Sensorklasse

Pt100

Temperatursensoren Pt100 zur industriellen Temperaturmessung werden hauptsächlich
in zwei Grundformen hergestellt: sogenannte flache Dünnschichtsensoren oder runde Keramiksensoren.

Der Pt100 befindet sich in einem Messeinsatz. Die Messgenauigkeit der Messung ist abhängig von unterschiedlichen Faktoren:

  • Messgenauigkeit Sensor:  Toleranzklasse, Schaltungsart (siehe Detaibeschreibung unten)
  • Messgenauigkeit Transmitter (Spezifikation siehe Konfigurator)
  • Einbau Messstelle:  Installation Sensor und der elektrischen Isolation des Sensorelements.
    (Fließrichtung des Mediums, Mindesteintauchtiefe: 8x Thermometerdurchmesser, Einbauwinkel)

 

 

 
Temperatursensoren Pt100    

Pt100: Dünnschicht
Dünnschichtsensoren bestehen aus einem rechteckigen Keramiksubstrat ( 2x2 bis 2x10 mm groß ). Auf dieses Substrat wird Platin mäanderförmig aufgesputtert. Die zwei Enden des Widerstandes werden mit aufgebondeten Ag-Zuleitungen versehen. Der komplette Sensor wird mit einer Glasschutzschicht versehen. Diese Sensoren können im Temperaturbereich von -50 bis 400 °C innerhalb der Toleranzklasse B nach IEC 60751 bzw. im Bereich -50 bis 250 °C in der Toleranzklasse A eingesetzt werden. Die Toleranzklasse AA (vormals 1/3 DIN Klasse B) gilt für den Bereich von
0 bis 150 °C. Durch das Sputterverfahren können diese Sensoren industriell in großen Mengen mit sehr guten Ergebnissen kostengünstig gefertigt werden. Durch den Aufbau sind die Sensoren chemisch resistent und relativ unempfindlich gegenüber mechanischer Beanspruchung.

Darstellung links:
Pt100 im Edelstahlaußenmantel (nicht biegbar)
Darstellung rechts:
Der Pt100 sowie die Innenleiter sind in einer hochverdichteten Keramikmasse (Magnesiumoxid Pulver MgO) isoliert eingepresst

Vorteile:
- Gute Langzeitstabilität
- Kurze Ansprechzeit
- Gute Vibrationsfestigkeit

 

    

 

 

 

Pt100: Keramik
Drahtgewickelte Keramiksensoren bestehen aus einem Keramikgrundkörper auf den ein Platindraht aufgebracht wird. Mit einer zweiten äußeren Keramikschutzschicht wird der Sensor mechanisch sicher und durch eine Glaspassivierung auch chemisch resistent vollendet. Durch diesen Aufbau können Keramiksensoren jedoch im Messbereich zwischen -200 und 600 °C eingesetzt werden. Sowohl die Toleranzklasse B als auch die höhere Toleranzklasse A gelten für den vorgenannten Temperaturbereich. Die eingeschränkte Toleranzklasse AA (vormals 1/3 DIN B) gilt hier nach Herstellerangabe nur für den Bereich
0 bis 250 °C.

Vorteile:
- Gute Langzeitstabilität
- Kurze Ansprechzeit
- angemessene Vibrationsfestigkeit 

 

                    

 

 

 

Messgenauigkeit Sensor

 

Toleranzklassen:

Für Pt100 Widerstandsthermometer, sind in der IEC 60751 zwei Genauigkeitsklassen festgelegt:

  • Klasse A (bei 0°C max. Fehler ± 0,15°C entspricht 0,06 Ohm)
  • Klasse B (bei 0°C max. Fehler ± 0,3°C entspricht 0,12 Ohm)

Darüber hinaus, gibt es noch erhöhte Genauigkeitsklassen für besondere Anwendungen:

  • Klasse AA (vormals 1/3 B) (bei 0°C max. Fehler ± 0,1°C entspricht 0,04 Ohm)
  • Klasse 1/10 B  (bei 0°C max. Fehler ± 0,03°C entspricht 0,012 Ohm)

Hinweis
Die Genauigkeitsklassen sind jeweils nur in bestimmten Temperaturbereichen gültig (siehe unten)..
Die Klassen A, AA (vormals 1/3 B) und 1/10 B sollten nur mit 4-Leiterschaltung kombiniert werden.

 

  

Messgenauigkeit Pt100 Dünnschicht TF:
(Messbereich -50 °C ... +400 °C)

Klasse max. Toleranzen (°C) Gültigkeit
Klasse A

0.15 ± 0.002 · |t|1)

 -50 °C bis +250 °C
Klasse AA (vormals 1/3 B)

0.10 ± 0.0017 · |t|1)

  0 °C bis +150 °C
Klasse B

0.3 ± 0.005 · |t|1) -

 -50 °C bis +400 °C

1)  |t| = absoluter Wert der Temperatur in C°

 

 

Messgenauigkeit Pt100 drahtgewickelt WW:
(Messbereich -200 °C ... +600 °C)

Klasse max. Toleranzen (°C) Gültigkeit
Klasse A

0.15 ± 0.002 · |t|1)

 -200 °C bis +600 °C
Klasse  AA (vormals 1/3 B)

0.10 ± 0.0017 · |t|1)

  0 °C bis +250 °C
Klasse B

0.3 ± 0.005 · |t|1) -

 -200 °C bis +600 °C

1)  |t| = absoluter Wert der Temperatur in C°
   

Schaltungsart

  

2-Leiter:
Elektrischer Anschluss des Messwiderstandes Pt100.

Eigenschaften:
Zusätzlicher Messfehler durch temperaturabhängige Widerstandsänderungen der Zuleitungen.
   

3-Leiter:
Elektrischer Anschluss des Messwiderstandes Pt100.

Eigenschaft:
Genaue Messung: Weitestgehend Vermeidung eines zusätzlichen Messfehler durch temperaturabhängige Widerstandsänderungen der Zuleitungen.
   

4-Leiter:
Elektrischer Anschluss des Messwiderstandes Pt100.

Eigenschaft:
Hochgenaue Messung: Kein zusätzlicher Fehler durch temperaturabhängige Widerstandsänderungen der Zuleitungen.

 

Thermometer-Messeinsätze von Endress+Hauser im Vergleich

Sensortyp

Aufbau

Einsatztemperaturbereich

Doppel-Sensor
erhältlich1)

beste standardmäßig bestellbare Genauigkeit

Langzeitstabilität

erreichbare Ansprechzeit4)

Vibrationsfestigkeit5)

Pt100 Dünnfilm (TF)

-50 °C bis +400 °C

ja, auf Anfrage

Klasse AA (vormals 1/3 DIN B) nach
IEC 607512)

0,1 + 0,0017 x |t|3)
(gültig von 0 °C bis +150 °C)

++

+

+

++

Pt100 Dünnfilm (TF)
Fast Response

-50 °C bis +200 °C

nein

Klasse A nach IEC 607512)

0,15 °C + 0,002 x |t|3)
 (gültig von -50 °C bis +250 °C)

+

+

++

+

Pt100 Drahtgewickelt
(WW - Keramik)

-200 °C bis +600 °C

ja

Klasse AA (vormals 1/3 DIN B) nach
IEC 607512)

 0,1 + 0,0017 x |t|3)
 (gültig von -0 °C bis +250 °C)

++

+

+

0

Thermoelemente (TC)

-200 °C bis +1800 °C
(je nach Typ)

ja

Beispiel für Typ K:
Klasse 1 nach IEC 60584

1,5 °C (gültig von -40 °C bis +375 °C)
bzw.
0,004 x |t|3) (gültig von +375 °C bis +1000 °C)

0

0

++

++

++

 besonders gut geeignet

+

 gut geeignet

0

 bedingt geeignet

1) 2 x Pt100 bzw. 2 x TC in einem Messeinsatz
2) noch höhere Genauigkeit erreichbar durch Sensor-Transmitter-Matching (Kalibrierung + Verwendung von Callendar-Van-Dusen      Koeffizienten
3) |t| = absolute Temperatur in °C
4) abhängig vom Aufbau
5) Achtung bei spürbaren, starken Vibrationen der Anlage (z.B. Papiermaschine) bzw. bei starken Strömungsstößen innerhalb des
     Prozesses (z.B. Dampfleitungen)

Für weitere Auskünfte kontaktieren Sie bitte unser Temperature Support Center.

 

Thermoelement

Je nach Pozesstemperatur werden unterschiedliche Thermoelemente eingesetzt.

 

Je nach Prozesstemperatur werden unterschiedliche Thermoelement-Typen (z.B. im Standard K oder J) eingesetzt. Das Thermoelement befindet sich im  Messeinsatz. Die Messgenauigkeit der Messung ist abhängig von unterschiedlichen Faktoren:

  • Messgenauigkeit Sensor: Thermoelement Typ, Klasse (siehe Detailbeschreibung unten)
  • Messgenauigkeit Thermoleitung, Ausgleichsleitung (siehe Detailbeschreibung unten)
  • Messgenauigkeit Transmitter: Genauigkeit; Anbindung Transmitter (Spezifikation siehe Konfigurator)
  • Einbau Messstelle: Installation Sensor (Fließrichtung des Mediums, Mindesteintauchtiefe: 8x Thermometerdurchmesser bei Thermoelemente mit Mantelleitung, Einbauwinkel)

 

 

  

Typ Thermoelemente:

Die DIN EN 60584 spezifiziert für verschiedene Thermopaare Kennlinien (Grundwertreihe) der Thermospannung über die Temperatur.
Man unterscheidet folgende Typen:

 

 

Typ

Paarung

Temperaturbereich

T

Cu / CuNi

-270...+400 °C

J

Fe / CuNi

-210...+1200 °C

E

NiCr / CuNi

-270...+1000 °C

K

NiCr / NiAl

-270...+1372 °C

N

NiCrSi / NiSi

-200...+1200 °C

R

Pt13Rh / Pt

-50...+1768 °C

S

Pt10Rh / Pt

-50...+1768 °C

B

Pt30Rh / Pt6Rh

0...+1820 °C

   
Messstelle geerdet bei Thermoelement mit Mantelleitung
   

 Merkmale:

  • kurze Ansprechzeit
  • verändertes Korrosionsverhalten durch Verschweißen der Thermopaare mit dem Mantelwerkstoff

 

Das Thermopaar ist in einer hochverdichteten Keramikmasse (Magnesiumoxid Pulver MgO) isoliert eingepresst.

Vorteile:
- Höhere Temperaturbeständigkeit
- Stoß- und Schwingungsfestigkeit
- Hohe Biegbarkeit (höhere Flexibilität bei beschränkten Einbaumöglichkeiten)

  

 

 

 

  

Messstelle ungeerdet bei Thermoelement mit Mantelleitung
   

Merkmale:

  • längere Ansprechzeit
  • störunempfindlich
  • höhere Temperaturen

 

Das Thermopaar ist in einer hochverdichteten Keramikmasse (Magnesiumoxid Pulver MgO) isoliert eingepresst.

Vorteile:
- Höhere Temperaturbeständigkeit
- Stoß- und Schwingungsfestigkeit
- Hohe Biegbarkeit (höhere Flexibilität bei beschränkten
Einbaumöglichkeiten)

 

 

 

  

Messstelle ungeerdet mit Keramikisolatoren für Hochtemperatur-Thermoelemente
   

Durch Keramikisolatoren werden die Thermoschenkel und die Meßstelle geschützt und gegeneinander isoliert. Somit wird eine Stabilität des Messeinsatzes gewährleistet.

 
   

Genauigkeitsklassen:

  

Messgenauigkeit des Sensors:
Die Norm DIN EN 60584-2 legt Standardwerte und Toleranzen für die zu verwendenden Thermopaarkombinationen fest.

 

  

 

Typ

Standardtoleranz
(DIN EN 60584-2)

Verkleinerte Toleranz
(DIN EN 60584-2)

 

Klasse

Abweichung

Klasse

Abweichung

Thermoelemente aus unedlen Metallen

T
(Cu-CuNi)

2

+/-1,0 °C (-40...133 °C)
+/-0,0075|t| (133...350 °C)

1

+/-0,5 °C (-40...125 °C)
+/-0,004|t| (125...350 °C)

J
(Fe-CuNi)

2

+/-2,5 °C (-40...333 °C)
+/-0,0075|t| (333...750 °C)

1

+/-1,5 °C (-40...375 °C)
+/-0,004|t| (375...750 °C)

E
(NiCr-CuNi)

2

+/-2,5 °C (-40...333 °C)
+/-0,0075|t| (333...900 °C)

1

+/-1,5 °C (-40...375 °C)
+/-0,004|t| (375...800 °C)

K
(NiCr-Ni)

2

+/-2,5 °C (-40...333 °C)
+/-0,0075|t| (333...1200 °C)

1

+/-1,5 °C (-40...375 °C)
+/-0,004|t| (375...1000 °C)

N
(NiCrSi-NiSi)

2

+/-2,5 °C (-40...333 °C)
+/-0,0075|t| (333...1200 °C)

1

+/-1,5 °C (-40...375 °C)
+/-0,004|t| (375...1000 °C)

Thermoelemente aus Edelmetallen

S
(Pt10Rh-Pt)

2

+/-1.5 °C (0...600 °C)
+/-0,0025|t| (600...1600 °C)

1

+/-1 °C (0...1100 °C)
+/-[1+0,003(t-1100)] (1100...1600 °C)

R
(Pt13Rh-Pt)

2

+/-1.5 °C (0...600 °C)
+/-0,0025|t| (600...1600 °C)

1

+/-1 °C (0...1100 °C)
+/-[1+0,003(t-1100)] (1100...1600 °C)

B
(Pt30Rh-Pt6Rh)

3

+/-4 °C (600...800 °C)
+/-0,005|t| (800...1700 °C)

2

+/-0,0025|t| (600...1700 °C)

 

 

Thermoleitung, Ausgleichsleitung

  

Thermo- und Ausgleichsleitungen werden eingesetzt, um die Wegstrecke zwischen dem Fühler (Keramiksockel) und der Auswerteelektronik (Transmitter) mit einem preiswerten Kabel zu überbrücken.

Thermoleitungen werden aus dem gleichem Material wie die entsprechenden Thermopaare hergestellt.

Ausgleichsleitungen haben dagegen Leiter aus Sonderwerkstoffe, die nur in einem eingeschränkten Temperaturbereich die gleichen thermoelektrischen Eigenschaften besitzen wie das entsprechende Thermopaar.

 

  
   

Thermoelement Anbindung

 

 

 

 

  

Für jedes Thermoelement gibt es eine entsprechende Thermo- oder Ausgleichsleitung, die sich im Temperaturbereich bis maximal 200 °C ähnlich dem Thermoelement (kompatibel) verhält. Außerdem sind die Thermo- und Ausgleichsleitungen preiswerter und leichter zu verlegen als die isolierten Thermoelement-Drähte.

Die folgende Tabelle zeigt die gängigsten Isolationsmaterialien und ihre maximale Temperaturbeständigkeit für Thermo-und Ausgleichsleitung:

  • Material t max
  • PVC 80 °C
  • Silikon 180 °C
  • PTFE 260 °C
  • Glasseide 400 °C