Prinzip und Aufbau der Wärmewiderstände

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Wärmewiderstände sind der am häufigsten verwendete Temperaturdetektor im mittleren und niedrigen Temperaturbereich. Seine Hauptvorteile sind eine hohe Messgenauigkeit und stabile Leistung. Dabei weist die Platin-Widerstandstemperatursonde die höchste Messgenauigkeit auf. Sie wird nicht nur weit verbreitet in der industriellen Temperaturmessung eingesetzt, sondern auch als Standardreferenzgerät hergestellt. 1. Prinzip und Materialien der Widerstandstemperaturmessung Die Widerstandstemperaturmessung basiert auf der Eigenschaft, dass der Widerstandswert von Metallleitern mit zunehmender Temperatur ansteigt. Wärmewiderstände bestehen meist aus reinen Metallen. Am häufigsten werden dabei Platin und Kupfer verwendet. Inzwischen werden auch Materialien wie Eisen, Nickel, Mangan und Rhodium zur Herstellung von Wärmewiderständen eingesetzt. 2. Struktur der Wärmewiderstände (1) Hochpräzise Wärmewiderstände: Aus dem Prinzip der Temperaturmessung mit Wärmewiderständen geht hervor, dass sich die Temperaturänderung direkt anhand der Änderung des Widerstandswerts des Wärmewiderstands messen lässt. Daher können Veränderungen im Widerstand der Leitungen, durch die die Signale vom Wärmewiderstand abgeleitet werden, die Genauigkeit der Temperaturmessung beeinträchtigen. Um den Einfluss des Leiterwiderstands zu beseitigen, wird in der Regel ein Dreileiters- oder Vierleitersystem verwendet. (Zweileitensystem: Zwei Leitungen – eine zur Übertragung der Spannung und die andere zur Übertragung des Signals. Das bedeutet, dass die Last, die vom Sensor ausgegeben wird, sowie die Stromversorgung in Reihe miteinander geschaltet sind. Die Stromversorgung wird von außen zugeführt und in Reihe mit der Last geschaltet, um diese anzutreiben.) Dreileitersystem: Ein Sensor im Dreileitersystem hat eine getrennte positive Spannungsquelle sowie eine getrennte positive Signalausgangsleitung, teilt sich jedoch einen COM-Anschluss. Vier-Leiter-System: Zwei Leiter für die Stromversorgung, zwei Leiter für die Signale. Stromversorgung und Signal arbeiten getrennt voneinander. ） （2）Gehäusete Widerstandsthermometer: Gehäusete Widerstandsthermometer bestehen aus einem Temperaturführenden Element (Widerstandskörper), Leitdrähten, Isoliermaterial sowie einer Edelstahlhülle. Ihr Außendurchmesser beträgt in der Regel φ2–φ8 mm. Im Vergleich zu herkömmlichen Wärmewiderständen weist er folgende Vorteile auf: ① Kleine Abmessungen, kein Luftvakuum im Inneren – dadurch ist die thermische Trägheit gering und es kommt zu weniger Verzögerungen bei der Messung ； ②Gute mechanische Eigenschaften, stoßfest und vibrationsbeständig ； ③Kann gebogen werden, was die Montage erleichtert. ④ Lange Lebensdauer. (3) Endflächenwärmewiderstand: Der Temperaturfühler des Endflächenwärmewiderstands besteht aus speziell behandeltem Widerstandswire, der direkt an der Endfläche des Thermometers angebracht ist. Im Vergleich zu herkömmlichen axialen Wärmewiderständen kann er die tatsächliche Temperatur der zu messenden Endfläche genauer und schneller erfassen. Er eignet sich daher zur Messung der Temperatur von Lagerflächen sowie anderer Bauteile. (4) Explosionsgeschützte Wärmewiderstände: Explosionsgeschützte Wärmewiderstände nutzen durch ihre speziell konstruierten Verbinderkästen dazu, eine Explosion von explosionsfähigen Gasgemischen im Inneren des Gehäuses – die durch Funken oder Bogen entstehen könnte – auf den Verbinderkasten selbst zu beschränken. Dadurch kommt es vor Ort nicht zu einer größeren Explosion. Explosionssichere Wärmewiderstände können zur Temperaturmessung in Bereichen mit Explosionsgefahr der Klassen Bla~B3c eingesetzt werden. 3. Aufbau eines Widerstandsthermometer-Systems Ein Widerstandsthermometer-System besteht in der Regel aus einem Widerstandsthermometer, Verbindungsleitungen sowie Anzeigegeräten. Man muss auf die folgenden zwei Punkte achten: ① Der Skalenwert des Wärmewiderstands sowie des Anzeigegeräts muss übereinstimmen. ② Um die Auswirkungen von Schwankungen im Widerstand der Verbindungsleitungen auszuschließen, muss eine Dreileiterschaltung verwendet werden. Wie der Name schon sagt, ändert sich der Widerstandswert eines Wärmewiderstands mit der Temperatur – beispielsweise bei Widerständen, die aus Platin- oder Kupferdrähten hergestellt werden, deren Widerstandswerte linear verlaufen. Für industrielle Zwecke werden in der Regel Wärmewiderstände vom Typ Pt100, Pt10, Pt1000, Cu50 und Cu100 verwendet. Der Temperaturmessbereich dieser Platin-Wärmewiderstände liegt in der Regel zwischen minus 200 und plus 800 Grad Celsius. Bei Kupfer-Wärmewiderständen liegt der Messbereich bei minus 40 bis plus 140 Grad Celsius. Bei Wärmewiderständen, die aus Platindraht hergestellt sind, wird die Skalierung als Pt100 bezeichnet. Das bedeutet, dass sein Widerstand bei 0 Grad 100 Ohm beträgt, bei -200 Grad 18,52 Ohm, bei 200 Grad 175,86 Ohm und bei 800 Grad 375,70 Ohm. Zum Beispiel Wärmewiderstände aus Kupferdraht mit der Skalennummer Cu50. Bei 0 Grad beträgt der Widerstand 50 Ohm, bei 100 Grad 71,400 Ohm. Die Formeln für Wärmewiderstände lauten in der Regel Rt=Ro(1+A*t+B*t*t); es handelt sich dabei um die Formel Rt=Ro. Dabei steht t für die Temperatur in Grad Celsius. Ro ist der Widerstandswert bei null Grad Celsius. A, B und C sind festgelegte Koeffizienten. Für Pt100 beträgt Ro 100. Definition der Skalennummer: Sie gibt den Temperaturbereich an und legt fest, wie viele Volt bzw. Millivolt eine Thermoelemente- oder Widerstandstemperatursonde mit jeder bestimmten Skalennummer ausgibt.