PT100-Temperatursensor
Thermoelement-Temperaturfühler
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Technologien
Eine Reihe von Widerstandsthermometern und PT100-Temperatursensoren, die von Einzelstücken bis hin zu Kleinserien nach Maß gefertigt werden und auf Ihre speziellen Anforderungen zugeschnitten sind.
Sie suchen eine Thermoelement-Sonde? Wir stellen Sonden zur Temperaturmessung mit einem hohen Grad an Genauigkeit und Stabilität her.
Hier erfahren Sie, wie man eine Tabelle mit ohmschen Werten in Abhängigkeit von der Temperatur liest und welche Bedeutung diese Daten in industriellen Anwendungen haben.
In der Prozessindustrie (Chemie, Petrochemie, Lebensmittelindustrie, Energiewirtschaft, Pharmaindustrie) hat die Temperaturmessung direkten Einfluss auf die Produktqualität, die Anlagensicherheit und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften. Ein ungeeigneter industrieller Temperaturfühler kann zu Prozessabweichungen, ungeplanten Stillständen oder kostspieligen Verstößen gegen Vorschriften führen.
Fuji Electric France bietet ein Sortiment an leistungsstarken industriellen Temperatursensoren an, die aufgrund ihrer Messgenauigkeit, ihrer Langlebigkeit unter rauen Umgebungsbedingungen und ihrer Kompatibilität mit bestehenden Automatisierungssystemen (4–20 mA, HART, Profibus, Foundation Fieldbus) ausgewählt wurden.
Ob PT100-Fühler oder Thermoelement – unsere Lösungen decken Temperaturbereiche von -200 °C bis +1 750 °C ab und entsprechen den Normen IEC 60751, ATEX, IECEx und NF EN 13480. Sie lassen sich in ATEX-Umgebungen integrieren und halten hohen Drücken und Vibrationen stand.
Ein Temperaturfühler ist ein Messsensor, der eine thermische physikalische Größe in ein elektrisches Signal umwandelt, das von einem Leitsystem (DCS, SPS, Messumformer) ausgewertet werden kann. Er besteht aus einem Messelement (Widerstand oder Thermoelement), einem Schutzrohr (Thermowell oder Schutzhülse) und einem standardisierten Anschlusskopf.
In der Industrie wird der Temperaturfühler fast immer mit einem Temperaturmessumformer kombiniert, um das Rohsignal in ein normiertes 4–20-mA-Signal oder ein digitales Signal umzuwandeln.
Um die richtige Wahl des Geräts zu treffen und zuverlässige Messwerte in Ihren industriellen Prozessen zu gewährleisten, ist es unerlässlich, die Funktionsweise eines Temperaturfühlers zu verstehen. Einfach ausgedrückt ist ein Temperaturfühler ein Messgerät, das eine physikalische Größe – nämlich Wärme – in ein elektrisches Signal umwandelt, das von einem Steuerungssystem verarbeitet werden kann. Dieses auf den ersten Blick einfache Prinzip beruht in Wirklichkeit auf präzisen physikalischen Phänomenen, deren Beherrschung entscheidend für die Qualität der erzielten Ergebnisse ist.
Jeder Temperatursensor basiert auf einem bekannten und reproduzierbaren physikalischen Effekt. Je nach gewählter Technologie ist dieser Effekt unterschiedlich:
Bei Widerstandsthermometern (RTD) wird die temperaturabhängige Änderung des elektrischen Widerstands eines leitfähigen Materials genutzt. Steigt die Temperatur eines reinen Metalls an, schwingen die Atome stärker und behindern den Elektronenfluss: Der elektrische Widerstand steigt vorhersehbar und linear an. Anhand dieses Zusammenhangs zwischen Widerstand und Temperatur lässt sich der gemessene Temperaturwert präzise berechnen.
Bei Thermoelementen kommt der Seebeck-Effekt zum Tragen: Zwei unterschiedliche Metalle, die an einer Verbindungsstelle miteinander verbunden sind, erzeugen eine elektrische Spannung, sobald ein Temperaturunterschied zwischen der heißen Verbindungsstelle (in Kontakt mit dem Prozess) und der kalten Verbindungsstelle (Bezugspunkt) besteht. Die erzeugte Spannung ist gering – in der Größenordnung von Millivolt –, aber sie ist für jeden Thermoelementtyp charakteristisch und ermöglicht eine genaue Berechnung der Temperatur.
Bei Thermistoren ist der Effekt ähnlich wie bei RTDs, jedoch verstärkt: Es handelt sich um ein Halbleiterbauelement, dessen Widerstand sehr stark mit der Temperatur variiert. Der Begriff „Thermistor“ bezeichnet zwei Familien:
Diese beiden Thermistor-Familien zeichnen sich durch eine hohe Empfindlichkeit aus, weisen jedoch einen engeren Messbereich auf als Platin- oder Nickel-Thermistoren. Diese Option ist besonders für Anwendungen mit geringem Temperaturbereich interessant, die eine sehr hohe Messgenauigkeit erfordern.
Um die Funktionsweise eines PT100-Fühlers in einem industriellen Prozess konkret zu veranschaulichen: Der Fühler wird in einen chemischen Reaktor in eine Reaktionsflüssigkeit eingetaucht. Das Platin-Messelement, das über die Edelstahlhülse in thermischem Kontakt mit dem Medium steht, ändert seinen Widerstand in Echtzeit. Dieses Widerstandssignal wird über ein 4-Leiter-Kabel zum am Fühlerkopf montierten Messumformer geleitet. Der Messumformer berechnet die entsprechende Temperatur, führt eine Leitungswiderstandskompensation durch und liefert ein 4–20-mA-Signal an das DCS. Der Regelrechner vergleicht diesen Messwert mit dem Sollwert und steuert die Heiz- oder Kühleinrichtung entsprechend.
Dieser Regelkreis verdeutlicht die zentrale Rolle der Sonde bei der Prozesssteuerung. Ohne zuverlässige Messwerte an der Quelle verliert jede Regelung, so ausgefeilt sie auch sein mag, an Genauigkeit. Deshalb sind die Auswahl, die Auslegung und die Wartung der Temperatursonde Aufgaben, bei denen keinerlei Zweifel an der messtechnischen Qualität des gewählten Messgeräts bestehen dürfen.
Der RTD-Sensor (Resistance Temperature Detector) nutzt die temperaturabhängige Änderung des elektrischen Widerstands eines reinen Metalls, in der Regel Platin. Er gilt als Referenztechnologie für industrielle Anwendungen, bei denen Präzision, Wiederholbarkeit und messtechnische Rückführbarkeit gefragt sind.
Der Temperaturfühler PT100 ist die in der Industrie am weitesten verbreitete RTD-Variante. Sein Widerstand beträgt gemäß der Norm IEC 60751 bei 0 °C 100 Ω. Platin (Pt) wird aufgrund seiner außergewöhnlichen chemischen Beständigkeit, seiner Linearität über einen weiten Temperaturbereich und seiner Reproduzierbarkeit von Messgerät zu Messgerät verwendet.
Wichtigste Merkmale:
Der Temperaturfühler PT1000 basiert auf demselben physikalischen Prinzip und demselben Material wie der PT100 – nämlich Platin –, weist jedoch einen Nennwiderstand von 1.000 Ω bei 0 °C auf, der also zehnmal höher ist. Dieser auf den ersten Blick technische Unterschied hat erhebliche praktische Auswirkungen, die ihn in vielen Anwendungsbereichen zu einer sinnvollen Option machen.
Wichtigste Merkmale:
| Kriterien | PT100 | PT1000 |
|---|---|---|
| Widerstand bei 0 °C | 100 Ω | 1 000 Ω |
| Empfindlichkeit gegenüber Kabelwiderständen | Hoch | Niedrig |
| Empfohlene Verbindung | 3 oder 4 Drähte | 2 Drähte möglich |
| Kompatibilität mit Standardsystemen | Sehr breit (Industriestandard) | Groß (moderne Ausstattung) |
| Kompatibilität mit energiesparender Elektronik | Weniger geeignet | Gut geeignet |
| Referenznorm | IEC 60751 | IEC 60751 |
| Bevorzugte Anwendungsbereiche | Schwerindustrie, Prozessindustrie | Große Entfernungen, Regelung, Dienstleistungssektor |
Die Thermoelement-Sonde basiert auf dem Seebeck-Effekt: Zwei Metalle unterschiedlicher Art, die an einer Verbindungsstelle miteinander verbunden sind, erzeugen eine elektrische Spannung, die proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der heißen Verbindungsstelle (Messpunkt) und der kalten Verbindungsstelle (Referenzpunkt) ist.
Thermoelemente werden nach genormten Typen (J, K, T, E, N, R, S, B) klassifiziert, wobei jeder Typ einen bestimmten Temperaturbereich und Anwendungsbereich abdeckt.
Wichtigste Merkmale:
In Reaktoren, Wärmetauschern, Destillationskolonnen und Crackanlagen ist die Temperaturmessung von entscheidender Bedeutung, um exotherme Reaktionen zu steuern, die Ausbeuten zu optimieren und die Sicherheit von Druckprozessen zu gewährleisten. Eine präzise Überwachung trägt zudem dazu bei, Produktionsschwankungen zu begrenzen, das Störungsrisiko zu verringern und die Energieeffizienz der Anlagen zu verbessern. Die mit Hochdruck-Tauchhülsen ausgestatteten und nach ATEX Zone 1 zertifizierten PT100-Mehrzonen-Fühler gewährleisten eine zuverlässige und dauerhafte Messung, selbst in potenziell explosionsgefährdeten Atmosphären und stark korrosiven Umgebungen.
Fermentations-, Sterilisations- (WFI, SIP, Autoklaven) und Gefriertrocknungsverfahren erfordern eine äußerst präzise Temperaturregelung, um die Produktqualität und die Reproduzierbarkeit der Prozesse zu gewährleisten. Die messtechnische Rückverfolgbarkeit ist unerlässlich, um die gesetzlichen Anforderungen zu erfüllen und Qualitätsaudits zu erleichtern. Die RTD-PT100-Fühler der Klasse A, die mit Kalibrierzertifikaten nach ISO 17025 geliefert werden, erfüllen die GMP-Anforderungen (Good Manufacturing Practices) sowie die Vorschriften der FDA und der EMA. Sie gewährleisten eine stabile und reproduzierbare Messung während des gesamten Herstellungszyklus.
In Dampferzeugern, Turbinen, Kesseln, Kühlkreisläufen und Hilfssystemen liefern Temperaturmessungen kontinuierlich Daten an die Überwachungs-, Schutz- und Regelungssysteme der Anlagen. Eine schnelle Erkennung von Temperaturschwankungen trägt dazu bei, Ausfälle von Anlagen zu verhindern, die Energieeffizienz zu optimieren und die Verfügbarkeit der Produktionseinheiten zu gewährleisten. Thermoelementfühler vom Typ K oder N, die für ihre schnelle Ansprechzeit und ihre Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen bekannt sind, ermöglichen eine zuverlässige Überwachung der am stärksten beanspruchten Anlagen.
Pasteurisierer, Sterilisatoren, Trockner, Tunnelöfen, Kochkessel und Abfüllanlagen erfordern eine präzise Temperaturmessung, um die Lebensmittelsicherheit, die Produktqualität und die Einhaltung der hygienischen Anforderungen zu gewährleisten. Die hygienischen Temperaturfühler, die den EHEDG-Empfehlungen und den 3-A-Normen entsprechen, sind mit Tri-Clamp-Anschlüssen und Oberflächen aus lebensmitteltauglichem Edelstahl 316L ausgestattet. Sie halten den Reinigungs- und Sterilisationsverfahren vor Ort (CIP/SIP) stand und gewährleisten gleichzeitig eine hervorragende Wiederholbarkeit der Messungen sowie eine vereinfachte Wartung.
Die Auswahl eines Temperaturfühlers basiert auf fünf grundlegenden Kriterien: dem Messbereich, der erwarteten Genauigkeit, den Umgebungsbedingungen, der Signalkompatibilität und den gesetzlichen Vorgaben.
Schritt 1: Festlegen des Temperaturbereichs
Der Messbereich bestimmt die Wahl zwischen einem Widerstandsthermometer (RTD, bis zu 850 °C) und einem Thermoelement (bis zu 1 750 °C). Unterhalb von 600 °C wird aufgrund seiner höheren Genauigkeit in der Regel ein PT100-Fühler bevorzugt.
Schritt 2: Bewertung der Prozessbedingungen
Druck, Vibrationen, Vorhandensein korrosiver Stoffe, ATEX-Zone: Diese Parameter bestimmen die Art des mechanischen Schutzes (Schutzrohr, Mantel, IP-Schutzart) und die Werkstoffe (Inconel, Hastelloy, Edelstahl 316L).
Schritt 3: Festlegen der erforderlichen Genauigkeit
Die Genauigkeitsklasse (A, B, 1/3 DIN) wirkt sich direkt auf die Kosten aus. Verwenden Sie die Klasse A ausschließlich für Messungen im Rahmen der Qualitätssicherung oder der Sicherheit; für die laufende Prozessüberwachung reicht die Klasse B aus.
Schritt 4: Auswahl des Ausgangssignals
Integrieren Sie den Fühler in Ihre bestehende Anlage: passives Signal (Rohwiderstand) mit externem Messumformer oder Fühler mit integriertem Messumformer (4–20 mA / HART).
Schritt 5: Überprüfen Sie die erforderlichen Zertifizierungen
ATEX, SIL, Hygiene (EHEDG), Nuklear (RCC-M): Ermitteln Sie vor jeder Bestellung die für Ihre Anlage geltenden Normen.
Temperaturbereich
Prozessbedingungen
erforderliche Genauigkeit
Ausgangssignal
erforderliche Zertifizierungen
| Kriterien | PT100-Fühler (RTD) | Thermoelement-Sonde |
|---|---|---|
| Messprinzip | Wandlung des Widerstands eines Platinelements (100 Ω bei 0 °C) | Durch zwei verschiedene Metalle erzeugte thermoelektrische Spannung |
| Temperaturbereich | -200 °C bis +850 °C | -200 °C bis +1 600 °C (je nach Thermoelementtyp) |
| Genauigkeit | Bis zu ±0,15 °C | Je nach Typ zwischen ±1 und ±2,5 °C |
| Hochtemperaturbeständigkeit | Bis zu 850 °C | Bis zu +1.750 °C, je nach Typ |
| Verfügbare Zertifizierungen | IEC 60751, ATEX, IECEx, ISO 9001, COFRAC-/ISO 17025-Kalibrierungszertifikat (auf Anfrage) | IEC 60584, ATEX, IECEx, ISO 9001, COFRAC-/ISO 17025-Kalibrierungszertifikat (auf Anfrage) |
| Ausgangssignal | Widerstand (2-, 3- oder 4-Leiter) | Spannung (mV) |
| Empfohlene Anwendungen | Prozesse, die hohe Präzision erfordern: Lebensmittelindustrie, Pharmazie, Chemie, HLK, Laboratorien | Hochtemperaturverfahren: Industrieöfen, Wärmebehandlung, Metallurgie, Glasherstellung, Zementwerke, Müllverbrennung, Kraftwerke |
| Hauptvorteil | Sehr hohe Genauigkeit und ausgezeichnete Langzeitstabilität | Sehr großer Temperaturbereich und hohe Robustheit |
Beide sind Platin-RTD-Fühler, die in der Industrie als Temperaturmessgeräte eingesetzt werden. Der PT100 weist bei 0 °C einen Widerstand von 100 Ω auf, während der PT1000 bei 0 °C einen Widerstand von 1 000 Ω aufweist. Dieser Unterschied ist bei der Auswahl Ihrer Anlage zu berücksichtigen. Der PT1000 ist weniger empfindlich gegenüber Verdrahtungswiderständen und eignet sich besonders für lange Übertragungsstrecken, insbesondere bei Zweileiteranschluss. Im industriellen Umfeld bleibt der PT100 in Drei- oder Vierleiterschaltung jedoch dank seiner Genauigkeit und seines bewährten Einsatzes der Maßstab.
Alle Temperaturfühler von Fuji Electric für ATEX-Bereiche sind gemäß der Richtlinie 2014/34/EU (ATEX) und der Norm IECEx zertifiziert. Die Wahl der Kategorie (1G, 2G, 3G für Gase; 1D, 2D, 3D für Staub) hängt von der Zoneneinteilung ab, die durch die Risikoanalyse Ihrer Anlage festgelegt wird. Diese Analyse berücksichtigt zahlreiche Parameter wie den Prozess, das Risikoniveau und die Betriebsumgebung. Unsere Ingenieure stehen Ihnen zur Seite und liefern Ihnen alle notwendigen Informationen und Empfehlungen, um den für Ihre Anwendung geeigneten Fühler auszuwählen.
Die Kalibrierung eines Temperaturfühlers besteht darin, dessen Messwerte mit einem Thermometer oder einem auf das SI rückführbaren Referenzstandard (Thermostatbad oder Kalibrierofen) zu vergleichen. Auf diese Weise lässt sich die Genauigkeit des Geräts überprüfen und eine eventuelle Abweichung im Laufe der Zeit feststellen. Es wird empfohlen, PT100-Fühler der Klasse A je nach Anwendung und gesetzlichen Anforderungen (ISO 9001, GMP, FDA) alle 12 bis 24 Monate zu kalibrieren. Fuji Electric France bietet einen Kalibrierservice vor Ort oder in einem COFRAC-akkreditierten Labor an.
Ein Schutzrohr (oder Thermowell) ist ein mechanisches Schutzelement, das die Sonde vom Prozessmedium isoliert. Seine Aufgabe besteht darin, das Messelement vor Druck, Strömungsgeschwindigkeit oder korrosiven Medien zu schützen und gleichzeitig dessen Austausch ohne Unterbrechung der Produktion zu ermöglichen. Je nach Anwendung kann es aus Edelstahl, speziellen Legierungen oder anderen prozessverträglichen Werkstoffen gefertigt werden. Seine Auslegung gemäß der Norm ASME PTC 19.3 TW gewährleistet seine Beständigkeit gegen durch Wirbel verursachte Schwingungen.
Ja. Temperatursensoren mit integriertem Messkopf vereinen das Messelement (RTD oder Thermoelement) und einen elektronischen Messumformer in einem kompakten Gehäuse, das direkt am Prozess angebracht wird. Diese Lösung vereint alle Messfunktionen in einem einzigen Gerät und liefert ein normiertes 4–20-mA-Signal (mit oder ohne HART), das direkt von Ihrem DCS oder Ihrer SPS verarbeitet werden kann. Sie vermeidet Fehler, die durch lange Verkabelungsstrecken entstehen, vereinfacht die Installation und erleichtert zukünftige Änderungen an der Messtechnik. Diese Konfiguration verbessert zudem die Gesamtzuverlässigkeit des Systems und senkt die Wartungskosten.
Die Wahl der Werkstoffe hängt von der Messumgebung und den gewünschten Leistungsmerkmalen ab. Die Messelemente von RTD-Fühlern bestehen aus Platin, während Thermoelemente je nach Typ verschiedene Metallkombinationen verwenden, darunter bestimmte Legierungen auf Kupfer-, Nickel- oder Chrombasis. Die Schutzrohre bestehen in der Regel aus Edelstahl oder aus speziellen Legierungen, die für korrosive Umgebungen geeignet sind. In bestimmten Messgeräten oder Labors kann für spezielle Anwendungen auch Glas zum Einsatz kommen.
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