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1) Was ist ein PT100?

A PT100 ist ein Platin RExistenz TTemperatur Detector (RTD), dessen Widerstand ist 100 Ω bei 0 °C. Sein Widerstand steigt linear an mit Temperatur, Bereitstellung hohe GenauigkeitAnwesend Stabilität, Und geringe Drift aus −200 °C bis +600…850 °C (Bereich hängt vom Elementtyp ab). Im Vergleich zu Thermoelementen und Thermistoren bieten PT100 ein hervorragendes Gleichgewicht PräzisionAnwesend Wiederholbarkeit, Und Robustheit für Industrie- und Bauanwendungen.

2) Internationale Standards und Kurven

  • Primärstandard: IEC 60751 / EN 60751

    • Nominell R₀ = 100 Ω bei 0 °C

    • Temperaturkoeffizient α = 0,00385 Ω/Ω/°C (Europäische Kurve)

  • Legacy/Alternative: α = 0,003916 (ältere US-Kurve).

    • Winsen-Standard ist IEC 60751 (α = 0,00385) sofern nicht anders angegeben.

Callendar-Van-Dusen-Gleichung (IEC 60751):

Für 0…+850 °C:

R(T)=R0(1+AT+BT2)R(t) = R_0 left(1 + A t + B t^2 right)

Für −200…0 °C:

R(T)=R0[1+AT+BT2+C(T-100)T3]R(t) = R_0 left[1 + A t + B t^2 + C(t-100)t^3 right]

mit Konstanten:

A=3.9083×10-3AnwesendB=-5.775×10-7AnwesendC=-4.183×10-12A = 3,9083times10^{-3},quad B = -5,775times10^{-7},quad C = -4,183times10^{-12}

Referenzpunkte (α = 0,00385):

  • 0 °C → 100,00 Ω

  • 100 °C → ≈ 138,51 Ω

  • −100 °C → ≈ 60,26 Ω

3) Toleranzklassen (Austauschbarkeit)

Pro IEC 60751 (typische Fehlergrenzen bei Temperatur T in °C):

Klasse Toleranz (°C) Notizen
AA ±(0,10 + 0,0017|t|) Höchste Standardgenauigkeit; kürzere Reichweite
A ±(0,15 + 0,002|t|) Hohe Genauigkeit, üblich im Prozess/Labor
B ±(0,30 + 0,005|t|) Kostengünstig, robust
C ±(0,60 + 0,010|t|) Allzweck / größere Reichweite

Beispiel: Bei 100 °C, Klasse A ≈ ±(0,15 + 0,2) = ±0,35 °C; Klasse B ≈ ±0,80 °C.

4) Elementtypen und Betriebsbereiche

Element Konstruktion Typischer Bereich Vorteile Überlegungen
Drahtgewickelt Platindraht auf Keramik-/Glaskern −200…+600/850 °C Best stability & high-temp range Etwas größer, höhere Kosten
Dünnschicht (Chip) Gesputtertes Pt auf Keramiksubstrat −50…+150/200 °C Kompakt, reaktionsschnell, wirtschaftlich Engere Reichweite, etwas mehr Drift

5) Verdrahtungsmethoden: 2-, 3-, 4-Draht

Verfahren Beschreibung Auswirkungen auf die Genauigkeit Typische Verwendung
2-Draht Sensor in Reihe mit zwei Leitungen Der Leitungswiderstand fügt Fehler hinzu Kurze Leitungen, kostengünstige Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik
3-Draht Fügt einen dritten Lead hinzu kompensieren gleiche Leitungswiderstände Industriestandard für die Feldverkabelung SPS/DCS-Eingänge; mäßige Genauigkeit
4-Draht (Kelvin) Separate Strom- und Erfassungspaare Am besten Genauigkeit; Lead-unabhängig Labore, eichamtlicher Verkehr, Kalibrieranlagen

6) Electrical Excitation & Self-Heating

  • Verwenden Konstantstrom Anregung (typ. 0,1–1,0 mA) oder ratiometrische Brücke.

  • Selbsterwärmung: ∆T ≈ P × (K/W) Wo P = I²R.

    • Typische Selbsterwärmungskoeffizienten: 00,05–0,4 K/mW (abhängig von Medium und Durchfluss).

  • Fehler minimieren durch: geringer Erregerstrom, gepulst/taktgesteuert Messung und gute thermische Ankopplung an das Medium.

7) Response Time & Mechanics

  • Reaktionszeit (t₀.₉): Funktion von ManteldurchmesserAnwesend Strömungsgeschwindigkeit, Und Installation.

    • Beispiel: 3 mm Spitze kann in fließendes Wasser reichen t₀.₉ ≈ 3–8 s; in ruhiger Luft deutlich länger.

  • Mantelmaterialien: SS304/316LAnwesend Inconel, PTFE-beschichtet für korrosive Stoffe.

  • Sondendurchmesser: 3 mm / 4,5 mm / 6 mm / 8 mm gemeinsam.

  • Schutzart: bis zu IP65–IP68 mit ordnungsgemäßem Verguss und Kabelverschraubungen.

8) Typische PT100-Widerstandstabelle (α = 0,00385)

°C Oh °C Oh °C Oh
−50 80,31 0 100,00 50 119,40
−25 90,19 25 109,73 75 129.07
−10 95,48 40 115,54 100 138,51

(Indikativ; verwenden Sie CVD-Gleichungen für genaue Berechnungen oder fordern Sie Winsen-Nachschlagetabellen an.)

9) PT100 vs. Thermoelement vs. Thermistor

Attribut PT100 (RTD) Thermoelement (z. B. Typ K) NTC-Thermistor
Genauigkeit Hoch (Klasse A/B) Mäßig (CJC erforderlich) Hoch nahe dem Sollwert
Stabilität/Drift Exzellent Gut–mäßig Mäßig (Alterung)
Reichweite −200…+600/850 °C Bis 1200–1300 °C Schmal (−40…+150 °C typisch)
Linearität Gut Gerecht Nichtlinear (steil)
Signalpegel 0–300 Ω (muss konditioniert werden) μV-Pegel (benötigt Verstärker/CJC) kΩ–Ω (einfacher Teiler)
Verdrahtung 2/3/4-Draht 2-Draht-Sonderlegierungen 2-Draht
Am besten für Präzision, Stabilität Hohe Temperaturen, robust Kosten, schnelle lokale Erfassung

10) Transmitters & Interfaces

  • Kopf-/Schienensender: Konvertieren Sie PT100 in 4–20 mA (2-Leiter-Schleife)Anwesend 0–10 V, oder digital (HART/Modbus/IO-Link).

  • Direkt zur SPS: Viele SPS/DCS-AI-Karten akzeptieren dies 3-/4-Leiter PT100 mit Linearisierung pro IEC 60751.

  • Winsen options: Kompaktsonden mit integriertem 4–20 mA oder RS-485/Modbus RTU, konfigurierbare Spanne (z. B. −50…+150 °CAnwesend 0…+200 °C).

11) Best Practices für die Installation

  • Eintauchlänge: ≥ 10× Sondendurchmesser (oder 5× bei spitzenempfindlichen Designs), um Stableitungsfehler zu reduzieren.

  • Schutzrohre: Verwendung für Druck/ätzend Medien und einfache Wartung; auswählen nach ASME PTC 19.3 ggf. Weckfrequenz.

  • Wärmeleitpaste: In Trockenbrunnen/Blöcken und Oberflächensensoren anwenden, um die Kopplung zu verbessern.

  • Kabelführung: Geschirmte verdrillte Paare; Vermeiden Sie VFDs/EMI-Quellen; Bondschirm an einem Ende.

  • Umweltversiegelung: Wählen IP67+ zum Abwaschen; Verguss/Zugentlastung, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern.

12) Calibration & Verification

  • Feldprüfung: Eisbad bei 0 °C (destilliertes Wasser + zerstoßenes Eis; darauf achten, dass kein schwimmender Wasserfilm entsteht).

  • Laborkalibrierung: Trockenbrunnen oder Flüssigkeitsbad bei 2–3 Punkte (z. B. 0 °C, 100 °C, Skalenmitte), rückführbar auf ITS-90.

  • Dokumentation: Aufzeichnen wie-gefunden/wie-links, Schleifenstrom an Punkten, Umgebungsbedingungen und Sondenserien.

  • Intervalle: 6–24 Monate, je nach Kritikalität und Umgebung.

13) Common Sources of Error & Mitigation

  • Leitungswiderstand: Verwenden 3- oder 4-Leiter; passende Leitungen in 3-Leiter-Systemen.

  • Selbsterwärmung: Geringerer Erregerstrom; Stellen Sie sicher, dass die Spitze umströmt wird.

  • Stammleitung: Eintauchtiefe erhöhen; Verwenden Sie in Schutzrohren federbelastete Spitzen.

  • Feuchtigkeitseintritt: IP-zertifizierte Baugruppen, vergossene Übergänge, geeignete Verschraubungen.

  • EMI/Erdschleifen: Einzelpunkterdung, abgeschirmtes Kabel, isolierte Sender.

  • Mechanische Beanspruchung: Vermeiden Sie scharfe Kurven; Zugentlastungen verwenden; Wählen Sie bei Bedarf ein flexibles mineralisoliertes (MI) Kabel.

14) Auswahlhilfe

  1. Temperaturspanne (z. B. −50…+150 °C; −200…+400 °C).

  2. Toleranzklasse (A / A / B) Und Elementtyp (drahtgewickelt vs. Dünnschicht).

  3. Verdrahtung (2/3/4-Draht) und Kabeltyp/-länge (PVC, PTFE, Silikon, geflochten).

  4. Mechanisch: Scheide Material (316L/Inconel), Durchmesser (3/6/8 mm), LängeAnwesend Prozessanbindung (NPT/G/BSP, Sanitär-Tri-Clamp, Bajonett).

  5. Eingangsbewertung (IP65–IP68) und Vibration Anforderungen.

  6. Sender (keine / 4–20 mA / 0–10 V / RS-485 Modbus / IO-Link), Leistung Und Ausgabeskalierung.

  7. Einhaltung (RoHS, REACH, CE/UKCA; FDA/3-A für Sanitär).

  8. Dokumentation (Kalenderzertifikat, Materialzertifikate, Schaltplan, Protokoll).

15) Arbeitsbeispiel (100 °C-Prüfung)

Unter Verwendung von IEC 60751, R(100 °C) für PT100 (α=0,00385):

R(100)=100×(1+A⋅100+B⋅1002)≈100×(1+0.39083-0.005775)≈138,51 OhR(100) = 100 times (1 + Acdot100 + Bcdot100^2) ungefähr 100 times (1 + 0,39083 – 0,005775) ungefähr mathbf{138,51 Omega}

Wenn Ihre Anzeige zeigt 138,0 Ohm Bei einem echten 100 °C-Bad beträgt die angezeigter Fehler ist ≈ −0,51 Ω → ≈ −0,37 °C nahe 100 °C (unter Verwendung einer lokalen Steigung ≈ 0,385 Ω/°C).

16) FAQs

F1: Kann ich einen PT100 durch einen PT1000 ersetzen?
A: PT1000 (1000 Ω bei 0 °C) reduziert Leitungsfehler in 2-Leiter-Systemen. Stellen Sie sicher, dass Ihr Instrument unterstützt PT1000 Skalierung und CVD-Koeffizienten.

F2: Welchen Erregerstrom sollte ich verwenden?
A: 0,1–1,0 mA ist typisch. Ein höherer Strom verbessert das SNR, erhöht sich jedoch Selbsterwärmung– Balance für Ihr Medium und Ihren Fluss.

F3: Wie verdrahte ich einen 3-Leiter-PT100?
A: Zwei Leitungen auf einer Seite des Elements, eine auf der anderen. Das Instrument misst und entschädigt der Durchschnitt der beiden Leitungen auf der gleichen Seite (angenommener gleicher Widerstand).

F4: Benötige ich ein Schutzrohr?
A: Verwenden Sie Schutzrohre für Druck, Durchfluss, korrosive Stoffe oder häufiges Entfernen. Direktes Eintauchen führt zu einer schnelleren Reaktion, wenn die Bedingungen dies zulassen.

F5: Wie oft sollte ich kalibrieren?
A: 6–24 Monate basierend auf Kritikalität und Umgebung. Hochwertige Prozesse, Audits oder regulatorische Regelungen können dies erfordern jährlich oder halbjährlich Schecks.

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