Pt100 - Temperatur Sensoren

Messfehler bei der elektr. Temperaturmessung mit Pt100-Sensoren

Neben der Grundgenauigkeit des Pt100 Sensors kann es zu nachfolgenden zusätzlichen Fehlern kommen:

• Eigenerwärmung
• Leitungsfehler
• >Isolationsfehler
• Parasitäre Thermospannungen

Eigenerwärmung des Pt100

Um den Widerstand eines Pt100 Sensors zu messen, muss dieser von einem Strom durchflossen werden. Der Messstrom erzeugt eine Verlustleistung und damit Wärme am Sensor. Der damit verbundene Messfehler einer höheren Temperaturanzeige hängt von verschiedenen Einflussgrößen ab:

• Höhe des Temperatur-Messwiderstandes
  Ein Pt1000 Sensor wird zehnmal stärker erwärmt als ein Pt100-Widerstand.


• Ableitung der erzeugten Wärme
  Die Messarmatur sollte so eingebaut werden, dass sie optimal vom Medium umspült ist. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit des zu messenden Mediums, desto höher der Wärmeabtrag.
  Besonders in kleinen Volumen oder ruhenden Gase kann es zu teils erheblichen Messfehlern kommen.
  


• Messstrom
  Heute ist ein Messstrom von 1 mA üblich. Dies bedeutet eine Verlustleistung von 0,0001 Watt
  Ist der Eigenerwärmungskoeffizient (E) der Messarmatur bekannt, so kann der optimale Messstrom bei gewünschtem, max. Messfehler über nachfolgende Formel errechnet werden.
  
  E=t/(R * I²)
  
  Der max. Messtrom für die tollerierte Messabweichung ergibt sich dann aus der Formel:
  
  I = (t/E -R)₂
  
  E=Eigenerwärmungskoeffizient
  t= (angezeigte Temperatur) - (Temperatur des Medium)
  R=Widerstand des Temperatursensors
  I= Messstrom
  


• Wärmekapazität und Wärmeleitung der Messarmatur
  Beim Einbau des Pt100 Messwiderstandes muss für optimalen Temperaturübergang gesorgt werden (z.B.: Wärmeleitpaste, geeignetes Isolationsmaterial). Das Material der Einbauarmatur sollte möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit haben (z.B. Metalle).
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Leitungsfehler

Der Leitungsfehler resultiert aus dem Anschluss des Pt100 -Widerstandsthermometer an die Auswerteelektronik mit einer 2-adrigen Anschlussleitung (Zweileiter-Anschluss). Dabei geht der Widerstand der Anschlussleitung als Fehler in die Messung ein.
Besonders bei langen Anschlussleitungen und kleinem Leitungsdurchmesser kann es dabei zu erheblichen Messfehlern kommen. Bei modernen Auswertegeräten kann der Widerstand der Anschlussleitung kompensiert werden, jedoch können Temperaturschwankungen an der Leitung nicht berücksichtigt werden. Die Widerstände des Pt100 und der Anschlussleitung addieren sich, es kommt zur Anzeige einer höheren Temperatur.

Abhilfe schafft der Anschluss des Pt100 in 3-oder 4-Leitertechnik.
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Isolationsfehler

Das Eindringen von Feuchtigkeit in den Sensor oder in das Isoliermaterial zwischen den Anschlussleitungen führt zu einem Messfehler (niedrigere Temperatur).
Die Sensoren sind normalerweise ausreichend gegen Feuchtigkeit geschützt. Bei der Herstellung des Messeinsatzes muss jedoch auf die Verwendung von absolut trockenen Isoliermaterialien und sorgfältige Abdichtung geachtet werden.
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Parasitäre Thermospannungen

Beim Verbinden unterschiedlicher Metalle tritt eine Thermospannung auf. Solche Metallverbindungen entstehen z.B. beim Verlängern der Sensor-Anschlussdrähte mit Kupferdrähten. Normalerweise haben die Verbindungsstellen die gleiche Temperatur und heben sich somit wertmäßig auf. Liegen jedoch durch z.B. unterschiedliche Wärmeableitung verschiedene Temperaturen an den Anschlussstellen vor, so entstehen unterschiedliche Thermospannungen die zu einem Spannungsabfall führen, der von dem Auswertegerät als Widerstandsänderung des Pt100-Sensors interpretiert wird. Es kommt zu einem Messfehler.
Wie hoch der Messfehler ist hängt stark vom Auswertegerät und der damit gewählten Anschlussart (2-,3- oder 4-Leiter) zusammen.
Fehlerfindung durch Umkehrung des Messstromes. Je höher die Differenz der gemessenen Messwerte, desto höher ist die vorliegende Thermospannung.
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