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Eine Wägezelle mit Wheatstone-Brücke liefert ein differentielles Millivoltsignal und keinen direkt nutzbaren 4-20 mA- oder RS485-Ausgang. Die Speisung versorgt die Brücke; Dehnung verändert das Gleichgewicht ihrer Widerstandsarme. Beginnen Sie bei der Geräteauswahl oder Fehlersuche mit tatsächlichem Kennwert, Speisung und Nullpunktversatz. Die Annahme, jede Zelle liefere 20 mV, kann zu einem falschen Eingangsbereich, schlechter Ausnutzung der Auflösung oder Sättigung bei Kraftumkehr führen.
Signal der Wägezelle mit Wheatstone-Brücke berechnen
Die nominale Signaländerung bei Nennlast ergibt sich aus dem Kennwert in mV/V multipliziert mit der Speisung in Volt. Für eine lineare Näherung unterhalb der Nennlast multiplizieren Sie zusätzlich mit dem Anteil der aufgebrachten Last. Addieren Sie den tatsächlichen Nullpunktversatz, wenn Sie prüfen, ob der Gesamtausgang im Eingangsbereich des Geräts bleibt. Verwenden Sie die Speisung am Sensor und nicht lediglich den im Gerätemenü gewählten Wert.
| Beispiel bei 5 V Speisung | Berechnete nominale Änderung bei Nennlast |
|---|---|
| MV-LC0190, 1 kg | 0.5 mV/V x 5 V = 2.5 mV. Die Ausführung für kleine Kräfte benötigt einen Eingang, der den nutzbaren Anteil dieses Signals auflösen kann. |
| MV-LC0190, 5-50 kg | 1.0 mV/V x 5 V = 5 mV. Verstärkung und Kalibrierung unterscheiden sich damit von der 1 kg-Ausführung. |
| MV-LC0149, 2 mV/V-Ausführung | 2 mV/V x 5 V = 10 mV. Bestätigen Sie den bestellten Ausgang, statt nur die Modellfamilie heranzuziehen. |
| MV-LC0149, 3 mV/V-Ausführung | 3 mV/V x 5 V = 15 mV. Eine unveränderte Eingangseinstellung auf 10 mV würde das nominale Signal bei Nennlast nicht abdecken. |
Diese Berechnungen verwenden den nominalen Kennwert; sie sind keine Kalibrierdaten und berücksichtigen weder Kennwerttoleranz noch eingebaute Vorlast oder Nullsignal. Beispielsweise beträgt der Referenzkennwert der MV-LC0190 mit 1 kg 0.5 +/-0.1 mV/V. Allein die Kennwerttoleranz ergibt daher bei 5 V eine berechnete Änderung von 2-3 mV bei Nennlast. Lassen Sie angemessene Eingangsreserve und kalibrieren Sie den gelieferten Sensor, statt 2.5 mV als exakt anzusehen.
Die kleinste nutzbare Kraft sollte gesondert berechnet werden. Bei einem nominalen 5 kg-Sensor mit 1 mV/V und 5 V Speisung entspricht eine Zunahme um 10 g einer Signaländerung von 0.01 mV oder 10 Mikrovolt. Diese Rechnung verspricht keine nutzbare Auflösung von 10 g: Verstärkerrauschen, mechanische Einflüsse, Temperatur und Prüfverfahren können diese Zunahme verdecken.
Negativen Bereich vor einer Prüfung mit Kraftumkehr prüfen
Die positive Eingangsgrenze ist nur die halbe Betrachtung. Der METRAVON MV-WI0009 spezifiziert 5 V Speisung und einen Eingangsbereich von -3 bis 30 mV. Bei einem Sensor, der im erforderlichen Zug-/Druckzyklus etwa -10 bis +10 mV erzeugt, darf nicht allein deshalb von Eignung ausgegangen werden, weil +10 mV unter +30 mV liegt.
Definieren Sie Polarität, Vorlast und erwartete Extremwerte vor der Elektronikauswahl. Das Zurücksetzen des angezeigten Nullpunkts verschiebt nicht zwangsläufig die Sättigungsgrenzen des Analogeingangs. Lassen Sie für eine Kraftprüfung mit Richtungswechsel den vollständigen bipolaren Eingangsbereich und das Kalibrierverfahren bestätigen. Nutzen Sie den Leitfaden zur Verstärkerauswahl, wenn Rauschen, kurzzeitige Spitzen oder Abtastgeschwindigkeit das Ergebnis beeinflussen.
Leiter nach Funktion statt Farbe identifizieren
Eine Vierleiterbrücke hat gewöhnlich zwei Speise- und zwei Signalleiter. Eine Sechsleiterschaltung ergänzt Fühlerleitungen, über die ein kompatibles Gerät die Speisung an deren Anschlusspunkt überwachen kann. Diese Leitungen sind keine zusätzlichen Kraftkanäle. Der Schirm ist ein eigener Anschluss und darf nicht als Teil eines Messleitungspaars gezählt werden.
Das Referenzschaltbild der MV-LC0149 ordnet Rot/Schwarz der Speisung, Grün/Weiß dem Signal und Gelb dem Schirm zu. Die dokumentierte Verdrahtung der MV-LC0099 verwendet Rot/Blau für die Speisung und Weiß/Gelb für das Signal. In einem Schaltbild ist Gelb der Schirm, im anderen ein Signalleiter. Deshalb müssen selbst scheinbar vertraute Farben anhand der Verdrahtungsangaben des genauen Modells geprüft werden.
Befolgen Sie beim Anschluss eines Vierleitersensors an einen Sechsleitereingang die Geräteanleitung für die Fühleranschlüsse. Fühleranschlüsse im Anschlusskasten überwachen die Speisung dort und nicht dahinter an jeder einzelnen Brücke. Sie können weder jeden Spannungsabfall ausgleichen noch eine nachgeschaltete lockere Klemme reparieren. Dokumentieren Sie die Anschlussorte im Kabelplan.
Widerstand ist eine Diagnosemessung und kein Gewichtswert
Vergleichen Sie im spannungsfreien Zustand und bei sicher von der Elektronik getrennter Zelle die Widerstände des identifizierten Speise- und Signalpaars mit der genauen Spezifikation. Die MV-LC0149 nennt 385 +/-10 Ohm am Eingang und 351 +/-2 Ohm am Ausgang; die MV-LC0190 nennt für beide 350 +/-5 Ohm. Ein abweichender Wert ist bei unterschiedlichen Modellen nicht automatisch ein Fehler.
Parallelgeschaltete Zellen verringern den Lastwiderstand der Speisung. Als Rechenbeispiel ergeben vier gleiche Eingänge mit 385 Ohm parallel 96.25 Ohm; bei 5 V benötigen sie vor Berücksichtigung der Kabeleinflüsse etwa 52 mA. Verwenden Sie zur Prüfung einer tatsächlichen Installation den spezifizierten Mindestwiderstand und die Belastungsgrenze des Geräts. Der Ausgangswiderstand darf nicht in diese Berechnung des Speisestroms eingesetzt werden.
Ein normaler Widerstandswert belegt weder den Isolationszustand noch Kalibriergenauigkeit oder Freiheit von mechanischen Schäden. Verwenden Sie kein Isolationsprüfgerät über einen angeschlossenen Verstärker. Prüfspannung und Verfahren einer Isolationsprüfung müssen für Sensor und abgetrennte Komponenten freigegeben sein; die Folgen eines ungeeigneten Prüfgeräts können schwerwiegender sein als der ursprüngliche Fehler.
Fragen an den Geräteklemmen
Q1. Kann ich die Brücke direkt an einen PLC-Analogeingang anschließen?
Nur wenn dieser Eingang für die Brücke ausgelegt ist und die erforderliche Speisung und Millivoltmessung bereitstellt oder unterstützt. Ein herkömmlicher 4-20 mA-Kanal ist kein solcher Eingang. Verwenden Sie andernfalls geeignete Signalaufbereitung und wählen Sie den Ausgang zur Steuerung gesondert. Der Leitfaden zum Anschluss von Wägezellen an eine PLC behandelt diese Anschlussmöglichkeiten.
Q2. Warum steigt die Anzeige nicht weiter, obwohl die Kraft zunimmt?
Prüfen Sie auf Eingangssättigung, Überschreitung des konfigurierten Bereichs oder einen mechanischen Anschlag, der zusätzliche Kraft aufnimmt. Vergleichen Sie Rohsignal, Speisung und Anzeigewert innerhalb eines freigegebenen Prüfverfahrens. Erhöhen Sie die Last nicht weiter, um die Grenze zu finden. Ein begrenzter Messwert kann nicht belegen, dass der Sensor unter seiner Nennlast bleibt.
Q3. Reicht ein Brückensimulator zur Freigabe der Waage?
Er kann die Prüfung des Geräts und je nach Anschlussort eines Teils der Kabelstrecke unterstützen. Er übt keine Kraft auf den Sensor aus und beansprucht die Halterung nicht. Die abschließende Abnahme erfordert weiterhin eine geeignete Belastungsprüfung des installierten Systems. Trennen Sie Simulatorergebnisse vom mechanischen Kalibrierprotokoll.
Q4. Sollte ich die Speisung erhöhen, um ein größeres Signal zu erhalten?
Nur innerhalb der Spezifikationen von Sensor und Gerät und nach Neuberechnung von Eingangsgrenzen und Speisestrom. Bei einer nominalen Zelle mit 3 mV/V verdoppelt der Wechsel von 5 V auf 10 V die berechnete Änderung bei Nennlast von 15 auf 30 mV. Eine Eingangsgrenze von 30 mV ließe dann keine Reserve für positiven Nullpunktversatz oder Kennwerttoleranz. Mehr Signal hilft nicht, wenn der Eingang begrenzt.
Zusammenfassung
Berechnen Sie mit mV/V das erwartete Signal, prüfen Sie beide Enden des Gerätebereichs und identifizieren Sie jeden Leiter nach seiner Funktion. Fügen Sie einer Anfrage an die technische Unterstützung von METRAVON die genaue Zellenausführung, Speisung, Verdrahtungsskizze und gemessenen Ein-/Ausgangswerte bei. Diese Angaben helfen, ein inkompatibles Gerät von einem beschädigten Kabel oder einem mechanischen Problem zu unterscheiden.
