Temperatur

Widerstandsthermometer

Wie geht das?

Messungen mit Widerstandsthermometern

Der Widerstand eines stromdurchflossenen elektrischen Leiters ist temperaturabhängig. Bei vorhersagbarer stabiler, gleichmäßiger Beziehung lässt sich dieses Phänomen als Basis zur Messung von Temperaturen einsetzen. Es gibt einige Metalle mit dieser Eigenschaft, bei deren Auswahl sich Platin gegenüber Kupfer und Nickeldurchgesetzt hat. Platin hat einen großen Temperatureinsatzbereich und einen spezifischen Widerstand, welchen Kupfer um das 6-fache überschreitet. Der Temperaturbeiwert ist mit einem α von 0,00385 W/K nahezu linear, und der Werkstoff lässt sich in feinste Leiterziehen. Der elektrische Widerstand ändert sich proportional zur Temperatur und dies kann präzise erfasst werden. Um das Ausgangssignal zu erfassen, wird der Widerstand mit einem konstanten Messstrom gespeist und der hervorgerufene Spannungsabfall gemessen.

Für die Industrie sind verschiedenste Bauformen mit verschiedenen Nennwiderständen (100 W, 1000 W bei 0 °C) und Genauigkeitsklassen verfügbar.

Bauformern:

Messmethoden

2-Leiterschaltung

Diese einfache Verbindung des Platinsensors mit der Auswerteelektronik wird nur dann eingesetzt, wenn Genauigkeit nicht gefragt ist. Die Widerstände und Temperaturabhängigkeit der Zuleitungen beeinflussen die Messung mit.

Moderne Regler und Auswertegeräte bieten die Möglichkeit des Abgleichens des Leitungswiderstandes. Allerdings bleiben temperaturbedingte Änderungen nach wie vor unberücksichtigt.

Abb.: 2-Leiterschaltung

3-Leiterschaltung

Hier wird im Unterschied zur vorherigen Schaltung eine zusätzliche Leitung zu einem Anschlusspunkt des Messwiderstandes geführt. Es sind somit zwei Messkreise gegeben, wobei einer als Referenz genutzt wird. Mit der3-Leiterschaltung wird der Leitungswiderstand sowohl in seinem Betrag als auch in seiner Temperaturabhängigkeit in vom Auswertegerät vorgegebenen Grenzen kompensiert.

Voraussetzung sind identische Länge, Querschnitte, Eigenschaften und Temperaturen bei allen drei Adern.

Abb.: 3-Leiterschaltung

4-Leiterschaltung

Bei der 4-Leiterschaltung wird das Messergebnis weder von Leitungswiderständen noch von deren temperaturabhängigen Schwankungen beeinflusst.

Abb.: 4-Leiterschaltung

Selbsterwärmung

Um den elektrischen Widerstand eines Pt100 zu messen, muss ein Strom fließen. Daraus ergibt sich ein Aufheizeffekt und die Temperatur des Pt100 steigt an. Die erzeugte Wärme ist direkt proportional zum Widerstand und zum Quadrat des durch den Leiter fließenden Stromes. Die Selbsterwärmung wird außerdem durch die Abmessungen des Sensors und seine wärmeableitende Umgebung beeinflusst. Um den Effekt zu minimieren, werden die Messströme kleingehalten. Werte ~ 400 µA sind mittlerweile üblich.

Grenzabweichungen

Messwiderstände für den industriellen Einsatz sind nach DIN EN 60751standardisiert. Dort werden Fühler in ihren Grenzabweichungen klassifiziert.

Grundwertreihe Pt 100 nach DIN EN 60751