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Wie wandelt man Signale einer 4–20-mA-Stromschleife in Spannungssignale um?

Jul06, 2026

Wie wandelt man Signale einer 4–20-mA-Stromschleife in Spannungssignale um?

Die 4–20-mA-Stromschleife ist ein häufig verwendetes Verfahren zur Übertragung analoger Signale in der industriellen Automatisierung. Dieser Artikel erklärt die Grundlagen der 4–20-mA-Stromschleife, die Umwandlung von Strom in Spannung und die Auswahl eines geeigneten Messwiderstands.

I. Grundlagen der 4–20-mA-Stromschleife

Die 4–20-mA-Stromschleife ist ein häufig verwendetes Verfahren zur Übertragung analoger Signale in der industriellen Automatisierung. YHDC stellt verschiedene Strommessumformer und Spannungsmessumformer in unterschiedlichen Bauformen und mit unterschiedlichen Kenndaten her.

Bei diesem Signal entsprechen 4 mA dem unteren Messbereichsende, also 0 %, und 20 mA dem oberen Messbereichsende, also 100 %.

Da das Signal bei 4 mA statt bei 0 mA beginnt, kann das System bei einem Strom unter 4 mA erkennen, ob ein Leitungsbruch oder eine Störung vorliegt.

II. Umwandlung von Strom in Spannung

Die einfachste Möglichkeit, ein 4–20-mA-Stromsignal in ein Spannungssignal umzuwandeln, besteht darin, einen Präzisionswiderstand in Reihe in den Stromkreis einzuschalten. Dieser Widerstand wird üblicherweise als Messwiderstand oder Lastwiderstand bezeichnet.

Nach dem ohmschen Gesetz gilt:

V = I × R

Dabei gilt:

V bezeichnet die Spannung am Widerstand.
I bezeichnet den Strom durch den Widerstand.
R bezeichnet den Widerstandswert des Messwiderstands.

Wenn der Strom durch den Messwiderstand fließt, fällt an ihm eine entsprechende Spannung ab. Je größer der Strom, desto höher die Spannung.

III. Auswahl gängiger Widerstandswerte

Die Genauigkeit des Messwiderstands wirkt sich direkt auf die Messgenauigkeit aus. Empfohlen wird ein Präzisionswiderstand mit 0,1 % Genauigkeit.

In der Praxis wird häufig ein 250-Ω-Präzisionswiderstand verwendet, um ein 4–20-mA-Stromsignal in ein 1–5-V-Spannungssignal umzuwandeln.

Strom	Formel	Ausgangsspannung
4 mA	V = 0,004 A × 250 Ω	1 V
20 mA	V = 0,02 A × 250 Ω	5 V

Wenn das 4–20-mA-Stromsignal durch einen 250-Ω-Widerstand fließt, entsteht somit ein 1–5-V-Spannungssignal.

IV. Auswahl der Widerstandsbelastbarkeit

Auch die Belastbarkeit des Widerstands ist sehr wichtig. Damit ein Temperaturanstieg im Widerstand dessen Widerstandswert nicht verändert, wird empfohlen, eine Belastbarkeit zu wählen, die mindestens zehnmal so hoch ist wie die berechnete Verlustleistung.

Die Formel zur Berechnung der Leistung lautet:

P = I² × R

Beispiel für einen 250-Ω-Widerstand bei 20 mA:

P = 0,02² × 250 × 10 = 1 W