Probleme können auftreten, wenn nicht isolierte 4-20-mA-Signalleitungen an beiden Enden der Schleife Erdungspfade haben.
Wenn die Spannungen (V) an den beiden Erdungspunkten unterschiedlich sind, wird durch die Kupferdrähte, die für das 4-20-mA-Signal verwendet werden, und die Erde ein zirkulierender, geschlossener Strompfad (I) gebildet (Abbildung 1). In diesem Fall wird ein Erdschleifenstrom in die Schleife eingespeist, was zu Messfehlern führt.
Eine Erdschleife entsteht, wenn drei Bedingungen vorliegen:
1) Es gibt zwei Erdungen, 2) die Erdungen haben unterschiedliche Potenziale und 3) es gibt einen galvanischen Pfad zwischen den Erdungen.
Durch die Beseitigung einer dieser drei Bedingungen wird die Erdschleife entfernt. Da jedoch die Anzahl der Gründe nicht immer kontrolliert werden kann und es oft unmöglich ist, einen Grund einfach „aufzuheben“, sind die erste und die zweite Bedingung keine plausiblen Kandidaten für die Beseitigung.
Ein Signalisolator kann verwendet werden, um den galvanischen Pfad zwischen den beiden Erdungen zu „unterbrechen“ (Abbildung 2). Wenn der leitende Pfad zwischen den Differenzspannungen unterbrochen ist, ist die Erdschleife beseitigt.
Den galvanischen Pfad durchbrechen
Ein galvanischer Pfad ist eine direkte elektrische Verbindung zwischen zwei oder mehr Stromkreisen, die den Stromfluss ermöglicht. Die Aufgabe eines Isolators besteht darin, den galvanischen Pfad zwischen Stromkreisen zu unterbrechen, die an unterschiedliche Potenziale angeschlossen oder „geerdet“ sind. Das Unterbrechen dieses galvanischen Pfades kann auf verschiedene Weise erreicht werden, einschließlich elektromagnetischer, optischer, kapazitiver, induktiver und sogar akustischer Methoden.
Blue-White Produkte nutzen typischerweise elektromagnetische und optische Methoden.
Optische Isolierung– Bei der optischen Isolierung wird Licht verwendet, um ein Signal zwischen Elementen einer Schaltung zu übertragen.
Eine optische Isolationsschaltung besteht aus zwei Grundteilen: einer Lichtquelle (normalerweise eine LED-Leuchtdiode, die als Sender fungiert) und einem lichtempfindlichen Detektor (normalerweise ein Fototransistor, der als Empfänger fungiert). Das Ausgangssignal des Optokopplers ist proportional zur Lichtintensität der Quelle. Der isolierende Luftspalt zwischen LED und Fototransistor dient als galvanische Trennung zwischen den Stromkreisen.
Die optische Isolierung bietet eine bessere Unterdrückung von Gleichtaktstörungen, kommt normalerweise in digitalen Schaltkreisen vor, ist nicht frequenzempfindlich, kleiner und kann manchmal einen höheren Isolationsgrad als die Transformatorisolierung bieten.
Elektromagnetische Isolation— Elektromagnetische Isolierung, oft auch als Transformatorisolierung bezeichnet, verwendet einen Transformator, um das gewünschte Signal elektromagnetisch über einen Luftspalt oder einen nicht leitenden Isolationsspalt zu koppeln. Die elektromagnetische Feldstärke ist proportional zum am Transformator anliegenden Eingangssignal. Transformatoren sind sehr effizient und schnell bei der Übertragung von Wechselstromsignalen.
