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Pt100 Temperaturfühler

Einführung zum Thema Pt100 Temperaturfühler

Ein Pt100 ist ein Platin-Widerstand mit einem in IEC 751 (EN 60751) definiertem Nennwiderstand von 100 Ω bei einer Temperatur von 0°C. Im englischen werden diese Temperaturfühler als "Resistance Temperature Detector" − oder auch kurz RTD bezeichnet.

Pt100 Widerstandsfühler werden seit vielen Jahren für Temperaturmessungen im Labor sowie in industriellen Prozessen eingesetzt. In der Praxis werden haupts?chlich Pt100 eingesetzt. G?ngig sind auch noch Pt500 und Pt1000.

Diese Seite m?chte Sie m?glichst umfassend über Pt100-Temperaturfühler informieren. Wenn Sie Fragen oder besondere Herausforderungen zur Temperaturmessung haben, wenden Sie sich bitte an unseren technischen Support.

Typische Applikation von Pt100 Temperaturfühlern
Pt100 eBook für Widerstandsfühler

Weitere Informationen über Pt100-Temperaturfühler

Vorteile beim Einsatz von Pt100

Pt100 sind robust und weitgehend unempfindlich gegen elektrische St?rungen, dadurch eignen sie sich für viele Anwendungen, auch in der N?he von Motoren, Generatoren und anderen Ger?ten, die hohe Spannungen führen. Sie bieten gegenüber Thermoelementen folgende Vorteile:
  • Gro?er Temperaturbereich von -200°C bis 850°C
  • Fast lineare Kennlinie
  • Gute Genauigkeit
  • Gute Austauschbarkeit
  • Hohe Langzeit-Stabilit?t

Bauart des Widerstandsfühlerelements

Platin-Widerstandsfühler werden in der Regel als Dünnfilm- oder drahtgewickelter Widerstand hergestellt.

Platin-Dünnschichttechnik
Platin-Dünnschichttechnik Die meisten Pt100 Sensorelemente werden in Platin-Dünnschichttechnik gefertigt. Diese beruht auf mikrostrukturierten Schichtverbindungen aus Keramik, Metall und Glas. Alternativ bestehen PT100 Sensorelemente aus einer feinen Platin-Drahtwicklung, die auf einem Keramik- oder Glask?rper aufgebracht ist. Das Widerstandselement ist befindet sich daher meistens in einem Mantelfühler oder einem ?hnlichen schützenden Geh?use. Selbst unter h?rtesten Industriebedingungen sind Omega Pt100 Temperaturfühler robust, h?chstpr?zise und langzeitstabil.

Zur Herstellung des Widerstandselements wird reines Platin-Material verwendet, dessen Widerstand bei verschiedenen Temperaturen bekannt und dokumentiert ist. Jede Temperatur?nderung führt zu einer bekannten, reproduzierbaren Widerstands?nderung, so dass aus dem Widerstand die Temperatur abgeleitet werden kann.

Drahtgewickelt
Drahtgewickelte Pt100 Die zweite g?ngige Bauart für Widerstandsfühler-Elemente ist der drahtgewickelte Widerstand. Dabei gibt es zwei Ausführungen: mit der Wicklung in einem Keramik- oder Glasr?hrchen (am weitesten verbreitet) und mit der Wicklung au?en auf einen Keramik- oder Glaskern, die dann mit einer weiteren Glas- oder Keramikschicht angedeckt ist (für spezielle Anwendungsgebiete).

Verdrahtung

Geschichte der Widerstandstemperaturfühler

Die Entdeckung, dass der Widerstand von Metallen eine deutliche Temperaturabh?ngigkeit aufweist, gelang Sir Humphrey Davy im selben Jahr, in dem Thomas Seebeck die Thermoelektrizit?t entdeckte. Fünfzig Jahre sp?ter führte Sir William Siemens die Verwendung von Platin als Widerstandselement im Widerstandstemperaturfühler ein.
Um eine Temperatur messen zu k?nnen, muss das Widerstandsfühlerelement an ein geeignetes überwachungs- oder Regelger?t angeschlossen werden. Weil die Temperaturmessung anhand des Widerstands des Pt100-Elements erfolgt, führen weitere Widerst?nde (der Anschlussleitungen, der Anschlüsse usw.) innerhalb des Messkreises zu Messfehlern. Alle Verdrahtungsschemata mit Ausnahme der 2-Leiterkonfiguration erlauben der Auswerteelektronik das Kompensieren der unerwünschten Leitungswiderst?nde und anderer im Messkreis vorhandener Widerst?nde. Bei modernen Auswerteger?ten kann der Widerstand der Anschlussleitung kompensiert werden, jedoch k?nnen Widerstands?nderungen verursacht durch Temperaturschwankungen an der Leitung nicht berücksichtigt werden

Bild: Pt100-Verdrahtung

Die gebr?uchlichste Bauart sind die Sensoren der 3-Leiterbauweise, sie sind h?ufig in industriellen Prozess- und überwachungsanwendungen zu finden. Ein Kompensieren des Anschlussleitungswiderstands ist solange m?glich, wie alle Anschlussleitungen denselben Widerstand aufweisen; andernfalls kann es zu Fehlern kommen.

Die Abbildung zeigt den Anschluss eines Pt100 in 2-, 3- und 4-Draht-Technik an einen PID-Regler am Beispiel der Modellreihe PLATINUM.

Material der Anschlussleitungen

Bei der Auswahl der Anschlussleitungen ist darauf zu achten, dass ein geeignetes Material für die Temperatur und die Umgebungsbedingungen gew?hlt wird. In der folgenden Tabelle sind die Eigenschaften der drei wichtigsten Ausführungen zusammengefasst:

Material der Anschlussleitung
   Isolierung       Temperaturmessbereich       Abriebsfestigkeit       Eintauchen in Wasser   
PVC -40 bis 105°C Gut Gut
PFA  -267 bis 260°C  Exzellent Exzellent
Glasfaser -73 bis 482°C Gering Gering


Konfiguration

Nach der Auswahl von Widerstandsfühler-Element, Anschluss und Leitungsausführung ist die Bauart des Fühlers zu berücksichtigen. Die mechanischen Aspekte des Fühlers sind von der Anwendung abh?ngig. Messungen der Temperatur in Flüssigkeiten, Luft- oder Gasstr?men oder an Oberfl?chen erfordern jeweils unterschiedliche Sensorkonfigurationen.

W?hlen Sie den richtigen Widerstandsfühler

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Mantel-Widerstandsfühler Pt100-Mantelfühler
Die robusteste Form eines Widerstandsfühler ist der Mantel-Widerstandsfühler. Dieser Fühler besteht aus einem Widerstandsfühler-Element, das in einem Metallrohr, dem Mantel installiert ist. Dieses Schutzrohr schirmt das Fühlerelement vor Umgebungseinflüssen ab. OMEGA bietet Widerstandsfühler in den verschiedensten Konfigurationen an.
Pt100-Oberfl?chenfühler Pt100-Oberfl?chenfühler
Ein Oberfl?chenfühler ist eine besondere Widerstandsfühler-Ausführung. Dieser Fühlertyp wird so dünn wie m?glich gehalten, um einen guten Kontakt zur flachen oder geformten Oberfl?che zu erhalten, deren Temperatur gemessen werden soll.
PT100-Fühlerelemente PT100-Fühlerelemente
Die einfachste Form eines Widerstandsfühler ist das Widerstandsfühler-Element. Es besteht aus einem mit Draht umwickelten K?rper aus Keramik oder Glas. Wegen ihrer kompakten Abmessungen werden Widerstandsfühler-Elemente h?ufig dann eingesetzt, wenn nur begrenzter Platz verfügbar ist.

Hintergrundinformationen

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Normen und Genauigkeit

Für Platin-Widerstandsfühler existieren zwei Normen:
  • Die europ?ische DIN-IEC-Norm gilt als weltweiter Standard für Platin-Widerstandsfühler.
  • Vereinzelt wird in den USA noch eine auf anderen Parametern beruhende Norm verwendet.
DIN EN 60751 (oder auch IEC 751) legt den elektrischen Widerstand für einen Pt100-Widerstandsfühler wie folgt fest:
  • Pt100 bei 0°C = 100,00 Ω
  • Pt100 zwischen 0 und 100°C = Widerstandstemperaturkoeffizient (TCR) von 0,00385 Ω/Ω/°C
Eine Tabelle mit allen Widerstandswerten für -200...850°C finden Sie hier: Pt100-Tabelle

Abweichung

In DIN IEC 751 werden zwei Widerstandstoleranzklassen spezifiziert:
  • Klasse A = ±(0,15 + 0,002*t)°C oder 100,00 ±0,06 Ω bei 0°C
  • Klasse B = ±(0,3 + 0,005*t)°C oder 100,00 ±0,12 Ω bei 0°C
Die Industrie verwendet zwei weitere Widerstandstoleranzklassen:
  • 1/3 DIN = ±1/3* (0,3 + 0,005*t)°C oder 100,00 ±0,10 Ω bei 0°C
  • 1/10 DIN = ±1/10* (0,3 + 0,005*t)°C oder 100,00 ±0,03 Ω bei 0°C
Die komplette Formel zur Berechnung des Widerstands finden Sie hier: Pt100-Formel

Der Zusammenhang zwischen Widerstand und Temperaturkennwerten für den Widerstandsfühler wird in Kombination von Widerstandstoleranz und Temperaturkoeffizient definiert. Je gr??er die Toleranz des Elements ist, desto gr??er ist die Abweichung des Sensors von der allgemeingültigen Kurve und um so gr??er sind die Unterschiede zwischen den einzelnen Sensoren (Austauschbarkeit). Dies ist wichtig für Anwender, die ihre Sensoren ersetzen müssen und nur minimale Austauschfehler erlauben.

Eine Grafik zur Abweichung bei Pt100 nach IEC 751 finden Sie hier: Pt100-Kennlinie


Weitere Hintergrundinformationen zu Theorie und Praxis der Temperaturmessung mit Pt100 zu finden Sie hier: Pt100-FAQ


Pt100-Rechner

Geben Sie eine Temperatur zwischen -200 bis 850°C ein und berechnen Sie den Widerstandwert des Pt100.

 
   °C entspricht  Ω Widerstand  
 
     
 
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