Temperatursensoren für Querx PT

Blog: Temperatursensoren für Querx PT | egnite Smart Sensors

Querx PT wird zusammen mit einem Testsensor ausgeliefert. Damit können Sie das Gerät durch Anschließen an ein Ethernet Netzwerk und die Spannungsversorgung sofort in Betrieb nehmen.

Querx PT Testsensor | egnite Smart Sensors

Allerdings handelt es sich hierbei tatsächlich nur um einen einfachen Testsensor mit einem 100 mm langen PVC-Kabel, ohne Schutzhülse. Er liefert zwar brauchbare Messwerte, aber bietet wenig Spielraum bei der Installation vor Ort. Doch genau hier liegt der Vorteil von Querx PT: Es gibt für fast alle Montage-Orte speziell geeignete Temperatursensoren und die Länge des Sensorkabels kann bis zu einigen hundert Metern betragen.

Der folgende Beitrag soll Ihnen helfen, den für Ihre Anwendung geeigneten Sensor auszuwählen.

Sensortypen

Querx PT steht aktuell in vier Varianten zur Verfügung. Die Geräte Querx PT100 und Querx WLAN PT100 sind für Pt100-Sensoren konfiguriert, während Querx PT1000 und Querx WLAN PT1000 für Pt1000-Sensoren vorbereitet sind.

Solche Sensoren bestehen aus einem elektrischen Widerstand, einem Gehäuse zum Schutz des Widerstands bzw. zur einfacheren Montage und meist einem Kabel, um den Sensor an Überwachungsgeräte wie Querx PT anzuschließen.

Der Unterschied zwischen Pt100 und Pt1000 ist leicht erklärt: Bei einer Temperatur von 0 °C haben Pt100-Sensoren einen elektrischen Widerstand von 100 Ω und Pt1000-Sensoren entsprechend 1000 Ω (oder kürzer 1 kΩ).

Die Buchstaben Pt bezeichnen das chemische Element, aus dem der elektrische Widerstand überwiegend hergestellt wird, nämlich Platin. Bei üblichen Widerständen, wie sie in der Elektronik Verwendung finden, ist eine Änderung des Wertes mit der Umgebungstemperatur normalerweise unerwünscht und kann nur bis zu einem gewissen Maß verhindert werden. Will man aber mit einem Widerstand die Temperatur messen, wird genau diese Änderung gefordert. Neben vielen anderen Vorteilen hat Platin die Eigenschaft, dass die Änderung des Widerstandswertes einigermaßen gleichmäßig über den interessanten Temperaturbereich von -200 °C bis +600 °C verläuft. Mehr dazu später.

egnite bietet eine Reihe von Temperatursensoren an und erweitert dieses Angebot laufend. Es gibt aber eine unüberschaubare Vielfalt an Widerstandssensoren und ein einzelner Anbieter kann niemals die gesamte Palette im Angebot haben. Wenn Sie bei einem anderen Anbieter einen für Ihre Anwendung geeigneten Pt100- oder Pt-1000 Sensor entdecken, können Sie diesen problemlos mit Querx PT verwenden.

Bauformen

Hier gibt es die unterschiedlichsten Ausführungsformen. Neben den angebotenen Standardsensoren bieten Hersteller verschiedener Geräte noch eigene Bauformen an, die sich besonders einfach in ihre Produkte integrieren lassen.

Kabelfühler | egnite Smart Sensor

Die verbreitetste Bauform ist der sogenannte Kabelfühler. Dieser besteht meist aus einer Metallhülse von 3 oder 6 mm Durchmesser, die das Widerstandselement enthält und auf ein Anschlusskabel gequetscht wurde. Kabelfühler bringen gute Ergebnisse bei der Messung der umgebenden Luft und speziell gekennzeichnete wasserdichte Ausführungen können in Flüssigkeiten getaucht werden. Atemluft oder Wasser sind meist unproblematisch, bei anderen, insbesondere aggressiven Medien sollten Sie das Datenblatt des Kabelfühlers zu Rate ziehen oder direkt den Hersteller fragen.

 

Anlegefühler | egnite Smart Sensors

Oft sind Flüssigkeiten in Rohrleitungen zu messen, für die sich Kabelfühler wegen der geringen Kontaktfläche weniger eignen. Hier kommen z.B. Anlegefühler zum Einsatz, oder bei höherer Genauigkeitsanforderung sogenannte Tauchhülsen. Letztere bestehen aus einer Metallhülse, die in die Rohrleitung eingeschraubt wird und den Kabelfühler aufnimmt. Die Tauchhülse wird vorher mit einer wärmeleitenden Paste gefüllt, damit die Wärme oder Kälte gut zum Temperatursensor übertragen wird.

Obwohl sich einfache Kabelfühler auch zur Messung der Temperatur in Wohnräumen eignen, entsprechen Sie nicht unbedingt ästhetischen Vorstellungen. Spezielle Raumtemperaturfühler gibt es ebenfalls als Pt100-Sensoren. Diese werden meist ohne Kabel geliefert, um sie z.B. an unter Putz verlegte Kabel anzuschließen.

Die Überwachung von Kühlgeräten oder Temperaturschränken ist oft eine Herausforderung. Im einfachsten Fall bietet der Hersteller selbst einen Pt-Sensor an oder hat das Gerät sogar mit einem solchen ausgestattet. Andernfalls müssen Sie mit einem Sensor irgendwie in das Gerät kommen, ohne die Isolationseigenschaften des Gehäuses merklich zu beeinträchtigen. Nicht optimal, aber denkbar wäre z.B. ein dünnes Sensorkabel, dass Sie zwischen den Gummiabdichtungen einer Tür hindurchführen. Besser geeignet wären Kabelfühler mit Gewinde, wahlweise mit oder ohne Tauchhülse, wie Sie bereits für Rohrleitungen beschrieben wurden. Da dazu ein Loch in das Gehäuse gebohrt werden muss, ist diese Lösung natürlich Fachleuten vorbehalten, die den Einfluss einer solchen Modifikation auf das Gesamtsystem einschätzen können. Der Kühlschrank oder Backofen in Ihrer Küche wird damit sicher die Garantie des Herstellers verlieren.

Sensorkabel

Die meisten Temperatursensoren werden mit einem mehr oder weniger langen Kabel geliefert. Haben Sie einen Sensor mit passender Kabellänge gefunden, sollten Sie darauf achten, dass die Kabelenden in die relativ filigranen Anschlussklemmen von Querx PT passen. Der Durchmesser der Einzelleitungen, der Adern, sollte 0,2 bis 0,75 mm2 ((24 ... 18 AWG) betragen, bei Leitern mit Aderendhülsen 0,25 bis 0,34 mm2.

Querx PT Anschlussklemmen | egnite Smart Sensors

Viele Temperatursensoren werden mit Kabellängen von ein bis zehn Meter angeboten. Reicht das nicht aus, kann man diese problemlos mit einem Kabel verlängern, wenn man folgendes beachtet: Auch Kabel haben einen, wenn auch kleinen, elektrischen Widerstand (Leitungswiderstand), der sich zu dem Widerstand des Sensors addiert. Die von Querx PT ermittelte Temperatur fällt dann höher aus als die tatsächliche.

Dieser Leitungsfehler ist nicht zu unterschätzen. So hat ein Meter Kupferkabel mit einem Durchmesser von 0,5 mm (Querschnitt 0,2 mm2, AWG24) einen Widerstand von 0,086 Ω. Für jeden Meter Sensorkabel erhöht sich die Temperaturanzeige von Querx PT100 um etwa 0,22 °C. Schon bei zehn Metern hätten wir damit eine Abweichung von über 2 °C. Bei Pt1000-Sensoren reduziert sich dieser Fehler um ein Zehntel.

Es gibt aber Abhilfe, nämlich 3- und 4-adrige Sensorkabel. Bei 4-Leiter-Sensoren wird ein Paar dazu verwendet, den Strom für die Messung über den Sensor zu leiten und das zweite Paar, um die Spannung am Sensor zu messen. Die 4-Leiter-Schaltung bietet die höchste Genauigkeit. Um Kabel einzusparen, reichen aber auch 3 Leiter. Hiermit kann Querx PT den Leitungswiderstand getrennt ermitteln und vom Ergebnis der Widerstandsmessung am Sensor automatisch wieder abziehen.

Damit Querx PT diese zusätzliche Messung und die erforderliche Rechnung auch durchführt, muss das Gerät entsprechend über das Webinterface konfiguriert werden. Auch ist zu beachten, dass alle 3 Leiter gleich sind, was bei der Lösung mit 4 Leitern nicht erforderlich ist. In der Konfiguration fällt auf, dass es keine Trennung zwischen 2- und 4-Leiter-Sensoren gibt. Denn eigentlich verwendet Querx PT bei Sensoren mit 2 Leitern ebenfalls die 4-Leiter-Messung. Über die beiden kleinen Schalter an der Sensorklemme werden jeweils 2 Leiter verbunden, wenn man diese auf ON stellt. So sind für das Kabel am Sensor nur 2 Leiter nötig.

Wie lang kann denn nun ein 3- oder 4-Leiter-Sensorkabel maximal sein? Eigentlich viele hundert Meter. Praktisch besteht aber noch das Problem, dass magnetische oder elektrische Felder aus der Umgebung des Kabels die Messung beeinflussen können. Dies ist ein schwieriges Thema und oft nur durch Versuche in den Griff zu bekommen. Vermeiden Sie bei der Kabelführung parallel laufende Versorgungsleitungen und halten Sie möglichst großen Abstand zu elektromagnetischen Anlagen wie Motoren, Relais o.ä. Um Messfehler zu reduzieren, die durch Wechselspannungsleitungen verursacht werden, hat Querx PT einen internen 50 Hz Filter, der diese Frequenz und ihre Oberwellen um 82 dB dämpft. Für Länder mit 60 Hz Wechselspannung kann der Filter im Webinterface entsprechend umgestellt werden.

Zusammengefasst:

2-Leiter-Temperatursensoren sollte man nur mit kurzen Kabeln verwenden. Schon für wenige Meter empfiehlt es sich, 3- oder 4-Leiter-Temperatursensoren einzusetzen, welche dann mit zusätzlichen Kabeln verlängert werden können. In jedem Fall müssen die Schalter an der Querx PT Sensorklemme und die Sensorkonfiguration im Webinterface entsprechend eingestellt werden.

Messbereich

Die Messelektronik des Querx PT deckt einen Temperaturbereich von -200 °C bis +750 °C ab. Natürlich ist nicht jeder Sensor in der Lage, diese Temperaturextreme zu verkraften. Eine Schwachstelle ist das Kabel, welches bei niedrigen Temperaturen brechen und bei hohen Temperaturen schmelzen kann. Kabelfühler haben in der Regel eine Metallhülse, die den Anschein macht, hohen Temperaturen widerstehen zu können. Da das Widerstandselement, wie wir gelernt haben, aus Platin, also einem hitzebeständigen Edelmetall, gefertigt ist, sollte auch dieses kein Problem darstellen. Doch Vorsicht, in der Hülse befindet sich eine Vergussmasse, die auf alle möglichen Arten auf zu hohe Temperaturen reagieren kann. Zudem besteht die Möglichkeit, dass die gut wärmeleitende Metallhülse die Temperatur auf die Anschlussleitung überträgt.

Bevor Sie Pt100- oder Pt1000-Sensoren zum Messen sehr hoher oder sehr niedriger Temperaturen einsetzen, müssen Sie also sicherstellen, dass die Sensoren und gege̱benenfalls die Kabel für solche Temperaturen spezifiziert sind.

Keinesfalls dürfen Sie Querx PT selbst solchen Extremen aussetzen. Das Gerät funktioniert nur zuverlässig, wenn Sie es in einer Umgebung betreiben, deren Temperatur innerhalb der im Datenblatt genannten Grenzwerte von -40 °C bis +85 °C bleibt. Beachten Sie dabei, dass Kupferkabel gute Wärmeleiter sind und die hohen Temperaturen, denen der angeschlossene Temperatursensor ausgesetzt ist, in das Innere des Querx PT weiterleiten können.

Messgenauigkeit

Solange Sie normale Lufttemperaturen im Innen- oder Außenbereich messen und die Hinweise zu Kabellänge und Aufstellungsort berücksichtigen, wird Querx PT mit den üblichen Pt100- oder Pt1000-Temperatursensoren die angegebene Genauigkeit spielend einhalten. Je weiter sich die Messwerte vom Nullpunkt entfernen, um so mehr steigt jedoch das Risiko von Messfehlern.

Querx PT misst Temperaturen mit einer Genauigkeit von ±0,5 °C über den gesamten Bereich von -200 °C bis +750 °C. Dies gilt allerdings nur für die Messelektronik im Querx PT, der angeschlossene Sensor wird ebenfalls eine gewisse Abweichung aufweisen, die sich zum Messfehler der Elektronik addiert. Im Datenblatt des Temperatursensors finden Sie nähere Angaben dazu. Generell hilft hier aber die Normierung, die diese Sensoren in Genauigkeitsklassen einteilt. Weit verbreitet ist die Klasse B, welche bei 0 °C eine maximale Abweichung von ±0,3 °C aufweisen darf. Bei sehr hohen oder sehr niedrigen Temperaturen beträgt die zulässige Abweichung aber ein Vielfaches. Im Grenzbereich um +600 °C sind das in der Klasse B schon ±3 °C.

Dieser Fehler kommt dadurch zustande, dass sich bei Platin der Widerstand zwar fast linear mit steigender Temperatur erhöht, aber eben nur fast. Querx PT verwendet eine spezielle Formel, die sog. Callendar-van Dusen-Gleichung, um diesen Fehler auszugleichen. Hier gibt es aber einiges zu berücksichtigen. Die Platinwiderstände sind nicht aus reinem Platin, verhalten sich also nicht ganz so, wie man dies von dem reinen Material erwartet. Aus einem Wert α, der die Steigung der Kennlinie zwischen 0 °C und 100 °C angibt, ergeben sich 3 Koeffizienten, die in die Gleichung einzusetzen sind. Querx verwendet die Werte für α = 3,85 * 10-3 °C-1, die in der Norm IEC 751 bzw. DIN 60751 von 1995 festgelegt sind.

Um eine hohe Messgenauigkeit im unteren und oberen Messbereich sicherzustellen, muss auch der Sensor nach dieser Norm hergestellt worden sein. Die von egnite angebotenen Sensoren entsprechen dieser Norm.

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