische Sensorerkennung für typische Empfindlichkeiten von 1 mV/V, 2 mV/V und 3,3 mV/V. Bei der Inbetriebnahme kann eine definierte mV-Simulation genutzt werden, um Anzeige, Skalierung und Alarmfunktionen unabhängig vom Prozessdruck zu kontrollieren.
Fazit: mV/V muss immer zusammen mit der Speisespannung betrachtet werden
Ein mV/V-Signal ist keine feste Ausgangsspannung. Die tatsächliche Millivoltspannung ergibt sich aus der Nennempfindlichkeit des Sensors, der Brückenspeisung und dem aktuellen Belastungsanteil.
Für eine einfache Funktionsprüfung von Messverstärker, Anzeige oder SPS kann eine präzise mV-Spannung eingespeist werden. Die erforderlichen Werte müssen zuvor aus mV/V und Speisespannung berechnet werden.
Eine echte Brückensimulation geht weiter. Sie verwendet die Speisespannung des Auswertegeräts und bildet zusätzlich die elektrischen Eigenschaften einer DMS-Brücke sowie gegebenenfalls Sense-Leitungen nach.
Nullpunkt, Spanne, Zwischenwerte, Rücklauf und Polarität sollten immer getrennt geprüft werden. Bei bidirektionalen Sensoren gehören auch negative Signale zur Prüfung.
Shunt-Signale sind hilfreich, um Sensorbrücke, Verdrahtung und Verstärker zu kontrollieren. Sie ersetzen jedoch keine mechanische Kalibrierung mit einer bekannten Kraft, Masse, einem bekannten Drehmoment oder Referenzdruck.
Durch die klare Trennung von Sensorsimulation und mechanischer Prüfung lässt sich schnell feststellen, ob eine Abweichung durch den Sensor, die Verdrahtung, den Messverstärker oder die SPS-Skalierung verursacht wird.
Häufige Fragen zur Simulation von mV/V-Signalen
Wie viel Millivolt entsprechen 2 mV/V bei 10 V Speisung?
Bei Nennlast entstehen 20 mV. Bei 50 % der Nennlast sind es 10 mV und bei 25 % entsprechend 5 mV.
Kann ich mV/V mit einem normalen Spannungsgeber simulieren?
Für die Prüfung des differentiellen Signaleingangs häufig ja. Dazu wird der erforderliche mV-Wert aus Empfindlichkeit und Speisespannung berechnet. Eine vollständige Brücke mit Widerstand und Sense-Funktion wird damit jedoch nicht nachgebildet.
Was ist der Unterschied zwischen mV und mV/V?
mV ist eine absolute Spannung. mV/V ist ein Verhältnis zwischen Ausgangsspannung und Speisespannung. Bei veränderter Speisespannung verändert sich deshalb auch das absolute mV-Signal.
Warum liefert eine unbelastete Wägezelle nicht exakt 0 mV?
Fertigungstoleranzen, mechanische Vorspannung, Einbaukräfte und Temperatureinflüsse können einen Nullsignalfehler verursachen. Dieser wird häufig über den Nullabgleich oder eine Tara-Funktion kompensiert.
Kann ich eine Wägezelle direkt an einen 0–10-V-SPS-Eingang anschließen?
In der Regel nicht. Das Signal der Wägezelle beträgt nur wenige Millivolt und benötigt eine stabile Brückenspeisung sowie einen empfindlichen Differenzverstärker. Dafür wird ein DMS-Verstärker oder ein spezielles Wägemodul benötigt.
Was prüft die Shunt-Kalibrierung?
Sie erzeugt eine definierte elektrische Brückenverstimmung und prüft damit Sensorbrücke, Verdrahtung, Messverstärker und Anzeige. Eine reale Kraft oder ein realer Druck wird nicht erzeugt.
Warum besitzt eine Wägezelle sechs statt vier Leitungen?
Zusätzlich zu Speisung und Signal besitzt sie zwei Sense-Leitungen. Damit kann die Auswertung die tatsächliche Speisespannung direkt an der Wägezelle erfassen und Spannungsverluste in langen Leitungen kompensieren.
Kann ein Massedrucksensor ohne Prozessdruck vollständig geprüft werden?
Die elektrische Messkette kann mit einem simulierten mV-Signal oder einer Shunt-Funktion geprüft werden. Membran, Druckübertragung, mechanische Genauigkeit und reale Sensorkennlinie werden dadurch jedoch nicht vollständig geprüft.
Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Auswahl?
Benötigt werden Sensortyp, Nennempfindlichkeit in mV/V, Speisespannung, Brückenwiderstand, Vier- oder Sechsleiteranschluss, positiver oder bidirektionaler Messbereich, benötigte Genauigkeit sowie die Frage, ob eine reine mV-Einspeisung oder eine echte Brückensimulation erforderlich ist.