Spannungs-/Strom-Frequenz-Wandler VFM 90

Allgemeine Beschreibung

Dieser Messumformer wandelt eine Eingangsspannung (0-10 V) oder einen Eingangsstrom (0/4-20 mA) in eine zur Eingangsgrösse proportionale Frequenz um. Die Speisung (24 V DC oder AC), der Eingang und die Ausgangsstufe sind galvanisch voneinander isoliert. Minischalter erlauben die Wahl der Eingangsgrösse (0-20 mA, 4-20 mA, 0-10 V) und des Messbereiches (5 kHz, 10 kHz, 20 kHz). Zwei Potentiometer mit einem Verstellbereich von 5-10% gestatten eine genaue Kalibrierung von Nullpunkt und Spanne. Mittels der zugeführten digitalen Speisung (5 oder 12 V) wird auch der Ausgangspegel festgelegt.

Bauform: DIN-Schienen-Gehäuse

Technische Daten

Spezifikationen (Maximalwerte bei 25°C, falls nicht anders vermerkt; 5-20 kHz-Bereiche)
Analog-Eingang (Spannung)
min. Eingangsimpedanz 300 kOhm
max. Spannungsfestigkeit 40 VDC
Umschaltfehler V <-> mA max. 0.5% (bezüglich FS)
Analog-Eingang (Strom)
typ. Eingangsimpedanz 145 Ohm
Umschaltfehler 0 mA <-> 4 mA max. 0.5% (bezüglich FS)
max. Spannungsfestigkeit 40 VDC (PTC-Strombegrenzung)
Frequenzausgang (Optokoppler), Werte für HCMOS (keine Last)
Pull-up-Widerstand 820 Ohm (intern) für 5 V und 12 V VDD
typ. Anstiegszeit (10/90%) 15 µs/5 V, 15 µs/12 V, Duty cycle ca. 50%
typ. Abfallzeit (10/90%) 5 µs/5 V, 12 µs/12 V
Ausgangspegel (H), ohne Last >4.0 V1 (VDD=5 V), >11.0 V1 (VDD=12 V)
Ausgangspegel (H), ohne Last >12.5 V, typ. 13.3 V (VDD=14 V)
Ausgangspegel (H), ohne Last >12 V, typ. 13.0 V (VDD=14 V) bei 50°C
Ausgangspegel (L), ohne Last <0.4 V (VDD=5 V), <0.8 V (VDD=12 V)
Ausgangspegel (L), ohne Last <1.3 V, typ. 850 mV (VDD=14 V)
Ausgangspegel (L), ohne Last <2 V, typ. 1.3 V (VDD=14 V) bei 50°C
typ. Ausgangsimpedanz high 1.2 kOhm
typ. Ausgangsimpedanz low 700 Ohm
max. Überspannung 30 V DC (10 sec), 24 V DC dauernd
Bereiche (umschaltbar) 5 kHz, 6.67 kHz, 10 kHz, 20 kHz
Fehler Bereichsumschaltung max. 1%
Frequenzausgang (Optokoppler), 1 mA Laststrom2
Pegel bei Last zu Ground typ. 0.12 V (L), 3.4 V (H) für VDD=5 V
Pegel bei Last zu VDD typ. 0.5 V (L), 4.1 V (H) für VDD=5 V
Pegel bei Last zu Ground typ. 0.7 V (L), 10 V (H) für VDD=12 V
Pegel bei Last zu VDD typ. 1.1 V (L), 11.5 V (H) für VDD=12 V
Zeitverhalten
typ. Grenzfrequenz Tiefpass 25 Hz
typ. Einschwingzeit (auf 1%) 30 ms (Schrittantwort)
Übertragungsfehler
max. Linearitätsfehler 0.05% (bezüglich FS)
max. Verstärkungsdrift 70 ppm/K
Änderung Speisespannung kein Einfluss (int. Stabilisatoren)
Speisung
min. Speisespannung 21 V DC oder 19 V AC
max. Speisespannung 30 V DC oder AC
Stromverbrauch typ. 30 mA
Isolationstestspannung 750 V
Dig. Speisung (Pull-up) min. 4.5 V, max. 14.5 V (DC)
Überspannung digitaler Speisung max. 30 V DC
Temperaturen
Spezifizierter Betrieb 0-50°C
Funktionsfähig -20/70°C
Lagertemperatur -20/80°C

1 Kann zwischen 15 kHz und 20 kHz auf ca. 3.5 V (VDD=5 V) bzw. 10 V (VDD=12 V) absinken. Diese Werte gelten ohne Last (z. B. HCMOS-TTL), mit einer Last verändern sich die Spannungen entsprechend der Ausgangsimpedanz. Die Tabelle "Frequenzausgang (Optokoppler), 1 mA Laststrom" zeigt ein Beispiel mit einem Laststrom von 1 mA (resistive Last zur Speisung oder zum Ground).
2 1 mA Laststrom mittels 5 kOhm (VDD=5 V)/12 kOhm (VDD=12 V) zu VDD oder Ground, worst case bei 20 kHz.

Betriebsanleitung

Anschlüsse (Schraubklemmen)

1: Speisung + (24 V AC/DC)
2: Speisung - (24 V AC/DC)

3: Analog In - (analoger Ground)
4: Analog In + (Strom 0/4-20 mA oder Spannung 0-10 V)

5: Dig. Speisung + (VDD), min. 4.5 V, max. 14.5 V DC
6: Dig. Speisung - (digitaler Ground, intern mit 7 verbunden)

7: Frequenz Out - (digitaler Signal-Ground)
8: Frequenz Out + (Impulse mit ca. 50% duty cycle)

Ein externer Pull-up-Widerstand wird nicht benötigt. An Anschluss 5 ist eine digitale Speisung von mindestens 4.5 V DC und max. 14.5 V DC (Spezialausführung für 24 V möglich) anzuschliessen. Aus EMV-Gründen empfiehlt es sich, den digitalen Speisungsground (Anschluss 6) und den Minus-Ausgang der Frequenz (Anschluss 7) separat zu führen. Intern sind diese Anschlüsse miteinander verbunden.

Programmierschalter

Die Programmierschalter befinden sich im Innern des Moduls auf der Rückseite der Leiterplatte. Vorsichtig die Plexiglashaube herausnehmen, durch Ziehen an den Schraubklemmen kann die Leiterplatte herausgenommen werden.

Ausgangsfrequenz (bei einem Eingang von 10 V bzw. 20 mA)
Frequenz Schalter 1 Schalter 2
5 kHz off off
6.67 kHz on off
10 kHz off on
20 kHz on on

Mittels der Schalter 6 und 7 kann der Messbereich um ca. 8% vergrössert oder verkleinert werden. Damit kann der Verstellbereich des Potentiometers relativ klein gehalten werden. Ein grosser Verstellbereich ist oft die Hauptursache für eine Langzeitverstellung.

Messbereich Schalter 6 Schalter 7
+8% off off
-8% on on
0% off on

Eingang Schalter 3 Schalter 4 Schalter 5 Schalter 8
0-10 V on off off off
0-20 mA off on off on
4-20 mA off off on on

Abgleich

Der Abgleich des Nullpunktes wird mittels des Potentiometers "Offs" durchgeführt, der Endwertabgleich mittels des Potentiometers "Gain". Zuerst wird der Nullpunkt eingestellt, dann der Endwert, bei grossen Änderungen ist diese Prozedur unter Umständen mehrfach zu wiederholen. Zur Sicherheit misst man den Ausgangswert bei der Hälfte des Messbereiches.

Kann der Endwert mit dem Potentiometer nicht ganz eingestellt werden, so ist mittels den Schaltern 6 oder 7 eine entsprechende Verschiebung vorzunehmen.

Eine noch zuverlässigere Nullpunkteinstellung erhält man durch Anlegen von 1% des maximalen Eingangssignals (100 mV bei 0-10 V, 200 mA bei 0-20 mA, 160 mA bei 4-20 mA) und nachfolgendem Abgleich ("Offs"-Potentiometer) auf 1% des Endwertes (50 Hz bei 5 kHz, usw., 200 Hz bei 20 kHz).

Weitere Informationen