Transmitter, im Deutschen auch Messumformer genannt, spielen in allen Bereichen der Technik, vor allem aber in der Steuerungs-, Regelungs- und Automatisierungstechnik eine wichtige Rolle. Der Artikel beleuchtet, was Messwandler sind, wie die Signalübertragung funktioniert und wo in der Industrie Messumsetzer bereits eingesetzt werden.
Messumformer werden in der deutschen Messtechnik auch häufig mit dem englischen Begriff Transmitter versehen. Den Begriff Measuring Transmitter benutzt man kaum, häufiger spricht man von Drucktransmittern oder Niveautransmittern.
Gemäß DIN 1319 handelt es sich bei einem Messumformer um ein Messmittel – also ein Gerät beziehungsweise eine spezielle Messeinrichtung -, die eine Eingangsgröße in eine Ausgangsgröße umwandelt.
Jeder Messumformer enthält also ergänzend zu seinen Sensoren eine Elektronik für die direkte Anwendung. Als Sensor, Messgrößen-Aufnehmer oder Messfühler wird laut der Norm lediglich der Teil des Messgeräts bezeichnet, der auf die Messgröße unmittelbar anspricht.
Anders ausgedrückt bedeutet das, dass es sich bei Transmittern um Messgeräte handelt, die Prozessgrößen wie die Temperatur oder die Füllhöhe messen und den Messwert anschließend in das Einheitssignal umformen. Dieser Vorgang dient dem Zweck, dass die jeweilige Prozessgröße sicher übertragen werden kann. Anschließend kann die Verarbeitung durch Auswertegeräte erfolgen, die über Analogeingänge verfügen. Dabei handelt es sich zum Beispiel um Anzeigen, Prozessleitsysteme, speicherprogrammierbare Steuerungen sowie Regler für die Gebäudeautomation.
Als Hilfsmittel in der Mess- und Sensortechnik dienen Messverstärker. Diese verwendet man, um Spannungen und Ströme erfassen zu können, die sich unterhalb der Ansprechempfindlichkeit des jeweiligen Messgeräts bewegen. Messverstärker formen die zu messende Spannung in analoge oder digitale Ausgangssignale um.
Heutzutage ist es ganz normal, dass technische Anlagen die Werte aller relevanten Prozessgrößen messen, anzeigen und die jeweiligen betrieblichen Informationen entsprechend weiter verarbeiten. Dies war jedoch nicht immer der Fall, sondern ist der allgemeinen Automatisierung der Anlagentechnik geschuldet. So werden heute sehr viel mehr Messeinrichtungen eingesetzt als noch vor wenigen Jahren.
Ein wichtiger Schritt in dieser Entwicklung war die Einführung von Messumformern. So kommen Transmitter in der Elektrotechnik heute bei einer Reihe physikalisch messbarer Größen zur Anwendung.
Dabei handelt es sich um folgende Größen:
Ein Beispiel für Transmitter in der Elektrotechnik ist die Messung der Durchflussmenge in Gas-Pipelines. So erfassen Erzeugerunternehmen die Erdgas verkaufen, mittels spezieller Messblenden an der Übergabestelle, wie viel Gas über die Zeit geliefert wird. Dabei hilft der Differenzdruck an der Messblende, die auch als Durchflussmessumformer oder Durchflusstransmitter bezeichnet wird. Der Druck hat eine Membranverformung zur Folge, die elektrisch erfasst und in ein Einheitssignal in Milliampere (Einheit für Stromstärke) umgeformt wird. Das Signal geht an den Prozessrechner in einer Messwarte, wo man aus ihm den derzeitigen Durchfluss und die gelieferte Gasmenge berechnet. Die Messung des Durchflusses ist deshalb so wichtig, weil auf ihm die prozesstechnische Regelung basiert. Außerdem bildet die gemessene Menge an Gas die Grundlage für die kaufmännische Berechnung.
Als Eingangssignal eignen sich ganz unterschiedliche physikalisch messbare Größen. Mit Hilfe physikalischer oder chemischer Effekte werden im Sensor beziehungsweise Messfühler Größen – meist in der Form elektrischer Signale – erzeugt, die sich weiterverarbeiten lassen. Meist erfolgt dabei eine galvanische Trennung von Messgröße und Ausgangsgröße.
Das Messsignal wird dabei vom jeweiligen Sensor zu einem Messumformer geleitet. Beispielsweise besteht das Messsignal bei einer Temperaturmessung aus einer Thermospannung. Diese kann zum Beispiel eine Größenordnung von einigen Millivolt haben. Im Rahmen der Durchflussmessung werden dann Drucksignale übertragen, die sich in der Rohrleitung mittels des entsprechenden Prozessfluids (zum Beispiel Salpetersäure) manifestieren.
Der Messumformer dient also dem Zweck, das Eingangssignal in ein Ausgangssignal umzuwandeln, das die Form eines Einheitssignals aufweist. Dieses wird also in elektrischer oder pneumatischer Form übertragen.
Transmitter in der Industrie erzeugen als Ausgangssignal ein elektrisches Einheitssignal, in der Regel ein normiertes analoges Signal. Dabei handelt es sich zum Beispiel um 0_20 oder 4_20 Milliampere oder aber 0_10 Volt. Das Einheitssignal kann aber auch eine digitale Struktur aufweisen. Beide sind für die Anbindung an verschiedene Steuerungseinheiten unerlässlich.
Häufig erfolgen bei diesem Prozess Zwischenschritte wie eine Verstärkung der Spannungen und Ströme mittels eines Messverstärkers oder eine Linearisierung. Transmitter sind somit essentiell wichtig und daher ist die Versorgung mit Industrieersatzteilen besonders notwendig.
Laut Norm DIN 1319 ist ein Messumformer ein Messgerät, das eine Eingangsgröße in eine Ausgangsgröße umwandelt. Messumformer kommen in vielen Bereichen der modernen Industrie, besonders der Automatisierungs-, Steuerungs- und Regelungstechnik, zum Einsatz. Die Messumwandler formen also physikalische und nichtelektrische Größen in elektrische Größen um. Beispiele hierfür sind Fotodioden und Thermoelemente, die Sonneneinstrahlung oder Temperatur in Spannung übersetzen. Die von den Signalwandlern umgewandelten Ausgangsgrößen werden meist mit normierten analogen oder digitalen Werten versehen, damit sie problemlos an die jeweiligen Steuerungseinheiten angebunden werden können. Messumformer kommen unter anderem bei der Auswertung der physikalischen Größen Temperatur, Drehzahl, Drehwinkel oder Länge zum Einsatz.
