User Manual

PT-104 Benutzerhandbuch 13
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3 Hintergrundinformationen
3.1
Platin-Widerstandsthermometer (PRT)
PRTs (Platin-Widerstandsthermometer) weisen eine hervorragende Messgenauigkeit
über einen breiten Temperaturbereich (von -200 °C bis 850 °C) auf. Die Sensoren
verschiedener Hersteller sind austauschbar. Sie sind mit unterschiedlichen
Genauigkeiten sowie in verschiedenen Bauformen erhältlich und eignen sich so für die
meisten Anwendungsbereiche. Anders als bei Thermoelementen sind für den
Anschluss der Sensoren keine Spezialkabel erforderlich.
Das Funktionsprinzip besteht in der Messung des Widerstands eines Platinelements.
Die gängigste Ausführung (PT100) hat einen Widerstand von 100 bei 0 °C und von
138,4 bei 100 °C.
Das Verhältnis zwischen Temperatur und Widerstand ist innerhalb eines kleinen
Temperaturbereichs nahezu linear. Wenn man beispielsweise davon ausgeht, dass es
im Bereich zwischen 0 °C und 100 °C linear ist, beträgt bei 50 °C der Fehler 0,4 °C.
Für Präzisionsmessungen ist eine Linearisierung des Widerstands erforderlich, um
einen genauen Temperaturwert zu erhalten. Die aktuellste Definition des Verhältnisses
zwischen Widerstand und Temperatur bietet der International Temperature Standard
90 (ITS-90). Die entsprechende Linearisierung erfolgt automatisch per Software.
Die Linearisierungsgleichung lautet:
R
t
= R
0
(1 + A·t + B·t
2
+ C·(t-100)·t
3
)
A = 3,9083 x 10
-3
B = -5,775 x 10
-7
C = (unter 0°C) -4,183 x 10
-12
(über 0°C) 0
Bei einem PT100-Sensor verursacht eine Temperaturänderung um 1 °C eine
Widerstandsänderung um 0,384 , sodass selbst ein kleiner Fehler bei der Messung
des Widerstands (z. B. des Widerstands der Drähte zum Sensor) einen großen
Temperaturmessfehler zur Folge haben kann. Für Präzisionsmessungen haben
Sensoren vier Drähte – zwei für den Messstrom und zwei zur Messung der Spannung
am Sensorelement. Ebenfalls erhältlich sind Dreidraht-Sensoren, obwohl hier von der
(nicht immer richtigen) Voraussetzung ausgegangen wird, dass der Widerstand aller
drei Drähte identisch ist.
Der durch den Sensor fließende Strom verursacht eine gewisse Erwärmung. So
erzeugt zum Beispiel ein Messstrom von 245 µA durch einen 100- Widerstand 6 µW
Wärme. Wenn das Sensorelement diese Wärme nicht ableiten kann, meldet es eine
übermäßig hohe Temperatur. Dieser Effekt lässt sich reduzieren, indem entweder ein
großes Sensorelement eingesetzt wird, oder indem auf einem guten thermischen
Kontakt zu seiner Umgebung geachtet wird.
Mit einem Messstrom von 1 mA erhält man ein Signal von nur 100 mV. Da die
Widerstandsänderung für ein Grad Celsius sehr gering ist, hat selbst ein kleiner Fehler
bei der Messung der Spannung am Sensor einen großen Temperaturmessfehler zur
Folge. So würde ein Spannungsmessfehler von 100 µV einen Fehler von 0,4 °C beim
Temperaturmesswert ergeben. Entsprechend würde ein Fehler von 1 µA beim
Messstrom zu einem Temperaturfehler von 0,4 °C führen.