Platin-RTDs (Resistance Temperature Detector) zeichnen sich durch eine positive und nahezu lineare Widerstandskennlinie gegenüber der Temperatur aus, die durch die Norm DIN EN60751 (IEC 60751) klar definiert ist.
Pt- und NTC-Temperatursensoren
Ein Vergleich ihrer Vorteile einschließlich Genauigkeit, Langzeitstabilität und Wiederholbarkeit
Ein strukturierter Platinmäander wird in einem Dünnschichtverfahren auf ein Keramiksubstrat aufgebracht. Der Pt-Mäander fungiert als thermisch empfindlicher Widerstand. Der Spannungsabfall über dem Sensor wird mit hoher Präzision gemessen und in einen Temperaturwert umgewandelt. Andere Versionen von Platin-RTD-Sensoren werden mit Hilfe der Drahtwickeltechnik hergestellt. Sensoren auf Platinbasis arbeiten in einem breiten Temperaturbereich von -196 °C bis 1000 °C.
NTC-Thermistoren (Negativer Temperaturkoeffizient) werden aus Metalloxid-Halbleiterkeramik hergestellt, die in der Regel in einem Dickschicht- oder Presspulververfahren produziert wird. Sie weisen eine negative und exponentielle Widerstandsänderung als Reaktion auf Temperaturänderungen auf. Die Widerstandsänderung (Spannungsabfall) kann in einen Temperaturwert umgerechnet werden. Das typische Betriebstemperaturfenster ist schmaler als bei Pt-Elementen: -55 °C bis +150 °C für standardmäßige epoxidbeschichtete Thermistoren und -55 °C bis +300 °C für glasbeschichtete Thermistoren.
| Pt | NTC (typisch) | |
|---|---|---|
| Eigenschaften Kurve |
- Positive und nahezu lineare TCR - TCR: 3850 ppm/K typisch - Eigenschaften genormt nach DIN EN 60751 |
- Negativer nicht-linearer TCR - Typische Steigung: -4,4 %/°C @ 25 °C |
| Typischer Widerstandswert | Pt100 , Pt200 , Pt500 , Pt1000 | 2.252k @ 25 °C, 10k @ 25 °C, 20k @ 25 °C |
| Konfigurationen |
- Elemente mit Anschlussdrähten - SMD-Gehäuse, SOT223, TO92 |
Epoxid- oder Glaskapselung; Diodengehäuse, SMD-Modelle, andere Varianten |
| Zusammensetzung | Platin-Dünnschichtmäander auf Keramiksubstrat | Keramik-Metall-Verbindung |
| Betriebstemperaturbereich | -196 °C bis 1000 °C | -100 °C bis 300 °C mit Sonderausführungen bis zu 750 °C |
Warum sollte man einen Platin-RTD-Sensor verwenden?
Der Pt-RTD hat eine lineare Signalkennlinie, die der allgemein anerkannten Norm DIN EN 60751 entspricht. Diese Norm bietet eine klare Definition des Sensorsignalausgangs und der Toleranzen und gewährleistet eine einfache Auswahl und Austauschbarkeit der Sensoren. Darüber hinaus ermöglicht sie die Standardisierung von Elektronik und Software. Obwohl NTCs verschiedener Hersteller einen ähnlichen Signalausgang haben können, gibt es keine allgemein anerkannte internationale Norm für NTCs.
Platin-Sensoren haben eine hohe Genauigkeit über einen breiten Temperaturbereich; die F0.3-Toleranz gilt für einen Temperaturbereich von -70 °C bis +500 °C. NTC-Thermistoren sind mit hoher Genauigkeit erhältlich, aber in der Regel in einem viel engeren Temperaturbereich, z. B. von 0 °C bis +70 °C. Die NTC-Hersteller verweisen auf eine hohe Genauigkeit bei 25 °C, was in der Regel zu einem vergleichbar kleinen Temperaturbereich beiträgt.
Temperatursensoren sind während ihres Einsatzes erheblichen Belastungen ausgesetzt, insbesondere bei hohen Anwendungstemperaturen. Platin, ein Edelmetall mit den idealen Eigenschaften der Hochtemperaturfähigkeit und chemischen Beständigkeit, ist ein ideales Material für Temperatursensoren. Im Vergleich zu NTC-Thermistoren haben Platin-Temperatursensoren ein besseres Driftverhalten und eine höhere Langzeitstabilität, eine bessere Wiederholbarkeit und eine höhere Temperaturbeständigkeit.
| Pt | NTC (typisch) | |
|---|---|---|
| Drift der Messung |
- Sehr geringer Drift - Typischerweise 0,04 % nach 1000 Stunden bei 500 °C |
Nennwiderstandsdrift: typisch 0,35 % nach 100 Stunden bei 150 °C |
| Genauigkeit |
- Hohe Genauigkeit über einen weiten Temperaturbereich Definiert in DIN: - Klasse F 0.3 / B: ± 0,12 % (± 0.3 °C) @ 0 °C - Klasse F 0.15 / A: ± 0.06 % (± 0.15 °C) @ 0 °C - Klasse F 0.1 / 1/3B: ± 0.04 % (± 0.10 °C) @ 0 °C |
- Hohe Genauigkeit über einen relativ engen Temperaturbereich - Typisch: ± 1 % @ 25 °C |
| Langzeit-Stabilität | Hervorragende Langzeitstabilität bei hohen Temperaturen |
- Die Stabilität des NTC und die Anforderungen der Anwendung sollten aufeinander abgestimmt sein. - Glasbeschichtete NTCs haben eine höhere Stabilität als epoxidbeschichtete Standard-NTCs |
| Reproduzierbarkeit | Hohe Genauigkeit und geringe Drift unterstützen eine hohe Wiederholbarkeit über einen weiten Temperaturbereich | Gute Genauigkeit in begrenzten Temperaturbereichen, Genauigkeit hängt von der Lebensdauer und dem Temperaturfenster der Anwendung ab |
Platin - Die Grundlage für präzise Daten
Genaue Temperaturdaten sind der Schlüssel zur Steuerung vieler Prozesse. Nur wenn die Ausgangssituation genau bekannt ist, kann sie sinnvoll gesteuert und optimiert werden.
Die Herausforderung besteht in der Regel darin, die Situation unter den oft anspruchsvollen Bedingungen des tatsächlichen Einsatzes zu ermitteln. In einigen Fällen muss die Temperatur mit besonderer Genauigkeit gemessen werden, in anderen Fällen sind die Temperaturen besonders hoch oder niedrig. Manchmal trifft auch beides auf dieselbe Anwendung zu. Sensoren müssen unter Umständen aggressiven Substanzen oder ständiger Belastung im Dauerbetrieb standhalten.
Wenn sich die Umgebungsbedingungen schnell und stark ändern, müssen die Sensoren in einem breiten Spektrum von Bedingungen zuverlässig funktionieren und dennoch Daten von gleichbleibend hoher Qualität liefern. Platin-Temperatur-Sensoren sind in der Regel die beste Wahl, da sie auch unter schwierigen Bedingungen besonders präzise Messungen über einen breiten Temperaturbereich liefern und zuverlässig und langlebig sind.
Auswirkungen auf die gesamte Messkette
Die Leistung und die Kosten eines Temperaturmesselements sollten immer im Zusammenhang mit dem Gesamtsystem und den Messanforderungen betrachtet werden. Ein Temperatursensor erreicht die höchste Leistung, wenn er angemessen an die Anwendungsumgebung und die Signal-Verarbeitungs-Elektronik angepasst ist.
Bei Anwendungen mit niedrigeren und engeren Temperaturbereichen und geringen Genauigkeitsanforderungen kann der Benutzer von der hohen Auflösung des NTC-Widerstands profitieren. Dieser Vorteil wird bei kleinen Temperaturbereichen bei niedrigeren Temperaturen maximiert, aber bei höheren Temperaturen aufgrund der nichtlinearen Abflachung der NTC-Kennlinie deutlich reduziert.
Wenn der Benutzer zusätzliche Anforderungen an die Temperaturmessung hat, wie z. B. einen erweiterten Temperaturbereich und eine höhere Genauigkeit, ergeben sich zusätzliche Herausforderungen, wenn NTC-Thermistoren verwendet werden. Aufgrund der nichtlinearen Widerstands-/Temperaturkennlinie kann eine komplexere Verbindungs- und Signal-Verarbeitungs-Elektronik erforderlich sein. Die Linearisierung der Kennlinie beeinflusst die Genauigkeit des Gesamtsystems aufgrund eines inhärenten Linearisierungsfehlers, der bei größeren Temperaturbereichen stärker ausgeprägt ist.
Da es keine internationalen Normen gibt, die die funktionalen Eigenschaften von NTCs definieren, muss beim Austausch eines installierten Sensors auf Kompatibilität geachtet werden. Oft ist eine zusätzliche und zeitaufwändige Neukalibrierung erforderlich.
Der Einsatz eines Pt-RTD kann dieses Problem beseitigen. Die hohe Messgenauigkeit über den gesamten Messbereich und die lineare und genormte Kennlinie ermöglichen die Verwendung und den Aufbau einer genormten Elektronik.
Für viele Anwendungen ist eine Neukalibrierung nach einem Sensortausch nicht erforderlich. Langfristig kann dies vor allem bei komplexeren Systemen und Sensornetzen ein erheblicher Kostenfaktor sein, da es die Wartungskosten niedrig hält und die Betriebszeiten optimiert.
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