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Gut isoliert - Störungen eliminiert

ISO-Channel-Technologie eröffnet neue Möglichkeiten in der Präzisionsmesstechnik

25. November 2010, 16:41 Uhr | Nicole Wörner

Bernhard Gaus, Data Translation: »Wenn höchste Genauigkeit und größte Flexibilität von einem Messsystem gefordert wird, kommt man um eine Lösung mit potentialfreien analogen Eingängen nicht herum.«

Externe Störungen wie Gleichtaktrauschen oder Erdschleifen stellen ein großes Problem für die Messtechnik im industriellen Umfeld dar. Bei vielen Fertigungsprozessen z.B. werden hohe Stromstöße benötigt, die Störungen in Signalleitungen induzieren und entsprechenden Einfluss auf das Messergebnis haben. Eine Lösung verspricht die ISO-Channel-Technologie von Data Translation, mit der der Hersteller seine neuen USB- und Ethernet-Messgeräte ausstattet.

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»Mit dieser Technik lässt sich - unabhängig von den Umgebungsbedingungen - eine mit vergleichbarem Aufwand kaum erreichbare Genauigkeit bei der Messung kleinster Spannungen oder Temperaturen erzielen«, ist Bernhard Gaus, Sales Manager von Data Translation überzeugt.

Ein typisches Beispiel für das Messtechnik-Problem, das durch Gleichtaktrauschen oder Masse- bzw. Erdschleifen verursacht wird, liefern Systeme mit Eingangs-Multiplexer. Hier sind alle analogen Eingänge auf die gemeinsame Masse des Multiplexers bezogen, und das Übersprechen von einem Eingangskanal kann leicht auf einem benachbarten Kanal sichtbar werden. Der Wechsel zu Messgeräten ohne Multiplexer mit je einem dedizierten A/D-Wandler pro Eingangskanal und simultaner Erfassung kann in diesem Fall hilfreich sein. In vielen Situationen dürfte dies jedoch nicht ausreichen. Einige neuere Systeme arbeiten mit einer Isolation zwischen der Masse des Eingangskanals und der des Computers, um Rauschen und Erdschleifen zu minimieren. Damit lässt sich zwar effektiv eine Trennung der Masse des Computers vom analogen Bereich des Messgeräts erreichen, eine echte Isolation zwischen den einzelnen Sensoren existiert aber auch hier nicht; bei sensiblen Anwendungen bleibt damit eine mögliche Fehlerquelle bestehen.

»In der Regel wird davon ausgegangen, dass alle Signalquellen auf das exakt gleiche Referenzpotential bezogen sind«, führt Gaus aus. »Aber nicht immer ist Masse gleich Masse, wie sich etwa bei der Temperaturmessung mit Thermoelementen zeigt. In industriellen Anlagen müssen Thermoelemente oft über größere Distanzen verteilt angebracht werden, beispielsweise entlang längerer Fertigungsstrassen oder beim Einsatz in Autoklaven. Der Massebezug der Sensoren kann sich um mehrere Volt oder sogar um mehrere hundert Volt unterscheiden. Die daraus resultierende Gleichtaktspannung verursacht einen Ausgleichsstrom über die Signalleitung, was inakzeptable Messfehler zur Folge hat. Diese Störung ist erstens schwer zu identifizieren und zweitens nur mit hohem Aufwand zu beheben.« Häufig sei es nicht erkennbar, dass die Masse von Thermo- und PT100-Elementen, Brücken- oder anderen Sensoren auf unterschiedlichen Spannungspotentialen liege. Ursachen dafür können nach Gaus’ Überzeugung u.a. in langen Leitungswegen, im Übersprechen von starken Störungsquellen oder auch in einer hohen Impedanz der Signalquelle liegen. »Bevor man diese Spannungsunterschiede nicht eindeutig identifiziert hat, sind sie für das Messsystem nichts weiter als ein Anteil des Messsignals und führen zu entsprechenden Messfehlern.«