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VoltBase Steuerung Analoge Signale
Thema 79 Steuerung

Analoge Signale

Stufenlos statt an oder aus: wie analoge Signale wie 0–10 V und 4–20 mA Messwerte übertragen und wie du sie umrechnest.

ca. 4 Minuten Grundlagen Quiz mit 10 Fragen
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Worum geht es?

Viele Dinge sind nicht nur „an“ oder „aus“: Temperatur, Druck, Füllstand oder Drehzahl. Dafür gibt es analoge Signale. Sie können stufenlos jeden Wert zwischen Anfang und Ende annehmen.

Analog und digital im Vergleich Links ein analoges Signal, eine weiche Kurve, die jeden Wert annehmen kann. Rechts ein digitales Signal, das nur zwischen zwei Werten springt. analog: jeder Wert möglichwie ein Dimmer digital: nur 0 oder 1wie ein Lichtschalter
Stufenlos oder nur an und aus: Ein analoges Signal kann jeden Wert annehmen, zum Beispiel 21,4 °C oder 63 % Füllstand. Ein digitales Signal kennt nur an und aus.
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Die Normsignale

  • 0 bis 10 V: einfach, aber empfindlich gegen Spannungsfall auf langen Leitungen.
  • 4 bis 20 mA: der Standard in der Industrie. Ein Strom wird über lange Leitungen kaum verfälscht.
  • 0 bis 20 mA: seltener, weil man einen Drahtbruch nicht vom Messwert 0 unterscheiden kann.
Messwert aus einem 4 bis 20 Milliampere Signal Eine gerade Linie: 4 Milliampere bedeuten 0 Grad, 20 Milliampere bedeuten 100 Grad, 12 Milliampere bedeuten 50 Grad. 4 mA8 mA12 mA16 mA20 mA 0 °C50 °C100 °C 12 mA = 50 °C Strom vom SensorTemperatur
Strom bedeutet Messwert: Ein Temperaturfühler mit Messbereich 0 bis 100 °C liefert 4 mA bei 0 °C und 20 mA bei 100 °C. Dazwischen steigt der Strom gleichmäßig. 12 mA liegen genau in der Mitte, also 50 °C.

Beim 4–20-mA-Signal ist schon der Anfang des Messbereichs 4 mA. Man nennt das Live Zero. Fällt der Strom auf 0 mA, ist sofort klar: Drahtbruch oder Sensor ohne Versorgung.

Temperaturfühler PT100 mit drei Anschlussadern
PT100-Temperaturfühler mit drei Adern: Sein Widerstand ändert sich stufenlos mit der Temperatur: 100 Ω bei 0 °C, etwas mehr bei wärmeren Temperaturen. Die dritte Ader gleicht den Widerstand der Leitung aus, damit die Messung genauer wird.

Foto: Suyash Dwivedi, „3 wire PT100 Sensor“, Lizenz: CC BY-SA 4.0, Quelle: Wikimedia Commons, verkleinert.

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Rechenbeispiele

Messwert aus 4–20 mA
Wert=I − 4 mA16 mA· Messbereich
16 mA ist die Spanne von 4 bis 20 mA
01 Füllstand aus 0–10 V

Ein Füllstandsensor liefert 0 V bei leer und 10 V bei voll. Gemessen werden 6,5 V.

  1. Füllstand = 6,5 V10 V · 100 % = 65 %
  2. Ergebnis: Der Tank ist zu 65 % voll
02 Druck aus 4–20 mA

Ein Drucksensor misst 0 bis 10 bar und liefert 16 mA.

  1. Druck = 16 mA − 4 mA16 mA · 10 bar = 7,5 bar
  2. Ergebnis: 7,5 bar
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Typische Fehler

  • 0–10 V über lange Leitungen: Der Spannungsfall verfälscht den Messwert. Besser 4–20 mA.
  • 4 mA als Null vergessen: Wer mit 0 bis 20 mA rechnet, bekommt falsche Werte.
  • Analoges Signal an einen digitalen Eingang: Der Eingang kennt nur 0 und 1. Es braucht einen Analogeingang.
Merke

Analoge Signale übertragen stufenlose Messwerte. Normsignale sind 0–10 V und 4–20 mA. Bei 4–20 mA ist 4 mA der Anfang des Messbereichs, 0 mA zeigt einen Drahtbruch. Umrechnung: (I − 4 mA) geteilt durch 16 mA mal Messbereich.

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Quiz: Teste dich

Zehn Fragen zum Thema Analoge Signale. Nach jeder Antwort bekommst du eine Erklärung. Dein Fortschritt wird auf diesem Gerät gespeichert.

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