Grundlagen der Temperaturmessung

Für jede Messaufgabe den richtigen Temperatursensor

Temperaturfühler

Welche Art Temperaturfühler Sie benötigen, hängt von Ihrer Messaufgabe ab. Grundsätzlich stehen Thermoelemente, Widerstandssensoren (Pt100 und Ntc) und Strahlungsthermometer (Infrarotsensoren) zur Auswahl.

auswahl

Als Faustformel gilt:

  • Thermoelementfühler sind sehr schnell und haben einen großen Messbereich.
  • Widerstandsfühler sind langsamer, aber genauer.
  • Ntc-Fühler sind schnell, genau, haben aber einen eingeschränkten Messbereich.
  • Infrarotsensoren berühren das Messobjekt nicht, haben sehr kleine Zeitkonstanten, sind aber vom Emmissionsgrad abhängig.
  • Je größer der Messbereich, desto universeller die Einsatzmöglichkeiten.

Auswahlkriterien:
Den für Ihre Messaufgabe geeigneten Temperatursensor wählen Sie nach folgenden Kriterien aus:

  • Messbereich
  • Genauigkeit
  • Ansprechzeit
  • Beständigkeit
  • Bauform

Thermoelemente

Thermoelemente

Thermoelemente bestehen aus zwei punktverschweißten Drähten aus unterschiedlichen Metallen und Metall-Legierungen.
Bei der Temperaturmessung wird der sog. thermoelektrische Effekt an der Kontaktfläche ausgenutzt. Er ruft eine relativ kleine Thermospannung hervor, die von der Temperaturdifferenz zwischen Messstelle und Anschlussklemmen abhängt.
Genauigkeit, Einsatztemperaturen:
Die Grundwerte der Thermospannungen und der zulässigen Toleranzen von Thermoelementen sind in der DIN/IEC 584 festgelegt.
Die Thermoelementfühler sind nach DIN/IEC 584-2 in verschiedenen Genauigkeitsklassen erhältlich.

Genauigkeitsklassen für die Thermoelemente Typ K oder N (Auszug)

Klasse Gültigkeitsbereich Grenzabweichung
(es gilt der jeweils der größere Wert)
1 -40 bis 1000°C ±1.5 K oder ±0.004 x | t | K
2 -40 bis 1200°C ±2.5 K oder ±0.0075 x | t | K

Die Genauigkeitsklasse wird für jeden Thermoelementfühler angegeben. Die Genauigkeit gilt in dem oben angegebenen Gültigkeitsbereich. Für jeden Fühler ist - abhängig von seiner Bauart – sein Einsatzbereich angegeben. Diese Werte beziehen sich auf die Fühlerspitze. Zusätzlich sind die Einsatzbereiche für Anschlusskabel und Übergangshülsen o.ä. zu berücksichtigen.. Die Fühlergriffe und Kabel sind in der Regel bis 80 °C beständig. ­Hitzebeständige Kabel liefern wir auf Anfrage. Es gibt verschiedene Typen von Thermoelementen, die sich durch den Temperaturbereich, die Empfindlichkeit und vor allem die Verträglichkeit mit dem Messmedium unterscheiden. Das am weitesten verbreitete Thermoelement ist NiCr-Ni (Typ K).

Anschlusskabel mit Thermoleitung (Litze), kein Temperatureinfluß am Übergang vom Messelement zum Kabel
Für die Fühleranschlußkabel wird ab sofort bei vielen Fühlertypen eine neue Thermoleitung (Litze, Thermoleitung Klasse 2) verwendet (anstatt der üblichen Ausgleichsleitung). Die Übergangsstelle vom Messelement (Fühlerspitze) auf das Anschlußkabel (in der Kabelübergangshülse bzw. im Handgriff) ist so in einem weiten Temperaturbereich bis 200 °C ohne Temperaturfehler; die üblichen Messfehler (durch Temperaturdifferenzen an der Übergangsstelle) bei Verwendung einer Ausgleichsleitung (keine Thermoleitung) werden vermieden.
Für wenige Fühlertypen und für Verlängerungskabel wird wie bisher Ausgleichsleitung verwendet. Die Ausgleichsleitungen entsprechen in der Regel der Klasse 2 nach DIN 43722. Für den Typ K ist der Anwendungstemperaturbereich der Ausgleichsleitung 0 bis 150°C.

Widerstandssensoren (Pt100-Fühler)

Pt100-Fühler

Bei der Temperaturmessung mit Pt100-Fühlern wird deren Widerstandserhöhung mit zunehmender Temperatur ausgenutzt.
Der Messwiderstand wird mit einem konstanten Strom gespeist und der Spannungsabfall am Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur gemessen. Aufgrund der geringen Widerstandsänderung (0,3-0,4 Ω/°C) sollte immer die 4-Leiter-Schaltung verwendet werden, um den Einfluss der Zuleitungsdrähte auszuschließen.

Genauigkeit, Einsatztemperaturen:
Für die Pt100-Fühler werden Messwiderstände nach DIN/IEC 751 eingesetzt. Für den Pt100-Fühler sind verschiedene Genauigkeitsklassen festgelegt.

Genauigkeitsklassen der Pt100-Fühler (Auszug)

Klasse Gültigkeitsbereich
Grenzabweichung

Drahtgewickelte Widerstände
Schichtwiderstände
B -196 bis +600 °C
-50 bis +500 °C ±(0,3 + 0,005 | t |) K
A -100 bis +450 °C -30 bis +300 °C ±(0,15 + 0,002 | t |) K

Die Genauigkeitsklasse wird für jeden Pt100-Fühler angegeben. Je nach Fühlerbauform sind auf Anfrage auch die höheren Genauigkeiten Klasse A und 1/5 DIN Klasse B verfügbar. Die Genauigkeit gilt in dem oben angegebenen Gültigkeitsbereich. Für die Genauigkeit 1/5 DIN Klasse B ist der Gültigkeitsbereich fühlerspezifisch.

Beispiele für Pt100-Grenzabweichungen

Temperatur Grenzabweichungen

DIN Klasse B
DIN Klasse A
1/5 DIN Klasse B*
0°C ±0,3 K
±0,15 K ±0,06 K
100°C ±0,8 K
±0,35 K ±0,16 K
200°C ±1,3 K
±0,55 K ±0,26 K
300°C ±1,8 K
±0,75 K ±0,36 K

Höhere Genauigkeit gegen Aufpreis
Best.Nr. OPG2** Best.Nr. OPG5**

*Gültigkeitsbereich fühlerspezifisch
** Auf Anfrage, abhängig von der Fühlerbauform

Für jeden Fühler ist - abhängig von seiner Bauart – sein Einsatzbereich angegeben. Diese Werte beziehen sich auf die Fühlerspitze. Zusätzlich sind die Einsatzbereiche für Anschlusskabel und Übergangshülsen o.ä. zu berücksichtigen. Die Fühlergriffe und Kabel sind in der Regel bis 80 °C beständig. Hitzebeständige Kabel ­liefern wir auf Anfrage.
Messbereiche, Auflösung:
Pt100-Fühler FP Axxx erhalten standardmäßig den Messbereich Pt100-1 (Auflösung 0,1K). Der Bereich Pt100-2 (Auflösung 0,01K) kann alternativ auf dem 1. oder zusätzlich auf dem 2.Kanal programmiert werden.

Thermistoren (NTC-Sensoren)

NTC-Sensoren

NTC-Sensoren (Thermistoren) haben einen wesentlich höheren Widerstand als Pt100-Fühler. Bei der Temperaturmessung wird deren negativer Temperaturkoeffizient ausgenutzt, d.h. der Widerstand nimmt mit steigender Temperatur ab.
Genauigkeit, Einsatztemperaturen:
Die Genauigkeit des Sensorelementes ist herstellerspezifiziert. Das Sensorelement wird in einem Fühler verbaut und mit Anschlusskabel und ALMEMO® Stecker versehen. Verarbeitung, Übergangs- und Klemmstellen und das Anschlusskabel haben einen Einfluss auf die Genauigkeit des Temperaturfühlers.
Für den NTC-Temperaturfühler mit einer Kabellänge bis zu 2 m wird die folgende Genauigkeit spezifiziert:

Genauigkeit der NTC-Fühler:

Gültigkeitsbereich Grenzabweichung
-20 bis < 0 °C ±0,4 K
0 bis 70 °C
±0,2 K
>70 bis 100 °C ±0,6 K

Die Genauigkeit gilt in dem oben angegebenen Gültigkeitsbereich.
Für jeden Fühler ist - abhängig von seiner Bauart – sein Einsatzbereich angegeben. Diese Werte beziehen sich auf die Fühlerspitze. Zusätzlich sind die Einsatzbereiche für Anschlusskabel und Übergangshülsen o.ä. zu berücksichtigen.
Die Fühlergriffe und Kabel sind bis 80 °C beständig.

Bauformen und Anwendungsbereiche

So vielfältig wie die Messaufgaben sind die Bauformen von Temperaturfühlern.
Tmax ist die maximale Einsatztemperatur der Fühlerspitze.
T90 ist die Zeitdauer, die der Fühler nach einem Temperatursprung braucht, um 90% der Sprungantwort zu erreichen. Die angegebenen T90-Zeiten beziehen sich auf Messungen in bewegter Flüssigkeit.
Die aufgeführten Temperaturfühler sind auf Anfrage auch in anderen Längen und Durchmessern lieferbar.


Oberflächenfühler mit flacher Messspitze - Für Messungen an guten Wärmeleitern, auf glatten und planen Oberflächen
Oberflächenfühler mit federndem Thermoelementband - Für schnelle Messungen auch auf nicht planen Oberflächen
Tauchfühler - Für Messungen in Flüssigkeiten, Luft und Gasen, sowie pulvrigen Medien
Fühler mit hitzebeständiger Messspitze - Für Messungen bei extrem hohen Temperaturen
Fühler mit Einstechspitze - Für Messungen in plastischen und pastösen Medien
Schwertfühler
- Für Messung in Papier-, Karton-, Tabak- und Textilstapeln
Fühler mit freiem Sensor - Für Messungen in Luft und Gasen


Sollten Sie nicht den passenden Fühler finden, fertigen wir auch nach Ihren Angaben und liefern Ihnen einen Fühler nach Maß!

ALMEMO® Temperaturmessung

Alle ALMEMO® Fühler können justiert werden, d. h. Korrekturwerte des Sensors können im Anschlussstecker hinterlegt werden. Dadurch lässt sich die Messgenauigkeit wesentlich erhöhen.
Bei den von Ahlborn durchgeführten DAkkS- und Werkskalibrierungen werden bei Bedarf die Korrekturwerte erfasst, im Fühlerstecker hinterlegt und verriegelt. Die Justage kann in 2 Punkten (Nullpunkt, Steigung) oder in über 30 Punkten als Mehrpunktjustage ausgeführt werden. Damit werden bei den kalibrierten Temperaturpunkten kleinste Abweichungen erreicht.
Die Mehrpunktjustage ist im Kapitel Eingangsstecker und im Kapitel Kalibrierzertifikate detailliert beschrieben.

Präzise Temperaturmessung mit digitalen ALMEMO® Fühlern
Mit digitalen ALMEMO® Fühlern werden Temperaturen mit hoher Präzision gemessen.
Jeder beliebige Pt100- und NTC-Fühler wird mit dem passenden ALMEMO® Messtecker zum digitalen Fühler.
Für Pt100-Fühler wird der digitale ALMEMO® D7-Messstecker zusammen mit einem ALMEMO® V7-Messgerät verwendet, für NTC-Fühler wird der digitale ALMEMO® D6-Messstecker zusammen mit einem beliebigen aktuellen ALMEMO® Messgerät verwendet.
Die Gesamtgenauigkeit der Messung wird nur bestimmt durch den Temperatur-Fühler mit dem angeschlossenen ALMEMO® Messstecker, unabhängig vom ALMEMO® Anzeigegerät/Daten-logger. Die vollständige Messkette, bestehend aus dem Temperaturfühler und dem angeschlossenen ALMEMO® Mess-stecker, kann kalibriert werden. Eine erhöhte Genauigkeit wird bei der Kalibrierung durch eine Mehrpunktjustage des Fühlers erreicht.

Temperaturfühler Pt100 mit digitalem ALMEMO® D7-Messstecker
Hohe Auflösung 0,01 K im gesamten Messbereich bis 850°C.
Linearisierung der Pt100-Kennlinie mit fehlerfreiem Rechenverfahren.
Bei kalibrierten Fühlern erhöhte Genauigkeit durch Mehrpunktjustage des Pt100-Fühlers.

Der digitale ALMEMO® D7-Messstecker arbeitet mit einem eigenen eingebauten AD-Wandler. Es wird die hohe Auflösung von 0,01 K im gesamten Messbereich bis 850°C erreicht. Die Linearisierung der Pt100-Kennlinie wird entsprechend der DIN IEC 751 fehlerfrei berechnet (kein Näherungsverfahren).
Zur Fühlerkennzeichnung kann im ALMEMO® D7-Messstecker ein bis zu 20-stelliger Kommentar programmiert werden.

Temperaturfühler NTC mit digitalem ALMEMO® D6-Messstecker
Hohe Präzision. Hohe Auflösung 0,001 K für den Messbereich -20 bis +65°C.
Linearisierung der NTC-Kennlinie nach Galway Steinhart mit fehlerfreiem Rechenverfahren.
Erhöhte Genauigkeit durch Mehrpunktjustage des NTC-Fühlers bei der Kalibrierung.

Der digitale ALMEMO® D6-Messstecker arbeitet mit einem eigenen eingebauten AD-Wandler. Die Linearisierung der NTC-Kennlinie wird mit den Galway Steinhart Koeffizienten fehlerfrei berechnet (kein Näherungsverfahren). Für den Messbereich -20 bis +65°C wird die hohe Auflösung von 0,001 K erreicht.
Die hohe Präzision des digitalen Temperaturfühlers ist unabhängig von nachfolgenden Verlängerungskabeln.