Vollständige Anleitung zum PT100-RTD-Sensor Typ TF101

Unter den vielen verfügbaren Temperatursensoren genießen PT100-RTD-Sensoren aufgrund ihrer hohen Genauigkeit, Stabilität und standardisierten Eigenschaften großes Vertrauen.In diesem Artikel wird der PT100-RTD-Sensor im Detail besprochen, einschließlich seines Funktionsprinzips, seiner Pinbelegung, seiner Typen, Verdrahtungsmethoden, Spezifikationen und mehr.

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Was ist ein PT100-RTD-Sensor?

A PT100 RTD-Sensor ist ein Temperatursensor, der Wärme misst, indem er Änderungen im elektrischen Widerstand erkennt.Konkret die PT100 RTD-Sensor Typ TF101, eine weit verbreitete PT100-Sensorfamilie für industrielle und kommerzielle Anwendungen.Der Begriff PT100 weist darauf hin, dass das Sensorelement aus Platin besteht und einen Widerstand von 100 Ohm bei 0 °C aufweist, was stabile, genaue und wiederholbare Temperaturmessungen gewährleistet.

Der PT100-RTD-Sensor vom Typ TF101 basiert auf dem RTD-Prinzip (Resistance Temperature Detector)..Mit zunehmender Temperatur steigt der Widerstand des Platinelements auf präzise und vorhersehbare Weise.Geräte wie Temperaturtransmitter, SPS und Steuerungen messen diese Widerstandsänderung und wandeln sie in einen genauen Temperaturwert um.Abhängig von der TF101-Variante und den Anwendungsanforderungen sind diese Sensoren in 2-Draht-, 3-Draht- und 4-Draht-Konfigurationen erhältlich und bieten Flexibilität zwischen Einfachheit und Messgenauigkeit.

Details zur Pinbelegung des PT100-RTD-Sensors

Pin Nummer	Draht Farbe	Beschreibung
Pin 1	Rot	Verbunden mit einem Ende des Platin-Sensorelements
Pin 2	Blau	Verbunden mit der anderen Ende des Platin-Sensorelements

PT100-RTD-Sensortypen

Modell	Temperatur Reichweite	Sensor Typ / Struktur	Schlüssel Funktionen	Verwendungsmöglichkeiten
TF101N	–70 °C bis +500 °C	Keramik Substrat (nacktes Element)	Sehr klein, schnell Antwort erfordert eine weitere Installation	Maßgeschneiderte Gehäuse, Präzisionsmessung
TF101K	–50 °C bis +170 °C	Keramik Substrat mit Schrumpf- und PTFE-Draht	Flexible Leads, 2- oder 3-Leiter, guter mechanischer Schutz	Motoren, Transformatoren, Wicklungen
TF101U2	–30 °C bis +105 °C (PVC) / –50 °C bis +170 °C (PTFE)	Edelstahl Sonde (V4A)	IP66-Schutz, Flüssigkeits- und Oberflächenmessung	Flüssigkeiten, Oberflächen, Industrieisolierung
TF101G3	–50 °C bis +170 °C	Einschraubbares Messing Gehäuse (M6)	Mit Gewinde Montage, kompakte Bauweise	Kühlkörper, Heizplatten
TF101ZG2	–50 °C bis +170 °C	Sonde aus Stahlrohr (½″)	Schnelle Thermik Reaktion, Rohrinstallation	Pipelines, Prozesskontrolle
TF101R	–20 °C bis +70 °C	Geschlossene Umgebung Sensor (IP54)	Wandmontage Gehäuse, 2- oder 3-Leiter	Innen/außen Umgebungstemperatur

Leitungskompensation und Verdrahtungsmethoden

Die folgenden Anschlussdiagramme erläutern die Leitungskompensations- und Verdrahtungstechniken, die mit dem PT100-RTD-Sensor Typ TF101 verwendet werden.Diese Techniken stellen keine unterschiedlichen TF101-Sensormodelle dar.Stattdessen zeigen sie verschiedene Verkabelungsmethoden, die auf denselben TF101-Sensor angewendet werden können, um das gewünschte Gleichgewicht zwischen Installationskosten, Kabellänge und Messgenauigkeit zu erreichen.Die Wahl der richtigen Verkabelungsmethode ist für eine zuverlässige Temperaturmessung in industriellen und kommerziellen Systemen von entscheidender Bedeutung.

2-Draht-Technik

Die 2-Leiter-Technik ist die einfachste und wirtschaftlichste Anschlussart.In dieser Konfiguration wird der Widerstand des PT100-Sensorelements und der Anschlussdrähte gemeinsam gemessen.Lange Kabellängen sind zwar einfach zu installieren, führen jedoch zu einem zusätzlichen Widerstand, der die Genauigkeit verringert.Häufig ist eine manuelle Kompensation erforderlich, und Widerstandsänderungen, die durch Schwankungen der Umgebungstemperatur in den Kabeln verursacht werden, können nicht vollständig korrigiert werden.

3-Leiter-Technik

Die 3-Draht-Technik verbessert die Genauigkeit, indem ein dritter Draht hinzugefügt wird, der den Leitungswiderstand automatisch ausgleicht.Bei dieser Methode wird davon ausgegangen, dass beide stromführenden Drähte den gleichen Widerstand haben.Da es ein gutes Gleichgewicht zwischen Kosten und Genauigkeit bietet, ist es die am häufigsten verwendete Verdrahtungsmethode für PT100-RTD-Sensoren vom Typ TF101 in industriellen Umgebungen.

4-Draht-Technik

Die 4-Leiter-Technik liefert höchste Messgenauigkeit.Zwei Drähte versorgen den Sensor mit Strom, während zwei separate Drähte die Spannung direkt am Sensorelement messen.Dadurch werden Fehler, die durch Leitungswiderstände verursacht werden, effektiv eliminiert.Allerdings erhöht die zusätzliche Verkabelung die Installationskosten und die Komplexität.

Kombination aus 2-Leiter- und 3-Leiter-Technik

Mit dieser Methode können 2-Draht-TF101-Sensoren mithilfe eines Kompensationswiderstands an 3-Draht-Eingangssysteme angeschlossen werden.Es bietet Flexibilität bei der Aufrüstung bestehender Installationen oder der Integration verschiedener Sensorkonfigurationen in dasselbe System.

Widerstandstabelle für PT100-RTD-Sensoren

Technische Daten des PT100-RTD-Sensors

Parameter	Spezifikation
Sensortyp	PT100 RTD (Widerstandstemperaturdetektor)
Nominell Widerstand	100 Ω bei 0 °C
Sensormaterial	Platin (Pt)
Temperatur Koeffizient (α)	3,85 × 10⁻³ /K
Genauigkeitsklasse	Klasse B (DIN 43760)
Messung Toleranz	±(0,3 + 0,005
Temperatur Reichweite	Abhängig vom Modell (typischerweise –70 °C bis +500 °C)
Max.Sensor Temperatur	200 °C (maximal). 170 Stunden bei Nenngrenze)
Verkabelung Konfiguration	2-Leiter, 3-Leiter, oder 4-Draht
Prüfspannung	2,5 kV Wechselstrom (nicht anwendbar für TF101N)
Verlängerungskabel Material	PTFE-isoliert, versilberter Kupferdraht
Anschlusskabel Querschnitt	0,14 mm²
Schrumpfschlauch Material	Kynar
Langfristig Stabilität	Hoch, passend für den industriellen Dauereinsatz
Reaktionszeit	Schnell (hängt davon ab Sensoraufbau und Medium)

Funktionen des PT100-RTD-Sensors

Hohe Messgenauigkeit

PT100-RTD-Sensoren liefern präzise Temperaturmesswerte, da das Platin-Sensorelement den Widerstand auf sehr vorhersehbare Weise ändert.Dadurch eignen sich PT100-Sensoren für Anwendungen, bei denen eine genaue und konsistente Temperaturmessung von entscheidender Bedeutung ist.

Hervorragende Stabilität und Wiederholbarkeit

Das in PT100-Sensoren verwendete Platinelement bietet eine hervorragende Langzeitstabilität.Selbst nach längerem Gebrauch behält der Sensor eine konstante Leistung bei und gewährleistet so über einen längeren Zeitraum wiederholbare Messungen ohne häufige Neukalibrierung.

Großer Temperaturmessbereich

PT100-RTD-Sensoren können in einem breiten Temperaturbereich betrieben werden, typischerweise von Minustemperaturen bis zu mehreren hundert Grad Celsius.Diese große Auswahl ermöglicht den Einsatz in Industrie-, Gewerbe- und Laborumgebungen.

Mehrere Verkabelungskonfigurationen

PT100-Sensoren unterstützen 2-Leiter-, 3-Leiter- und 4-Leiter-Anschlussmethoden.Diese Flexibilität ermöglicht es Benutzern, eine Verkabelungskonfiguration basierend auf Genauigkeitsanforderungen, Kabellänge und Systemdesign auszuwählen.

Geringe Empfindlichkeit gegenüber elektrischem Rauschen

Im Vergleich zu Thermoelementen sind PT100-RTD-Sensoren weniger anfällig für elektrische Störungen.Dies führt zu stabileren Messwerten, insbesondere in elektrisch verrauschten Industrieumgebungen.

Hohe mechanische und Umweltzuverlässigkeit

PT100-RTD-Sensoren sind in verschiedenen Schutzkonstruktionen erhältlich, beispielsweise mit Keramiksubstraten und Edelstahlsonden.Diese Designs verbessern die Haltbarkeit und ermöglichen einen zuverlässigen Betrieb des Sensors unter rauen Bedingungen.

Standardisierte Eigenschaften

PT100-Sensoren entsprechen internationalen Standards und gewährleisten die Kompatibilität mit einer Vielzahl von Steuerungen, Sendern und Messsystemen.Diese Standardisierung vereinfacht die Integration und den Austausch.

Verwendung und Schnittstelle des PT100-RTD-Sensors

Ein PT100-Sensor ist ein Temperatursensor auf Platinbasis, dessen Widerstand sich mit der Temperatur ändert.Da ein Mikrocontroller den Widerstand nicht direkt messen kann, muss der PT100 an eine einfache Schnittstellenschaltung angeschlossen werden, die Widerstandsänderungen in ein lesbares Spannungssignal umwandelt.Eine der gebräuchlichsten und einsteigerfreundlichsten Methoden ist die Verwendung einer Spannungsteilerschaltung, die an den ADC-Pin (Analog-Digital-Wandler) des Mikrocontrollers angeschlossen ist.

In einer Grundkonfiguration ist der PT100-Sensor in Reihe mit einem festen Widerstand geschaltet und wird von einer stabilen Versorgungsspannung, beispielsweise 5 V, gespeist. Bei Temperaturänderungen ändert sich der Widerstand des PT100, was dazu führt, dass die Spannung am Teilermittelpunkt variiert.Diese variierende Spannung wird dann in den ADC-Pin des Mikrocontrollers eingespeist.Der Mikrocontroller liest diese Spannung und wandelt sie in einen digitalen Wert um, der mithilfe von Kalibrierungsformeln oder Nachschlagetabellen in Temperatur umgewandelt werden kann.

Für einfache Projekte und kurze Kabellängen reicht ein 2-Leiter-PT100-Anschluss aus.Für eine höhere Genauigkeit oder eine längere Verkabelung werden jedoch 3- oder 4-Leiter-Konfigurationen und Signalaufbereitungsschaltungen wie Wheatstone-Brücken und Instrumentenverstärker empfohlen.

Anwendungen für PT100-RTD-Sensoren

• Industrielle Prozesskontrolle

• HVAC-Systeme

• Stromerzeugung und Energiesysteme

• Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung

• Chemische und pharmazeutische Industrie

• Labor- und Kalibrierausrüstung

• Automobil- und Transportsysteme

• Gebäudeautomationssysteme

• Temperaturüberwachung von Maschinen und Anlagen

• Umwelt- und Wetterüberwachung

Sicherer Betrieb des PT100-RTD-Sensors

• Verwenden Sie den PT100-RTD-Sensor nur innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs, um dauerhafte Schäden am Platin-Sensorelement zu vermeiden.Das Überschreiten der maximalen Nenntemperatur kann zu Drift oder Sensorausfall führen.

• Stellen Sie sicher, dass die Verkabelung entsprechend der gewählten Konfiguration (2-Draht, 3-Draht oder 4-Draht) ordnungsgemäß erfolgt.Eine falsche Verkabelung kann zu ungenauen Messwerten oder instabilen Messungen führen.

• Legen Sie einen stabilen und niedrigen Messstrom an den PT100-Sensor an.Übermäßiger Strom kann zu Selbsterwärmung führen, was zu falschen Temperaturmesswerten und verringerter Genauigkeit führt.

• Verwenden Sie abgeschirmte Kabel und eine ordnungsgemäße Erdung, wenn Sie den Sensor in Umgebungen mit elektrischem Rauschen installieren.Dies trägt dazu bei, Störungen zu vermeiden, die die Signalqualität beeinträchtigen können.

• Vermeiden Sie mechanische Belastungen wie Biegen, Ziehen oder Verdrehen der Sensorleitungen, insbesondere bei Keramik- oder Dünnschicht-PT100-Elementen, da dies zu Schäden an der inneren Struktur führen kann.

• Schützen Sie den Sensor vor Feuchtigkeit, Chemikalien und Vibrationen, es sei denn, er ist speziell für raue Umgebungen konzipiert.Wählen Sie immer einen für die Anwendung geeigneten Gehäuse- oder Sondentyp.

• Überprüfen Sie in kritischen Anwendungen regelmäßig die Kalibrierung und den Sensorzustand, um zuverlässige und genaue Temperaturmessungen zu gewährleisten.

Mechanische Abmessungen

Fazit

Der PT100-RTD-Sensor Typ TF101 ist eine zuverlässige und genaue Temperaturerfassungslösung, die für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist, von der industriellen Prozesssteuerung bis hin zur Gebäudeautomation und Laborsystemen.Sein auf Platin basierendes Sensorelement sorgt für präzise und wiederholbare Messungen, während die Verfügbarkeit mehrerer TF101-Varianten eine einfache Anpassung an unterschiedliche Umgebungen und Montageanforderungen ermöglicht.Das Verständnis wichtiger Aspekte wie Verkabelungstechniken, Widerstandseigenschaften, Spezifikationen und sicherer Betriebspraktiken trägt dazu bei, optimale Leistung und langfristige Zuverlässigkeit sicherzustellen.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Was ist der Unterschied zwischen PT100- und PT1000-Sensoren?

PT100-Sensoren haben einen Widerstand von 100 Ω bei 0 °C, während PT1000-Sensoren 1000 Ω haben.PT1000 bietet eine bessere Störfestigkeit bei langen Kabeln, während PT100 in Industriesystemen häufiger vorkommt.

2. Kann ein PT100-Sensor im Freien verwendet werden?

Ja, wenn es über ein passendes Schutzgehäuse verfügt.Geschlossene oder Sonden-PT100-Sensoren mit den entsprechenden IP-Schutzarten eignen sich für den Einsatz im Freien und in rauen Umgebungen.

3. Muss ein PT100-Sensor kalibriert werden?

PT100-Sensoren sind werkseitig kalibriert, bei kritischen Anwendungen wird jedoch eine regelmäßige Kalibrierung empfohlen, um die Genauigkeit langfristig aufrechtzuerhalten.

4. Was verursacht die Eigenerwärmung von PT100-Sensoren?

Eine Selbsterwärmung tritt auf, wenn ein übermäßiger Messstrom durch den Sensor fließt, wodurch dieser sich erwärmt und die Genauigkeit beeinträchtigt.

5. Wie genau ist ein PT100-Sensor im Vergleich zu einem Thermoelement?

PT100-Sensoren sind im Allgemeinen genauer und stabiler als Thermoelemente, insbesondere in niedrigen bis mittleren Temperaturbereichen.

6. Können PT100-Sensoren mit Arduino oder Mikrocontrollern verwendet werden?

Ja, aber sie erfordern Signalaufbereitungsschaltungen oder RTD-Verstärkermodule, um Widerstandsänderungen in lesbare Spannung oder digitale Signale umzuwandeln.