Die folgenden drei Hauptkategorien von Instrumenten erfordern eine Signalerdung (Funktionserdung) vor Ort nach dem Prinzip der „Einpunkterdung von Signalschleifen“, um die Bildung von Erdschleifen zu verhindern, die zu Störungen führen könnten.
Instrumente, die eine Signalerdung am Installationsort erfordern
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Typ |
Gründe, warum Feldsignale geerdet werden müssen |
Hauptbasis |
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Erdungsthermoelement- |
Sein Messende (Hot End) ist über eine Metallschutzhülse direkt mit der Prozessausrüstung (die typischerweise geerdet ist) verbunden, und die Signalquelle selbst dient als Erdungspunkt. Wenn eine zusätzliche Erdungsverbindung auf der Seite des Kontrollraums hergestellt wird, wird eine Zwei-Punkt-Erdungsschleife gebildet. |
HG/T 20513-2014, Abschnitt 5.1.3 (Erläuterungen): „Instrumente wie geerdete Thermoelemente, pH-Meter und elektromagnetische Durchflussmesser dürfen nur vor Ort geerdet werden.“ |
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pH-Meter (Säuremesser) |
Die Referenzelektrode ist über die zu prüfende Elektrolytlösung mit Masse verbunden, die Signalquelle (Elektrode) selbst ist bereits geerdet. |
HG/T 20513-2014, Abschnitt 5.1.3 (Erläuterungen): „Instrumente wie geerdete Thermoelemente, pH-Meter und elektromagnetische Durchflussmesser dürfen nur vor Ort geerdet werden.“ |
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Elektromagnetischer Durchflussmesser |
Das Messprinzip erfordert, dass der Sensor, das zu messende leitfähige Medium und die Prozessleitung auf dem gleichen Potenzial bleiben und so einen stabilen, sauberen Referenznullpunkt für die schwache induzierte elektromotorische Kraft (im Millivolt-Bereich) herstellen. Dieser Potenzialausgleich muss am Einbauort des Sensors (im Feld) erfolgen. |
HG/T 20513-2014, Abschnitt 5.1.3 (Erläuterungen): „Instrumente wie geerdete Thermoelemente, pH-Meter und elektromagnetische Durchflussmesser dürfen nur vor Ort geerdet werden.“ |
Erläuterung
Ein--Punkt-Erdungsprinzip. Bei den drei oben genannten Instrumententypen ist der Erdungspunkt der Signalschleife am Standort vor Ort festgelegt. Wenn sowohl die Signalquelle (Feldinstrument) als auch das Empfangsende (Kontrollraumsystem) geerdet sind, kann zwischen den beiden Standorten ein Potenzialunterschied bestehen, wodurch eine „Erdungsschleife“ in der Abschirmschicht oder Signalleitung entsteht. Dieser Strom überlagert das Nutzmesssignal, verursacht starke Störungen und führt zu instabilen, schwankenden oder ungenauen Messwerten. Für die schwachen Signale elektromagnetischer Durchflussmesser im Bereich von einigen Mikrovolt bis zu einigen Millivolt sind solche Störungen katastrophal. Besonderer Hinweis: Die Abschirmschicht der Signalkabel für diese Instrumententypen sollte auf der Seite des Kontrollraums (Arbeitserde) geerdet werden; Da jedoch der Signalkreis selbst (z. B. der Minuspol eines Thermoelements oder die Signalleitung eines Durchflussmessers) bereits vor Ort geerdet ist, muss die Seite des Kontrollraums isoliert bleiben und eine zusätzliche Erdung ist strengstens untersagt.
Das Prinzip „nur ein Erdungspunkt pro Signalschleife“: 1) HG/T 20513-2014, Abschnitt 5.1.2, Erläuterungen: Jede Instrumentensignalschleife darf nur einen Erdungspunkt haben.. 2) GB 50093-2013, Abschnitt 10.2.8: Jeder Instrumentenstromkreis darf nur einen Signalstromkreis-Erdungspunkt haben. Erläuternde Anmerkungen: Dieser Abschnitt soll Störsignale verhindern, die durch Potenzialunterschiede verursacht werden. 3) SH/T 3551-2024, Abschnitt 10.4.2: Die Erdung von Signalstromkreisen muss eine Einpunkt-Erdungsmethode anwenden.
GB 50093-2013 Code for Construction and Quality Acceptance of Automation Instrumentation Engineering, Abschnitt 10.2.9: Bei Verwendung geerdeter Thermoelemente und Instrumente mit bereits geerdeten Sensorelementen darf auf der Seite des Anzeigeinstruments keine zusätzliche Erdung vorgesehen werden.
Elektromagnetische Durchflussmesser müssen geerdet werden, um sicherzustellen, dass das Messrohr, die Flüssigkeit und die Elektroden das gleiche Potenzial haben, wodurch eine stabile Signalreferenz bereitgestellt und Gleichtaktstörungen reduziert werden. Da es sich bei elektromagnetischen Durchflussmessern um Geschwindigkeitsmessgeräte handelt, die auf elektromagnetischer Induktion basieren, erfassen ihre Elektroden die induzierte elektromotorische Kraft, die entsteht, wenn die Flüssigkeit magnetische Feldlinien durchschneidet. Wenn das Flüssigkeitspotential schwankt, wird das Erkennungssignal instabil. Daher muss dieser Äquipotentialpunkt vor Ort durch eine Erdungsschleife, Erdungselektrode oder ein Verbindungsrohr zwangsweise hergestellt werden. Eine ordnungsgemäße Erdung des elektromagnetischen Durchflussmessers ist eine notwendige Voraussetzung für eine genaue Messung.
Wenn das Systemdesign erfordert, dass das Signal am Feldstandort geerdet wird, während das empfangende Instrument im Kontrollraum geerdet werden muss (z. B. aufgrund bestimmter Anforderungen an die Systemarchitektur), reicht es nicht aus, einfach beide Enden zu erden. Es muss ein „elektrischer Isolator“ (z. B. eine isolierende Sicherheitsbarriere oder ein Signalisolator) verwendet werden.
