Ein Pt100 wird bei 0 °C geprüft und besitzt nahezu exakt 100,00 Ω. Damit scheint zunächst alles eindeutig zu sein. Trotzdem zeigt der angeschlossene Temperaturmessumformer bei höheren Temperaturen mehrere Grad zu wenig beziehungsweise zu viel an. Sensor, Leitung und Anschluss sind elektrisch einwandfrei. Woher kann die Abweichung kommen?
Eine mögliche Ursache ist die im Messumformer eingestellte Widerstands-Temperatur-Kennlinie. Die Bezeichnung Pt100 sagt zunächst nur aus, dass der Platin-Messwiderstand bei 0 °C einen Nennwiderstand von 100 Ω besitzt. Wie stark sich dieser Widerstand mit zunehmender beziehungsweise abnehmender Temperatur verändert, wird zusätzlich durch die Sensorkennlinie bestimmt.
Für industrielle Pt100 ist heute die Kennlinie nach IEC 60751 mit einem Temperaturkoeffizienten von ungefähr α = 0,00385 K⁻¹ üblich. Es existieren jedoch auch andere beziehungsweise ältere Platin-Kennlinien. Ein Messumformer kann beispielsweise sowohl eine IEC-Kennlinie als auch alternative Pt-Kennlinien unterstützen. Wird die falsche ausgewählt, interpretiert die Elektronik denselben gemessenen Widerstand als eine andere Temperatur.
Die Angabe „Pt100“ allein reicht deshalb bei Parametrierung, Ersatzteilbeschaffung und Fehlersuche nicht immer aus. Nennwiderstand und Kennlinie müssen sowohl beim Sensor als auch in der Auswerteelektronik zusammenpassen.
Was bedeutet Pt100 eigentlich?
Ein Pt100 ist ein Platin-Widerstandssensor. Das Kürzel Pt bezeichnet das verwendete Widerstandsmaterial Platin, während die Zahl 100 den Nennwiderstand bei 0 °C beschreibt.
Damit gilt für einen idealen Pt100 am Referenzpunkt:
R(0 °C) = 100 Ω
Bei steigender Temperatur nimmt der elektrische Widerstand des Platins zu. Deshalb zählt der Pt100 zu den Widerstandsthermometern mit positivem Temperaturkoeffizienten.
Die Information 100 Ω bei 0 °C beschreibt allerdings nur einen einzigen Punkt der Kennlinie. Zwei unterschiedliche Platin-Kennlinien können bei 0 °C denselben Widerstand besitzen und sich bei 100 °C trotzdem deutlich voneinander unterscheiden.
Welche Kennlinie definiert IEC 60751?
IEC 60751 definiert die Widerstands-Temperatur-Beziehung für industrielle Platin-Widerstandsthermometer und Platin-Temperatursensoren. Die Norm beschreibt damit nicht nur Toleranzklassen, sondern auch, welcher Widerstand einem bestimmten Temperaturwert zugeordnet wird.
Für den industriell üblichen IEC-Pt100 wird häufig verkürzt von einer Kennlinie mit:
α ≈ 0,00385 K⁻¹
gesprochen.
Diese Angabe ist eine sehr praktische Kennzeichnung der Sensorkennlinie. Die tatsächliche Berechnung der Widerstands-Temperatur-Beziehung erfolgt jedoch mit einer nichtlinearen mathematischen Funktion.
Was bedeutet α = 0,00385?
Der Temperaturkoeffizient α beschreibt vereinfacht die relative Widerstandsänderung des Platin-Sensors zwischen 0 und 100 °C.
Für die gebräuchliche IEC-Kennlinie ergibt sich näherungsweise:
α ≈ 0,00385 K⁻¹
Das bedeutet nicht, dass sich ein Pt100 über seinen gesamten Temperaturbereich exakt um 0,385 Ω pro Kelvin verändert. Dieser Wert ist vielmehr ein mittlerer Kennwert zwischen 0 und 100 °C.
Zwischen diesen beiden Punkten steigt der Widerstand von:
100 Ω bei 0 °C
auf ungefähr:
138,5 Ω bei 100 °C
Die mittlere Widerstandsänderung beträgt damit ungefähr:
(138,5 Ω - 100 Ω) / 100 K ≈ 0,385 Ω/K
Welche Widerstandswerte besitzt ein IEC-Pt100?
Zur schnellen Plausibilitätsprüfung sind einige typische Widerstandswerte hilfreich.
| Temperatur | Pt100 nach IEC 60751 ungefähr |
|---|---|
0 °C |
100,00 Ω |
25 °C |
ca. 109,7 Ω |
50 °C |
ca. 119,4 Ω |
100 °C |
ca. 138,5 Ω |
200 °C |
ca. 175,9 Ω |
Diese Werte eignen sich sehr gut für eine schnelle Fehlersuche. Misst ein ausgebauter Pt100 bei ungefähr 100 °C beispielsweise rund 138,5 Ω, spricht dies grundsätzlich für die übliche IEC-Kennlinie.
Für genaue Prüfungen sollten jedoch die genormten Widerstandswerte beziehungsweise die entsprechende Kennliniengleichung verwendet werden.
Warum ist die Pt100-Kennlinie nicht exakt linear?
Die Widerstandsänderung eines Platin-Sensors ist über einen großen Temperaturbereich nicht vollkommen linear. Deshalb reicht die einfache Beziehung:
R = 100 Ω + Temperatur × 0,385 Ω/K
für eine präzise Temperaturberechnung nicht aus.
Für Temperaturen oberhalb von 0 °C wird die Pt100-Kennlinie üblicherweise mit einer Gleichung der Form:
R(t) = R0 × (1 + A × t + B × t²)
beschrieben.
Für negative Temperaturen kommt ein zusätzlicher Term hinzu. Diese mathematische Beschreibung wird häufig im Zusammenhang mit der Callendar-Van-Dusen-Gleichung genannt.
Moderne Temperaturmessumformer übernehmen diese Linearisierung automatisch. Voraussetzung ist jedoch, dass die im Gerät ausgewählte Sensorkennlinie tatsächlich zum angeschlossenen Pt100 passt.
Welche abweichenden Pt-Kennlinien gibt es?
Nicht jeder Pt100, der in älteren Anlagen oder speziellen Anwendungen anzutreffen ist, muss zwangsläufig exakt der heute üblichen IEC-Kennlinie entsprechen.
Messumformer und Kalibratoren unterstützen teilweise mehrere Pt-Kennlinien, beispielsweise:
| Kennlinie | Typischer α-Wert | Hinweis |
|---|---|---|
| IEC 60751 | ca. 0,00385 |
Heute sehr verbreitete industrielle Pt-Kennlinie |
| Alternative/ältere Pt-Kennlinie | ca. 0,003916 |
Kann in älteren beziehungsweise speziellen Systemen vorkommen |
| Weitere Pt-Kennlinien | z. B. etwa 0,00391 |
Geräteabhängig auswählbar |
Gerade bei einem Austausch eines Messumformers kann deshalb ein Fehler entstehen: Der vorhandene Sensor bleibt unverändert, aber der neue Transmitter verwendet ab Werk eine andere Kennlinie als das bisherige Gerät.
Was passiert bei falsch eingestellter Kennlinie?
Der Temperaturmessumformer misst zunächst lediglich einen elektrischen Widerstand. Anschließend muss er diesen Widerstand anhand seiner gespeicherten Kennlinie in eine Temperatur umrechnen.
Misst der Sensor beispielsweise:
138,5 Ω
interpretiert ein korrekt auf IEC 60751 eingestelltes Gerät diesen Wert als ungefähr:
100 °C
Ist dagegen eine steilere Pt-Kennlinie parametriert, geht der Messumformer davon aus, dass bereits bei einer niedrigeren Temperatur derselbe Widerstand erreicht wird.
Der Fehler wächst damit typischerweise mit zunehmendem Abstand vom gemeinsamen Referenzpunkt.
Warum fällt der Fehler bei 0 °C nicht auf?
Das ist eine besonders wichtige Fehlerfalle. Unterschiedliche Pt100-Kennlinien können denselben Nennwiderstand von 100 Ω bei 0 °C besitzen.
Eine Prüfung ausschließlich bei 0 °C ergibt deshalb:
Sensor ≈ 100 Ω → Anzeige ≈ 0 °C
und scheint zunächst vollkommen korrekt.
Erst bei einem zweiten Temperaturpunkt wird sichtbar, ob Steigung und Kennlinienform zusammenpassen.
Genau deshalb eignet sich eine Einpunktprüfung am Eis- beziehungsweise Nullpunkt nicht zur eindeutigen Identifikation der gesamten Pt100-Kennlinie.
Sensorkennlinie im Temperaturmessumformer richtig wählen
Bei modernen universellen Temperaturmessumformern kann die Sensorkennlinie häufig parametriert werden. Ein konkretes Beispiel ist der Siemens SITRANS TH320.
Der Messumformer unterstützt Widerstandsthermometer in 2-, 3- und 4-Leiterschaltung und bietet unterschiedliche RTD-Kennlinien. Neben der IEC-60751-Platinkennlinie können je nach Konfiguration auch alternative Kennlinien beziehungsweise frei definierbare Sonderkennlinien verwendet werden.
Bei der Inbetriebnahme sollten deshalb mindestens folgende Parameter geprüft werden:
- Sensortyp Pt100 oder Pt1000,
- gewählte Norm beziehungsweise Kennlinie,
- 2-, 3- oder 4-Leiterschaltung,
- Messbereich,
- Einheit °C oder °F,
- gegebenenfalls kundenspezifische Kennlinie.
Eine korrekte Dreileiterschaltung kann beispielsweise keinen Fehler kompensieren, der durch eine falsch ausgewählte Sensorkennlinie entsteht.
Kennlinienfehler und Leitungsfehler unterscheiden
Ein falscher Pt100-Messwert kann zahlreiche Ursachen besitzen. Die Sensorkennlinie ist deshalb nur eine mögliche Fehlerquelle.
| Fehlerursache | Typisches Verhalten |
|---|---|
| Falsche Pt-Kennlinie | Systematische temperaturabhängige Abweichung |
| Leitungswiderstand bei 2-Leiteranschluss | Zusätzlicher Widerstand erzeugt meist positive Temperaturabweichung |
| Fehlerhafte 3-Leiterverdrahtung | Leitungskompensation funktioniert nicht korrekt |
| Schlechter Kontakt | Zusätzlicher beziehungsweise instabiler Widerstand |
| Sensoralterung oder Beschädigung | Kennlinie beziehungsweise Stabilität des Sensors verändert |
| Falscher Sensortyp | Beispielsweise Pt1000 an einem Pt100-Eingang führt zu massiver Fehlinterpretation |
Bei der Fehlersuche sollte deshalb möglichst direkt der Sensorwiderstand gemessen und mit einem bekannten Temperaturreferenzpunkt verglichen werden.
Wie lässt sich die Kennlinie praktisch prüfen?
Zur Kennlinienprüfung werden mindestens zwei bekannte Temperaturpunkte benötigt. Noch aussagekräftiger ist eine Mehrpunktprüfung über den tatsächlich genutzten Temperaturbereich.
Ein möglicher Prüfablauf:
- Sensor bei bekannter Temperatur stabilisieren.
- Widerstand mit ausreichend genauem Referenzmessgerät bestimmen.
- Messwert mit IEC-60751-Widerstandstabelle vergleichen.
- Prüfung bei mindestens einem deutlich anderen Temperaturpunkt wiederholen.
- Parallel Parametrierung des angeschlossenen Messumformers kontrollieren.
Dadurch lässt sich unterscheiden, ob der Sensor selbst eine unerwartete Kennlinie besitzt oder lediglich die Auswerteelektronik falsch konfiguriert wurde.
Praxisbeispiel: Pt100 zeigt bei 100 °C falschen Wert
Ein Pt100-Widerstandsthermometer wird an einem neuen Temperaturmessumformer angeschlossen. Bei Raumtemperatur erscheint die Anzeige zunächst plausibel.
Bei einer Vergleichsprüfung im Temperaturkalibrator beträgt die Referenztemperatur exakt:
100,0 °C
Direkt am Pt100 werden ungefähr:
138,5 Ω
gemessen.
Damit verhält sich der Sensor plausibel wie ein Pt100 nach IEC 60751.
Der Temperaturmessumformer zeigt jedoch eine niedrigere Temperatur an. In der Parametrierung wird festgestellt, dass zwar Pt100, aber eine alternative Kennlinie mit höherem Temperaturkoeffizienten ausgewählt wurde.
Nach Umstellung auf:
Pt100 – IEC 60751
stimmt der angezeigte Temperaturwert wieder mit der Referenz überein.
Das Beispiel zeigt: Selbst ein vollständig intakter Pt100 kann einen systematischen Messfehler erzeugen, wenn Sensor und Auswerteelektronik unterschiedliche Widerstands-Temperatur-Kennlinien verwenden.
Systematische Vorgehensweise
- Sensor eindeutig identifizieren: Pt100, Pt1000 oder anderer RTD?
- Norm beziehungsweise Sensorkennlinie aus Datenblatt oder Typenschild prüfen.
- Verdrahtung kontrollieren: 2-, 3- oder 4-Leiter.
- Sensorwiderstand bei bekannter Temperatur messen.
- Widerstand mit IEC-60751-Tabelle vergleichen.
- Mindestens einen zweiten Temperaturpunkt prüfen.
- Im Messumformer den richtigen Sensortyp auswählen.
- Parametrierte Kennlinie kontrollieren.
- Messbereich und Einheit prüfen.
- Nach Änderungen eine Vergleichsmessung durchführen.
- Sensor- und Transmitterkonfiguration dokumentieren.
Häufige Fehler
- „Pt100“ als vollständige Sensordefinition betrachten: Der Nennwiderstand allein beschreibt die Kennlinie nicht vollständig.
- Nur bei 0 °C prüfen: Unterschiedliche Pt100-Kennlinien besitzen dort denselben Nennwiderstand und können deshalb unauffällig erscheinen.
- α = 0,00385 als exakt lineare Steigung interpretieren: Die reale IEC-60751-Kennlinie ist nicht vollkommen linear.
- Alten Sensor an neuen Transmitter anschließen, ohne Kennlinie zu kontrollieren: Der neue Eingang kann auf einen anderen Pt-Typ eingestellt sein.
- Pt100 und Pt1000 verwechseln: Beide verwenden zwar grundsätzlich dieselbe relative IEC-Kennlinie, besitzen aber unterschiedliche Nennwiderstände.
- Kennlinienfehler als Leitungsfehler interpretieren: Eine 3- oder 4-Leiterschaltung korrigiert keine falsch parametrierte Sensorkurve.
- Temperaturtransmitter nur nach Messbereich parametrieren: Sensortyp, Kennlinie und Anschlussart sind ebenso wichtig.
- Abweichende Kennlinie durch Offset korrigieren: Ein Kennlinienfehler verändert sich mit der Temperatur und lässt sich deshalb nicht sinnvoll mit einem konstanten Nullpunktoffset beseitigen.
Pt100-Sensoren und Temperaturmessumformer
Ein konkretes Widerstandsthermometer für industrielle Anwendungen ist das WIKA TR10-B. Das Gerät ist mit Pt100- beziehungsweise Pt1000-Sensoren erhältlich und kann mit unterschiedlichen Schutzrohren, Anschlussköpfen und Messeinsätzen kombiniert werden.
Der gefederte Messeinsatz ist austauschbar. Dadurch kann das Sensorelement bei Wartung beziehungsweise Fehlersuche separat geprüft oder ersetzt werden, ohne zwingend die komplette Messstelle auszutauschen.
Für die Umwandlung des Widerstandssignals in ein standardisiertes Prozesssignal eignet sich beispielsweise der Siemens SITRANS TH320. Der universelle Temperaturmessumformer unterstützt Widerstandsthermometer in 2-, 3- und 4-Leiterschaltung und ermöglicht die Konfiguration unterschiedlicher Sensorkennlinien.
Gerade diese Auswahlmöglichkeit zeigt, warum die korrekte Parametrierung wichtig ist: Ein elektrisch funktionsfähiger Pt100 liefert nur dann den richtigen Temperaturwert, wenn der Messumformer dieselbe Widerstands-Temperatur-Kennlinie verwendet.
Passende Sensoren finden Sie unter Widerstandsthermometer / Pt100-Fühler bei ICS Schneider. Weitere Informationen finden Sie beim WIKA TR10-B Widerstandsthermometer und beim Siemens SITRANS TH320 Temperaturmessumformer.
Fazit
Die Bezeichnung Pt100 bedeutet zunächst, dass der Platin-Messwiderstand bei 0 °C einen Nennwert von 100 Ω besitzt. Für die korrekte Temperaturberechnung muss jedoch zusätzlich die Widerstands-Temperatur-Kennlinie bekannt sein.
In industriellen Anwendungen ist die Kennlinie nach IEC 60751 mit einem Temperaturkoeffizienten von ungefähr α = 0,00385 K⁻¹ heute sehr verbreitet. Andere beziehungsweise ältere Pt-Kennlinien können trotz desselben 100-Ω-Nullpunktes bei höheren Temperaturen andere Widerstandswerte besitzen.
Genau deshalb kann eine falsche Transmitterparametrierung zunächst unauffällig bleiben. Bei 0 °C stimmen Sensor und Auswertung möglicherweise perfekt überein, während die Temperaturabweichung mit zunehmendem Abstand vom Nullpunkt immer größer wird.
Die Fehlerursache liegt dann weder im Pt100 selbst noch zwingend in der Verdrahtung. Die Elektronik interpretiert lediglich eine korrekte Widerstandsmessung mit der falschen Kennlinie.
Für eine zuverlässige Pt100-Messstelle gilt deshalb: nicht nur den Nennwiderstand prüfen, sondern auch Norm beziehungsweise Kennlinie eindeutig identifizieren, Sensor und Messumformer auf dieselbe Kennlinie konfigurieren und die Funktion an mindestens zwei unterschiedlichen Temperaturpunkten kontrollieren.
FAQ: Pt100-Kennlinie nach IEC 60751
Was bedeutet Pt100?
Pt steht für Platin und 100 bezeichnet den Nennwiderstand von 100 Ω bei 0 °C.
Welche Kennlinie besitzt ein normaler industrieller Pt100?
In industriellen Anwendungen ist die Kennlinie nach IEC 60751 mit einem Temperaturkoeffizienten von ungefähr α = 0,00385 K⁻¹ sehr verbreitet.
Wie viel Ohm hat ein Pt100 bei 100 °C?
Ein Pt100 nach IEC 60751 besitzt bei 100 °C einen Widerstand von ungefähr 138,5 Ω.
Bedeutet α = 0,00385, dass sich der Widerstand immer um exakt 0,385 Ω pro Grad ändert?
Nein. 0,385 Ω/K ist eine mittlere Widerstandsänderung zwischen 0 und 100 °C. Die tatsächliche Pt100-Kennlinie ist leicht nichtlinear.
Gibt es unterschiedliche Pt100-Kennlinien?
Ja. Neben der heute verbreiteten IEC-60751-Kennlinie existieren beziehungsweise existierten weitere Platin-Kennlinien mit anderen Temperaturkoeffizienten. Universelle Messumformer können deshalb häufig mehrere Kennlinien auswählen.
Kann ein Pt100 mit falscher Kennlinie bei 0 °C trotzdem richtig anzeigen?
Ja. Unterschiedliche Pt100-Kennlinien können bei 0 °C denselben Nennwiderstand von 100 Ω besitzen. Der Fehler wird dann erst bei Temperaturen oberhalb beziehungsweise unterhalb des Nullpunktes sichtbar.
Was passiert, wenn im Messumformer die falsche Pt100-Kennlinie eingestellt ist?
Der gemessene Widerstand wird einer falschen Temperatur zugeordnet. Dadurch entsteht eine systematische temperaturabhängige Messabweichung.
Kann man einen Kennlinienfehler mit einem Offset korrigieren?
Nicht sinnvoll über den gesamten Bereich. Ein Offset ist konstant, während der Fehler zwischen zwei unterschiedlichen Kennlinien mit der Temperatur variiert.
Wie prüft man, ob ein Pt100 zur IEC-60751-Kennlinie passt?
Der Widerstand sollte bei mindestens zwei bekannten Temperaturen gemessen und mit den entsprechenden IEC-60751-Widerstandswerten verglichen werden.
Ist die Kennlinie bei Pt100 und Pt1000 unterschiedlich?
Bei IEC-Ausführungen besitzen Pt100 und Pt1000 grundsätzlich dieselbe relative Platin-Kennlinie. Der Pt1000 hat jedoch den zehnfachen Nennwiderstand.
Welcher konkrete Pt100-Sensor eignet sich für industrielle Anwendungen?
Ein Beispiel ist das WIKA TR10-B Widerstandsthermometer. Es ist mit Pt100- oder Pt1000-Messelementen erhältlich und für zahlreiche industrielle Schutzrohr- und Prozesseinbauten konfigurierbar.
Welcher Messumformer kann unterschiedliche RTD-Kennlinien verarbeiten?
Ein Beispiel ist der Siemens SITRANS TH320. Er besitzt einen universellen Eingang für Widerstandsthermometer und unterstützt verschiedene standardisierte sowie kundenspezifische Kennlinien.