Messwerterfassung mit galvanischer Trennung

Was ist eine galvanische Trennung?

Bei der galvanischen Trennung wird die elektrische Leitung zwischen zwei Stromkreisen unterbrochen oder zwei leitfähige Gegenstände voneinander entkoppelt. Der Namensgeber der galvanischen Trennung ist der italienische Arzt und Biophysiker Luigi Galvani, der 1780 durch einen Zufall den Galvanismus entdeckte. Werden Gegenstände galvanisch getrennt, sind die elektrischen Potentiale ebenfalls voneinander getrennt und die Stromkreise potentialfrei.

Warum ist in der Messtechnik eine galvanische Trennung notwendig?

Vermeidung von Erdstromschleifen

Bei Messstrecken mit Massebezug können auftretende Erdpotentialdifferenzen Verfälschungen verursachen, da das Signal nicht nur über die Analogstrecke, sondern teilweise auch über die Erde übertragen wird. Diese sogenannten Erdstromschleifen können zu einer fehlerhaften Auswertung des Signals führen. Eine galvanische Trennung im Eingang des Messwerterfassungsgeräts verhindert die Entstehung solcher Erdstromschleifen und stellt so eine unverfälschte Signalübertragung sicher.

 

Vermeidung von Potentialverschiebungen

durch die Verkettung mehrerer Messkreise können Bezugspotentiale unerwünscht angehoben werden. Der Einsatz galvanisch getrennter Messeingänge löst dieses Problem, da diese den Einfluss der unterschiedlichen Bezugsspannungen beseitigen.

 

Vermeidung von elektromagnetischen Störungen

Insbesondere bei Anwendungen mit langen Leitungsstrecken oder in EMV-belasteten Umgebungen muss mit induktiven oder kapazitiven Störungen im Messkreis gerechnet werden. In solchen Fällen sorgt die galvanische Trennung in Kombination mit einer geeigneten Signalfilterung für eine sichere und ungestörte Übertragung des Nutzsignals.

Galvanische Trennung: Hochgenaue Messeingänge

Im Bereich der Produktprüfung von elektrischen Geräten sind Erwärmungsmessungen an spannungsführenden Komponenten an der Tagesordnung. Es ist möglich, dass Thermoelemente oder Pt100-Sensoren mit der Netzspannung in Berührung kommen. Bei dieser Messanwendung ist es zwingend notwendig, dass die Eingänge der Messgeräte einzeln gegeneinanderund zur Versorgungsspannung galvanisch getrennt sind. Speziell für diese Anwendung bietet Delphin Message-Geräte an, die eine Trennspannung von bis zu 650 VAC zwischen den einzelnen Kanälen und 1.000 VAC zur Versorgungsspannung garantieren. Die Eingänge sind zur Messung von Thermoelementen oder Pt100(0)-Sensoren und Strom- oder Spannungssignalen geeignet.

Anwendungshighlights der Message-Geräte von Delphin

  • Galvanische Trennung der Analog-Eingänge gegeneinander bis 650 VAC
  • Galvanische Trennung der Versorgungsspannung bis 1.000 VAC
  • Hochgenau Messeingänge mit 24-Bit A/D-Wandler
  • Verschleißfreie Technik - garantiert geräuschlos ohne Relais
  • Universeller Sensorenanschluss

 

Delphin Experten Team

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Galvanische Trennung: Kopplungsglieder in der Messtechnik

Zur Realisierung der für die galvanische Trennung benötigten elektrischen Entkopplung kommen verschiedene Kopplungsglieder in Frage, die mittels unterschiedlicher physikalischer Prinzipen elektrische Signale zwischen den nicht leidend verbundenen Stromkreisen übertragen.

 

Kondensatoren nutzen ein elektrisches Feld zur Signalübertragung. Transformatoren erzeugen ein Magnetfeld, das durch Induktion das elektrische Signal in den elektrisch entkoppelten Sekundärstromkreis überträgt. In Messwerterfassungsgeräten kommen hingegen in der Regel Optokoppler zur Signalübertragung zum Einsatz. Mit dem Optokoppler wird ein elektrisches Signal in ein optisches Signal umgewandelt. Dieses trifft auf den Empfänger, der es wiederum in ein elektrisches Signal umwandelt. Die beiden Stromkreise sind elektrisch entkoppelt und die Übertragung ungewünschter Artefakte wird verhindert.

Signalkonditionierung

  In Anlagen werden physikalische oder elektrische Messwerte erfasst. Diese Signale müssen auf
  standardisierte Signalformen und -pegel angepasst werden. Z. B. wird eine Messung des Drucks
  auf ein 0/4 ... 20mA Signal oder eine Temperaturmessung auf ein 0 ... 10V Signal umgeformt.
  Zum Zweck dieser Signalkonditionierung werden Umformer eingesetzt. In vielen Bereichen
  handelt es sich um eigenständige Geräte die auch als Trennverstärker bezeichnet werden. In den
  Message- und Expert-Geräten ist die Signalkonditionierung bereits eingebaut. Die gängigen Signale
  wie Pt100(0), Thermoelemente, mA- oder mV-Signale können direkt an den Analog-Eingängen
  angeschlossen werden.

Praxisbeispiel: Galvanisch getrennte Temperaturmessung an Haushaltsgeräten

Ein deutscher Hersteller von Haushaltsgeräten hat sein Entwicklungslabor mit Message-Geräten von Delphin ausgerüstet. Das Messsystem verfügt über 160 Messkanäle, verteilt auf zehn Testplätze. An den einzelnen Testplätzen werden von der Kaffeemaschine bis zum Brotbackautomaten Haushaltsgeräte erprobt. In der Hauptsache werden Temperaturen erfasst.

 

Darüber hinaus weitere physikalische Größen wie Druck, Durchfluss oder Drehzahl. Die Message-Geräte sind über das LAN im Netzwerk mit den Arbeitsplätzen verbunden. Von den Computern aus erfolgt die Online- und Offline-Auswertung der Messergebnisse mit der Software ProfiSignal. Für Dauerprüfungen wird der geräteinterne Datenspeicher der Message-Geräte eingesetzt, der es ermöglicht, auch ohne Computer Daten lückenlos zu erfassen.

Typische Anwendungsgebiete der galvanischen Trennung

  • Erwärmungsprüfungen an Haushaltsgeräten
  • Typenprüfung und Messung für die Qualitätssicherung
  • Messung von Wicklungstemperaturen an elektrischen Motoren
  • Temperaturmessungen in elektronischen Schaltungen
  • Dauerprüfung an Elektrospeicheröfen
  • Messung zur Erlangung von Prüfzertifikaten
  • Messung an Leuchten und Leuchtkomponenten

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