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 hauptsächlich Pt100 eingesetzt. Gängig sind auch noch Pt500 und Pt1000.
Diese Seite möchte Sie möglichst umfassend über Pt100-Temperaturfühler informieren. Wenn Sie Fragen oder besondere Herausforderungen zur Temperaturmessung haben, wenden Sie sich bitte an unseren
technischen Support.
Weitere Informationen über Pt100-Temperaturfühler
Vorteile beim Einsatz von Pt100
Pt100 sind robust und weitgehend unempfindlich gegen elektrische Störungen, dadurch eignen sie sich für viele Anwendungen, auch in der Nähe von Motoren, Generatoren und anderen Geräten, die hohe Spannungen führen.
Sie bieten gegenüber Thermoelementen folgende Vorteile:
- Großer Temperaturbereich von -200°C bis 850°C
- Fast lineare Kennlinie
- Gute Genauigkeit
- Gute Austauschbarkeit
- Hohe Langzeit-Stabilität
Bauart des Widerstandsfühlerelements
Platin-Widerstandsfühler werden in der Regel als Dünnfilm- oder drahtgewickelter Widerstand hergestellt.
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 Glaskörper aufgebracht ist. Das Widerstandselement ist befindet sich daher meistens in einem Mantelfühler oder einem ähnlichen schützenden Gehäuse. Selbst unter härtesten Industriebedingungen sind Omega Pt100 Temperaturfühler robust, höchstpräzise und langzeitstabil.
Zur Herstellung des Widerstandselements wird reines Platin-Material verwendet, dessen Widerstand bei verschiedenen Temperaturen bekannt und dokumentiert ist. Jede Temperaturänderung führt zu einer bekannten, reproduzierbaren Widerstandsänderung, so dass aus dem Widerstand die Temperatur abgeleitet werden kann.
Drahtgewickelt
Die zweite gängige Bauart für Widerstandsfühler-Elemente ist der drahtgewickelte Widerstand. Dabei gibt es zwei Ausführungen: mit der Wicklung in einem Keramik- oder Glasröhrchen (am weitesten verbreitet) und mit der Wicklung außen 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 Temperaturabhängigkeit aufweist, gelang Sir Humphrey Davy im selben Jahr, in dem Thomas Seebeck die Thermoelektrizität entdeckte. Fünfzig Jahre später führte Sir William Siemens die Verwendung von Platin als Widerstandselement im Widerstandstemperaturfühler ein.
Um eine Temperatur messen zu können, muss das Widerstandsfühlerelement an ein geeignetes Überwachungs- oder Regelgerät angeschlossen werden. Weil die Temperaturmessung anhand des Widerstands des Pt100-Elements erfolgt, führen weitere Widerstände (der Anschlussleitungen, der Anschlüsse usw.) innerhalb des Messkreises zu Messfehlern. Alle Verdrahtungsschemata mit Ausnahme der 2-Leiterkonfiguration erlauben der Auswerteelektronik das Kompensieren der unerwünschten Leitungswiderstände und anderer im Messkreis vorhandener Widerstände. Bei modernen Auswertegeräten kann der Widerstand der Anschlussleitung kompensiert werden, jedoch können Widerstandsänderungen verursacht durch Temperaturschwankungen an der Leitung nicht berücksichtigt werden
Die gebräuchlichste Bauart sind die Sensoren der 3-Leiterbauweise, sie sind häufig in industriellen Prozess- und Überwachungsanwendungen zu finden. Ein Kompensieren des Anschlussleitungswiderstands ist solange möglich, 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 gewählt 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 abhängig. Messungen der Temperatur in Flüssigkeiten, Luft- oder Gasströmen oder an Oberflächen erfordern jeweils unterschiedliche Sensorkonfigurationen.
Wählen Sie den richtigen 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-Oberflächenfühler
Ein Oberflächenfühler ist eine besondere Widerstandsfühler-Ausführung. Dieser Fühlertyp wird so dünn wie möglich gehalten, um einen guten Kontakt zur flachen oder geformten Oberfläche zu erhalten, deren Temperatur gemessen werden soll.
PT100-Fühlerelemente
Die einfachste Form eines Widerstandsfühler ist das Widerstandsfühler-Element. Es besteht aus einem mit Draht umwickelten Körper aus Keramik oder Glas. Wegen ihrer kompakten Abmessungen werden Widerstandsfühler-Elemente häufig dann eingesetzt, wenn nur begrenzter Platz verfügbar ist.
Hintergrundinformationen
Normen und Genauigkeit
Für Platin-Widerstandsfühler existieren zwei Normen:
- Die europäische 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 größer die Toleranz des Elements ist, desto größer ist die Abweichung des Sensors von der allgemeingültigen Kurve und um so größer 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.
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