Was ist Temperaturkompensation?

Temperaturkompensation bezeichnet das gezielte Ausgleichen von unerwünschten Temperatureinflüssen auf Messwerte.

Viele Sensoren reagieren empfindlich auf Temperaturänderungen. Diese können dazu führen, dass sich Messwerte verschieben oder verfälscht werden. Ziel der Temperaturkompensation ist es, diese Effekte zu reduzieren und die Messgenauigkeit zu verbessern.

Wie funktioniert Temperaturkompensation?

Bei der Temperaturkompensation wird zunächst ermittelt, wie stark sich ein Sensor bei unterschiedlichen Temperaturen verhält. Auf Basis dieser Werte werden Korrekturen vorgenommen, sodass temperaturbedingte Abweichungen ausgeglichen werden. Die Kompensation kann dabei direkt im Sensor oder in der nachgelagerten Elektronik erfolgen.

Formen der Temperaturkompensation

Grundsätzlich wird zwischen zwei Verfahren unterschieden:

• Passive Temperaturkompensation: Hier werden temperaturabhängige Bauteile in die Schaltung integriert, beispielsweise Widerstände in einer Wheatstone-Brücke.

• Aktive Temperaturkompensation: Bei diesem Verfahren werden Messwerte bei unterschiedlichen Temperaturen aufgenommen, ausgewertet und als Korrekturwerte in die Elektronik integriert. Diese Methode liefert besonders genaue Ergebnisse.

Temperaturkompensation in Drucksensoren

Bei Drucksensoren beeinflusst die Temperatur vor allem drei Faktoren:

• die Ausgangsspannung ohne Druck (Nullpunkt)
• die Empfindlichkeit des Sensors
• der elektrische Widerstand der Messbrücke

Temperaturkompensierte Sensoren gleichen diese Effekte aus und sorgen so für stabile und zuverlässige Messergebnisse – auch bei wechselnden Umgebungsbedingungen.

Kaltstellenkompensation bei Thermoelementen

Auch bei Thermoelementen ist die Temperaturkompensation entscheidend für genaue Messungen. Ohne sogenannte Kaltstellenkompensation würde das Messergebnis verfälscht werden.

Die Kaltstellenkompensation ist ein Verfahren, bei dem eine zusätzliche Spannung zur vom Thermoelement erzeugten Thermospannung addiert oder von ihr subtrahiert wird.

Dadurch wird rechnerisch so behandelt, als befände sich die Referenzstelle – die sogenannte Kaltstelle – bei 0 °C. In der Praxis liegt deren Temperatur jedoch meist höher, da das freie Ende des Thermoelements nicht in einem Eisbad gehalten wird.

Die Kompensation gleicht diese Abweichung aus und ermöglicht eine genaue Temperaturbestimmung an der Messstelle.

Wie werden Kaltstellen kompensiert?

• Kalte Verbindung bei einer bekannten, konstanten Temperatur

Eine kleine Anschlussdose mit einem Temperaturregler kann verwendet werden, um eine bestimmte Temperatur konstant zu halten. Sind sowohl die Temperatur an der Kaltstelle als auch der Typ des Thermoelements bekannt, lässt sich die Temperatur berechnen und kompensieren.

• Automatische Online-Kompensation im Messgerät

Ein Messgerät (in Form eines Transmitters, einer DCS-Eingangskarte oder eines Temperaturkalibrators) kann die Temperatur der Kaltstelle kontinuierlich messen und diesen Fehler automatisch online kompensieren. Da das Messgerät auch den Thermoelementtyp kennt, kann es die Kompensation automatisch und kontinuierlich durchführen. Dies ist die einfachste Methode.

Kompensation des Temperatureinflusses und des Widerstands der Anschlussleitungen

Zur Kompensation von Temperatureinflüssen und des Leitungswiderstands wird eine 3‑Leiter‑Schaltung verwendet. Damit die Einflüsse der einzelnen Anschlussleitungen möglichst vollständig ausgeglichen werden, sollten diese vom gleichen Typ sein und identische Eigenschaften aufweisen. Dazu gehören insbesondere gleiche Länge und gleicher Querschnitt.

Temperaturkompensation

Die Differenz zwischen der vom Sensor gemessenen Temperatur und der tatsächlichen Umgebungstemperatur hängt von der Einbauhöhe des Geräts ab. Um diese Abweichung zu korrigieren, kann die Temperaturkompensation über die Jumper‑Einstellungen auf der Steuerplatine angepasst werden.

Dehnungsmessstreifen – Temperaturkompensation

Ein Dehnungsmessstreifen wird zur Messung der Dehnung verwendet. Um den Einfluss der Temperatur auf die Messergebnisse zu reduzieren, ist eine Kompensation des Temperatureinflusses auf den Dehnungsmessstreifen erforderlich. Die wichtigsten Gründe für den Einsatz einer Temperaturkompensation bei Dehnungsmessstreifen sind:

• thermische Ausdehnung des Messobjekts
• thermische Ausdehnung des Sensorelements im Dehnungsmessstreifen
• temperaturabhängiger Widerstandskoeffizient der Anschlussleitungen zwischen Dehnungsmessstreifen und Sensorelementen