Grundlagen zu Signaltrennern, Barrieren

Gelegentlich können analoge Signale nicht direkt vom Sensor zur Beckhoff Analog‑Eingangsklemme/ ‑Eingangsmodul geführt werden, sondern es muss ein besonderes Gerät dazwischengeschaltet werden.

Gründe dafür können sein:

• Der Sensor ist im Ex-Bereich installiert und nach der Zündschutzart Eigensicherheit (Ex i) geschützt, wobei für die gewünschte Anwendung noch keine Beckhoff ELX3xxx-Klemme verfügbar ist.
• Es wird eine separate galvanische Trennung zwischen Sensor und Beckhoff Klemme/ Modul gewünscht.
• Der Sensor hat ein elektrisches Ausgangssignal, für das Beckhoff noch keine passende Eingangsklemme bzw. noch kein passendes Eingangsmodul anbietet.

Die Art des zwischengeschalteten Geräts ist von den folgenden Kriterien abhängig:

• Welches elektrische Signal liefert der Sensor? Spannung 10 V oder µV, AC oder DC, 20 mA oder 1 A, Widerstand, …
• muss der Sensor irgendwie gespeist werden, z. B.
• ein IEPE Sensor benötigt 2..8 mA Konstantstrom,
• ein Widerstand benötigt einen Messstrom,
• ein elektronischer Sensor benötigt ggf. 24V Versorgung, oder er wird 20 mA‑Schleifengespeist.
• Welche dynamische Übertragungsqualität für AC Signale muss der Sensor über das Zwischengerät liefern? Jedes Zwischengerät beeinflusst das Analogsignal z. B. in frequenzabhängiger Dämpfung, Übersprechen, Leitungswiderstand, Bandbreite – dies gilt es zu beachten wenn in einer messtechnischen Applikation ein Zwischengerät eingesetzt wird.
• Wird das Gerät zur Energiebegrenzung nach der Zündschutzart Eigensicherheit (Ex i) eingesetzt? In diesem Fall ist eine Barriere mit entsprechender Zulassung zu wählen. Häufig werden Zenerbarrieren eingesetzt, die aus Widerständen, Sicherungen und Zenerdioden aufgebaut sind
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  Wie o.a. können diese die analoge Signalqualität in Bezug auf die o. g. Merkmale beeinflussen, z. B. durch temperaturabhängige Änderung des Innenwiderstands.
  Begriffe dafür: Zenerbarriere.
• Muss es eine galvanische Trennung des Analogsignals sicherstellen?
  
  Soll eine galvanische Trennung des analogen Signals hergestellt werden? Geräte, die das übertragene Signal galvanisch trennen, bauen dieses elektrisch vollständig neu auf, sodass in diesem Fall besonderes Augenmerk auf die Signalbeeinflussung gelegt werden muss. Faktisch verketten sich dann die analogen Eigenschaften von Trenner und Beckhoff Analogklemme/ Analogmodul. Gerade beim Einsatz von Beckhoff ELM-Messtechnikklemmen, Messtechnikmodulen oder anderen hochwertigen Analoggeräten sind die Eigenschaften des Trenners dann dominant. Ausgangsseitig liefern sie typischerweise Normsignale, wie z. B. 10 V oder 20 mA. Gegenüber dem Einsatz externer Geräte für die galvanische Trennung ist die Verwendung von Beckhoff-Eingangsklemmen/ ‑Eingangsmodulen mit kanalweiser galvanischer Trennung vorteilhaft.
  Begriffe dafür: Signaltrenner, Signalkonverter, Signalwandler, Trennverstärker, Messverstärker, Pegelwandler.
• Sind sowohl Explosionsschutz nach Zündschutzart Ex i als auch eine galvanische Trennung notwendig? In diesem Fall kommen sogenannte Trennbarrieren zum Einsatz, die zum einen die Energiebegrenzung für die Eigensicherheit und zum anderen die galvanische Trennung des Signals gewährleisten. Es gelten dann bzgl. der analogen Signalbeeinflussung die gleichen Punkte wie im Punkt zuvor.

Aus messtechnischer Sicht sollte wenn möglich auf signalbeeinflussende Zwischengeräte verzichtet werden.