Pt100-Temperatursensor – Eigenschaften

Der Pt100-Temperatursensor ist eine der am häufigsten eingesetzten Lösungen zur industriellen Temperaturmessung. Seine breite Anwendung verdankt er der hohen Langzeitstabilität des verwendeten Platins sowie der hohen Messgenauigkeit und Wiederholbarkeit der erfassten Temperaturwerte.

Genauigkeit von RTD-Sensoren

Widerstandstemperatursensoren (RTDs) bieten im Vergleich zu thermoelektrischen Sensoren (Thermoelementen) eine höhere Messgenauigkeit und bessere Auflösung. Dennoch gibt es kein vollkommen fehlerfreies Temperaturmessgerät, und auch RTD‑Messungen unterliegen bestimmten Abweichungen.

Die zulässigen Fehlertoleranzen von Platin‑Widerstandsthermometern sind in der internationalen Norm IEC 60751 eindeutig festgelegt.

Bedeutung der internationalen Norm IEC 60751

Die Norm IEC 60751 legt den elektrischen Widerstand von Platin‑Widerstandsthermometern in Abhängigkeit von der Temperatur fest und definiert die zugehörigen Toleranzklassen. Gemäß dieser Norm beschreibt die Toleranz die maximal zulässige Abweichung von der nominalen statischen Kennlinie (NSH) und wird in Grad Celsius angegeben.

Toleranzklasse und RTD‑Genauigkeit

Es gibt vier Toleranzklassen – von der höchsten bis zur geringsten Genauigkeit: AA, A, B und C. Diese Klassen unterscheiden sich ausschließlich hinsichtlich ihrer Temperaturgenauigkeit.

Dabei ist zu beachten, dass die Toleranzklasse von Widerstandsthermometern nicht vom Sensortyp (z. B. Platin, Kupfer oder Nickel) oder vom eigentlichen Messelement abhängt. Die Zuordnung erfolgt ausschließlich anhand des zulässigen Temperaturtoleranzwertes gemäß Norm.

Widerstand und Widerstandsthermometer – Unterschiede

Mit der Überarbeitung der Norm IEC 60751 wurde erstmals klar zwischen Widerständen und Widerstandsthermometern unterschieden.

Eigenschaften von Widerständen

Widerstände bestehen entweder aus Platindraht (Drahtwiderstände) oder aus einer dünnen Platinschicht (Dünnschichtwiderstände). Sie sind für den Einbau in Widerstandsthermometer vorgesehen und stellen das eigentliche Messelement dar.

Eigenschaften von Widerstandsthermometern

Ein Widerstandsthermometer besteht gemäß Norm aus einem in ein Schutzrohr eingebetteten Widerstand, den Anschlussleitungen sowie Befestigungselementen oder Anschlussköpfen, die den Sensor für den praktischen Einsatz in Anlagen geeignet machen.

Pt100 der Klasse B oder F 0,3 – was besagt die Norm IEC 60751?

Die Norm IEC 60751 wurde überarbeitet, da Untersuchungen von Geräteherstellern einige Unstimmigkeiten aufgezeigt haben. Dazu gehörte unter anderem die Erkenntnis, dass Dünnschicht‑Widerstände bei hohen Temperaturen eine geringere Genauigkeit aufweisen können als ursprünglich in der Norm beschrieben. Jüngste Studien haben außerdem gezeigt, dass die Eigenschaften eines Widerstandselements sich unter Laborbedingungen anders verhalten können als nach dem Einbau in ein Widerstandsthermometer.

Aus diesem Grund wurde eine separate Einteilung der Widerstandselemente in Genauigkeitsklassen eingeführt. Dabei wurden auch die unterschiedlichen Temperaturbereiche für Pt100‑Elemente in Draht‑ und Dünnschichtausführung berücksichtigt. Pt100‑Widerstandselemente in Drahtausführung sind in den Klassen W 0,1, W 0,15, W 0,3 und W 0,6 verfügbar (W von Wire Wound). Dünnschicht‑Widerstandselemente hingegen sind in den Klassen F 0,1 bis F 0,6 erhältlich (F von Thin Film).

RTD‑Genauigkeitsklassen (Widerstandsthermometer)

Pt100 – Klasse A

Ein Pt100-Temperatursensor der Klasse A weist folgende Eigenschaften auf:

• einen Grenzwertfehler von ±(0,15 + 0,002 · |t|), entsprechend 0,15 °C bei 0 °C und 0,35 °C bei 100 °C
• einen Temperaturbereich für Dünnschicht‑Elemente von –30 bis +300 °C
• einen Temperaturbereich für drahtgewickelte Elemente von –100 bis +450 °C

Pt100 – Klasse B

Ein Pt100‑Temperatursensor der Klasse B weist folgende Eigenschaften auf:

• einen Grenzwertfehler von ±(0,30 + 0,005 · |t|),
  entsprechend 0,30 °C bei 0 °C und 0,80 °C bei 100 °C
• einen Temperaturbereich für Dünnschicht‑Elemente von –50 bis +500 °C
• einen Temperaturbereich für drahtgewickelte Elemente von –196 bis +600 °C

Welche Toleranzklasse sollte ausgewählt werden?

Die Toleranzklasse sollte nicht das erste Kriterium bei der Auswahl eines Widerstandsthermometers sein. In der Praxis hängt die Wahl der passenden Klasse vor allem von der jeweiligen Anwendung ab:

• Widerstandsthermometer der Klasse C sind die kostengünstigste Variante und werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen Temperaturabweichungen von mehr als 1 °C zulässig sind.
• Widerstandsthermometer der Klasse B bieten ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Genauigkeit und Kosten und sind daher die am häufigsten verwendete Klasse in industriellen Anwendungen.
• Temperatursensoren der Klasse A kommen unter anderem in der Energieindustrie zum Einsatz, wenn die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums mit hoher Genauigkeit erfasst werden muss.
• Sensoren der Klasse AA, die sich durch die höchste Präzision auszeichnen, werden überwiegend in der Forschung und in wissenschaftlichen Anwendungen zur Temperaturmessung eingesetzt.