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Lernkurs Piezoelektrische Beschleunigungssensoren

Lernkurs >> Betriebsanweisung >> Vorbereitung der Messung >> Sensorkabel; Erdschleifen

Kabel und Steckverbinder sind in der Regel die schwächsten Glieder einer Messkette.
In unseren Sensordatenblättern bekommen Sie Empfehlungen für geeignete Kabeltypen zu jedem Beschleunigungsaufnehmer.
Besonders bei Aufnehmern mit Ladungsausgang ist die Wahl des richtigen Kabels entscheidend. Wenn ein Koaxialkabel Biege- oder Zugbeanspruchung ausgesetzt wird, kann es zu örtlichen Kapazitätsänderungen kommen, die wiederum zu Ladungsverschiebungen im Kabel führen. Diese Erscheinung nennt man Triboelektrischen Effekt. Das resultierende Ladungssignal am Messgeräteeingang lässt sich nicht vom eigentlichen Sensorsignal unterscheiden. Besonders bei tiefen Frequenzen und geringen Beschleunigungen kann es sehr stören. Zur Vermeidung dieses Problems bieten wir zu den Ladungsaufnehmern störarme Kabel an. Diese zeichnen sich durch eine spezielle Ableitschicht auf dem Dielektrikum aus. Auch bei Verwendung störarmer Kabel sollte auf ordnungsgemäße Befestigung am Messobjekt geachtet werden.
Wichtig: Die Steckverbindungen von Ladungsaufnehmern müssen sehr sauber gehalten werden. Schmutz und Feuchtigkeit im Stecker kann den Isolationswiderstand verringern und damit die untere Grenzfrequenz verfälschen.
Die Kabellänge bei Ladungsaufnehmern sollte 10 m nicht überschreiten.
IEPE-Aufnehmer benötigen keine störarmen Spezialkabel. Sie lassen sich mit normalen Koaxialkabeln anschließen.

Starke Magnetfelder können zu Störungen führen. Dies ist besonders bei Ladungsaufnehmern der Fall. Daher sollte das Kabel immer so weit wie möglich von elektromagnetischen Störquellen, wie Motoren, Generatoren oder Wechselrichtern, entfernt verlegt werden. Das Sensorkabel sollte nicht parallel zu Starkstromleitungen verlaufen und diese möglichst rechtwinklig kreuzen.
Bewegung des Kabels relativ zum Sensor kann ebenfalls Messfehler verursachen, indem Kräfte über das Kabel in den Sensor eingeleitet werden. Miniaturaufnehmer und Beschleunigungsaufnehmer mit Kompressionskeramik ("KD"-Typen") sind dafür besonders anfällig. Dieses Problem kann durch ordnungsgemäße Kabelbefestigung mit Schellen o.ä. vermieden werden. Wir bieten dafür die Kabelschellen 004 und 020 als Zubehör an. Handelsübliche Kabelhalter mit Selbstklebesockel oder O-Ringe eignen sich ebenso (vgl. folgendes Bild).

Bei der Befestigung des Kabels sollte eine hinreichende Schlaufe gelassen werden, damit keine mechanische Spannung auf den Sensor einwirkt.
Bevor Sie mit der Messung beginnen, überprüfen Sie bitte, dass alle Steckverbindungen ordnungsgemäß festgeschraubt sind. Lockere Steckermuttern sind eine häufige Fehlerursache. Verwenden Sie keine Zange, normalerweise reicht Handkraft aus. Eine geringe Menge Schraubensicherungskleber kann auf das Außengewinde als zusätzlicher Schutz gegen Lockerung aufgetragen werden. Vermeiden Sie dabei eine Verschmutzung des Isolators.
Unsere Standardkabel haben folgende Steckertypen:

• Microdot: Koaxialsteckverbindung mit UNF 10-32-Gewinde
• Subminiatur: Koaxialsteckverbindung mit M3-Gewinde
• TNC: Koaxialsteckverbindung mit UNF7/16-28-Gewinde und Schutzgrad IP44
• BNC: Koaxialsteckverbindung mit Bajonettverschluss
• Binder 707: 4-poliger Rundsteckverbinder mit M5-Gewinde (für IDS modifiziert)
• Binder 711: 4-poliger Rundsteckverbinder mit M9-Gewinde
• Binder 713: 4-poliger Rundsteckverbinder mit M12-Gewinde und Schutzgrad IP67 
• Binder 718: 4-poliger Rundsteckverbinder mit M8-Gewinde und Schutzgrad IP67 

IDS bietet dazu eine Reihe von Adaptern und Übergangsstücken an.
Kundenspezifische Kabel werden auf Anfrage gefertigt.

Vermeidung von Erdschleifen

Zu den häufigsten Problemen bei Messaufbauten mit empfindlicher Sensorik zählen Erd- oder Masseschleifen. Diese entstehen durch ungewollte Potenzialunterschiede im Stromkreis zwischen Sensor und Messgerät. In der Regel treten sie auf Masseleitung, Erdung bzw. Schutzleiter auf. Ursachen dafür können sein:

• große Entfernung zwischen Messstelle und nachfolgendem Gerät
• Spannungsabfälle über zu schwachen Leitungsquerschnitten im Erdungs- oder Schutzleiternetz
• Messung in der Umgebung leistungsstarker elektrischer Maschinen und Einrichtungen, die starke Ausgleichsströme im Erdungssystem bewirken

Diese Potenzialdifferenzen können Ausgleichströme auf dem Schirm der Messleitung verursachen. Die Folge sind Spannungsabfälle, die sich dem Messsignal überlagern. Diese äußern sich häufig durch starke Störanteile bei 50 oder 100 Hz bzw. bei Wechselrichtern auch im höherfrequenten Bereich.
Der Stromweg über den Schirm sollte daher durch elektrische Isolierung unterbrochen werden.

Folgendes einfache Verfahren hat sich bei vielen Anwendungen bewährt:
Die ganze Messkette wird, falls überhaupt erforderlich, nur an einem Punkt mit dem Schutzleiter verbunden bzw. geerdet. Der Aufnehmer, ein ggf. notwendiger Vorverstärker und der Schirm der Kabel werden vom Messobjekt und allen Konstruktionsteilen elektrisch isoliert. Die Verbindung mit dem Schutzleiter- bzw. Erdanschluss wird im nachfolgenden Gerät hergestellt (vgl. folgende Bilder).
Besonders wichtig ist ein zentraler Masse-/Erdungspunkt in Mehrkanal-Messsystemen.
Empfehlenswert ist der Einsatz von Sensoren mit isoliertem Gehäuse, z.B. Typen KS80D. Isolierflansche eignen sich ebenfalls.