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Temperatursonden

Wie w?hlen Sie den richtigen Temperatursensortyp aus?

Die Auswahl eines Temperatursensors für Ihre Anwendung kann eine überaus komplexe Aufgabe sein. Das aktuelle Sortiment an Sensoren auf dem Markt ist breiter als je zuvor. Da ist es leicht, den überblick zu verlieren, wenn Sie nicht mit Kalibrierungen vertraut sind.

In diesem Artikel werden die Unterschiede zwischen den drei wichtigsten Arten von Temperatursensoren erl?utert: Thermoelemente, RTDs und Thermistoren. Nach der Lektüre werden Sie die Vor- und Nachteile jedes Sensors verstehen und wissen, wie Sie diesen erkennen. Mit diesem neuen Wissen k?nnen Sie dann den für Ihre Anwendung am besten geeigneten Temperatursensor ausw?hlen.

Drei Arten von Temperatursensoren

Wie alle Technologien haben sich auch Temperatursensoren im Laufe der Jahre erheblich weiterentwickelt. Heute werden in der gesamten Branche drei Haupttypen verwendet.

Thermoelemente

Ein Thermoelement besteht aus zwei Metalldr?hten, die eine Spannung proportional zur an der Messstelle vorhandenen Temperatur erzeugen. Es gibt viele spezielle Thermoelemente aus unterschiedlichen Kombinationen von Metallen, die verschiedene Eigenschaften und Temperaturbereiche messen und spezielle Kalibrierungen erm?glichen. Widerstandstemperaturfühler (Resistance Temperature Detectors, RTDs) Ein RTD-Sensor misst die Temperatur basierend auf den Ver?nderungen des Widerstands in einem Metallwiderstand im Inneren. Die beliebtesten RTDs sind PT100-Sensoren, in denen ein Platin-Widerstand mit 100 Ohm bei 0 °C zum Einsatz kommt.

Thermistoren

Ein Thermistor ?hnelt einem RTD, enth?lt jedoch einen Keramik- oder Polymerwiderstand anstelle von Metall.


  Sensortyp
  

  Thermistor
  

  RTD
  

  Temperaturbereich (typisch)
  

  -100 bis 325 °C
  

  -200 bis 650 °C
  

  Genauigkeit (typisch)
  

  0,05 bis 1,5 °C
  

  0,1 bis 1 °C
  

  Langfristige Stabilit?t bei
  100 °C
  

  0,2 °C/Jahr
  

  0,05 °C/Jahr
  

  Linearit?t
  

  exponentiell
  

  relativ linear
  

  Stromversorgung
  erforderlich
  

  Konstantspannung oder
  -strom
  

  Konstantspannung oder
  -strom
  

  Ansprechzeit
  

  schnell
  0,12 bis 10 s
  

  insgesamt langsam
  1 bis 50 s
  

  Anf?lligkeit für
  elektrisches Rauschen
  

  selten anf?llig
  nur hoher Widerstand
  

  selten anf?llig
  

  Kosten
  

  gering bis moderat
  

  hoch
  

Vergleich von Thermoelementen, RTDs und Thermistoren

Die Eignung der einzelnen Sensortypen h?ngt von Ihrer Anwendung ab. Es ist daher unm?glich zu sagen, welche Art insgesamt am besten ist. Die wichtigsten Vor- und Nachteile der einzelnen Sensoren sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.

  Sensortyp
  

  Thermistor
  

  RTD
  

  Temperaturbereich (typisch)
  

  -100 bis 325 °C
  

  -200 bis 650 °C
  

  Genauigkeit (typisch)
  

  0,05 bis 1,5 °C
  

  0,1 bis 1 °C
  

  Langfristige Stabilit?t bei
  100 °C
  

  0,2 °C/Jahr
  

  0,05 °C/Jahr
  

  Linearit?t
  

  exponentiell
  

  relativ linear
  

  Stromversorgung
  erforderlich
  

  Konstantspannung oder
  -strom
  

  Konstantspannung oder
  -strom
  

  Ansprechzeit
  

  schnell
  0,12 bis 10 s
  

  insgesamt langsam
  1 bis 50 s
  

  Anf?lligkeit für
  elektrisches Rauschen
  

  selten anf?llig
  nur hoher Widerstand
  

  selten anf?llig
  

  Kosten
  

  gering bis moderat
  

  hoch
  

RTDs im Vergleich zu Thermoelementen

Wie bereits erw?hnt, ist es nicht sinnvoll, RTDs und Thermoelemente allgemein zu vergleichen. Beim Vergleich ihrer Leistung hinsichtlich spezifischer Kriterien wird jedoch ersichtlich, welche Sonde für bestimmte Anwendungen am besten geeignet ist.
  • Temperaturbereich: Thermoelemente eignen sich am besten für den Betrieb bei hohen Temperaturen. Neuartige Fertigungstechniken haben den Messbereich von RTDs verbessert, aber über 90 % der RTDs sind für Temperaturen unter 400 °C ausgelegt. Im Gegensatz dazu k?nnen einige Thermoelemente bei bis zu 2.500 °C eingesetzt werden.
  • Kosten: Thermoelemente sind im Allgemeinen günstiger als RTDs. Ein RTD kostet oft zwei- oder dreimal mehr als ein Thermoelement mit demselben Temperaturbereich und Design.
Bei der RTD-Installation k?nnen Einsparungen erzielt werden, da diese aufgrund der Verwendung von kostengünstigeren Kupferdr?hten preiswerter ist. Diese Einsparungen gleichen jedoch nicht den h?heren Ger?tepreis aus.
  • Empfindlichkeit: Auch wenn beide Sensortypen schnell auf Temperatur?nderungen reagieren, sind Thermoelemente schneller. Ein geerdetes Thermoelement reagiert fast dreimal schneller als ein PT100-RTD. Der schnellstm?gliche Temperatursensor ist ein Thermoelement mit offenliegender Spitze. Durch Verbesserungen in der Fertigung wurden jedoch auch die Ansprechzeiten von Dünnschicht-PT100-Sonden deutlich verbessert.
  • Genauigkeit: RTDs sind im Allgemeinen genauer als Thermoelemente. RTDs haben in der Regel eine Genauigkeit von 0,1 °C im Vergleich zu 1 °C bei den meisten anderen Sonden. Einige Thermoelementmodelle k?nnen jedoch der RTD-Genauigkeit entsprechen. Zu den vielen Faktoren, die sich auf die Sensorgenauigkeit auswirken k?nnen, geh?ren Linearit?t, Wiederholbarkeit oder Stabilit?t.
  • Linearit?t: Das Verh?ltnis zwischen Temperatur und Widerstand beim RTD ist im Sensorbereich nahezu linear, w?hrend ein Thermoelement eine ?S“-f?rmige Darstellung aufweist.
  • Stabilit?t: RTD-Sondenmesswerte bleiben stabil und wiederholbar über einen l?ngeren Zeitraum. Thermoelementmesswerte neigen aufgrund chemischer Ver?nderungen im Sensor (z. B. Oxidation) zu einer Drift. Aufgrund ihrer Linearit?t und fehlenden Drift sind RTDs langfristig stabiler.
  • Fazit:

    Thermoelemente sind aufgrund ihres kostengünstigeren Herstellungsprozesses wirtschaftlicher als RTDs. Je nach Anzahl der für Ihre Anwendung ben?tigten Sonden kann dies ein wichtiger Faktor sein. RTDs hingegen bieten eine zuverl?ssigere Ausgabe. Nachdem Sie den Bereich und die erforderliche Leistung sorgf?ltig bestimmt haben, k?nnen Sie jetzt den für Ihre Anwendung am besten geeigneten Sensortyp ausw?hlen.

    RTD im Vergleich zum Thermistor

    In den letzten Jahren sind Thermistoren aufgrund von Verbesserungen bei Messger?ten und Steuerungen immer beliebter geworden. Die heutigen Messger?te sind so flexibel, dass Benutzer eine gro?e Auswahl an Thermistoren einrichten und die Sonden einfach austauschen k?nnen.

    Im Gegensatz zu RTDs, die etablierte Standards bieten, unterscheiden sich die Thermistorkurven jedoch je nach Hersteller. Die Systemelektronik eines Thermistors muss der Sensorkurve entsprechen. Der Hauptunterschied zwischen RTDs und Thermistoren ist das Material, aus dem sie bestehen. W?hrend RTD-Widerst?nde aus reinem Metall sind, bestehen Thermistoren aus Polymer- oder Keramikmaterialien.

    Wie im vorherigen Abschnitt werden auch hier anstelle einer allgemeinen Gegenüberstellung bestimmte Kriterien verglichen.
    • Bereich: Im Gegensatz zu RTDs k?nnen Thermistoren nur einen kleineren Temperaturbereich überwachen. W?hrend einige RTDs 600 °C erreichen k?nnen, messen Thermistoren nur bis zu 130 °C. Wenn Ihre Anwendung Temperaturen über 130 °C umfasst, ist die RTD-Sonde die einzige Option.
    • Kosten: Thermistoren sind im Vergleich zu RTDs recht kostengünstig. Wenn Ihre Anwendungstemperatur dem verfügbaren Bereich entspricht, sind Thermistoren wahrscheinlich die beste Option. Thermistoren mit erweitertem Temperaturbereich und/oder Austauschbarkeit sind jedoch oft teurer als RTDs.
    • Empfindlichkeit: Sowohl Thermistoren als auch RTDs reagieren auf Temperatur?nderungen mit vorhersagbaren Widerstands?nderungen. Thermistoren ?ndern den Widerstand jedoch um Zehntelohm je Grad im Vergleich zu einer geringeren Anzahl von Ohm bei RTD-Sensoren. Mit dem entsprechenden Messger?t kann der Benutzer daher genauere Messwerte erhalten. Hinsichtlich der Ansprechzeiten sind Thermistoren RTDs ebenfalls überlegen, da sie Temperatur?nderungen viel schneller erfassen. Der Erfassungsbereich eines Thermistors kann so klein sein wie ein Stecknadelkopf, was eine schnellere Rückkopplung erm?glicht.
    • Genauigkeit: Obwohl die besten RTDs ?hnliche Genauigkeiten wie Thermistoren aufweisen, erh?hen RTDs den Widerstand des Systems. Die Verwendung langer Kabel kann zu ver?nderten Messwerten au?erhalb der zul?ssigen Fehlerwerte des Sensors führen. Wenn Sie mit gro?en Entfernungen arbeiten und keine Option zum Hinzufügen eines Senders besteht, ist ein Thermistor die bessere L?sung.

    Fazit:

    Der Hauptunterschied zwischen Thermistoren und RTDs besteht im Temperaturbereich. Wenn Ihre Anwendung Temperaturen über 130 °C umfasst, ist der RTD die einzige Option.

    Unterhalb dieser Temperatur werden Thermistoren h?ufig bevorzugt, wenn Genauigkeit wichtig ist. RTDs hingegen werden gew?hlt, wenn Toleranz (d. H. Widerstand) wichtig ist. Kurz gesagt: Thermistoren eignen sich besser für Pr?zisionsmessungen und RTDs für die Temperaturkompensation.

    Woran lassen sich ein Thermoelement, RTD oder Thermistor erkennen?

    Wenn Sie mehr über Temperatursensoren wissen m?chten, erfahren Sie hier, wie Sie jeden Typ auf den ersten Blick erkennen.

    Erkennen von Thermoelementen:

    Thermoelemente sind der am einfachsten zu erkennende Temperatursensor. Eine Thermoelementsonde hat zwei farbkodierte Dr?hte.

    Bei der Identifizierung eines Thermoelements ist es wichtig, die Kalibrierung zu bestimmen. Die beliebteste Kalibrierung ist Typ K, w?hrend Typ T haupts?chlich in den USA verwendet wird.

    Manchmal werden Sie eine Thermoelementsonde mit vier Dr?hten sehen. Dabei handelt es sich um eine Doppelsonde. Bei Doppelsonden finden Sie in der Konstruktion zwei identische Thermoelemente.

    Erkennen von Thermistoren und RTDs:

    Thermistoren und RTDs verfügen entweder über zwei, drei oder vier Dr?hte, die rot und wei? oder rot und schwarz sind. Der rote Draht ist die Erregung, w?hrend der schwarze oder wei?e Draht die Erdung darstellt.

    Um festzustellen, ob es sich bei dem Sensor um einen Thermistor oder ein RTD handelt, müssen Sie den Widerstand zwischen den beiden verschiedenfarbigen Dr?hten messen:
    • Ein RTD-PT100 hat bei 0 °C einen Widerstand von 100 Ohm.
    • Ein RTD-PT1000 hat bei 0 °C einen Widerstand von 1.000 Ohm.
    • Wenn die Sonde einen wesentlich h?heren Widerstandswert hat, muss es sich um einen Thermistor handeln. Es ist jedoch schwieriger, den Thermistortyp zu erkennen, wenn Sie die Widerstand-Temperatur-Kurve des Elements nicht kennen. Wie bereits zuvor erl?utert, gibt es keinen Standard für Thermistoren; die Messwerte variieren je nach Hersteller.

      Typische Anwendungsf?lle für jeden Sensortyp

      Es wurde bereits mehrfach erw?hnt, dass der Temperatursensortyp je nach Anwendung ausgew?hlt werden sollte. Viele Anwendungen k?nnen von mehr als einem Sensortyp bedient werden.

      Abschlie?end fassen wir den Wert der Auswahl bestimmter Typen in verschiedenen Situationen zusammen.

      Thermoelemente


      Thermoelemente sind die am h?ufigsten verwendeten Temperatursensoren der Branche. Dafür gibt es viele Gründe.
      • Vibrationsfest: Zun?chst sind Thermoelemente der robusteste Sensortyp. Thermoelemente sind einfach konstruiert und dadurch vibrationsfest. Lesen Sie unser White Paper zu diesem Problem.
      • Kostengünstig: Da Thermoelemente kostengünstig sind, stellen sie zudem die beste Option dar, wenn mehrere Sensoren in derselben Anwendung ben?tigt werden. Es gibt bestimmte Anwendungen, die Hunderte oder sogar Tausende Sensoren gleichzeitig verwenden. Ein Beispiel ist die thermische Profilierung in der Automobilindustrie.
      • H?chste Temperaturen: Thermoelemente sind die einzigen Kontaktsensoren, die hohe Temperaturen messen k?nnen. Für alle Temperaturen über 650 °C muss eine Thermoelementsonde für die Messung eingesetzt werden.
      • Schnelle Reaktion: Wenn ein schnelles Ansprechen erforderlich ist, liefert ein Thermoelement mit offenliegender Messstelle die schnellste Rückmeldung zu Temperatur?nderungen.

      RTDs


      RTDs bieten au?erdem mehrere einzigartige Funktionen und Vorteile.
      • Hohe Temperaturen: RTDs sind geeignet, wenn bei hohen Temperaturen Genauigkeit erforderlich ist, da sie bis zu 650 °C messen k?nnen. Dieser Bereich ist viel gr??er als bei Thermistoren.
      • St?rfestigkeit gegenüber elektrischem Rauschen: RTDs bieten nicht nur eine hohe Genauigkeit, sondern auch eine hohe St?rfestigkeit gegenüber elektrischem Rauschen. PT100 ist die beste Option für Anwendungen in industriellen Automationsumgebungen, in denen Motoren, Generatoren und andere Hochspannungsanlagen im Einsatz sind.
      • Weniger Umweltbelastung: Wenn die Anwendung in einer rauen Umgebung erfolgt, bietet das Schutzgeh?use eines RTD-Elements einen guten Schutz vor den meisten problematischen Umwelteinflüssen, insbesondere im Vergleich zu Thermoelementen.

      Thermistoren


      Thermistoren sind die beste Option für Messungen unter 150 °C.
      • Beste Empfindlichkeit: Zun?chst bieten Thermistoren die beste Leistung in diesem Bereich, sogar noch besser als RTDs, was vor allem an der optimalen Empfindlichkeit liegt.
      • Niedrige Kosten: Au?erdem kosten Thermistoren ungef?hr ein Drittel bis zur H?lfte des Preises von RTDs. Dies ist der Hauptgrund für die Verwendung von Thermistoren in g?ngigen Haushaltsger?ten, AC-Einheiten oder Warmwasserger?ten.

      Ihre Anwendung

      Nach der Lektüre dieses Artikels sollten Sie nun eine viel klarere Vorstellung davon haben, welcher Temperatursensor für Ihre Anwendung am besten geeignet ist.

      Wenn Sie noch Fragen haben, stehen Ihnen die OMEGA-Techniker und das Vertriebsteam gern zur Verfügung. Wir helfen Ihnen bei der Auswahl des besten Temperatursensors für Ihr Messsystem – kontaktieren Sie uns noch heute.
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