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Funktion und Aufbau der Widerstandsthermometer

Platin hat sich als Widerstandsmaterial zur Herstellung von Pt100-Temperatursensoren, für die industrielle Temperaturmessung im Temperaturbereich von -200 bis +850°C weltweit durchgesetzt. Vorteile, wie chemische Resistenz, hohe Temperaturbeständigkeit, die präzise Darstellung und gute Reproduzierbarkeit seiner thermoelektrischen Eigenschaften, sowie die fast lineare Kennlinie haben dazu maßgebend beigetragen.
Um einen universellen Austausch zu gewährleisten sind in der Europanorm EN 60 751 der elektrische Widerstand und die zulässige Abweichung in Abhängigkeit zur Temperatur, sowie der Temperaturkoeffizient für Pt100-Temperatursensoren definiert.
Die EN 60 751 legt zwei Toleranzfelder, die Klasse "B" mit einer Abweichung z.B. bei 0°C von ±0,3°C und die Klasse "A" mit ±0,15°C fest.
Zur Erfassung von Temperaturen in industriellen Prozeßabläufen reicht die Klasse "B" mit einer Abweichung von ±0,3K bei 0°C aus.

Daher sind alle im Katalog abgebildeten Widerstandsthermometer mit einem Pt100-Temperatursensor dieser Toleranzklasse aufgebaut.

Der Nennwert des Pt100-Temperatursensors beträgt bei 0°C = 100,000Ohm. Neben dem Pt100 sind seit der Entwicklung der Dünnschicht-Temperatursensoren auch Pt500 und Pt1000 im Einsatz.
Hier werden die Widerstandswerte des Pt100 für den Pt500 mit dem Faktor 5 und für den Pt1000 mit dem Faktor 10 multipliziert. Die in °C angegebenen Toleranzen bleiben gleich.

Um den Temperatursensor vor äußeren Einflüssen wie Schmutz, Feuchtigkeit, usw. zu schützen wird er in ein Schutzrohr eingebaut. Dessen Material hängt vom Medium und der Einsatztemperatur ab. Eine gute thermische Anbindung des Sensors zum Schutzrohr wird durch den Einsatz von Wärmeleitpaste bis ca. 300°C oder durch erschütterungsfestes Einrütteln mit Aluminiumoxyd (Al 2O3) bis ca. 600°C erreicht.
Je nach Anwendung werden Ausführungen mit Anschlußkopf oder fest angeschlossener Anschlußleitung eingesetzt.

Temperaturmeßtechnik mit Widerstandsthemometern
Um den temperaturabhängigen Widerstandswert des Pt100-Temperatursensors erfassen zu können, wird der von einem kostanten Meßstrom verursachte Spannungsabfall gemessen. Hier gilt nach dem Ohmschen Gesetz:

U = R x I

Um eine Erwärmung des Sensors durch den Meßstrom zu minimieren, sollte der Meßstrom nicht mehr als 1mA betragen. Dieser Strom führt bei einem Pt100 zu einem Spannungsabfall von 0,1Volt. Diese Meßspannung muß durch die Anschlußleitung möglichst unverfälscht zur Anzeige oder Auswertung übertragen werden.

Toleranzklassen nach DIN EN 60 751

Klasse

Temperaturbereich

Toleranz in K

Toleranz bei 0°C

Toleranz bei 100°C

"A"

-200...+600°C

± (0,15 K + 0,002 • [t])

± 0,15 K

± 0,35 K

"B"

-200...+850°C

± (0,30 K + 0,005 • [t])

± 0,30 K

± 0,80 K

Dazu stehen folgende Anschlusstechniken zur Verfügung:

Zweileitertechnik


Auswerteelektronik und Temperatursensor werden mit einer zweiadrigen Leitung verbunden. Wie jeder elektrische Leiter hat auch diese einen bestimmten Widerstand, der mit dem Sensor in Reihe geschaltet ist und zu einer erhöhten Temperaturanzeige führt. Beim Pt100 führt ein Temperaturunterschied von 1K zu einer Abweichung von 0,385Ohm. An Geräten mit Zweileiteranschluß ist meist ein Leitungsabgleich durch Abwickeln eines eingeeichten Vorwiderstandes vorgesehen.

Dreileitertechnik


Bei Verwendung der Dreileitertechnik ist ein Leitungsabgleich nicht erforderlich. Hierbei wird ein dritter Leiter zu einem Anschlußdraht des Temperatursensors geführt und bildet so einen weiteren Meßkreis der den Widerstand der Zuleitung ohne Temperatursensor darstellt. Dieser Widerstand wird durch eine Brückeneingangsschaltung vom Widerstandswert des Meßkreis mit Sensor subtrahiert. Voraussetzung für das Funktionieren einer Dreileiterschaltung sind gleiche elektrische Eigenschaften der Zuleitungen.

Vierleitertechnik


Die Vierleitertechnik bietet eine von den Zuleitungen unabhängige Widerstandsmessung des Temperatursensors. Je zwei Leiter sind mit den Sensoranschlußdrähten verbunden. Es entstehen zwei getrennte Meßkreise. Ein Meßkreis wird zur Stromversorgung "I", der zweite zur Messung des Spannungsabfalls "U" genutzt. Liegt der Eingangswiderstand der Auswerteelektronik um ein Vielfaches höher als der Leitungswiderstand ist der ermittelte Spannungsabfall dann unabhängig von den Eigenschaften der Zuleitungen.

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