【Grundlagen】Arbeitsprinzip, Aufbau und grundlegende Eigenschaften von Wärmewiderständen

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Wärmewiderstände kommen im industriellen Produktionsprozess am häufigsten vor. In diesem Beitrag wird der Funktionsweise von Wärmewiderständen, ihre Struktur sowie ihre grundlegenden Eigenschaften erläutert. Dies hilft allen dabei, Wärmewiderstände besser zu verstehen und hochleistungsfähige Wärmewiderstände auszuwählen. Wirkungsprinzip und Aufbau von Wärmewiderständen: Wärmewiderstände nutzen die Eigenschaft, dass sich der elektrische Widerstand eines Stoffes mit Änderungen der Temperatur ändert, um die Temperatur zu messen. Der Temperatursensor eines Wärmewiderstands besteht aus dünnen Metalldrähten, die gleichmäßig um einen aus Isoliermaterial gefertigten Rahmen gewickelt sind. Wenn im zu messenden Medium ein Temperaturgradient vorliegt, dann ist die gemessene Temperatur die durchschnittliche Temperatur des Mediums in dem Bereich, in dem sich der Temperatursensor befindet. Eine vormontierte Wärmewiderstandssonde besteht hauptsächlich aus einer Verbinderkiste, Anschlusskontakten, Schutzhüllen, Isolierhüllen sowie dem Temperaturfühler. Die grundlegende Struktur ist in Abbildung 1 dargestellt. In der praktischen Anwendung sind sie meist außerdem mit verschiedenen Befestigungsvorrichtungen ausgestattet, um eine Montage vor Ort in der Produktion zu ermöglichen. http://yunrun.com.cn/upload/201806/27/201806271634035873.png ① Dichtung für den Anschlussbereich ② Muttern für den Anschlussbereich ③ Kette ④ Deckel ⑤ Anschlussklemmen ⑥ Dichtung für den Deckel ⑦ Verbindungsbox ⑧ Anschlussplatte ⑨ Schutzrohr für die Wärmewiderstandssensoren ⑩ Isolierrohr ⑪ Wärmewiderstandselement. Abbildung 1: Zeichnung der Struktur des modularen Wärmewiderstandssensors. Der in einer Hülle eingebettete Wärmewiderstandssensor hat einen kleineren Durchmesser als der modulare Wärmewiderstandssensor. Er zeichnet sich durch Flexibilität, Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und Vibrationen sowie Langlebigkeit aus. Zudem kann er als Kernkomponente des modularen Wärmewiderstandssensors verwendet werden. Die äußere Hülle besteht aus Edelstahl und ist mit einem hochdichten Isoliermaterial gefüllt. Der Sensor eignet sich zur Verwendung in Umgebungen mit schwierigen Bedingungen. Das Messbereich liegt bei -200 bis 500 °C. Beim Gebrauch ist darauf zu achten, dass sich an den Enden die Temperatursensoren befinden. Die Enden dürfen nicht in einem Umfang von 30 mm gebogen werden, um die Temperatursensoren nicht zu beschädigen. Die frühen Produkte aus den Reihen der Wärmewiderstandssensoren bestanden meist aus Drahtspulen, die auf einem Rahmen befestigt waren. Es gab Rahmen aus Glimmer, Kunststoff, Glas, Keramik sowie auch platinbasierte Sensoren, bei denen das Platin außen um den Rahmen gewickelt war und anschließend gesintert wurde. Unter diesen Platinwärmesensoren zeichneten sich die Sensoren mit gesintertem Platin, bei denen das Platin außen um den Rahmen gewickelt war, durch hohe Leistung, gute Kosten-Leistungs-Verhältnisse sowie eine lange Lebensdauer aus. Da diese Sensoren am teuersten waren, verwenden sie im Inland nur Hersteller, die hochwertige Platinwiderstände herstellen. Dünnschicht-Wärmewiderstandselemente werden weit verbreitet eingesetzt. Wie in Abbildung 2 zu sehen ist, können sie sowohl bei modularen als auch bei geschützten Wärmewiderständen verwendet werden. Sie sind kompakt gebaut und kostengünstig. Allerdings beträgt die Prüfstromstärke dieser Elemente nur gering – in der Regel 1 mA, maximal jedoch 3 mA. Temperaturführende Elemente, die durch Unterbrechung oder Kurzschluss beschädigt sind, können bei einer Glimmer- oder Kunststoffstruktur repariert werden. Bei anderen Strukturen lassen sich die temperaturführenden Elemente nicht reparieren – sie müssen ersetzt werden. http://yunrun.com.cn/upload/201806/27/201806271637212705.png Abbildung 2: Zeichnung der Struktur eines dünnen Widerstandselements. Grundlegende Eigenschaften von Widerständen: Die grundlegenden Eigenschaften gängiger Widerstände sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1: Grundlegende Eigenschaften gängiger Wärmewiderstände
Typ des Wärmewiderstands | Genauigkeitsklasse | Skalennummer | Nennwiderstand bei 0°C / Ω | Temperaturmessbereich / °C | Zulässige Abweichung / °C
Platindraht-Wärmewiderstand, Klasse A | Pt100 | 100,000 | -200~850 | ±(0,15+0,002|t|)
Platindraht-Wärmewiderstand, Klasse A | Pt10 | 10,000 | -200~850 | ±(0,15+0,002|t|)
Platindraht-Wärmewiderstand, Klasse B | Pt100 | 100,000 | -200~850 | ±(0,30+0,005|t|)
Platindraht-Wärmewiderstand, Klasse B | Pt10 | 10,000 | -200~850 | ±(0,30+0,005|t|)
Kupferdraht-Wärmewiderstand – Cu50 | 50,000 | -50~150 | ±(0,30+0,006|t|)
Kupferdraht-Wärmewiderstand – Cu100 | 100,000 | -50~150 | ±(0,30+0,006|t|)