Was ist ein Messwandler – Funktionsprinzip und Anwendung

Ein Messumformer ist ein Industriegerät, das ein Messsignal von einem Sensor in ein analoges oder digitales Ausgangssignal umwandeln kann. Sein Hauptzweck besteht darin, Steuerungen und industrielle Automatisierungssysteme die Messwerte wie Temperatur, Druck, Flüssigkeitsstand oder Durchfluss erfassen zu lassen. Der Messumformer ermöglicht die Verarbeitung des elektrischen Signals vom Sensor entsprechend der Konstruktion und den Anforderungen der Anwendung.

Messumformer werden überall dort eingesetzt, wo es notwendig ist, technologische Prozesse mit einer bestimmten Genauigkeit zu überwachen, und das Messergebnis an eine SPS, ein Display oder ein Überwachungssystem übertragen werden muss.

Funktionsprinzip des Messumformers

Das Funktionsprinzip eines Messumformers besteht darin, das Eingangssignal vom Sensor in ein standardisiertes Ausgangssignal umzuwandeln. Das Eingangssignal kann spannungs-, strom- oder widerstandsabhängig sein, wie z.B. bei PT100-Temperatursensoren.

Analoge Umformer wandeln das Eingangssignal in eine Spannung (0–10 V) oder einen Strom (4–20 mA, 0–20 mA) um, was die Übertragung der Messwerte über große Entfernungen ohne nennenswerten Signalverlust ermöglicht. Digitale Umformer erzeugen ein digitales Signal, das über Schnittstellen wie RS-485, Modbus RTU oder andere Kommunikationsprotokolle übertragen werden kann.

Arten von Messumformern

Je nach Anwendung können Messumformer in verschiedene Kategorien unterteilt werden:

• Temperaturumformer – wandeln das Signal eines Temperatursensors (Thermoelement, PT100) in ein standardisiertes analoges oder digitales Signal um.
• Druckumformer – wandeln den Druck von Gasen oder Flüssigkeiten in ein elektrisches Signal um, das proportional zum Druckwert ist.
• Füllstand- und Durchflussumformer – ermöglichen die Überwachung der Flüssigkeitsmenge oder des Durchflusses in industriellen Systemen.
• Ultraschallumformer – nutzen Ultraschallwellen zur Messung von Entfernungen oder Flüssigkeitsständen.

Jeder dieser Typen kann einen analogen Ausgang (0–10 V, 4–20 mA) oder einen digitalen Ausgang (Modbus, RS485) haben, und in einigen Fällen bieten Umformer eine galvanische Trennung zum Schutz des Systems vor elektrischen Störungen.

Temperaturumformer – Anwendungsbeispiel

Ein Temperaturumformer ist einer der am häufigsten eingesetzten Umformer in der Industrieautomatisierung. Beispielsweise muss bei der Temperaturmessung in einem Industriekessel das Signal des PT100-Temperatursensors in ein analoges 4–20 mA-Signal umgewandelt werden. Die SPS liest den Stromwert aus und kann Heizungen, Ventilatoren oder Regelventile steuern.

Durch den Einsatz eines Messumformers ist eine präzise Überwachung der Umgebungstemperatur und des technologischen Prozesses möglich, was die Sicherheit und Effizienz der industriellen Automatisierung erhöht.

Analoges und digitales Signal

Messumformer können im Analog- oder Digitalmodus arbeiten. Das analoge Signal, meist Spannung (0–10 V) oder Strom (4–20 mA), ist proportional zum Messwert und wird an die analogen Eingänge der Steuerung oder des Recorders übertragen.

Das digitale Signal ermöglicht eine störungsresistentere Datenübertragung und kann zusätzliche Informationen wie Sensor-ID oder Gerätestatusdiagnose enthalten. Die digitale Schnittstelle, z. B. Modbus RTU über RS485, ermöglicht den Anschluss mehrerer Umformer an eine Steuerung, was die Flexibilität des Systems erhöht.

Galvanische Trennung und Schutz vor Störungen

In industriellen Umgebungen bieten Messumformer oft eine galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgang, die die Steuerungssysteme vor Überspannungen und Störungen schützt. Die galvanische Trennung ermöglicht auch die Übertragung von Signalen über große Entfernungen ohne Risiko einer Beschädigung der Steuerung.

Einsatz in der Industrieautomatisierung

Messumformer werden in verschiedenen industriellen Automatisierungssystemen eingesetzt, in denen eine präzise Überwachung von Prozessen erforderlich ist. Sie können mit SPS, SCADA-Systemen, Displays oder Kommunikationsmodulen zusammenarbeiten.

Umformer ermöglichen die Kontrolle von Größen wie Temperatur, Druck, Durchfluss, Flüssigkeitsstand, Spannung oder elektrischem Strom, und das Messergebnis kann analog oder digital übertragen werden. Dies gewährleistet einen sichereren, zuverlässigeren und energieeffizienten Betrieb industrieller Anlagen.

Schnittstellenumformer und Signalstandards

Einige Messumformer fungieren als Schnittstellen, indem sie das Sensorsignal in ein standardisiertes analoges oder digitales Signal umwandeln. Dies ermöglicht die Integration mit verschiedenen Steuerungstypen und Überwachungssystemen. Das standardisierte analoge Signal kann Bereiche von 0–10 V, 0–20 mA oder 4–20 mA abdecken, sodass der Umformer an eine Vielzahl von Geräten angeschlossen werden kann.

Umformertypen nach Eingangssignal

• Umformer für Spannungssignale (mV, V) – eingesetzt in analogen Systemen.
• Umformer für Stromsignale (4–20 mA, 0–20 mA) – störungsresistent und für Langstreckenübertragung geeignet.
• Analog-Digital-Wandler (ADC) – wandeln analoge Signale in digitale Signale für die weitere digitale Übertragung um.
• Modbus/RS485-Schnittstellenumformer – ermöglichen die Kommunikation mit mehreren Geräten im industriellen Netzwerk.

Zusammenfassung

Ein Messumformer ist ein unverzichtbares Gerät in industriellen Automatisierungssystemen, das es ermöglicht, das Sensorsignal in ein standardisiertes analoges oder digitales Signal umzuwandeln. Es sorgt für eine präzise Messwerterfassung durch SPS, Displays und Überwachungssysteme. Temperatur-, Druck-, Durchfluss- oder Füllstandumformer sind die Basis für die Kontrolle technologischer Prozesse. Der Einsatz von Messumformern ermöglicht eine effiziente Signalübertragung, galvanische Trennung, Schutz vor Störungen und Optimierung industrieller Prozesse.

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