In vielen Bestandsanlagen soll eine zusätzliche Temperaturmessstelle eingerichtet werden, obwohl die Rohrleitung bereits fertig installiert, in Betrieb und vollständig gedämmt ist. Eine Rohrleitung zu öffnen, einen neuen Prozessanschluss einzuschweißen oder ein Schutzrohr einzubauen, ist dann häufig nur mit erheblichem Aufwand möglich. Eine von außen montierte Temperaturmessung mit einem Anlege-, Oberflächen- oder Clamp-on-Fühler erscheint deshalb zunächst als einfache Lösung.
In der Praxis entscheidet bei einer solchen Nachrüstung jedoch nicht allein die Genauigkeit des eingesetzten Pt100, Pt1000 oder Thermoelements über die Qualität der Messung. Mindestens ebenso wichtig sind die thermische Kopplung zwischen Rohrwand und Sensor, der Zustand der Oberfläche, der Anpressdruck, das Rohrmaterial, die Wandstärke, die Dämmung rund um die Messstelle sowie mögliche Wärmebrücken über Halterungen, Kabel oder metallische Bauteile.
Ein hochwertiger Sensor kann deshalb trotz einwandfreier Kalibrierung einen deutlich vom tatsächlichen Prozesszustand abweichenden Messwert liefern, wenn seine Einbausituation ungünstig ist. Umgekehrt lassen sich mit einer sorgfältig geplanten Oberflächenmessung bei vielen Anwendungen sehr brauchbare und reproduzierbare Ergebnisse erzielen, ohne die druckführende Rohrleitung zu öffnen.
Die zentrale Aussage lautet: Bei der nachträglichen Temperaturmessung an einer isolierten Rohrleitung muss die komplette thermische Messstelle betrachtet werden. Entscheidend ist nicht nur der Sensor selbst, sondern der gesamte Wärmeweg vom Medium über Rohrwand und Kontaktstelle bis zum Messelement – und gleichzeitig der unerwünschte Wärmeweg vom Sensor zur Umgebung.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Was misst ein außen montierter Temperaturfühler tatsächlich?
- 2. Warum die Dämmung für den Messfehler entscheidend ist
- 3. Der Wärmeweg vom Medium bis zum Sensor
- 4. Kontaktstelle zwischen Rohr und Fühler richtig ausführen
- 5. Wärmebrücken an der Messstelle vermeiden
- 6. Die richtige Position an der Rohrleitung auswählen
- 7. Welche Sensorbauform eignet sich für die Nachrüstung?
- 8. Auch der elektrische Signalweg gehört zur Messkette
- 9. Typische Messfehler erkennen und diagnostizieren
- 10. Praktisches Vorgehen bei der Nachrüstung
- 11. Auswahlkriterien für die passende Temperaturmesstechnik
- 12. Passende Temperaturmesstechnik von ICS Schneider
- 13. Fazit
- 14. Häufige Fragen zur Nachrüstung von Temperaturfühlern
1. Was misst ein außen montierter Temperaturfühler tatsächlich?
Die wichtigste Frage sollte bereits vor der Auswahl des Fühlers beantwortet werden: Soll die Temperatur des Mediums in der Rohrleitung möglichst exakt erfasst werden oder reicht die Temperatur der Rohrwand beziehungsweise eine aus der Rohrwandtemperatur abgeleitete Prozessinformation?
Ein von außen angesetzter Temperaturfühler hat keinen direkten Kontakt zum Medium. Sein Messelement wird thermisch an die Außenwand der Rohrleitung gekoppelt. Der Sensor erfasst deshalb zunächst die Temperatur der Rohrwand an seiner Kontaktstelle. Zwischen der Temperatur des strömenden Mediums und dieser Rohrwandtemperatur können Unterschiede bestehen.
Wie groß diese Differenz ausfällt, hängt von der Anwendung ab. Eine dünnwandige metallische Rohrleitung mit gutem Wärmeübergang, ausreichender Strömung und einer sorgfältig isolierten Messstelle verhält sich anders als eine dickwandige Rohrleitung mit geringer Strömung oder ein Kunststoffrohr. Auch Ablagerungen auf der Rohrinnenseite, wechselnde Durchflussmengen oder eine nahegelegene Begleitheizung können das Ergebnis beeinflussen.
Bei einer gut ausgelegten Clamp-on-Messung kann die Rohrwandtemperatur dem Prozesswert sehr gut folgen. Trotzdem sollte bei der Planung klar definiert werden, ob eine nicht-invasive Oberflächenmessung für die geforderte Messaufgabe ausreichend ist oder ob eine direkte beziehungsweise invasive Temperaturmessung im Medium erforderlich ist.
| Messprinzip | Was wird unmittelbar erfasst? | Vorteil bei Nachrüstung | Besonders zu beachten |
|---|---|---|---|
| Anlege-/Clamp-on-Fühler | Rohrwandtemperatur | Rohrleitung muss in der Regel nicht geöffnet werden | Kontakt, Dämmung, Rohrmaterial und Umgebungseinfluss |
| Eingetauchter Temperaturfühler | Temperatur im beziehungsweise nahe am Medium | Direktere Prozessmessung | Prozessanschluss, Druckdichtheit, Einbaulänge und Stillstand |
| Fühler im Schutzrohr | Temperatur über Schutzrohr und Messeinsatz | Sensor kann häufig ohne Öffnen des Prozesses gewechselt werden | Einstecktiefe, Wärmeableitung, Ansprechzeit und Schutzrohrauslegung |
Für Bestandsanlagen ist die Oberflächenmessung deshalb besonders interessant, wenn ein Eingriff in die druckführende Rohrleitung vermieden werden soll. Sie sollte aber nicht automatisch als vollständig gleichwertiger Ersatz für jede invasive Prozessmessung betrachtet werden. Die zulässige Messabweichung und die erforderliche Dynamik müssen zur Anwendung passen.
2. Warum die Dämmung für den Messfehler entscheidend ist
Eine Wärmedämmung soll den Wärmeaustausch zwischen Rohrleitung und Umgebung reduzieren. Genau dieser Effekt ist auch für eine außen angebrachte Temperaturmessstelle wichtig.
Wird für die Nachrüstung lediglich ein Stück Dämmung entfernt, der Fühler montiert und die Messstelle anschließend offen gelassen, entsteht lokal eine völlig andere thermische Situation als am übrigen Rohr. Bei einem heißen Medium wird an dieser Stelle zusätzliche Wärme an die Umgebung abgegeben. Die Rohrwand und damit auch der Fühler können kälter werden als die ungestörte Rohrleitung. Bei einer kalten Rohrleitung funktioniert der Effekt umgekehrt: Aus der wärmeren Umgebung strömt zusätzliche Wärme zur Messstelle, sodass eine zu hohe Temperatur angezeigt werden kann.
Die Dämmung hat deshalb nicht nur die Aufgabe, Energieverluste der Anlage zu begrenzen. Sie ist bei einer Oberflächenmessung gleichzeitig ein Bestandteil der Messstelle.
Nach der Installation sollte die Wärmedämmung daher so weit wie technisch möglich wieder geschlossen und an die ursprüngliche Dämmwirkung angepasst werden. Der eigentliche Kontaktbereich des Sensors zur Rohrwand muss gegenüber der Umgebung thermisch abgeschirmt werden. Gleichzeitig müssen Anschlussleitung, Halsrohr oder Anschlusskopf entsprechend ihrer zulässigen Temperaturbereiche ausgeführt werden.
Bei Kaltleitungen kommt ein weiterer Punkt hinzu. Wird eine vorhandene Dämmung einschließlich Dampfsperre oder Außenhaut geöffnet, muss das Isolationssystem anschließend fachgerecht wiederhergestellt werden. Anderenfalls können Feuchtigkeit und Kondensation eindringen. Neben einem veränderten Wärmeübergang können dadurch langfristig auch Schäden am Isolationssystem oder an der Rohrleitung entstehen.
3. Der Wärmeweg vom Medium bis zum Sensor
Zur Beurteilung einer Oberflächenmessung hilft es, die Messstelle nicht als einzelnen Sensor, sondern als Kette mehrerer thermischer Widerstände zu betrachten.
Die Wärme muss zunächst vom Medium auf die Rohrinnenwand übertragen werden. Anschließend wird sie durch die Rohrwand geleitet und gelangt über die Kontaktfläche zum Sensor. Innerhalb der Sensorbauform muss die Wärme schließlich das eigentliche Messelement erreichen.
Parallel dazu besteht ein zweiter Wärmeweg zwischen Sensor und Umgebung. Über Gehäuse, Kontaktblock, Befestigungsband, Anschlussleitung, Halsrohr oder weitere metallische Teile kann Wärme abgeführt oder zugeführt werden.
Vereinfacht lässt sich ein Wärmestrom mit folgendem Zusammenhang beschreiben:
Q̇ = ΔT / Rth
Dabei steht Q̇ für den Wärmestrom, ΔT für die Temperaturdifferenz und Rth für den thermischen Widerstand des betrachteten Wärmewegs.
Für eine gute Oberflächenmessung soll der thermische Widerstand zwischen Rohr und Messelement möglichst klein sein. Gleichzeitig soll der unerwünschte Wärmeaustausch zwischen Messelement und Umgebung möglichst gering bleiben.
Genau daraus ergeben sich die beiden wichtigsten konstruktiven Maßnahmen: guter Kontakt zur Rohrwand und gute thermische Isolation gegenüber der Umgebung.
4. Kontaktstelle zwischen Rohr und Fühler richtig ausführen
Eine große Fehlerquelle ist eine schlechte mechanische und thermische Kopplung. Schon ein kleiner Luftspalt zwischen Sensor und Rohr kann den Wärmeübergang deutlich verschlechtern, denn Luft leitet Wärme wesentlich schlechter als Metall.
Der Fühler sollte deshalb mit einer für den Rohrdurchmesser vorgesehenen Kontaktgeometrie montiert werden. Bei professionellen Clamp-on-Lösungen wird das Messelement beispielsweise über eine Feder oder eine definierte Halterung gegen die Rohrwand gedrückt. Dadurch bleibt der Kontakt auch bei Vibrationen oder thermischen Längenänderungen reproduzierbarer als bei einem lose befestigten Standardfühler.
Vor der Montage sollte die Kontaktfläche geprüft werden. Lose Verschmutzungen, Rostpartikel oder Ablagerungen können den Wärmeübergang verschlechtern. Vorhandene Korrosionsschutzbeschichtungen dürfen jedoch nicht einfach abgeschliffen oder entfernt werden, wenn dies für die Anlage nicht freigegeben ist. Die Vorbereitung der Oberfläche muss immer mit den Vorgaben für Rohrleitung und Sensor abgestimmt werden.
Ob zusätzlich Wärmeleitpaste, Wärmeleitfolie oder ein anderes Kopplungsmaterial erforderlich ist, hängt von der verwendeten Sensorbauform ab. Eine pauschale Aussage wie „bei jedem Anlegefühler Wärmeleitpaste verwenden“ wäre technisch falsch. Einige Messsysteme sind ausdrücklich für den Einsatz mit einem bestimmten Wärmeübertragungsmaterial konstruiert, während bei anderen Bauformen die Geometrie der Kontaktfläche bereits für einen ausreichenden Wärmeübergang sorgt.
Entscheidend ist deshalb die Montagevorgabe des jeweiligen Herstellers.
Kontaktfläche nicht mit Sensorfläche verwechseln
Bei einer einfachen Eigenbaulösung wird manchmal ein zylindrischer Kabelfühler mit Kabelbinder oder Schlauchschelle an ein Rohr gezogen. Mechanisch kann dies zunächst funktionieren. Thermisch berühren sich jedoch möglicherweise nur zwei kleine Flächen. Ein beträchtlicher Teil des Fühlers steht gleichzeitig mit der Umgebungsluft in Kontakt.
Ein für Rohrmontage ausgelegter Anlegefühler besitzt dagegen eine angepasste Kontaktfläche oder ein entsprechendes Koppelelement. Dadurch wird die Wärmeübertragung kontrollierter und die Messung reproduzierbarer.
5. Wärmebrücken an der Messstelle vermeiden
Der Begriff Wärmebrücke wird häufig aus der Gebäudetechnik verwendet, beschreibt aber auch bei einer isolierten Rohrleitung einen relevanten Effekt: Ein konstruktives Bauteil schafft einen thermisch gut leitenden Weg durch die Dämmung und verändert dadurch lokal den Wärmestrom.
Eine solche Wärmebrücke kann beispielsweise durch einen massiven metallischen Sensorhalter, ein langes ungedämmtes Anschlussstück oder eine großflächig geöffnete Blechverkleidung entstehen.
Bei einer heißen Rohrleitung wird über diese Bauteile Wärme nach außen transportiert. Die lokale Rohrwandtemperatur kann dadurch absinken. Bei einer kalten Leitung kann derselbe Wärmeweg Energie aus der Umgebung in Richtung Rohrleitung transportieren.
Wichtig ist deshalb nicht nur, dass der Fühler unter der Isolierung sitzt. Auch seine konstruktive Anbindung nach außen muss berücksichtigt werden.
Besonders kritisch können sehr massive Befestigungselemente sein. Wird beispielsweise für einen kleinen Pt100-Fühler ein großer Stahlhalter direkt an die Rohrwand geschweißt und anschließend durch die gesamte Dämmung nach außen geführt, kann der Halter selbst einen wesentlich stärkeren Wärmeweg bilden als der eigentliche Sensor.
Eine gute Konstruktion verbindet daher ausreichende mechanische Stabilität mit möglichst geringer unerwünschter Wärmeleitung.
6. Die richtige Position an der Rohrleitung auswählen
Auch die beste Dämmung kann eine ungünstig gewählte Messposition nicht vollständig kompensieren. Eine Temperaturmessstelle sollte dort angebracht werden, wo die Rohrwand möglichst repräsentativ für den zu überwachenden Prozesszustand ist.
Direkt neben massiven Flanschen, Pumpengehäusen, Armaturen oder Rohrhalterungen können andere thermische Bedingungen herrschen als im freien Rohrabschnitt. Solche Bauteile besitzen eine hohe Masse und häufig zusätzlich einen guten Wärmeübergang zur Umgebung.
Auch Begleitheizungen müssen berücksichtigt werden. Befindet sich eine elektrische Heizleitung oder eine Dampftrace unmittelbar neben dem Temperaturfühler, kann der Sensor stärker auf die Heizung als auf die eigentliche Medientemperatur reagieren. Die Position des Sensors relativ zur Begleitheizung muss deshalb bewusst gewählt werden.
Weitere Einflussfaktoren sind geringe Strömungsgeschwindigkeit, zeitweise stehendes Medium, geschichtete Temperaturen oder teilweise gefüllte Rohrleitungen. Bei solchen Anwendungen kann die Temperatur über den Rohrumfang unterschiedlich sein.
Vor der Montage sollte deshalb geprüft werden, ob die gewählte Stelle tatsächlich den Prozesszustand abbildet, der überwacht werden soll.
7. Welche Sensorbauform eignet sich für die Nachrüstung?
Für eine nachträgliche Temperaturmessung kommen unterschiedliche Bauformen infrage. Die Auswahl hängt nicht allein vom gewünschten Temperaturbereich ab, sondern auch von Genauigkeit, Dynamik, Zugänglichkeit und mechanischen Bedingungen.
Pt100- und Pt1000-Anlegefühler
Widerstandsthermometer sind für viele industrielle Temperaturmessungen sehr gut geeignet. Insbesondere Pt100-Sensoren werden aufgrund ihrer definierten Kennlinie, guten Reproduzierbarkeit und industriellen Verbreitung häufig verwendet.
Für die Montage auf einer Rohrleitung sollte möglichst eine dafür vorgesehene Oberflächen- oder Clamp-on-Ausführung verwendet werden. Entscheidend ist, dass die Sensorbauform einen reproduzierbaren Kontakt mit der Rohrwand ermöglicht.
Thermoelemente
Thermoelemente können insbesondere bei höheren Temperaturen oder bei Anwendungen interessant sein, bei denen eine robuste und kompakte Bauform benötigt wird. Auch hier gibt es speziell für Oberflächenmessungen entwickelte Ausführungen mit Kontaktblock oder Spannband.
Bei Thermoelementen müssen zusätzlich die passende Thermoelementart, Ausgleichs- beziehungsweise Thermoleitung sowie die Kaltstellenkompensation der Auswerteelektronik berücksichtigt werden.
Clamp-on-Systeme
Speziell entwickelte Clamp-on-Temperatursensoren gehen über die einfache Befestigung eines Standardfühlers hinaus. Kontaktfläche, Anpressmechanismus und thermische Entkopplung sind konstruktiv auf die Rohrmessung abgestimmt.
Ein Beispiel ist der SITRANS TS300, der auch in einer Clamp-on-Ausführung für die nicht-invasive Temperaturmessung an Rohrleitungen verfügbar ist. Solche Lösungen sind besonders interessant, wenn der Prozess nicht geöffnet oder die Rohrleitung nicht durch einen zusätzlichen Prozessanschluss verändert werden soll.
8. Auch der elektrische Signalweg gehört zur Messkette
Ist die thermische Messstelle korrekt aufgebaut, muss anschließend auch die elektrische Übertragung betrachtet werden.
Bei einem Pt100 kann eine lange Anschlussleitung insbesondere bei einer 2-Leiter-Schaltung einen zusätzlichen Widerstand verursachen, der vom Auswertegerät als höhere Sensortemperatur interpretiert wird. Eine 3-Leiter- oder 4-Leiter-Schaltung kann diesen Einfluss je nach Messsystem deutlich reduzieren beziehungsweise weitgehend eliminieren.
Bei größeren Entfernungen zwischen Messstelle und Leitsystem kann ein Temperaturmessumformer direkt in der Nähe des Sensors sinnvoll sein. Dabei wird das Sensorsignal beispielsweise in ein robustes 4…20-mA-Signal umgesetzt. Abhängig vom Messumformer stehen zusätzlich digitale Kommunikations- und Diagnosefunktionen zur Verfügung.
Wichtig ist jedoch: Ein Messumformer kann einen thermischen Montagefehler nicht korrigieren. Wenn der Sensor aufgrund einer schlechten Kontaktstelle oder einer offenen Dämmung bereits die falsche Temperatur erfasst, wird auch ein hochgenauer 4…20-mA-Transmitter diesen falschen Wert lediglich zuverlässig übertragen.
Weitere Informationen hierzu finden Sie in unserer Kategorie Temperatur-Messumformer und Zubehör für Temperaturfühler.
9. Typische Messfehler erkennen und diagnostizieren
Nach einer Nachrüstung sollte der Messwert nicht allein deshalb als korrekt betrachtet werden, weil er plausibel aussieht. Gerade thermische Einbaufehler können stabile und auf den ersten Blick glaubwürdige Werte erzeugen.
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Prüfung |
|---|---|---|
| Heiße Leitung wird dauerhaft zu kalt angezeigt | Wärmeverlust über offene Dämmung, schlechte Kontaktstelle oder Wärmebrücke | Dämmung und Kontakt prüfen, Vergleichsmessung durchführen |
| Kalte Leitung wird zu warm angezeigt | Wärmeeintrag aus der Umgebung | Isolation der Messstelle und Anschlusskonstruktion prüfen |
| Messwert reagiert sehr langsam | Hohe thermische Masse, schlechter Kontakt oder ungünstige Sensorbauform | Sprungantwort bei Prozessänderung beobachten |
| Messwert ändert sich mit Außentemperatur | Zu starker Umgebungseinfluss | Isolation verbessern und Temperaturverhalten über Tagesverlauf vergleichen |
| Messwert springt nach Wartungsarbeiten | Kontakt verändert oder Dämmung anders aufgebaut | Mechanische Montage und Anpressung kontrollieren |
| Konstante Abweichung trotz korrekt kalibriertem Sensor | Thermischer Einbaufehler oder Leitungsfehler | Sensor außerhalb der Anlage prüfen und komplette Messkette untersuchen |
| Messwert folgt der Begleitheizung stärker als dem Prozess | Fühler zu nah an Heizleitung oder Dampftrace | Position von Sensor und Begleitheizung überprüfen |
Kalibrierung des Sensors und Prüfung der Messstelle sind zwei verschiedene Dinge
Dieser Unterschied ist für die Fehlersuche besonders wichtig. Ein ausgebauter Pt100 kann im Kalibrierbad innerhalb seiner Toleranz liegen und trotzdem nach dem Wiedereinbau wieder einen falschen Prozesswert anzeigen.
Die Kalibrierung bestätigt dann die messtechnischen Eigenschaften des Sensors unter den Kalibrierbedingungen. Sie beweist jedoch nicht automatisch, dass die komplette Temperaturmessstelle in der Anlage richtig ausgeführt ist.
Bei unerklärlichen Abweichungen sollte deshalb die gesamte Kette betrachtet werden: Prozess, Rohrwand, Kontaktstelle, Sensor, Dämmung, Verdrahtung, Messumformer und Auswertung.
10. Praktisches Vorgehen bei der Nachrüstung
Eine erfolgreiche Nachrüstung beginnt mit einer Bestandsaufnahme. Zunächst müssen Rohrmaterial, Außendurchmesser, Wandstärke, Medium, normaler Temperaturbereich, Druck, vorhandene Dämmung und Umgebungsbedingungen bekannt sein. Zusätzlich ist zu klären, ob eine Begleitheizung vorhanden ist und wie die Rohrleitung betrieben wird.
Danach wird festgelegt, welche Messgröße tatsächlich benötigt wird. Für Trendüberwachung, Energieüberwachung oder zusätzliche Prozessinformation kann eine nicht-invasive Messung häufig sehr interessant sein. Für hochgenaue Regel- oder Abrechnungsmessungen muss dagegen geprüft werden, ob die erreichbare Gesamtmessunsicherheit der Oberflächenmessung ausreicht.
Im nächsten Schritt wird eine geeignete Messstelle ausgewählt. Dabei sollten starke lokale Wärmequellen und Wärmesenken möglichst vermieden werden. Die vorhandene Dämmung wird nur so weit geöffnet, wie es für eine fachgerechte Montage notwendig ist.
Anschließend wird die Rohrwand beziehungsweise die vorgesehene Kontaktfläche kontrolliert und der Sensor entsprechend der Herstellervorgabe befestigt. Das vorgeschriebene Anzugsmoment, eine eventuell notwendige Wärmeleitfolie oder andere Kopplungselemente sollten eingehalten werden.
Nach der Sensorinstallation wird die Dämmung wieder hergestellt. Dabei sollte vermieden werden, dass unmittelbar um den Sensor ein großflächiger ungedämmter Bereich zurückbleibt. Durchführung und Anschluss müssen so ausgeführt werden, dass die thermische und gegebenenfalls feuchtetechnische Funktion des Isolationssystems erhalten bleibt.
Abschließend sollte die Messstelle im Betrieb überprüft werden. Besonders aussagekräftig ist das Verhalten bei einem definierten Temperaturwechsel des Prozesses. Dabei lässt sich erkennen, ob der Fühler plausibel reagiert und ob ungewöhnlich lange Verzögerungen auftreten.
11. Auswahlkriterien für die passende Temperaturmesstechnik
| Kriterium | Warum es wichtig ist |
|---|---|
| Rohrmaterial | Beeinflusst Wärmeleitung und Eignung bestimmter Befestigungsarten |
| Rohrdurchmesser | Bestimmt Geometrie von Kontaktstück und Spannvorrichtung |
| Wandstärke | Beeinflusst Wärmeübergang und Dynamik zwischen Medium und Außenwand |
| Medium und Strömung | Beeinflussen den inneren Wärmeübergang und die Repräsentativität der Rohrwandtemperatur |
| Prozesstemperatur | Bestimmt Sensor-, Kabel-, Isolations- und Montagematerial |
| Umgebungstemperatur | Bestimmt möglichen Wärmeverlust beziehungsweise Wärmeeintrag |
| Dämmung | Entscheidend für den Umgebungseinfluss auf die Messstelle |
| Begleitheizung | Kann den lokalen Messwert erheblich beeinflussen |
| Geforderte Genauigkeit | Entscheidet, ob eine Oberflächenmessung ausreichend ist |
| Geforderte Reaktionszeit | Bestimmt Sensoraufbau und zulässige thermische Masse |
| Signalübertragung | Pt100 direkt, 3-/4-Leiter, 4…20 mA, HART oder andere Schnittstellen |
| Ex-Bereich | Sensor, Messumformer und Installation müssen für die jeweilige Anwendung zugelassen sein |
| Zugänglichkeit | Wichtig für spätere Wartung, Austausch und Kalibrierung |
Gerade bei einer Nachrüstung lohnt es sich, diese Daten vor der Produktauswahl zusammenzustellen. Ein Temperaturfühler, der ausschließlich anhand des Temperaturbereichs bestellt wird, kann für die konkrete Rohrleitungsanwendung ungeeignet sein.
12. Passende Temperaturmesstechnik von ICS Schneider
ICS Schneider Messtechnik bietet unterschiedliche Lösungen für die industrielle Temperaturmessung – von Widerstandsthermometern und Thermoelementen über Oberflächen- und Clamp-on-Messungen bis zu Messumformern, Schutzrohren und Kalibriertechnik.
Eine Übersicht finden Sie unter Temperaturmesstechnik sowie speziell unter Temperatursensoren und Temperaturfühler.
Für Pt100-basierte Anwendungen stehen verschiedene Widerstandsthermometer und Pt100-Fühler zur Verfügung.
Für Anwendungen, bei denen die Rohrleitung nicht geöffnet werden soll, kann beispielsweise die Clamp-on-Ausführung des Siemens SITRANS TS300 interessant sein. Die geeignete Ausführung hängt unter anderem von Rohrdurchmesser, Temperaturbereich, Umgebungsbedingungen und gewünschtem Ausgangssignal ab.
Bei längeren Signalwegen oder einer Integration in die Prozessleittechnik können außerdem Temperatur-Messumformer eingesetzt werden.
Wenn statt einer Oberflächenmessung eine invasive Messstelle mit Schutzrohr vorgesehen ist, müssen zusätzlich Einstecktiefe, Strömungseinfluss und Wärmeableitung berücksichtigt werden. Diese Punkte behandeln wir ausführlich im Fachbeitrag „Temperaturfühler in Rohrleitungen: Wärmeableitung und zu geringe Einstecktiefe als Messfehler erkennen“.
13. Fazit
Einen Temperaturfühler in einer bereits isolierten Rohrleitung nachzurüsten, ist grundsätzlich gut möglich. Besonders nicht-invasive Anlege- und Clamp-on-Lösungen ermöglichen zusätzliche Temperaturmessstellen, ohne einen neuen Prozessanschluss in die druckführende Rohrleitung einzubringen.
Die Qualität der Messung hängt jedoch entscheidend von der thermischen Installation ab. Ein präziser Sensor allein garantiert noch keinen präzisen Prozessmesswert.
Die Kontaktstelle zur Rohrwand muss einen möglichst guten und reproduzierbaren Wärmeübergang ermöglichen. Gleichzeitig sollte der Sensor gegenüber der Umgebung möglichst gut thermisch abgeschirmt werden. Offene Dämmstellen, massive metallische Halterungen oder ungünstig verlegte Anschlussbauteile können Wärmebrücken bilden und den Messwert beeinflussen.
Ebenso wichtig ist die Frage, was tatsächlich gemessen werden soll. Ein Anlegefühler erfasst zunächst die Rohrwandtemperatur und nicht unmittelbar die Temperatur des Mediums. Ob die Rohrwandtemperatur für die jeweilige Aufgabe als ausreichend genaue Prozessinformation genutzt werden kann, muss anhand der konkreten Anwendung beurteilt werden.
Wer bei der Nachrüstung Rohrleitung, Dämmung, Kontaktstelle, Sensorbauform und Signalweg gemeinsam betrachtet, erhält wesentlich zuverlässigere und reproduzierbarere Messwerte als bei einer reinen Auswahl nach Sensorgenauigkeit.
14. Häufige Fragen zur Nachrüstung von Temperaturfühlern
Kann ein Temperaturfühler einfach außen auf eine isolierte Rohrleitung montiert werden?
Nicht auf die Außenseite der Dämmung, wenn die Rohrtemperatur erfasst werden soll. Der Sensor muss für eine Kontaktmessung thermisch mit der eigentlichen Rohrwand gekoppelt werden. Die Dämmung wird hierfür lokal geöffnet und nach der Montage möglichst fachgerecht wieder hergestellt.
Misst ein Anlegefühler die tatsächliche Medientemperatur?
Direkt misst er die Temperatur der Rohrwand an der Kontaktstelle. Wie gut diese der Medientemperatur entspricht, hängt unter anderem von Rohrmaterial, Wandstärke, Medium, Strömung, Temperaturdifferenz zur Umgebung, Kontaktqualität und Dämmung ab.
Warum muss die Messstelle nach der Montage wieder isoliert werden?
Ohne ausreichende Dämmung tauschen Rohr und Sensor an der geöffneten Stelle verstärkt Wärme mit der Umgebung aus. Bei einer heißen Rohrleitung kann dadurch ein zu niedriger und bei einer kalten Rohrleitung ein zu hoher Messwert entstehen.
Was ist bei dieser Anwendung mit einer Wärmebrücke gemeint?
Eine Wärmebrücke ist ein konstruktiver Weg, über den Wärme vergleichsweise leicht zwischen Rohrleitung und Umgebung übertragen wird. Dies kann beispielsweise über einen massiven Metallhalter, ein Anschlussstück oder einen ungedämmten Bereich erfolgen. Dadurch verändert sich die lokale Temperatur an der Messstelle.
Sollte zwischen Temperaturfühler und Rohr immer Wärmeleitpaste verwendet werden?
Nein. Das hängt von der jeweiligen Sensorbauform und der Herstellervorgabe ab. Einige Systeme arbeiten mit Wärmeleitmaterial oder speziellen Koppelfolien, andere sind konstruktiv so ausgeführt, dass kein zusätzliches Material erforderlich ist. Die Montagevorgaben des Herstellers sollten eingehalten werden.
Ist ein Pt100 für eine solche Nachrüstung besser als ein Thermoelement?
Das lässt sich nicht pauschal beantworten. Pt100-Sensoren werden häufig eingesetzt, wenn gute Genauigkeit und Reproduzierbarkeit im industriellen Temperaturbereich wichtig sind. Thermoelemente bieten Vorteile bei bestimmten hohen Temperaturen und robusten Anwendungen. Entscheidend sind Temperaturbereich, geforderte Genauigkeit, Reaktionszeit, Umgebung und Sensorbauform.
Kann ein 4…20-mA-Messumformer den Fehler einer schlechten Kontaktstelle korrigieren?
Nein. Ein Messumformer verbessert beziehungsweise standardisiert die elektrische Signalübertragung. Er kann jedoch keinen falschen Temperaturwert korrigieren, der bereits durch schlechten thermischen Kontakt, eine ungünstige Montage oder eine unzureichend isolierte Messstelle entsteht.
Was ist bei begleitbeheizten Rohrleitungen zu beachten?
Die Position des Temperaturfühlers relativ zur Begleitheizung ist besonders wichtig. Wird der Sensor unmittelbar neben einer elektrischen Heizleitung oder Dampftrace montiert, kann er stärker durch die lokale Heizung als durch die eigentliche Medientemperatur beeinflusst werden. Die Messstelle muss deshalb entsprechend der gewünschten Messaufgabe positioniert werden.
Wie lässt sich feststellen, ob die nachgerüstete Messstelle richtig funktioniert?
Neben einer Plausibilitätsprüfung empfiehlt sich die Beobachtung bei Prozessänderungen. Reagiert der Sensor nachvollziehbar auf einen Temperaturwechsel? Besteht eine ungewöhnlich große Verzögerung? Ändert sich die Abweichung mit der Außentemperatur? Zusätzlich kann eine geeignete Referenzmessung helfen, Montage- und Signalfehler voneinander zu unterscheiden.
Was ist besser: Clamp-on-Sensor oder Temperaturfühler im Schutzrohr?
Beide Lösungen erfüllen unterschiedliche Anforderungen. Ein Clamp-on-Sensor lässt sich häufig ohne Eingriff in die druckführende Rohrleitung nachrüsten. Ein ausreichend tief eingebrachter Fühler beziehungsweise ein korrekt ausgelegtes Schutzrohr ermöglicht dagegen eine direktere Erfassung der Prozesstemperatur. Welche Lösung besser geeignet ist, hängt von Genauigkeitsanforderung, Prozessbedingungen, zulässigem Installationsaufwand und Wartungskonzept ab.
Welche Angaben werden für die Auswahl eines geeigneten Sensors benötigt?
Hilfreich sind mindestens Rohrmaterial, Rohrdurchmesser und Wandstärke, Medium, Temperaturbereich, Umgebungstemperatur, Art und Stärke der Wärmedämmung, vorhandene Begleitheizung, geforderte Genauigkeit, gewünschte Reaktionszeit, Einbauort, benötigtes Ausgangssignal sowie gegebenenfalls Anforderungen an Explosionsschutz oder Hygiene.