Verschiedene Bauformen von Pt100 - Sensoren

-Temperaturmessung mit Pt100 -Widerstandsthermometern-

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Dies ist eine private Informationsseite über die elektrische Temperturmessung mit Widerstandthermometern (z.B. Pt100, Pt500, Pt1000) Es werden meine langjährigen Erfahrungen aus dem Bereich der Mess-und Regeltechnik festgehalten. Ich übernehme keinerlei Haftung für fehlerhafte Angaben und würde mich über weitere Anregungen und Ergänzungswünsche freuen.
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Harald Peters

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Verschiedene Bauformen von Pt100 - Widerstandthermometern

Der häufigeste Aufbau eines Pt100 Widerstandsthermometers für industrielle Anwendung besteht aus:

Pt100 - Sensorelemente

Je nach Einsatz unterscheidet man 3 Bauformen

Dünnschichtsensoren

Auf einem Aluminiumoxid Plättchen wird eine ca. 1 mm dicke Platinschicht aufgedampft. Mit Hilfe eines Laserstrahles wird die Platinschicht spiralförmig strukturiert und abgeglichen. Danach wird eine Glasschicht zum Schutze der Platinschicht aufgebracht.
Der entscheidende Vorteil des Dünnschicht Pt100 -Sensors liegt in seiner preiswerten Großserienfertigung und seiner durch die geringe Masse bedingte schnelle Ansprechzeit.

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Drahtgewickelte Pt100 -Keramikwiderstände

Ein gewickelter Platindraht wird in ein Keramikrohr geführt. Zur besseren Wärmeübertragung und zur Fixierung der Wicklung wird das Rohr mit Aluminiumoxid gefüllt. Mittels eines Glaspfropfens wird das Keramikrohr verschlossen und die Anschlussdrähte fixiert. Da keine Verbindung zwischen Aluminiumoxidpulver und Platinwendel besteht, kann sich der Pt100 -Draht bei Temperaturwechsel frei ausdehnen. Der Draht wird nur geringfügig belastet und zeigt daher keine Hysterese zwischen steigender und fallender Temperatur.
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Drahtgewickelte Pt100 -Glaswiderstände

Ein Platindraht wird auf einen Glasstab gewickelt und in diesen eingeschmolzen. Nach dem Abgleich des Widerstandes wird ein zweites Glasschutzrohr übergeschoben und mit dem Glasstab verschmolzen. Der Draht ist komplett vom Glas umgeben. Deshalb sind diese Glaswiderstände besonders erschütterungsunempfindlich. Mit angeschmolzenem Glasrohr werden diese Pt100 - Glaswiderstände auch direkt in aggressiven Medien als schnellansprechende Sensoren eingesetzt.
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Einbau des Pt100 - Temperaturensors in eine Schutzhülse oder Schutzrohr

Für die meisten industriellen Anwendung wird das eigentliche Sensorelement in eine sogenannte Schutzhülse oder Schutzrohr eingebaut. Damit wird das Sensorelement vor mechanischer Beschädigung oder auch chemischem Angriff geschützt. Um eine optimale Messung zu erhalten, sind bei der Auswahl des Schutzrohres und den Einbau des Pt100 - Sensors einige Dinge zu beachten.

Das Schutzrohr sollte eine möglichst hohe Wärmeleitfähig haben (z.B. Metall) um den Wärmeübergang zwischen Medium und Pt100 -Sensorelement optimal zu gewährleisten. Das Schutzrohr muss chemisch beständig gegen das Medium und ausreichend druckbeständig sein.
Der Aufbau von Schutzrohren wird in DIN-Normen empfohlen oder vielfach auch in Hersteller-/Kundenspezifischen Ausführungen hergestellt.
Der Einbau des Pt100 - Sensorelementes erfolgt auf unterschiedliche Weise:

Anschluss des Pt100 -Sensors an ein Kabel oder Litze

Bild Pt100-Sensor mit Kabel und Schutzhuelse

Das Pt100 -Sensorelement wird mit einer Anschlussleitung oder Anschlusslitzen verschweißt und direkt in eine Schutzhülse eingebaut. Für den optimalen Wärmeübergang, wird der Zwischenraum zwischen Sensorelement und Schutzhülse mit sogenannter Wärmeleitpaste gefüllt. Die maximal zu messende Temperatur wird durch das Isoliermaterial der Anschlussleitung/-litze begrenzt.
Für den mechanischen Anschluss können Gewindeverschraubungen, Flansche usw. angeschlossen. Der Einsatz von Klemmverschraubungen ermöglicht ein Verschieben der Hülse aund variable Änderung der Einbaulänge.
Vorteil: preiswerte Ausführung

Anschluss des Pt100-Sensors an eine Mantelleitung

Bild Pt100-Sensor mit Mantelrohr

Das Pt100 - Sensorelement wird mit einer sogenannten Mantelleitung aus Metall verbunden, in der die blanken Anschlussdrähte in Magnesiumoxid elektrisch isoliert sind. Nach dem Verschweißen der Anschlussdrähte mit dem Sensor, wird auch der Pt100 -Sensor in Magnesiumoxid eingebettet und dass Schutzrohr dicht verschweißt.
Für den mechanischen Anschluss können Gewindeverschraubungen, Flansche usw. angeschlossen. Der Einsatz von Klemmverschraubungen ermöglicht ein Verschieben der Hülse aund variable Änderung der Einbaulänge.
Vorteil: Einsatz bei höheren Temperaturen

Meßeinsätze

Bild Pt100-Sensor als Messeinsatz

In industriellen Anlagen werden die zuvor beschriebenen Mantelelemente als Messeinsatz mit elektrischem Anschlusssockel verwendet. Diese werden dann in die in der Anlage montierte Schutzrohre eingesteckt (siehe DIN).
Damit wird ein Austausch defekter Sensoren auch im laufenden Betrieb der Anlage ermöglicht. Die Länge des Messeinsatzes muss an die Schutzrohre angepasst werden.

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