Platin-Temperatursensoren - Funktion, Grundlagen
Die Funktion von Platin-Temperatursensorelementen und Platin-Temperatursensoren beruht auf der Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes von Platin. Platin-Temperatursensorelemente und Platin-Temperatursensoren werden üblicherweise durch die Bezeichnung teilweise charakterisiert, z.B.:
- Pt100... Sensor-Nennwiderstand R0 = 100Ω bei einer Temperatur t = 0°C
- Pt200... Sensor-Nennwiderstand R0 = 200Ω bei einer Temperatur t = 0°C
- Pt500... Sensor-Nennwiderstand R0 = 500Ω bei einer Temperatur t = 0°C
- Pt1000... Sensor-Nennwiderstand R0 = 1000Ω bei einer Temperatur t = 0°C
- Pt2000... Sensor-Nennwiderstand R0 = 2000Ω bei einer Temperatur t = 0°C
- Pt10000... Sensor-Nennwiderstand R0 = 10000Ω bei einer Temperatur t = 0°C
- ...
Gültige Norm: DIN EN 60751:2009
- Industrielle Platin-Widerstandsthermometer und Platin-Temperatursensoren (IEC 60751:2008); Deutsche Fassung EN 60751:2008
- Gültig: ab 01/05/2009
Diese Norm ist gültig für Platin-Sensoren mit Temperaturkoeffizient (TK) α:
α = 3,851·10-3 °C-1.
Temperaturkoeffizient (TK) α:
α = (R100 - R0) / ( R0 · 100°C)
(R100… Widerstand [Ω] bei Temperatur t = 100°C, R0… Widerstand [Ω] bei Temperatur t = 0°C)
Kennlinien - Temperatur-/Widerstand-Beziehungen allgemein (DIN EN 60751:2009)
Temperaturbereich -200°C bis 0°C:
Rt = R0 · (1 + A · t + B · t2 + C · (t - 100°C) · t3)
Temperaturbereich 0°C bis +850°C:
Rt = R0 · (1 + A · t + B · t2)
(Rt… Widerstand [Ω] bei Temperatur t [°C], R0… Widerstand [Ω] bei Temperatur t = 0°C, t … Temperatur [°C], Konstanten / Koeffizienten: A = 3,9083·10-3 °C-1, B = -5,775·10-7 °C-2, C = -4,183·10-12 °C-4)
Genauigkeitsklassen - Platin-Dünnschicht-Temperatursensorelemente
... nach DIN EN 60751:2009 - Schicht-Widerstände (Temperaturbezogene Gültigkeitsbereiche):
F 0,1 (0°C - +150°C)… Δt = ± (0,1 + 0,0017 · | t |)
F 0,15 (-30°C - +300°C)… Δt = ± (0,15 + 0,002 · | t |)
F 0,3 (-50°C - +500°C)… Δt = ± (0,3 + 0,005 · | t |)
F 0,6 (-50°C - +600°C)… Δt = ± (0,6 + 0,01 · | t |)
(Δt… Zulässige Temperaturabweichung bei Temperatur t [°C], t… Temperatur [°C])
Genauigkeitsklassen - semi-konfektionierte Temperatursensoren (Temperaturfühler), basierend auf Platin-Dünnschicht-Temperatursensorelementen (Schicht-Widerstände)
... nach DIN EN 60751:2009 (Temperaturbezogene Gültigkeitsbereiche):
AA (0°C - +150°C)… Δt = ± (0,1 + 0,0017 · | t |)
A (-30°C - +300°C)… Δt = ± (0,15 + 0,002 · | t |)
B (-50°C - +500°C)… Δt = ± (0,3 + 0,005 · | t |)
C (-50°C - +600°C)… Δt = ± (0,6 + 0,01 · | t |)
(Δt… Zulässige Temperaturabweichung bei Temperatur t [°C], t… Temperatur [°C])
Thermische Ansprechzeit
Zeit, die ein Temperatursensor bis zum Erreichen eines definierten prozentualen Anteils des Temperaturendwertes benötigt:
- T0,5… Zeit bis zum Erreichen von 50% des Temperaturendwertes
- T0,9… Zeit bis zum Erreichen von 90% des Temperaturendwertes
(DIN EN 60751:2009).
Die Ansprechzeit ist u.a. von der Bauform, den Abmessungen und dem thermischen Kontakt-Widerstand des Temperatursensors, vom Messmedium und von dessen Strömungsgeschwindigkeit sowie von der Wärmekapazität der Materialien abhängig.
Eigenerwärmung
Wie jeder von einem Strom durchflossene Widerstand, werden auch Temperatursensoren durch den Messstrom geringfügig erwärmt.
Der sogenannte Erwärmungsfehler ist abhängig von:
- der zugeführten elektrischen Leistung (P = I2 · R)
- der abgeführten Wärmemenge
- der apparativen Konstante E (Eigenerwärmungskoeffizient).
Berechnung der Eigenerwärmung:
Δt = P / E
(Δt... Eigenerwärmung [K], P... zugeführte Leistung [mW], E... Eigenerwärmungskoeffizient [mW/K])
Quelle:
DIN EN 60751:2009-05: Industrielle Platin-Widerstandsthermometer und Platin-Temperatursensoren (IEC 60751:2008); Deutsche Fassung EN 60751:2008, Beuth Verlag GmbH, 2009