Genauigkeit von Pt100-Sensoren und Pt100-Widerstandsthermometern
Pt100-Sensoren sind bekannt für ihre hohe Genauigkeit, Linearität und Langzeitstabilität bei der Temperaturmessung.Sie werden als Dünnfilm- (Chip-) Sensoren oder als sogenannte drahtgewickelte Sensoren, bei denen ein Platindraht um einen Keramik oder Glaskern gewickelt wird, hergestellt.
In der Praxis werden Pt-Sensoren normalerweise in eine Schutzarmatur mit mechanischem und elektrischem Anschluss eingebaut, und werden dann als Pt100-Widerstandsthermometer bezeichnet.
Die Genauigkeit von Pt100-Sensoren wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter die Qualität des Platinwiderstands, die Kalibrierung des Sensors und die Kompensation von externen Einflüssen (siehe Seite Messfehler).
In der Vergangenheit wurde die Genauigkeit von Pt100-Sensoren nach DIN in 2 Klassen (A und B) festgelegt. Diese waren gültig für Pt100-Sensoren und Pt100-Widerstandsthermometern.
Eine Unterscheidung zwischen Dünnfilmsensoren und drahtgewickelten Sensoren wurde nicht gemacht.
Die Forderung der Kunden nach genaueren Sensoren veranlasste einige Hersteller, als Ergänzung zur DIN-Norm, zusätzliche, nicht genormte Genauigkeitsklassen einzuführen:
Sie wurden als 1/3 DIN , 1/10 DIN oder 3 DIN bezeichnet.
In außereuropäischen Ländern werden zur Berechnung der Genauigkeit, auch andere Normen verwendet (zB.: ASTM E 1137).
Durch die zunehmende Forderung des Marktes nach genaueren Sensoren und die Möglichkeiten der besseren Messmethoden, führte zur Anpassung der DIN EN 60751.
Es wurden neue Genauigkeitsklassen definiert und eine Unterscheidung zwischen dem eigentlichen Pt100-Sensor und kompletten Pt100-Widerstandsthermometern vorgenommen.
- Genauigkeitsklasse für Pt100-Sensoren
Dünnfilmsensoren zeigen bei höheren Temperaturen ein anderes, temperaturabhängiges Verhalten als drahtgewickelte Sensoren.
Es wurden deshalb für Dünnfilmsensoren und drahtgewickelte Sensoren eigene Genauigkeitsklassen festgelegt, die sich lediglich im gültigen Temperaturbereich der Genauigkeitsklasse unterscheiden.- Dünnfilmsensoren
F0,1 / F0,15 / F0,3 / F0,6 - Drahtgewickelte Sensoren
W0,1 / W0,15 / W0,3 / W0,6
- Dünnfilmsensoren
- Genauigkeitsklassen Pt100-Widerstandsthermometer
Wie die Praxis gezeigt hat, hat ein Pt100-Widerstandthermometer nicht unbedingt die Genauigkeitsklasse des eingebauten Pt100-Sensor.
Die Genauigkeit von Pt100-Widerstandsthermometer wird deshalb in eigenen 4 Genauigkeitsklassen (AA, A, B, C) definiert.
Dabei wurden die bisher bekannten Genauigkeitsklassen (A, B), durch die neuen Klassen (AA und C) ergänzt.
Auch diese Genauigkeitsklassen sind nur für einen eingeschränkten Temperaturbereich definiert, der für Dünnfilmsensoren und drahtgewickelte Sensoren unterschiedlich ist.
Berechnungsformeln Genauigkeit Pt100-Sensoren
Die Messabweichung kann über nachfolgende Formeln berechnet werden.Pt100-Dünnfilmsensoren:
- Klasse F0,1:
Berechnungsformel: tF= ± (0,1 + 0,0017 * t)
gültig für Temperaturen von 0 bis +150 °C - Klasse F0,15:
Berechnungsformel: tF= ± (0,15 + 0,002 * t)
gültig für Temperaturen von -30 bis +300 °C - Klasse F0,3:
Berechnungsformel: tF= ± (0,30 + 0,005 * t)
gültig für Temperaturen von -50 bis +500 °C
- Klasse F0,6:
Berechnungsformel: tF= ± (0,60 + 0,01 * t)
gültig für Temperaturen von -50 bis +600 °C
-
t= gemessene Temperatur ohne Vorzeichen
tF= Grenzabweichung in °C
Pt100-drahtgewickelte Sensoren:
- Klasse W0,1:
Berechnungsformel: tF= ± (0,1 + 0,0017 * t)
gültig für Temperaturen von -100 bis +350 °C - Klasse W0,15:
Berechnungsformel: tF= ± (0,15 + 0,002 * t)
gültig für Temperaturen von -100 bis +450 °C - Klasse W0,3:
Berechnungsformel: tF= ± (0,30 + 0,005 * t)
gültig für Temperaturen von -196 bis +660 °C
- Klasse W0,6:
Berechnungsformel: tF= ± (0,60 + 0,01 * t)
gültig für Temperaturen von -196 bis +660°C
-
t= gemessene Temperatur ohne Vorzeichen
tF= Grenzabweichung in °C
Berechnungsformeln Genauigkeit Pt100-Widerstandsthermometer
- Klasse AA:
Berechnungsformel: tF= ± (0,1 + 0,0017 * t)
mit Dünnfilm-Sensor: gültig für Temperaturen von 0 bis +150 °C
mit drahtgewickeltem Sensor: gültig für Temperaturen von -50 bis +250 °C - Klasse A:
Berechnungsformel: tF= ± (0,15 + 0,002 * t)
mit Dünnfilm-Sensor: gültig für Temperaturen von -30 bis +300 °C
mit drahtgewickeltem Sensor: gültig für Temperaturen von -100 bis +450 °C - Klasse B:
Berechnungsformel: tF= ± (0,30 + 0,005 * t)
mit Dünnfilm-Sensor: gültig für Temperaturen von -50 bis +500 °C
mit drahtgewickeltem Sensor: gültig für Temperaturen von -196 bis +600 °C
- Klasse C:
Berechnungsformel: tF= ± (0,60 + 0,01 * t)
mit Dünnfilm-Sensor: gültig für Temperaturen von -50 bis +600 °C
mit drahtgewickeltem Sensor gültig für Temperaturen von -196 bis +600 °C
-
t= gemessene Temperatur ohne Vorzeichen
tF= Grenzabweichung in °C
Beispiel für Pt100-Widerstandsthermometer mit drahtgewickeltem Sensor
Klasse AA
Klasse A
Klasse B
Klasse C
-196 °C
---
---
±1,28 °C
±2,56 °C
-100 °C
---
±0,35 °C
±0,80 °C
±1,60 °C
-50 °C
±0,19 °C
±0,25 °C
±0,55 °C
±1,10 °C
-30 °C
±0,15 °C
±0,21 °C
±0,45 °C
±0,90 °C
0 °C
±0,10 °C
±0,15 °C
±0,30 °C
±0,60 °C
+100 °C
±0,27 °C
±0,35 °C
±0,80 °C
±1,60 °C
+150 °C
±0,36 °C
±0,45 °C
±1,05 °C
±2,10 °C
+200 °C
±0,44 °C
±0,55 °C
±1,30 °C
±2,60 °C
+250 °C
±0,53 °C
±0,65 °C
±1,55 °C
±3,10 °C
+300 °C
---
±0,75 °C
±1,80 °C
±3,60 °C
+400 °C
---
±0,95 °C
±2,30 °C
±4,60 °C
+450 °C
---
±1,05 °C
±2,55 °C
±5,10 °C
+500 °C
---
---
±2,80 °C
±5,60 °C
+600 °C
---
---
±3,30 °C
±6,60 °C
rote Werte sind nicht definiert für Thermometer mit Dünnfilm Sensoren
Download Tabelle zulässiger Messfehler nach DIN EN 60751 bei verschiedenen Temperaturen
Download Tabelle Genauigkeitsklasse AAKalibrierung von Pt100- Temperatursensoren
Sika-Trockenkalibrator
Die Angaben des Herstellers zur Messgenauigkeit beziehen sich auf die Geräte im Auslieferungszustand.
Trotz der guten Langzeitstabilität des Pt100-Sensors, kann es im Betrieb bei unsachgemäßer Anwendung oder schwierigen Einsatzbedingungen zu einer erhöhten Messabweichung kommen.
In ISO 9000 ff zertifizierten Betrieben ist deshalb festgeschrieben, dass Pt100-Widerstandsthermometer, die in industriellen Prozessen eingesetzt werden, regelmäßig gewartet und kalibriert werden müssen. Die Häufigkeit der Kalibrierung von Widerstandsthermometer wird durch den Anlagenbetreiber festgelegt. Die Kalibrierung kann mit geeigneten Kalibratoren, beim Hersteller oder einem unabhängigen zertifiziertem Kalibrierlabor erfolgen.
Geeignete Kalibriergeräte zum einfachen Trockenkalibrieren von Temperatursensoren, bietet z.B. die Firma Sika an.
Es sollte jedoch nicht nur das Pt100-Widerstandsthermometer überpüft, sondern auch die nachgeschalteten Auswertegeräte bzw. Anzeigegeräte regelmäßig überprüft werden.
Trotz der guten Langzeitstabilität des Pt100-Sensors, kann es im Betrieb bei unsachgemäßer Anwendung oder schwierigen Einsatzbedingungen zu einer erhöhten Messabweichung kommen.
In ISO 9000 ff zertifizierten Betrieben ist deshalb festgeschrieben, dass Pt100-Widerstandsthermometer, die in industriellen Prozessen eingesetzt werden, regelmäßig gewartet und kalibriert werden müssen. Die Häufigkeit der Kalibrierung von Widerstandsthermometer wird durch den Anlagenbetreiber festgelegt. Die Kalibrierung kann mit geeigneten Kalibratoren, beim Hersteller oder einem unabhängigen zertifiziertem Kalibrierlabor erfolgen.
Geeignete Kalibriergeräte zum einfachen Trockenkalibrieren von Temperatursensoren, bietet z.B. die Firma Sika an.
Es sollte jedoch nicht nur das Pt100-Widerstandsthermometer überpüft, sondern auch die nachgeschalteten Auswertegeräte bzw. Anzeigegeräte regelmäßig überprüft werden.