Widerstandsthermometrie

PDF herunterladen

Prinzipien und Anwendungen von Widerstandsthermometern und Thermistoren

Widerstandsthermometer und Thermistoren sind Temperatursensoren, deren elektrischer Widerstand sich mit der Temperatur ändert. Die höhere Empfindlichkeit und Stabilität dieser Bauelemente im Vergleich zu Thermoelementen verschaffen ihnen wichtige Vorteile im niedrigen und mittleren Temperaturbereich. Darüber hinaus vereinfachen resistive Bauelemente oft die Steuerungs- und Anzeigeelektronik.

Widerstandsthermometer zeichnen sich vor allem durch ihre Genauigkeit und Stabilität vom kryogenen Bereich bis zum Schmelzpunkt von Metallen aus. Sie sind über einen weiten Temperaturbereich hinweg präzise, können zur Temperaturmessung in einem großen Bereich eingesetzt werden und sind hochgradig standardisiert. Das Standard-Platin-Widerstandsthermometer ist nach der ITS-90 (Internationale Temperaturskala von 1990) so spezifiziert, dass es zwischen Fixpunkten im Bereich von 13,80 K (-259,35 °C) bis 1234,93 K (961,78 °C) interpoliert.

Widerstandsthermometer

Widerstandsthermometer können als RTDs bezeichnet werden (Widerstandstemperaturfühler), PRTs (Platin-Widerstandsthermometer) oder SPRTs (Standard-Platin-Widerstandsthermometer). Diese Thermometer basieren auf dem Prinzip, dass sich der elektrische Widerstand in reinen Metallelementen relativ zur Temperatur ändert.

Das herkömmliche Sensorelement eines Widerstandsthermometers besteht aus einer Spule aus dünnem Draht, die auf einen präzisen Widerstandswert gewickelt ist. Das am häufigsten verwendete Material ist Platin, obwohl Nickel, Kupfer und Nickel-Eisen-Legierungen in vielen Anwendungen mit Platin konkurrieren.

Eine relativ neue Alternative zum drahtgewickelten RTD besteht aus einer dünnen Platin- oder Nickel-Eisen-Schicht, die auf einem Keramiksubstrat aufgebracht und per Laser auf den gewünschten Widerstand getrimmt wird. Dünnschichtelemente erreichen hohe Widerstände mit weniger Metall und senken so die Kosten.

Widerstands-/Temperatureigenschaften

Widerstandsthermometer weisen von allen Sensoren das linearste Signal in Bezug auf die Temperatur auf. Kleine Abweichungen von der geradlinigen Reaktion erfordern jedoch die Verwendung von Interpolationspolynomen zur Berechnung der Widerstandswerte zwischen festen Temperaturpunkten.

Die Widerstands-/Temperaturkennlinie für Standard-Platin-Widerstandsthermometer gemäß ITS-90 ist ein komplexer Gleichungssatz. Platin folgt im Bereich von -200 bis 850 °C (-328 bis 1562 °F) im Allgemeinen der modifizierten Callendar-Van-Dusen-Gleichung:

Temperaturkoeffizient des Widerstandes

Der Temperaturkoeffizient des Widerstands (TCR) hat viele Definitionen. Bei Widerstandsthermometern wird TCR üblicherweise als die durchschnittliche Widerstandsänderung pro °C im Bereich von 0 bis 100 °C, geteilt durch R °C: 0, definiert. In gewisser Weise drückt TCR die Empfindlichkeit des im Element verwendeten Widerstandsdrahts aus, da er die durchschnittliche Temperaturänderung eines hypothetischen 1-Thermometers definiert.

Normalerweise wird der TCR verwendet, um zwischen verschiedenen Widerstands-/Temperaturkurven desselben Elementmaterials zu unterscheiden, wie beispielsweise den drei Kurven von Platin. Da all diese Kurven weit verbreitet sind, müssen Platin-TCRs korrekt spezifiziert werden, um die Kompatibilität zwischen Thermometern und Instrumenten zu gewährleisten.

Für Platin sind vier primäre Kurven spezifiziert:

1. 0,003926 /°C:Standard-Platin-Widerstandsthermometer sind die einzigen PRTs, die diesen TCR erreichen können. Sie benötigen hochreinen Platindraht (99,999% oder höher), der spannungsfrei gewickelt ist. Die bei der Herstellung auftretenden Spannungen senken den TCR herkömmlicher Industriemodelle. Mehrere Hersteller bieten industrielle Platinthermometer mit einem nominalen TCR von 0,00392 an; TCRs um 0,003923 werden regelmäßig erreicht.
2. 0,003911 /°C:Dieser TCR wird manchmal als „US-Industriestandard“ bezeichnet. Er liegt unter den Laborstandards, da die typische Konstruktion von Hochtemperatur-Keramikelementen den Platindraht belastet.
3. 0,00385 /°C:DIN 43760, IEC 751 und andere nationale und internationale Spezifikationen schreiben diesen TCR vor.
4. 0,00375 /°C: Elemente mit 0,00375 TCR, vorgesehen für kostengünstige Anwendungen

Die Angabe eines bestimmten TCR gegenüber einem anderen bietet kaum Vorteile. Laborsysteme verwenden traditionell Referenzstandards mit dem hochwertigsten Platin, industrielle Spezifikationen zielen jedoch oft auf einen möglichst hohen Standardisierungsgrad ab. In diesem Fall ist ein TCR von 0,00385 mit den meisten Herstellern kompatibel.

Vergleich der Elementtypen

Platin hat sich aufgrund seines breiten Temperaturbereichs und seiner Stabilität zum bevorzugten Elementmaterial für Widerstandsthermometer entwickelt. Fortschritte in der Elementkonstruktion haben zudem den Preisunterschied zwischen Platin- und Nichtedelmetallthermometern verringert. Dennoch bieten Nickel, Kupfer und Nickel-Eisen für viele Anwendungen Vorteile und sollten in Betracht gezogen werden. Die wichtigsten Vorteile der vier Elementtypen werden in der Tabelle verglichen.

Tabelle: Vergleich der Widerstandsthermometer-Elementtypen

Auswirkungen des Anschlussdrahtwiderstands

Da es sich bei einem RTD um einen Widerstandssensor handelt, wirkt sich jeder Widerstand in den Verlängerungskabeln zwischen RTD und Steuergerät auf die Messwerte aus. In manchen Fällen lässt sich dieser zusätzliche Widerstand durch Anpassungen am Gerät kompensieren. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Leitungen eine konstante Temperatur aufweisen, da Schwankungen der Umgebungstemperatur den Widerstand der Kupferleitung verändern.

Die unten aufgeführte Tabelle zeigt die Widerstandswerte gängiger Kupferanschlussdrähte nach Größe.

Anschlussfehler können erheblich sein, insbesondere bei kleinen Anschlussdrähten oder bei Elementen mit geringer Empfindlichkeit. Bei einer Zweileiterbrücke wirkt sich der Anschlusswiderstand direkt auf die Messwerte aus. Bei kurzen Anschlussleitungen oder hoher Empfindlichkeit kann der Fehler akzeptabel sein. Bei langen Verlängerungsleitungen zwischen Sensor und Gerät oder geringer Empfindlichkeit sollte ein Dreileitersystem in Betracht gezogen werden. Alle Widerstandsthermometer mit Kupferelementen benötigen drei Anschlüsse, um ihre geringe Empfindlichkeit auszugleichen.

3-Leiter-Systeme stellen einen praktischen Kompromiss zwischen Genauigkeit über die Distanz und den Kosten für zusätzliche Leitungen dar. Obwohl sie für die meisten Industriebereiche gut geeignet sind, können elektrische Störungen und Kontaktwiderstände an den Verbindungspunkten sie beeinträchtigen. 4-Leiter-Schaltungen bieten die gleiche Widerstandskompensation wie 3-Leiter-Systeme, vermeiden aber zusätzlich Probleme mit unpassenden Leitungen, Kontaktwiderständen und thermischen elektromotorischen Kräften.

Der einzige Nachteil bei der Verwendung von 4-adrigen Ohms besteht darin, dass wir ein Verlängerungskabel mehr benötigen als bei der 3-adrigen Brücke.

Dies ist ein geringer Preis, wenn uns die Genauigkeit der Temperaturmessung am Herzen liegt.

Mögliche Fehlerquellen bei Widerstandsthermometern

Widerstandsthermometersysteme sind anfällig für drei Arten von Fehlern: Die inhärenten Toleranzen der Thermometer, Gradienten zwischen dem Thermometer und dem zu messenden Medium sowie Fehler, die auf dem Weg zwischen Sensor und Anzeige- oder Kontrollinstrument entstehen. Einige Fehlerquellen sind elektrischer Natur, andere resultieren aus der mechanischen Konstruktion des Thermometers.

1. Austauschbarkeit/Konformität:Die Konformität legt fest, um wie viel der Widerstand eines Thermometers von einer Standardkurve (z. B. der Kurve nach der Callendar-Van-Dusen-Gleichung) abweichen darf. Sie umfasst eine Toleranz bei der Referenztemperatur, üblicherweise 0 °C, und eine Toleranz für die Steigung bzw. den Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR). Abbildung 5 zeigt, dass ein Widerstandsthermometer bei der Referenztemperatur am besten mit seiner Kurve übereinstimmt, während der Widerstand ober- und unterhalb dieser Referenztemperatur stark abweicht. Beispielsweise fordert die Norm IEC 751, Klasse B, eine Kalibrierung innerhalb von 0,12 (0,3 °C) bei 0 °C, erlaubt aber eine Abweichung des TCR vom Nennwert von 0,00385 um ±0,000012 /°C. Die Toleranz beträgt somit 0,8 °C bei 100 °C, 1,3 °C bei 200 °C und bis zu 3,8 °C bei 700 °C. Die Austauschbarkeit zweier Thermometer darf maximal das Doppelte ihres Konformitätswertes betragen. Kommerzielle Platin-Widerstandsthermometerelemente sind mit extrem engen Toleranzen erhältlich, in manchen Fällen bis auf 0,01 °C (0,026 °C). Wenn die Austauschbarkeit von entscheidender Bedeutung ist, kann der Auftraggeber andere Wege zur Erreichung dieses Ziels in Betracht ziehen. Beispielsweise können Hersteller ihre Kalibrierverfahren anpassen, um die Referenztemperatur und die engste Toleranz auf einen anderen Wert als 0 °C festzulegen. Oder ist die Differenz zwischen zwei Thermometern wichtiger als die absolute Temperatur, kann die Kalibrierung von aufeinander abgestimmten Paaren, deren Messwerte innerhalb einer bestimmten Toleranz übereinstimmen, kostengünstiger sein als die Kalibrierung jedes einzelnen Thermometers in einem kleinen Bereich um den Nennwert.

   

   Es ist wichtig zu beachten, dass Konformitäts-/Austauschbarkeitsspezifikationen nur die relative Genauigkeit zweier ansonsten identischer Thermometer angeben, die nebeneinander in derselben Umgebung montiert sind. Sie berücksichtigen keine Fehler, die auf beide Thermometer gleichermaßen einwirken.

2. Empfindlichkeit:Die Widerstandsänderung pro Grad Temperaturänderung ist eine Funktion des Basiswiderstands und des TCR (Temperaturkoeffizient des Widerstands). Obwohl ein Thermometer mit höherer Empfindlichkeit nicht unbedingt genauer ist, vereinfacht ein größeres Signal die Ausgangselektronik und ist weniger anfällig für Anschlussdrahteffekte und elektrisches Rauschen. Darüber hinaus erzeugt ein höherer Widerstand die gleiche Ausgangsspannung bei geringerem Messstrom, was die Selbsterhitzung des Thermometerelements begrenzt.
3. Isolationswiderstand:Sind Sensorelement und Leitungen nicht vollständig vom Gehäuse isoliert, tritt ein Shunt-Effekt auf, bei dem das Gehäuse zu einem Parallelwiderstand wird und die Messwerte senkt. Bei den meisten Industriethermometern mit spezifizierten Isolationswiderständen im 100-Megaohm-Bereich nähert sich der Fehler Null. Der Hersteller muss darauf achten, wasserabsorbierende Materialien abzudichten. Der Shunt-Effekt nimmt bei niederohmigen Elementen ab, weshalb bei Labormessungen 25,5 PRTs verwendet werden.
4. Selbsterhitzung:Ein Widerstandsthermometer ist ein passiver Widerstandssensor; es benötigt einen Messstrom, um ein nutzbares Signal zu erzeugen. Da dieser Messstrom den Heizdraht über die tatsächliche Umgebungstemperatur erwärmt, treten Messfehler auf, wenn die überschüssige Wärme nicht abgeführt wird. Die Eigenerwärmung wird meist in mW/°C angegeben. Dies entspricht der Leistung in Milliwatt² (1000 IR), die erforderlich ist, um die Innentemperatur des Thermometers um 1 °C zu erhöhen. Je höher der Wert in mW/°C, desto geringer die Eigenerwärmung. Beispiel: Angenommen, ein Messstrom von 5 mA fließt durch einen 100-Ω-Platin-RTD bei 100 °C. Die Eigenerwärmung beträgt 50 mW/°C in Wasser, das mit 0,9 m/s (3 ft/s) strömt. Die erzeugte Wärmemenge beträgt:

   2 1000 mW x (0,005 A) x (138,5 ) = 3,5 mW

   Der Selbsterhitzungsfehler beträgt:

   (3,5 mW) / (50 mW/°C) = 0,07°C

   Die erzeugte Wärme steigt mit steigendem Sensorelementwiderstand (bei Verwendung eines Konstantstrommessgeräts) bzw. mit steigendem Messstrom.

   Der resultierende Fehler ist umgekehrt proportional zur Fähigkeit des Thermometers, zusätzliche Wärme abzugeben, was wiederum von den Materialien, der Konstruktion und der Umgebung des Thermometers abhängt.

   Die schlimmste Selbsterhitzung tritt auf, wenn ein hoher Widerstand in einem kleinen Körper untergebracht ist. Ein Beispiel hierfür sind Dünnschichtelemente mit einer kleinen Oberfläche zur Wärmeableitung. Die Selbsterhitzung hängt auch vom Medium ab, in das das Thermometer eingetaucht wird. Der Fehler in ruhender Luft kann über 100-mal größer sein als in fließendem Wasser.

5. Zeitkonstante:Eine Zeitkonstante gibt an, wie schnell ein Widerstandsthermometer auf Temperaturänderungen reagiert. Ein gebräuchlicher Ausdruck ist die Zeit, die ein Thermometer braucht, um 63,2% einer sprunghaften Temperaturänderung in fließendem Wasser zu reflektieren. Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Masse des Thermometers und der Geschwindigkeit ab, mit der Wärme von der Außenfläche zum Sensorelement übertragen wird. Eine schnelle Zeitkonstante reduziert Fehler in einem System, das schnellen Temperaturänderungen ausgesetzt ist.
6. Wiederholbarkeit:Der Grad der Übereinstimmung zweier aufeinanderfolgender Messwerte eines Thermometers bezeichnet die Wiederholpräzision. Ein Verlust der Wiederholpräzision resultiert aus dauerhaften oder vorübergehenden Änderungen der Widerstandseigenschaften des Elements und kann dadurch verursacht werden, dass das Thermometer Temperaturen an oder über den Grenzwerten des angegebenen Bereichs ausgesetzt wird. Bei einem Wiederholpräzisionstest wird das Thermometer zwischen niedrigen und hohen Temperaturen hin- und hergeschaltet; alle Änderungen von R werden aufgezeichnet. Eine typische Wiederholpräzision für ein 0 °C-Industrie-Platin-Widerstandsthermometer beträgt ±0,1 °C.
7. Stabilität:Stabilität bezeichnet die langfristige Drift der Thermometerwerte. Eine typische Spezifikation begrenzt die Drift bei Nennbetrieb auf 0,1 °C pro Jahr. Normale Betriebstemperaturen innerhalb der zulässigen Temperaturgrenze verursachen typischerweise eine deutlich geringere Drift. Die Drift ist eine Folge des Elementmaterials (Platin ist das stabilste), der Verkapselungsmaterialien, die das Element verunreinigen können, und der mechanischen Belastung des Elements durch die Ausdehnung von Wicklungskörpern oder anderen Stützstrukturen.
8. Schock und Vibration:Mechanische Stöße und Vibrationen können die Thermometerwerte verändern oder zum Totalausfall führen. Stabilität und Robustheit grenzen sich in gewisser Weise gegenseitig aus. Ein auf maximale Stabilität ausgelegtes Laborthermometer enthält ein freitragendes Element, das für den industriellen Einsatz viel zu zerbrechlich ist. Die Elemente der meisten industriellen Widerstandsthermometer sind vollständig von einer Spule oder einem Füllmaterial getragen und halten daher extremen Bedingungen gut stand. Anfälliger sind jedoch die Übergänge der Anschlussdrähte, die ordnungsgemäß fixiert werden sollten. Ein typisches RTD erfüllt die Spezifikation, die Stöße von 100 G mit einer Dauer von 8 Millisekunden und Vibrationen von 10 bis 2000 Hz bei 20 G zulässt.
9. Verpackung und Thermotransfer:Ummantelungen und andere Strukturen um Widerstandselemente sollten die Wärmeübertragung vom Messmedium maximieren, die Wärmeübertragung aus der Umgebung, die die Messwerte verfälschen kann, minimieren und den notwendigen Schutz der Elemente gewährleisten. Geeignete Materialien und Konstruktionen können die Messgenauigkeit deutlich verbessern. Eine Strategie, die nur bei drahtgewickelten Widerstandsthermometern im Vergleich zu Thermistoren, Thermoelementen und Halbleiterbauelementen praktikabel ist, ist die Temperaturmittelung. Ein Element kann zur Mittelung der Temperatur über Längen von bis zu 30 Metern gewickelt werden.

Widerstandsthermometertypen

In den folgenden Abschnitten werden Beispiele für gängige Widerstandsthermometertypen vorgestellt, wobei der Schwerpunkt auf den Konstruktionsmerkmalen liegt, die die oben aufgeführten Vorteile nutzen und Fehlerquellen vermeiden.

1. Standard-Platin-Widerstandsthermometer für den Laborgebrauch

   NIST spezifiziert das Standard-Platin-Widerstandsthermometer (SPRT) als Standardinterpolationsinstrument zur Definition von Temperaturen von -259,35 bis 961,78 °C. Gemäß ITS-90 muss ein Standard-Platin-Widerstandsthermometer eines der folgenden Kriterien erfüllen:

   

   Die Abbildung zeigt ein klassisches spannungsfreies Element in Vogelkäfigform, bei dem Isolierscheiben den Elementdraht stützen. Die Abbildung zeigt eine kostengünstigere Spiralwicklung. Die präzisesten Primärnormale kapseln das Element in einer Glas- oder Quarzhülle ein, wobei Edelstahl oder Inconel als Sekundär- oder Transfernormale verwendet werden können. Der Elementbereich muss hermetisch abgedichtet sein, um Oxidationsmittel fernzuhalten, und bei Verwendung in kryogenen Bereichen mit Helium gefüllt sein.

   

   Die freiliegenden Spulen eines spannungsfreien Elements sind sehr anfällig für Schäden durch Stöße und Vibrationen. Schon ein leichter Schlag auf den Tisch kann eine teure Kalibrierung ungültig machen.

2. Industrielle Widerstandsthermometerelemente

   Widerstandsthermometer hätten ohne die Erfindung robuster und kostengünstiger Elemente nicht vom Labor in die Industrie gelangen können. Die Notwendigkeit, das Widerstandselement zum Schutz vor Stößen und korrosiven Umgebungen zu kapseln, ohne es übermäßig zu belasten, hat zu einer Vielzahl von Technologien für die Konstruktion von Elementen geführt. Die Abbildung zeigt ein gängiges Keramikelement. Der Elementdraht, üblicherweise aus Platin, ist um einen Keramikträger gewickelt, mit Anschlussdrähten verschweißt und mit Glas beschichtet. Der Hersteller muss die Materialien sorgfältig aufeinander abstimmen, um thermische Ausdehnungsspannungen am Draht zu vermeiden.

   

   Höhere Temperaturen sind mit der Elementkonstruktion der Abbildung möglich. Dabei wird eine Spule aus Platindraht durch Bohrungen in einem Keramikrohr geführt. Die Bohrungen werden anschließend mit Keramik- oder Aluminiumpulver gefüllt, um die Spulen zu polstern.

   

   Kupfer, Nickel und Nickel-Eisen können Platin als Elementmaterialien bei niedrigeren Temperaturen, in der Regel unter 260 °C, ersetzen. Moderate Temperaturen ermöglichen zudem den Einsatz organischer Materialien im Elementbau, was eine große Vielfalt an Ausführungen ermöglicht. Die daraus resultierenden Vorteile umfassen geringere Kosten und eine schnellere Reaktionszeit.

   Dünnschichtelemente sind in den letzten zehn Jahren auf den Markt gekommen und sind mittlerweile in ihrer Leistung mit drahtgewickelten Keramikelementen vergleichbar, jedoch preislich niedriger.

   Sie bestehen aus einem flachen Substrat mit einer dünnen Platinschicht, die per Laser auf den gewünschten Widerstand getrimmt wurde. Dünnschichten können hohe Widerstände, üblicherweise 1000 Ohm, ohne zusätzliche Platindrähte aufweisen. Nackte Elemente reagieren sehr schnell, reagieren jedoch in Sonden langsamer, da die Wärmeübertragung auf das flache Element erschwert ist. Der Anwender sollte außerdem den Messstrom begrenzen, da die geringe Größe und der hohe Widerstand dünner Schichten zur Selbsterhitzung führen. Dünnschichten sind zudem tendenziell zerbrechlicher als drahtgewickelte Elemente.

   

3. Industrielle Rtd-Sonden

   Die ummantelte Sonde ist die Standardkonfiguration für Widerstandsthermometer zur industriellen Prozesssteuerung und zum Maschinenschutz. Die meisten Sondengehäuse bestehen aus Edelstahl oder Inconel, um hohen Temperaturen standzuhalten, obwohl andere Materialien bei mittleren Temperaturen Vorteile bieten.

   

   Beispielsweise verfügt die spitzenempfindliche Sonde in der Abbildung über eine Spitze aus Kupferlegierung, die Wärme 20-mal besser leitet als Edelstahl. Dieses Design verbessert den Wärmekontakt mit den zu messenden Oberflächen und reduziert Wärmeleitungsfehler entlang der Ummantelung. Standard-Sondendurchmesser reichen von 0,125 mm bis 0,250 mm. Kleinere Sonden reagieren schneller, wenn sie direkt eingetaucht werden, größere Sonden passen jedoch möglicherweise besser in Standard-Thermorohre.

   Die Sondenlängen reichen von einigen Zentimetern bis zu zehn Fuß oder mehr.

   Die Abbildung zeigt den Aufbau einer Hochtemperatursonde. Das Element sitzt in der Spitze und ist von Hochtemperaturpulver oder Zement umgeben. Verlängerungsleitungen, normalerweise unisoliert, führen vom Element zurück und sind mit Pulver, Zement oder gebohrten Keramikabstandshaltern umhüllt. Externe Leitungen, oft mit PTFE oder Glasgeflecht isoliert, sind am Eintrittspunkt mit Zement vergossen, um sie gegen Feuchtigkeit abzudichten.

   

   Die alternative Konstruktion der Abbildung platziert das Element, den Verguss und die Anschlussübergänge innerhalb eines Moduls an der Spitze der Sonde. Diese Konstruktion ermöglicht es dem Benutzer, die Sonde auf die gewünschte Länge zu kürzen. Die Temperatur ist auf die Nennleistung der externen Anschlussdrahtisolierung begrenzt: 260 °C (500 °F) für PTFE, bis zu 550 °C (1022 °F) für Isolierungen wie Glimmer-/Glasgewebe.

   

Sondenbaugruppen

Eine große Auswahl an Befestigungselementen und Zubehör erleichtert die Montage der Sonde. Die Auswahl richtet sich nach der Art des zu erfassenden Mediums und den Kostenanforderungen.

Zum direkten Eintauchen einer Sonde in eine Flüssigkeit ist ein Anschlussstück mit Rohrgewinde erforderlich, das verstellbar oder an die Sonde angeschweißt sein kann. Die Abbildung zeigt eine typische Baugruppe mit einem Gewinde zur Befestigung der Sonde und einem weiteren für einen Anschlusskopf. Anschlussköpfe dienen als Übergang zwischen Sondenleitungen und externen Signalleitungen.

Die Montage in einem festen Material gelingt am besten mit einem federbelasteten Halter, der fest oder verstellbar sein kann.

Die Federbelastung sorgt für einen guten Kontakt der Sondenspitze mit dem Boden des Lochs und dämpft potenziell schädliche Vibrationen

Bei besonders korrosiven Flüssigkeiten, hohem Druck oder hoher Fließgeschwindigkeit kann eine Thermohülse erforderlich sein. Eine Thermohülse ist ein an einem Ende geschlossenes Rohr, das den Fühler schützt und dessen Entnahme ermöglicht, ohne die Flüssigkeitsdichtung zu beschädigen. Für die jeweiligen Anwendungsanforderungen stehen verschiedene Materialien und Ausführungen zur Verfügung. Aus Vollmaterial gebohrte Thermohülsen bieten die höchsten Druckwerte, geschweißte Modelle sind jedoch deutlich günstiger. Die Abbildung zeigt eine typische Thermohülsenbaugruppe mit federbelastetem Halter für verbessertes thermisches Verhalten und höhere Zuverlässigkeit.

Flexible Widerstandsthermometer

Die oben beschriebenen ummantelten Sonden eignen sich nicht gut zum Erfassen flacher Oberflächen. Im Gegensatz zu Thermoelement Verbindungsstellen, die direkt auf Metalloberflächen geschweißt werden können, Widerstandsthermometer weisen eine gewisse Masse auf und Wärmeverluste an die Umgebungsluft können die Messwerte beeinflussen.

Kleine flache Elemente, wie etwa dünne Filme, können auf Oberflächen montiert werden, aber zerbrechliche Elemente und Anschlusskabelverbindungen erschweren die Installation.

Die Abbildung zeigt ein flexibles Widerstandsthermometer mit einem drahtgewickelten Sensorelement zwischen Isolierschichten. Es passt sich eng an die zu messenden Oberflächen an und verfügt über eine dünne Isolierung, um die Wärme problemlos an das Sensorelement zu übertragen. Das Drahtelement kann auf nahezu jede beliebige Größe gewickelt werden, um Temperaturgradienten auszugleichen, und die flexible Konstruktion hält extremen Stößen und Vibrationen stand.

Widerstandsthermometer für spezielle Zwecke

Widerstandsthermometer lassen sich problemlos an die meisten Prozesssteuerungs- und Wärmeanlagendesigns anpassen. Der Anwender kann Gehäuse mit axialen Anschlüssen für die Leiterplattenmontage, flache Gehäuse zum Anklemmen an Oberflächen, Miniaturgehäuse zum Einbau in Metallblöcke sowie beliebige Ummantelungen und Armaturen auswählen, die in einer Werkstatt gefertigt werden können. Darüber hinaus können Drahtwicklungen so konfiguriert werden, dass sie große Bereiche erfassen.

Wo werden Widerstandsthermometer eingesetzt?

1. Genauigkeit und Stabilität sind die wichtigsten Ziele der Anwendung
2. Die Genauigkeit muss über einen weiten Temperaturbereich reichen
3. Flächen- statt Punktsensorik verbessert die Kontrolle
4. Ein hoher Standardisierungsgrad ist wünschenswert.