Engineered Solutions Temperatur

Können elektrische Thermometer geeicht werden?

Ein Eichen von Widerstandsthermometern (z. B. Messeinsatz) ist nicht möglich.
Da elektrische Thermometer in der Regel an ein Messgerät oder eine Auswerteinheit angeschlossen werden, ist ein Eichen nur für die komplette Messkette möglich.
Messeinsätze können jedoch einer eichamtlichen Vorprüfung mit Vorprüfschein unterzogen werden.
Anwendungsbereich: z. B. Widerstandsthermometer für Mineralölzähler.

Darf ich die Thermopaare Typ U und L nach DIN 43710 durch die Thermopaare Typ T und J nach DIN IEC 60584 ersetzen?

Nein, denn Thermopaar Typ T und J haben eine andere Thermospannungskennlinie, dies würde zu einem Messfehler führen. Thermopaar Typ U und L dürfen nur noch als Ersatzlieferung bei Altanlagen geliefert werden, bei Errichtung neuer Anlagen sind diese nicht mehr zulässig.

Wie funktioniert ein Widerstandsthermometer?

Bei einem Widerstandsthermometer ändert sich der elektrische Widerstand eines Sensors mit der Temperatur. Da der Widerstand bei Messwiderständen nach EN 60751 (2009-05) mit der Temperatur steigt, spricht man von PTC (Positive Temperature Coefficient). Im industriellen Einsatz werden üblicherweise Pt100- oder Pt1000-Messwiderstände verwendet. Die auf EN 60751 basierenden Thermometer sind in der DIN 43735 beschrieben.

Wie hoch ist die zulässige Schwingungsbelastung von WIKA-Pt100-Fühlern?

Der WIKA-Standardmesseinsatz erlaubt einen Einsatz bis 3g (Amplitude). Dies entspricht einer Belastung nach DIN EN 60751 von 6 g Spitze-Spitze (58,86 m/s^2). In der EN 60751 sind lediglich 20-30 m/s^2 Spitze-Spitze vorgegeben (1 g = 9,81 m/s^2). Die vibrationsfeste Ausführung ist bis 20 g Spitze-Spitze geeignet. Sonderaufbauten sind - auf Anfrage - bis zu 50 g möglich.
(Die oben genannten Werte gelten immer für die Schwingungsbelastung direkt am Messwiderstand.)

Wie wird die Klassengenauigkeit berechnet?

Nach DIN EN 60751 Pkt.5.1.3 Tabelle 3 in °C

Klasse AA ± (0,1+0,0017 * t)
Klasse A ± (0,15+0,002 * t)
Klasse B ± (0,3+0,005 * t)
Klasse C ± (0,6+0,01 * t)

Wie groß ist der Messfehler bei einem Pt100 eingebaut in eine MI-Leitung mit Cu-Innenleitern in 2-Leiterschaltung verursacht durch den Innenleitungswiderstand?

D=3 mm : 0,28 Ohm/m = 0,7 K/m (Messfehler)
D=6 mm : 0,1 Ohm/m = 0,25 K/m (Messfehler)
(D=Außendurchmesser der MI-Leitung)

Wie dick ist die Wandstärke einer MI-Leitung?

Die meisten Hersteller geben hierfür eine Mindestwandstärke an, die 10% des Außendurchmessers der MI-Leitung entspricht.

Was sind 2-, 3- und 4-Leiter Schaltungen?

Sie beschreiben die Leiteranzahl, mit der z. B. ein Pt100-Messwiderstand angeschlossen wird. Während bei der einfachsten 2-Leiter Schaltung der Leitungswiderstand das Messergebnis verfälscht, kann bei der 3- oder 4-Leiter Schaltung dieser negative Einfluss kompensiert und somit die Genauigkeit der Messung verbessert werden.

Was sind mineralisolierte (MI) Leitungen?

Mineralisolierte Leitungen für Widerstandsthermometer bestehen aus einer oder mehreren Kupferleitern, die in hoch verdichtetes Magnesiumoxid eingebettet sind und von einem Mantelrohr aus z. B. Edelstahl 1.4571 umhüllt werden. Für Thermoelemente werden anstelle von Kupferleitungen die zum Thermoelementtyp passenden Thermoleitungen verwendet. Der gebräuchlichste Standard-Mantelwerkstoff bei Thermoelementen ist Inconel 2.4816.

Was sind die Callendar-van-Dusen-Koeffizienten und wie berechne ich diese?

Die Callendar-van-Dusen-Koeffizienten beschreiben eingesetzt in eine Polynomfunktion die tatsächliche Kennlinie eines Platin-Messwiderstandes. Diese kann in einem Messumformer hinterlegt werden und erhöht somit die Messgenauigkeit der gesamtem Messkette. Für die Berechnung der Callendar-van-Dusen-Gleichung im Temperaturbereich über 0 °C ist der Widerstand bei 0 °C und zwei weiteren Prüftemperaturen mittels Vergleichsmessung aufzunehmen. Daraus werden die a- und b-Konstanten errechnet. Für den negativen Temperaturbereich ist die Aufnahme eines Messwertes einer weiteren Prüftemperatur notwendig, um die d-Konstante zu ermitteln. Man kann aber den Kennlinienverlauf des Platin-Messwiderstandes mathematisch genauso über die Polynomgleichung nach DIN EN 60751 mit den Konstanten A, B und C darstellen (siehe hierzu auch WIKA-Datenblatt IN 00.17, Seite 4) und auch diese über die Messung von 3 (bzw. 4 bei t < 0 °C) Prüftemperaturen rechnerisch ermitteln. Ebenso kann man die Konstanten A, B, C in die Callendar-van-Dusen-Konstanten umrechnen.

Was bedeuten die Angaben der Temperaturklassen?

Die Zündtemperatur ist die niedrigste Temperatur, bei der sich ein zündfähiges Gasgemisch an einer Flamme, heißen Oberfläche oder anderweitig erzeugten Funken entzünden kann. Gase und Dämpfe werden in Klassen eingeteilt, in denen die Temperatur der Oberfläche stets kleiner sein muss als die des Gemisches (T1 > 450 °C, T2 > 300 °C, T3 > 200 °C, T4 > 135 °C, T5 > 100 °C, T6 > 85 °C).

Was ist die Bedeutung von Zonen im Explosionsschutz?

Gase:
Zone 0 (Kategorie 1): permanente oder langzeitige Explosionsgefahr
Zone 1 (Kategorie 2): gefährliche Atmosphäre tritt gelegentlich auf
Zone 2 (Kategorie 3): explosionsfähige Atmosphäre tritt nur selten, und dann nur kurzzeitig auf

Stäube:
Zonen 20, 21, 22 mit analoger Bedeutung

Was bedeutet „Interkristalline Korrosion"?

Die IK (Interkristalline Korrosion) ist eine Form der Korrosion, die in den meisten Legierungen bei entsprechenden Bedingungen auftreten kann. Sie wird auch „Kornzerfall“ oder „Chromverarmung" genannt. Die Korrosion erfolgt dabei entlang der Korngrenzen. Bei mit Chrom legierten Stählen verbindet sich das im Werkstoff enthaltene Chrom beim Erwärmen (etwa beim Schweißen) mit dem Kohlenstoff zu Chromcarbid. Dadurch steht das Chrom nicht mehr zum Korrosionsschutz (Bildung einer Passivschicht) im erwärmten Bereich zur Verfügung. Dies tritt besonders bei kohlenstoffreicheren Stählen auf. Bei korrosionsbeständigen Stählen wie z. B. 1.4571 (AISI 316Ti) wirkt die Bindung des Kohlenstoffs durch Niob oder Titan zu Niob- oder Titancarbid (stabilisierte Stähle) oder die Absenkung des Kohlenstoffgehalts z. B. 1.4404 (AISI 316L) der IK entgegen: Diese Maßnahmen verhindern die schädliche Reduzierung des Chromgehalts entlang der Korngrenzen.

Was bedeutet „Kaltleiter“?

Kaltleiter leiten Strom bei hohen Temperaturen schlechter als bei kalten Temperaturen. Sie werden auch als PTC-Widerstände (Positive Temperature Coefficent) bezeichnet. Typischerweise werden PTC in hochwertigen Temperaturmessstellen z. B. in der chemischen Industrie eingesetzt.

Was bedeutet „Pt100“?

Pt steht für Platin mit einem Nennwiderstand von 100 Ohm bei 0 °C (EN 60751).

Was bedeutet die Angabe „1/3 DIN“ bei Widerstandsthermometern?

WICHTIG: Die Begriffe 1/3 DIN wie auch 1/5 DIN oder 1/10 DIN waren und sind NICHT GENORMT!
Bis zum Mai 2009 mit Einführung der neuen DIN EN 60751 gab es keine genormte Genauigkeitsklasse besser als Klasse A.
Einige Hersteller von Widerstandsthermometer (auch WIKA) haben diese Begriffe benutzt um Kunden Thermometer mit einer höheren Genauigkeit als Klasse A zu liefern.
Was sich im ersten Moment als sinnvolle Ergänzung der klassischen Normangabe präsentiert, stellt sich bei näherer Betrachtung als völlig unzureichend heraus.
Die klassische Frage: „1/3 DIN von was?“ kann man durch den Zusatz „von Klasse B“ beantworten. Leider beschreibt „1/3 DIN B“ den Sachverhalt immer noch nicht eindeutig.
Tatsächlich gibt es zwei Betrachtungsweisen dieser zusätzlichen Angabe „von Klasse B“.
1.) Man fixiert die erhöhte Genauigkeit auf einen speziellen Temperaturpunkt: 1/3 DIN B bei 0 °C.
2.) Man definiert einen Bereich in dem diese Genauigkeit gelten soll: 1/3 DIN B 0 ... 50 °C.
Die Darstellung wie in 2.) beschrieben birgt eine weitere Unschärfe: Verwendet man einen Klasse-B-Messwiderstand, so hat dessen Kennkurve eine definierte Steigung. Im Beispiel 0 ... 50 °C würde ein Klasse-A-Messwiderstand schon bei ca. 20 °C ein besseres Ergebnis liefern als 1/3 DIN B. Folge: Man muss hier einen Klasse-A-Messwiderstand verwenden. Alle diese „Unschärfen“ haben letztendlich zur Einführung einer neuen Genauigkeitsklasse geführt. Seit Mai 2009 ist in der DIN EN 60751 die Klasse AA enthalten, die - nun genormt - zumindest die 1/3 DIN - Angabe überflüssig macht.

Welche Auswirkung hat ein schlechter Isolationswiderstand?

Nach DIN EN 60751 Pkt. 6.3.1 darf der Isolationswiderstand zwischen jedem Messkreis und dem Mantel bei einer Prüfspannung von min. 100 V DC nicht unter 100 MOhm liegen. Bei einem zu niedrigen Isolationswiderstand tritt ein Messfehler auf, der eine zu niedrige Temperaturanzeige bewirkt. Bezogen auf ein Widerstandsthermometer (mit Mantelleitung) ergibt sich bei einem Isolationswiderstand von 100 kOhm ein Anzeigefehler bis zu 0,25 Ohm bzw. bei 25 kOhm bis zu 1 Ohm. An allen WIKA-Widerstandthermometern wird eine Isolationsprüfung mit 500 V DC und einem Isolationswiderstand von > 1000 MOhm durchgeführt. D.h. wir prüfen um den Faktor 50 besser, als die Norm vorgibt.

Was ist Grünfäule?

Thermoelemente altern und verändern ihre Temperatur-Thermospannungskennlinie.
Beim Thermoelement Typ K können bei hohen Temperaturen erhebliche Veränderungen der Thermospannung durch Chromverarmung im NiCr-Schenkel auftreten, was eine sinkende Thermospannung zur Folge hat.
Bei Sauerstoffmangel wird dieser Effekt noch beschleunigt, weil sich keine vollständigen Oxydhäute auf der Oberfläche des Thermoelementes ausbilden können, die einer weiteren Oxydation entgegenwirken. Es oxydiert das Chrom, nicht jedoch das Nickel. Dadurch entsteht die sogenannte "Grünfäule", die das Thermoelement zerstört.
Bei schnellem Abkühlen von NiCr-Ni-Thermoelementen, die oberhalb 700 °C betrieben wurden, kommt es während der Abkühlung zum Einfrieren bestimmter Zustände im Kristallgefüge (Nahordnung), was bei Typ-K-Elementen eine Thermospannungsänderung bis zu 0,8 mV zur Folge haben kann (K-Effekt).

Welches ist der erlaubte Mindestbiegeradius einer MI-Leitung?

Die VDI/VDE 3511 Blatt 2 empfiehlt hier einen Krümmungsradius R von ≥ 5 x D (D=Außendurchmesser der MI-Leitung), manche MI-Leitungshersteller geben abweichend sogar ≥ 3 x D als Mindestbiegeradius an.

Was ist Thermospannung (oder Seebeck-Effekt)?

Der nach Thomas Johann Seebeck genannte Effekt beschreibt die Tatsache, dass bei zwei an einer Seite verbundenen unterschiedlichen metallischen Leitern eine elektrische Spannung entsteht, wenn an dem „Thermoelement“ ein Temperaturunterschied zwischen dem verbundenen und dem offenen Ende herrscht.

Warum gibt es seit einiger Zeit eine Trennung der Genauigkeitsklassen für Pt100-Messwiderstände nach „drahtgewickelte Widerstände“ und „Schichtwiderstände“?

In der Vergangenheit wurde kein Unterschied zwischen den beiden Grundbauformen der Messwiderstände bzw. deren Temperaturgrenzwerten gemacht. Die Praxis zeigte jedoch, dass Schichtmesswiderstände (Dünnfilm- und Chipwiderstände) bei höheren Temperaturen eine (zum Teil nicht unerhebliche) Abweichung gegenüber der Kennlinie aufweisen. Diesem Verhalten wurde in der DIN EN 60751:2009-5 durch die Aufsplittung der Temperaturbereiche innerhalb der einzelnen Genauigkeitsklassen Rechnung getragen.

Warum sollten Pt100-Messkreise mit eingeschränkter Toleranzklasse A oder AA nach  DIN EN60751 mindestens in 3- oder 4-Leiterschaltung betrieben werden?

Die 2-Leiterschaltung ist für die Klassen A und AA nach EN 60751 nicht zulässig, da sich hier der Innenleitungswiderstand der Zuleitung zum Messwert hinzu addiert. Dadurch wird in der Regel die für das Thermometer angegebene Toleranz überschritten. Ein Ausmessen des Zuleitungswiderstandes bei Raumtemperatur und dessen Abgleich z. B. im Transmitter ist zwar möglich, es würde aber trotzdem noch der temperaturabhängige Widerstand der Innenleiter der Zuleitung als Fehler in den Messwert eingehen. Fazit: Eine 2-Leiterschaltung ist für eine genaue Temperaturmessung nicht geeignet.