Temperaturmessung

Temperatursensor

Temperatur­sensoren sind elektronische Bau­teile, die ein elektrisches Signal als Maß für die Temperatur liefern. Als Widerstands­material für Temperatur­sensoren hat sich in der industriellen Mess­technik Platin durchgesetzt. Zu seinen Vorteilen zählen die hohe chemische Beständigkeit, vergleichsweise leichte Bearbeit­barkeit (insbesondere zur Drahtherstellung), die Möglichkeit der hochreinen Darstellung und die gute Reproduzier­barkeit der elektrischen Eigenschaften . Diese Eigenschaften werden in der europäischen Norm DIN EN 60 751 vollständig festgelegt, sodass für den Platin­messwiderstand wie kaum einen anderen Temperatur­sensor eine universelle Austauschbarkeit besteht. Zu diesen Festlegungen zählen die Temperatur­abhängigkeit des Widerstandes, die in einer Grundwertreihe festgeschrieben ist, der Nennwert sowie die zugehörige Bezugs­temperatur und die zulässigen Grenz­abweichungen. Auch der Temperatur­bereich wird in der Norm festgelegt, er reicht von -200 bis +850°C.

Die Bauform des Platin­sensors unterscheidet sich nach dem Einsatz­gebiet; prinzipiell hat man in der Vergangenheit zwischen draht­gewickelten und Dünnschicht­widerständen unterschieden. Während Dünnschicht­widerstände immer aus einer auf ein Keramik­substrat aufgebrachten Platin­schicht bestehen, kann bei draht­gewickelten Widerständen der Drahtwendel in Glas eingeschmolzen oder in Pulver eingebettet sein. In der Industrie haben sich mittlerweile die Dünnschicht­widerstände durchgesetzt.
Hier werden bevorzugt Platin-Chip-Temperatursensoren mit Anschluss­drähten oder in SMD-Bauform verwendet.

Bei Platin-Chip-Temperatursensoren mit Anschluss­drähten gibt es innerhalb der Reihe verschiedene Bau­formen, die sich im Wesentlichen in folgenden Eigenschaften unterscheiden:

  • Material des Anschluss­drahtes (Silber, Platin, Palladium, Nickel, Nickel vergoldet oder Nickel verzinnt)
  • in der Verarbeitungs­methode (Weichlöten, Hartlöten, Crimpen oder Schweißen)
  • in der Einsatz­temperatur (von -70°C bis max. + 600°C)

 

Bei dem Platin-Chip-Temperatursensor in SMD Bau­form gibt es im Vergleich zu den Sensoren mit Anschluss­drähten nicht so viele unterschiedliche Ausführung. Das Hauptunterscheidungs­merkmal ist hier die Platzierung der Kontakt­fläche. Diese kann als Rundum­kontakt, als einseitiger Kontakt oder mit einseitigem Kontakt und lötbarer Rückseite hergestellt werden. Gegenüber Bau­formen mit Anschluss­drähten sind SMD-Temperatursensoren speziell für die automatische Bestückung auf Leiter­platten in Großserien­fertigung konzipiert.

Ein Temperatur­sensor ist in verschiedenen Nenn­werten erhältlich. Diese sind in der Regel Pt100, Pt500 oder Pt1000.

Der Nenn­wert oder Nenn­widerstand R0 ist der Widerstands­wert bei 0°C. Gemäß DIN EN 60 751 ist für den Nenn­wert ein Wert von 100 Ω definiert, man spricht daher vom Pt 100-Widerstand. Zulässig sind auch die Vielfachen von diesem Wert, so werden Mess­widerstände mit Nenn­werten von 500 Ω und 1000 Ω angeboten. Ihr Vorteil liegt in einer höheren Empfindlichkeit, das heißt einer stärkeren Änderung ihres Wider­standes mit der Temperatur (Pt 100: ca. 0,4 Ω/K; Pt 500: ca. 2,0 Ω /K; Pt 1000: 4,0 Ω /K).

Die Genauigkeit der Temperatur­sensoren wird in sogenannte Toleranz­klassen oder Genauigkeits­klassen eingeteilt.
Es gibt 4 Genauigkeits­klassen: F0,1; F0,15; F0,3 und F0,6.
Für jede Klasse ist eine maximale Toleranz bzw. Grenz­abweichung definiert.

Genauigkeits­klassen für Mess­wiederstände:

Für Schicht-Wiederstände

Grenzabweichunga

°C

Klasse

Gültigkeitsbereich

°C

F 0,1

   0 bis +150

± (0,1 + 0,0017|t|)

F 0,15

-30 bis +300

± (0,15 + 0,002|t|)

F 0,3

-50 bis +500

± (0,3 + 0,005|t|)

F 0,6

-50 bis +600

± (0,6 + 0,01|t|)

a|t|= Betrag der Temperatur in °C ohne Berücksichtigung des Vorzeichens

Temperatursensoren in der Industrie

Platin-Chip-Temperatursensoren mit Nenn­wert Pt100, aber auch Pt1000 und Pt500 werden in der Regel nicht direkt zur Temperatur­messung verwendet. Sie werden entsprechend verbaut und ergeben so einen industrie­tauglichen Temperatur­fühler, ein sogenanntes Widerstands­thermometer.

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