An einer kritischen Prozessmessstelle sind zwei Pt100 im selben Messeinsatz installiert. Beide erfassen nahezu dieselbe Temperatur und werden von einem Temperaturmessumformer mit zwei Sensoreingängen ausgewertet. Bei der Inbetriebnahme unterscheiden sich die beiden Messwerte nur um wenige Zehntel Kelvin. Einige Monate später wächst die Differenz langsam an. Sensor 1 zeigt beispielsweise 180,4 °C, Sensor 2 nur noch 179,2 °C.
Genau für solche Situationen kann die Driftüberwachung eines modernen Temperaturtransmitters genutzt werden. Statt erst bei der nächsten Kalibrierung festzustellen, dass sich ein Pt100 verändert hat, werden beide Sensorsignale kontinuierlich miteinander verglichen. Überschreitet ihre Abweichung einen definierten Grenzwert über eine bestimmte Zeit, kann der Messumformer eine Diagnosemeldung ausgeben.
So einfach das Prinzip klingt, so wichtig ist die richtige Interpretation. Zwei unterschiedliche Temperaturwerte bedeuten nicht automatisch, dass einer der Pt100 elektrisch driftet. Unterschiedlicher Wärmeübergang, Leitungswiderstände, mechanischer Kontakt im Messeinsatz, Prozessgradienten oder eine unterschiedliche Reaktionszeit können ebenfalls eine Differenz erzeugen. Und selbst wenn tatsächlich Sensordrift vorliegt, kann ein einfacher Vergleich von zwei gleichwertigen Pt100 zunächst nur feststellen, dass die beiden Werte auseinanderlaufen – nicht zwangsläufig, welcher Sensor falsch misst.
Die wichtigste Regel lautet deshalb: Eine Doppelsensor-Driftüberwachung ist ein Diagnoseverfahren und keine automatische Kalibrierung. Grenzwert, Verzögerungszeit, Sensoraufbau, Verdrahtung und Einbausituation müssen so gewählt werden, dass normale Messwertunterschiede nicht mit echter Sensoralterung verwechselt werden.
Wie funktioniert die Driftüberwachung mit zwei Pt100?
Ein Doppel-Pt100 enthält zwei elektrisch getrennte Widerstandssensoren. Sie befinden sich üblicherweise gemeinsam in einem Messeinsatz und erfassen deshalb nahezu denselben thermischen Zustand. Jeder Pt100 besitzt jedoch einen eigenen elektrischen Messkreis und kann von einem dafür ausgelegten Temperaturtransmitter separat ausgewertet werden.
Der Messumformer berechnet aus beiden Widerständen zunächst zwei Temperaturwerte:
T1 und T2
Für die Driftüberwachung wird anschließend ihre Differenz betrachtet:
ΔT = |T1 - T2|
Solange beide Sensoren ähnlich reagieren, bleibt diese Differenz klein. Beginnt sich die Widerstandskennlinie eines Sensors durch Alterung, mechanische Beanspruchung oder andere Einflüsse zu verändern, kann die Differenz zunehmend größer werden.
Moderne Transmitter mit zwei Eingängen können diese Abweichung kontinuierlich überwachen. Beim Siemens SITRANS TH420 beispielsweise wird der Betrag der Differenz beider Eingangswerte mit einem einstellbaren Drift-Grenzwert verglichen. Bleibt die Differenz länger als die konfigurierte Driftzeit oberhalb des Grenzwertes, wird eine Drift erkannt.
Damit wird aus einem einfachen Doppel-Pt100 eine kontinuierlich überwachte Temperaturmessstelle. Die regelmäßige Kalibrierung wird dadurch nicht grundsätzlich überflüssig, aber eine zunehmende Abweichung kann bereits zwischen zwei Kalibrierterminen sichtbar werden.
Welche Temperaturdifferenz wird überwacht?
Bei einer klassischen Zweifühlerüberwachung ist nicht primär der absolute Temperaturwert entscheidend, sondern die Differenz zwischen den beiden gleichzeitig erfassten Werten.
Beispiel:
T1 = 200,2 °C
T2 = 200,4 °C
ΔT = 0,2 K
Eine spätere Messung ergibt:
T1 = 200,3 °C
T2 = 201,5 °C
ΔT = 1,2 K
Die steigende Differenz ist ein Hinweis darauf, dass sich etwas an der Messstelle verändert hat. Sie ist jedoch zunächst nur ein Diagnosemerkmal.
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Bewertung |
|---|---|---|
| Beide Sensoren unterscheiden sich dauerhaft nur gering | Normales Sensor- und Messkettenverhalten | Kein unmittelbarer Hinweis auf Drift |
| Differenz wächst langsam über Wochen oder Monate | Alterung beziehungsweise Drift eines Sensors möglich | Trend beobachten und Messstelle prüfen |
| Differenz springt plötzlich | Leitungsfehler, Kontaktproblem, Sensorbruch oder Prozessereignis | Elektrische und mechanische Diagnose durchführen |
| Differenz tritt nur bei schnellen Temperaturänderungen auf | Unterschiedliche thermische Reaktionszeit | Wärmeübergang und Einbausituation prüfen |
| Beide Sensoren ändern sich nahezu gleich | Echte Prozessänderung oder gemeinsame Sensorbeeinflussung | Zweifühlervergleich erkennt keine gemeinsame Drift sicher |
Ein einzelner Differenzwert ist deshalb weniger aussagekräftig als der Verlauf über längere Zeit. Für Predictive Maintenance ist insbesondere interessant, ob sich die Abweichung kontinuierlich vergrößert.
Warum eine Abweichung nicht automatisch Sensor-Drift bedeutet
Zwei Pt100 können unterschiedliche Temperaturen anzeigen, obwohl beide elektrisch vollkommen in Ordnung sind.
Schon kleine Unterschiede in der thermischen Kopplung können eine Differenz erzeugen. Befinden sich die beiden Sensorelemente nicht exakt an derselben Position oder besitzen sie einen leicht unterschiedlichen Kontakt zum Messeinsatz, reagieren sie bei Temperaturänderungen unterschiedlich schnell.
Auch elektrische Effekte können beteiligt sein. Leitungswiderstände, Klemmen, Übergangswiderstände oder Feuchtigkeit im Anschlusskopf beeinflussen insbesondere bei ungeeigneter Verdrahtung die Widerstandsmessung.
Hinzu kommt der Prozess selbst. In einer Rohrleitung oder einem Behälter ist die Temperatur nicht zwangsläufig an jedem Punkt vollkommen homogen. Bei starken Gradienten kann bereits eine geringe räumliche Verschiebung zwischen zwei Sensorelementen einen realen Temperaturunterschied erzeugen.
Eine Driftmeldung sollte deshalb immer als Aufforderung zur Diagnose verstanden werden – nicht als automatischer Beweis dafür, dass Sensor 1 oder Sensor 2 ersetzt werden muss.
Wärmeübergang und Einbau als Fehlerquelle
Bei industriellen Widerstandsthermometern befindet sich der eigentliche Pt100 häufig in einem Messeinsatz, der wiederum in einem Schutzrohr montiert ist. Der Prozess erwärmt zunächst das Schutzrohr, anschließend den Messeinsatz und schließlich das Sensorelement.
Diese thermische Kette erzeugt zwangsläufig eine gewisse Verzögerung. Entscheidend sind unter anderem:
- Schutzrohrdurchmesser und Wandstärke,
- Eintauchtiefe,
- Strömungsgeschwindigkeit des Mediums,
- Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Werkstoffe,
- Kontakt zwischen Messeinsatz und Schutzrohrboden,
- Position der beiden Pt100-Elemente innerhalb des Messeinsatzes.
Bei einem gefederten Messeinsatz soll ein definierter Kontakt zum Schutzrohrboden hergestellt werden. Ist der Messeinsatz nicht korrekt montiert oder mechanisch nicht ausreichend angepresst, kann sich die Wärmeübertragung verändern.
Für die Driftüberwachung ist besonders wichtig, dass beide Sensoren möglichst denselben thermischen Weg besitzen. Ein Doppel-Pt100 innerhalb eines gemeinsamen Messeinsatzes bietet dafür grundsätzlich günstige Voraussetzungen, weil beide Elemente sehr nahe beieinander liegen.
Trotzdem können bei schnellen Temperaturänderungen kurzzeitige Unterschiede entstehen. Genau deshalb sollte eine Driftmeldung nicht ausschließlich auf einem extrem engen Grenzwert ohne Zeitbewertung beruhen.
2-, 3- und 4-Leiter-Anschluss unterscheiden
Ein Pt100 wird elektrisch über seinen Widerstand ausgewertet. Die Anschlussleitungen besitzen ebenfalls einen Widerstand. Wie stark dieser das Ergebnis beeinflusst, hängt von der verwendeten Anschlussschaltung ab.
Bei einer 2-Leiter-Schaltung geht der komplette Leitungswiderstand unmittelbar in den gemessenen Widerstand ein. Für präzise industrielle Temperaturmessungen ist diese Ausführung deshalb nur eingeschränkt geeignet, insbesondere bei längeren Leitungen.
Die 3-Leiter-Schaltung kompensiert den Leitungswiderstand weitgehend, sofern die Widerstände der beteiligten Leiter ausreichend ähnlich sind. Sie ist in industriellen Pt100-Anwendungen sehr verbreitet.
Bei der 4-Leiter-Messung werden Strom- und Spannungsmessung getrennt. Dadurch lässt sich der Einfluss der Anschlussleitung besonders wirksam eliminieren.
| Anschluss | Einfluss des Leitungswiderstands | Bedeutung für die Driftüberwachung |
|---|---|---|
| 2-Leiter | Geht direkt in das Messergebnis ein | Änderungen an Leitungen können wie Sensor-Drift erscheinen |
| 3-Leiter | Weitgehende Kompensation bei vergleichbaren Leiterwiderständen | Gut für viele industrielle Doppelsensor-Anwendungen |
| 4-Leiter | Leitungswiderstand wird messtechnisch weitgehend eliminiert | Besonders günstig für hohe Genauigkeitsanforderungen |
Der Siemens SITRANS TH420 unterstützt beispielsweise zwei Pt100-Eingänge in 4-Leiter-Technik. Der WIKA T38 bietet je nach Konfiguration den Anschluss von zwei Widerstandssensoren bis zur 3-Leiter-Schaltung.
Welche Variante sinnvoll ist, hängt von Sensor, Transmitter, Anschlusskopf und erforderlicher Genauigkeit ab. Für einen aussagekräftigen Zweifühlervergleich sollten beide Sensoren möglichst mit derselben Anschlussart betrieben werden.
Drift-Grenzwert sinnvoll festlegen
Ein Drift-Grenzwert sollte nicht willkürlich so klein wie möglich gewählt werden. Ist der Grenzwert enger als die normale Differenz der beiden Messketten, entstehen unnötige Diagnosemeldungen.
Berücksichtigt werden sollten insbesondere die Genauigkeit der beiden Pt100, die Transmittereingänge, die Verdrahtung und die thermische Einbausituation.
Ein Sensorpaar kann beispielsweise im stationären Zustand normalerweise innerhalb weniger Zehntel Kelvin übereinstimmen, bei schnellen Temperaturänderungen aber kurzzeitig stärker auseinanderlaufen. Ein Grenzwert, der nur für den stationären Zustand passend erscheint, könnte bei jedem Anfahrvorgang einen Alarm auslösen.
Für die Auslegung sind deshalb typischerweise folgende Fragen sinnvoll:
| Frage | Warum relevant? | Auswirkung auf die Parametrierung |
|---|---|---|
| Wie groß ist die normale Anfangsdifferenz? | Sensoren sind auch im Neuzustand nicht mathematisch identisch | Grenzwert muss oberhalb normaler Abweichungen liegen |
| Wie dynamisch ist der Prozess? | Unterschiedliche Zeitkonstanten erzeugen kurzzeitige Differenzen | Grenzwert und Verzögerungszeit gemeinsam festlegen |
| Welche Prozessabweichung ist kritisch? | Bestimmt den praktischen Nutzen der Driftmeldung | Grenzwert an Qualitäts- und Sicherheitsanforderung anpassen |
| Welche Genauigkeitsklasse besitzen die Pt100? | Definiert einen Teil der normalen Sensorabweichung | Messunsicherheit bei der Grenzwertwahl berücksichtigen |
| Welche Anschlussart wird verwendet? | Leitungswiderstände können zusätzliche Differenzen erzeugen | Verdrahtungsfehler nicht als Drift interpretieren |
| Wie ähnlich ist der Wärmeübergang? | Unterschiedliche thermische Kopplung erzeugt reale ΔT-Werte | Installation vor zu enger Alarmgrenze prüfen |
Es gibt deshalb keinen universellen Grenzwert wie 0,5 K oder 1 K, der für jede Doppelsensor-Messstelle optimal wäre. Der Wert muss zur konkreten Messaufgabe passen.
Warum eine Verzögerungszeit wichtig ist
Neben dem Grenzwert ist die Zeit entscheidend, über die die Abweichung bestehen muss.
Stellen wir uns einen Prozess vor, der innerhalb weniger Sekunden von 40 auf 150 °C erwärmt wird. Sensor 1 besitzt eine etwas kleinere thermische Zeitkonstante und reagiert schneller. Während des Temperaturanstiegs können deshalb beispielsweise kurzzeitig 2 K Differenz auftreten. Sobald der Prozess stabil ist, nähern sich beide Messwerte wieder an.
Eine Driftüberwachung ohne Verzögerungszeit würde dieses normale dynamische Verhalten möglicherweise als Fehler melden.
Deshalb bieten geeignete Messumformer zusätzlich zur Differenzgrenze eine Zeitbewertung. Beim SITRANS TH420 kann beispielsweise eine Drift-Zeit konfiguriert werden. Erst wenn die Abweichung länger als diese Zeit oberhalb des Grenzwertes bleibt, wird die entsprechende Diagnose ausgelöst.
Die Verzögerungszeit darf allerdings auch nicht unnötig groß gewählt werden. Andernfalls wird eine tatsächlich zunehmende Sensorabweichung erst sehr spät erkannt.
Grenzwert und Zeit müssen deshalb gemeinsam auf die Dynamik der Messstelle abgestimmt werden.
Welcher der beiden Pt100 driftet?
Dies ist eine der wichtigsten Grenzen eines einfachen Zweifühlervergleichs.
Sensor 1 zeigt 151,0 °C und Sensor 2 zeigt 149,5 °C. Die Differenz beträgt 1,5 K. Daraus lässt sich eindeutig erkennen, dass die beiden Messketten nicht mehr übereinstimmen.
Allein aus diesen beiden Zahlen lässt sich jedoch nicht sicher ableiten, welcher Sensor den korrekten Wert liefert.
Mögliche Situationen sind:
- Sensor 1 driftet nach oben,
- Sensor 2 driftet nach unten,
- beide Sensoren driften in unterschiedliche Richtungen,
- einer der Signalwege besitzt einen zusätzlichen Widerstandsfehler,
- beide Sensoren erfassen aufgrund des Wärmeübergangs tatsächlich leicht unterschiedliche Temperaturen.
Für die eindeutige Zuordnung ist eine zusätzliche Information erforderlich. Dies kann beispielsweise eine Kalibrierung gegen eine rückführbare Referenz, ein dritter unabhängiger Sensor oder eine andere geeignete Prozessreferenz sein.
Die klassische Zweifühlerüberwachung beantwortet deshalb primär die Frage:
„Stimmen die beiden Messungen noch ausreichend überein?“
Sie beantwortet nicht automatisch:
„Welcher der beiden Pt100 ist definitiv falsch?“
Warum gleichgerichtete Drift unentdeckt bleiben kann
Eine weitere Grenze entsteht durch sogenannte gemeinsame beziehungsweise gleichgerichtete Fehler.
Wenn beide Pt100 durch dieselben Belastungen in nahezu gleicher Weise altern und sich ihre Kennlinien in dieselbe Richtung verschieben, kann ihre gegenseitige Differenz klein bleiben.
Beispiel:
Im Neuzustand zeigen beide Sensoren 200,0 °C. Nach längerer Beanspruchung zeigen beide 201,0 °C, obwohl die reale Temperatur weiterhin 200,0 °C beträgt.
Der Zweifühlervergleich ergibt weiterhin:
ΔT = 0 K
Die Messstelle hat trotzdem einen gemeinsamen Fehler von rund 1 K.
Dieses Beispiel zeigt, warum eine Doppelsensorüberwachung keine vollständige Alternative zur metrologischen Prüfung oder Kalibrierung darstellt. Sie ist besonders gut darin, unterschiedliches Verhalten der beiden Sensoren zu erkennen.
Driftüberwachung und Sensorredundanz unterscheiden
Doppelsensoren werden häufig sowohl für Diagnose als auch für Redundanz eingesetzt. Diese beiden Funktionen sollten jedoch getrennt betrachtet werden.
Bei der Driftüberwachung werden beide gültigen Messwerte miteinander verglichen. Überschreitet ihre Differenz den eingestellten Grenzwert, wird eine Diagnose ausgelöst.
Bei einer Sensor-Backup-Funktion verwendet der Transmitter dagegen einen Sensor als primären Messwertgeber. Wird bei diesem Sensor ein klarer Fehler wie Drahtbruch oder Kurzschluss erkannt, kann automatisch auf den zweiten Sensor umgeschaltet werden.
Ein Driftalarm stellt dabei einen schwierigeren Zustand dar als ein eindeutiger Drahtbruch. Bei einem Drahtbruch ist bekannt, welcher Eingang ausgefallen ist. Bei einer Differenz zwischen zwei weiterhin plausibel arbeitenden Pt100 ist dagegen zunächst nicht zwangsläufig bekannt, welcher Wert richtig ist.
Deshalb sollte vor der Inbetriebnahme klar definiert werden, welche Reaktion eine Driftmeldung auslösen soll: reine Wartungsinformation, Alarm an das Leitsystem oder eine andere projektspezifische Maßnahme.
Weitere Details zur eigentlichen Redundanzarchitektur behandelt der Beitrag „Doppel-Pt100 für Redundanz richtig planen“.
Ausgangszustand und Kalibrierung dokumentieren
Eine Driftüberwachung wird wesentlich aussagekräftiger, wenn der Ausgangszustand der beiden Sensoren bekannt ist.
Bereits bei Inbetriebnahme sollte deshalb dokumentiert werden, welche Differenz zwischen Sensor 1 und Sensor 2 unter einem stabilen Prozesszustand vorhanden ist. Ein perfekt identischer Wert ist nicht erforderlich und in der Praxis auch nicht immer zu erwarten.
Bei hohen Genauigkeitsanforderungen können die einzelnen Pt100 charakterisiert beziehungsweise abgeglichen werden. Moderne Transmitter unterstützen dafür teilweise Sensor-Trim- oder Kennlinienanpassungen.
Wichtig ist dabei, zwischen zwei Dingen zu unterscheiden: Ein Sensorabgleich reduziert bekannte systematische Abweichungen. Eine Driftüberwachung beobachtet dagegen, ob sich das Verhalten im Laufe der Zeit verändert.
Nach einem Sensorwechsel oder einer Neujustierung sollte deshalb auch der neue Ausgangszustand dokumentiert werden. Sonst werden spätere Trends mit einer nicht mehr gültigen Ausgangssituation verglichen.
Dynamische Temperaturänderungen richtig bewerten
Ein Doppel-Pt100 ist für Driftüberwachung besonders aussagekräftig, wenn beide Sensoren unter stationären beziehungsweise langsam veränderlichen Bedingungen verglichen werden.
Bei schnellen Temperaturänderungen wird dagegen das thermische Zeitverhalten sichtbar. Bereits geringe Unterschiede in Position, Masse oder Kontakt können dazu führen, dass ein Element einige Sekunden schneller reagiert als das andere.
Typisch ist dann ein charakteristischer Verlauf:
Während eines Temperaturanstiegs wächst die Differenz zunächst an, erreicht ein Maximum und fällt anschließend wieder zurück, sobald sich ein stationärer Zustand einstellt.
Eine echte langfristige Drift zeigt dagegen eher eine Differenz, die auch im thermisch stabilen Zustand bestehen bleibt beziehungsweise über Wochen und Monate zunimmt.
Für die Diagnose ist es deshalb sehr hilfreich, nicht nur den Alarmzustand zu speichern, sondern auch beide Einzelwerte beziehungsweise deren Differenz als Trend im Leitsystem aufzuzeichnen.
Praxisbeispiel: Differenz wächst über mehrere Monate
In einem Reaktor ist ein Doppel-Pt100 installiert. Beide Sensoren werden von einem Temperaturmessumformer mit zwei Eingängen ausgewertet. Die Prozesstemperatur liegt im Normalbetrieb relativ stabil bei etwa 180 °C.
Bei der Inbetriebnahme beträgt die Differenz zwischen beiden Pt100 im stabilen Betrieb rund 0,15 K. Dieser Zustand wird dokumentiert.
Nach mehreren Monaten zeigt die Trendaufzeichnung:
Sensor 1 = 180,4 °C
Sensor 2 = 179,2 °C
ΔT = 1,2 K
Die Differenz bleibt auch bei konstantem Prozess über längere Zeit bestehen und überschreitet den projektspezifisch definierten Drift-Grenzwert.
Der Transmitter meldet deshalb eine Sensorabweichung. Daraus folgt jedoch noch nicht automatisch, dass Sensor 1 falsch ist. Auch Sensor 2 könnte nach unten gedriftet sein.
Die Messstelle wird bei der nächsten geeigneten Wartungsmöglichkeit gegen eine Referenz geprüft. Dabei wird festgestellt, welcher Sensor die relevante Abweichung besitzt.
Der wesentliche Vorteil der kontinuierlichen Überwachung besteht darin, dass die Veränderung bereits erkannt wurde, bevor die nächste routinemäßige Kalibrierung fällig war. Die Wartung kann geplant statt erst nach einem auffälligen Prozesswert ausgelöst werden.
Systematischer Diagnoseablauf
Wenn eine Driftmeldung auftritt, empfiehlt sich ein strukturierter Prüfablauf. Dadurch wird vermieden, dass ein mechanisches oder elektrisches Problem vorschnell als Alterung des Pt100 interpretiert wird.
- Einzelwerte prüfen: Sensor 1, Sensor 2 und ihre Differenz separat betrachten.
- Trend auswerten: Ist die Differenz langsam gewachsen oder plötzlich entstanden?
- Prozesszustand prüfen: Befindet sich die Temperatur gerade in einem dynamischen Übergang?
- Stationären Zustand abwarten: Prüfen, ob die Differenz nach thermischer Beruhigung bestehen bleibt.
- Verdrahtung kontrollieren: Klemmen, Leitungen und Anschlusswiderstände prüfen.
- Diagnosemeldungen des Transmitters auslesen: Drahtbruch, Kurzschluss und Leitungsfehler von Drift unterscheiden.
- Messeinsatz prüfen: Korrekten Sitz und thermischen Kontakt kontrollieren.
- Schutzrohr und Einbausituation beurteilen: Ablagerungen, Eintauchtiefe und Prozessströmung berücksichtigen.
- Vergleichsmessung durchführen: Wenn erforderlich mit geeigneter unabhängiger Referenz.
- Sensoren kalibrieren: Erst damit lässt sich eindeutig bestimmen, welcher Pt100 tatsächlich außerhalb der zulässigen Abweichung liegt.
- Ausgangszustand aktualisieren: Nach Austausch oder Kalibrierung neue Referenzwerte dokumentieren.
Besonders hilfreich ist die Kombination aus Diagnoseinformationen des Transmitters und Prozesshistorie. Eine plötzlich auftretende Differenz unmittelbar nach Arbeiten am Anschlusskopf deutet auf eine andere Ursache als eine über zwei Jahre kontinuierlich zunehmende Abweichung.
Klassischer Zweifühlervergleich und True Drift Detection unterscheiden
Bei einer klassischen Doppelsensor-Driftüberwachung werden zwei weitgehend gleichwertige Sensorsignale miteinander verglichen. Wird ihre Differenz zu groß, wird eine Abweichung erkannt. Wie beschrieben, kann daraus allein jedoch nicht immer bestimmt werden, welcher Sensor tatsächlich driftet.
Davon zu unterscheiden ist die WIKA True Drift Detection des T38. Diese Funktion arbeitet mit einer speziell dafür vorgesehenen Thermometer-Ausführung und einem integrierten Referenzelement. Sensor und Referenz werden als Gesamtsystem kalibriert und der Transmitter verwendet einen spezifischen Algorithmus zur Driftbewertung.
Damit ist True Drift Detection nicht einfach nur ein anderer Name für den Vergleich zweier beliebiger Pt100.
Für die Planung muss deshalb zunächst geklärt werden, welche Funktion gewünscht ist:
- zwei reguläre Sensoren miteinander vergleichen,
- Sensorredundanz beziehungsweise Hot-Backup realisieren,
- oder eine spezielle Driftüberwachung mit einem definierten Referenzelement einsetzen.
Diese Funktionen können sich ergänzen, sind technisch aber nicht identisch.
Häufige Planungs- und Interpretationsfehler
Jede Differenz zwischen zwei Pt100 als Drift bezeichnen
Auch thermische Gradienten, unterschiedliche Reaktionszeiten und Verdrahtungsfehler können einen Unterschied erzeugen.
Den Drift-Grenzwert möglichst klein einstellen
Ein zu enger Grenzwert erzeugt Diagnosemeldungen während normaler Prozessdynamik und reduziert die Aussagekraft der Überwachung.
Keine Verzögerungszeit verwenden
Kurzzeitige Unterschiede bei schnellen Temperaturänderungen können dann fälschlicherweise als dauerhafte Sensorabweichung bewertet werden.
Aus zwei unterschiedlichen Werten automatisch den defekten Sensor bestimmen
Der Vergleich zeigt zunächst nur die Abweichung. Für die eindeutige Identifikation kann eine zusätzliche Referenz erforderlich sein.
Gemeinsame Drift beider Sensoren ignorieren
Wenn beide Pt100 in dieselbe Richtung driften, kann ihre gegenseitige Differenz klein bleiben. Eine regelmäßige metrologische Verifikation bleibt deshalb relevant.
Redundanz und Driftüberwachung gleichsetzen
Ein zweiter Sensor kann sowohl für Vergleich als auch Backup genutzt werden. Ein eindeutiger Ausfall und eine langsam zunehmende Messwertabweichung sind diagnostisch jedoch unterschiedliche Zustände.
Unterschiedliche Anschlussarten vergleichen
Wenn ein Pt100 beispielsweise über eine andere Leiterschaltung oder deutlich andere Anschlusswiderstände ausgewertet wird, kann bereits die Messkette eine zusätzliche Differenz erzeugen.
Nur den Transmitter betrachten
Die komplette Temperaturmessstelle umfasst Prozess, Schutzrohr, Messeinsatz, Sensorelemente, Verdrahtung und Signalaufbereitung. Viele vermeintliche Sensorfehler entstehen außerhalb des eigentlichen Pt100.
Passende Temperaturmesstechnik bei ICS Schneider
ICS Schneider Messtechnik bietet Widerstandsthermometer und Temperaturtransmitter für Prozessindustrie, Maschinen- und Anlagenbau sowie weitere industrielle Anwendungen an.
Der WIKA T38 ist ein digitaler HART®-Temperaturtransmitter für Kopf- oder Schienenmontage. Er unterstützt den Anschluss von einem oder zwei Sensoren, Sensorredundanz und Sensor-Drift-Überwachung. Zusätzlich steht mit geeigneter Sensorik die WIKA True Drift Detection zur Verfügung.
Der Siemens SITRANS TH420 besitzt zwei unabhängige Sensoreingänge. Neben Drahtbruch- und Kurzschlussdiagnose unterstützt er Driftüberwachung und Hot-Backup. Für zwei Widerstandsthermometer ist auch eine 4-Leiter-Auswertung möglich.
Als Prozessfühler eignet sich beispielsweise das WIKA TR10-B. Der gefederte und auswechselbare Messeinsatz kann abhängig von der Ausführung mit Pt100 beziehungsweise Pt1000 und auch mit Doppel-Messelementen aufgebaut werden.
Temperaturmesstechnik bei ICS Schneider
Widerstandsthermometer und Pt100 ansehen
Weiterführend: Doppel-Pt100 für Redundanz richtig planen
Fazit
Zwei Pt100 an derselben Messstelle ermöglichen mehr als lediglich eine Ersatzmessung bei Sensorbruch. Werden beide Werte kontinuierlich von einem geeigneten Temperaturtransmitter erfasst, lässt sich ihre Differenz als Diagnosegröße für eine zunehmende Sensorabweichung verwenden.
Eine wachsende Differenz zwischen zwei Pt100 ist ein wertvoller Hinweis auf eine Veränderung der Messstelle – aber noch kein eindeutiger Beweis dafür, welcher Sensor driftet.
Damit die Überwachung zuverlässig funktioniert, müssen normale Sensorabweichung, Wärmeübergang, Prozessdynamik, Verdrahtung und Transmittergenauigkeit bei der Festlegung des Drift-Grenzwertes berücksichtigt werden. Eine geeignete Verzögerungszeit verhindert zusätzlich, dass kurzzeitige Unterschiede bei schnellen Temperaturänderungen als langfristige Drift interpretiert werden.
Ebenso wichtig sind die Grenzen des Verfahrens. Zwei gleichartig driftende Pt100 können weiterhin nahezu denselben Wert liefern. Deshalb ersetzt eine reine Differenzüberwachung nicht zwangsläufig eine regelmäßige Kalibrierung oder unabhängige Referenzprüfung.
Richtig eingesetzt kann die Doppelsensorüberwachung Wartungsbedarf jedoch wesentlich früher sichtbar machen. Statt eine Sensorveränderung erst beim nächsten Kalibriertermin zu entdecken, wird eine zunehmende Abweichung bereits während des laufenden Betriebes erkannt und kann gezielt in die Instandhaltungsplanung einfließen.
FAQ zur Driftüberwachung mit Doppel-Pt100
Wie erkennt ein Temperaturmessumformer die Drift eines Doppel-Pt100?
Der Transmitter erfasst beide Sensorwerte separat und überwacht die Differenz zwischen ihnen. Überschreitet diese einen definierten Grenzwert, kann eine Diagnosemeldung ausgelöst werden.
Welche Formel wird für den Sensorvergleich verwendet?
Vereinfacht wird der Betrag der Temperaturdifferenz betrachtet: ΔT = |T1 - T2|.
Bedeutet eine größere Differenz automatisch, dass ein Pt100 driftet?
Nein. Unterschiedlicher Wärmeübergang, Prozessgradienten, Anschlusswiderstände oder dynamische Temperaturänderungen können ebenfalls Unterschiede erzeugen.
Kann der Transmitter erkennen, welcher der beiden Pt100 falsch misst?
Bei einem einfachen Vergleich zweier gleichwertiger Pt100 nicht zwangsläufig. Er erkennt zunächst, dass beide Werte nicht mehr ausreichend übereinstimmen. Für die eindeutige Zuordnung kann eine zusätzliche Referenz notwendig sein.
Was ist ein sinnvoller Drift-Grenzwert?
Es gibt keinen universellen Wert. Er muss anhand von Sensor-Toleranz, Messunsicherheit, Prozessanforderung, Wärmeübergang und normaler dynamischer Differenz der konkreten Messstelle festgelegt werden.
Warum ist eine Drift-Verzögerungszeit sinnvoll?
Bei schnellen Temperaturänderungen können zwei Sensoren wegen unterschiedlicher thermischer Zeitkonstanten kurzzeitig verschiedene Werte anzeigen. Eine Zeitverzögerung verhindert unnötige Driftmeldungen durch solche Übergangszustände.
Kann ein Doppel-Pt100 eine gemeinsame Drift beider Sensoren erkennen?
Nicht zuverlässig. Driften beide Sensoren ähnlich stark in dieselbe Richtung, kann ihre gegenseitige Differenz weiterhin klein bleiben.
Ersetzt die Driftüberwachung die regelmäßige Kalibrierung?
Nicht grundsätzlich. Sie kann Abweichungen zwischen den Sensoren frühzeitig erkennen, ersetzt aber nicht zwangsläufig die metrologische Überprüfung gegen eine unabhängige Referenz.
Was ist der Unterschied zwischen Driftüberwachung und Sensor-Backup?
Die Driftüberwachung vergleicht zwei gültige Messwerte. Beim Sensor-Backup wird bei einem eindeutig erkannten Ausfall eines Sensors automatisch auf den zweiten Sensor umgeschaltet.
Ist ein Doppel-Pt100 automatisch eine vollständig redundante Temperaturmessung?
Nein. Beide Sensorelemente können beispielsweise denselben Messeinsatz, dasselbe Schutzrohr und dieselbe Einbaustelle nutzen. Diese gemeinsamen Komponenten bleiben mögliche gemeinsame Fehlerquellen.
Ist ein 4-Leiter-Pt100 für Driftüberwachung besser?
Die 4-Leiter-Technik reduziert den Einfluss des Leitungswiderstands besonders wirksam und ist deshalb bei hohen Genauigkeitsanforderungen vorteilhaft. Ob sie notwendig ist, hängt von Messstelle, Transmitter und geforderter Genauigkeit ab.
Kann auch eine 3-Leiter-Schaltung verwendet werden?
Ja. Die 3-Leiter-Schaltung ist in industriellen Pt100-Anwendungen weit verbreitet und kompensiert Leitungswiderstände weitgehend, sofern die Leiter vergleichbare Widerstände besitzen.
Warum können zwei Pt100 während eines Temperatursprungs unterschiedliche Werte zeigen?
Bereits kleine Unterschiede bei Position, thermischem Kontakt oder Masse können unterschiedliche Ansprechzeiten verursachen. Im stationären Zustand kann die Differenz anschließend wieder verschwinden.
Was ist WIKA True Drift Detection?
True Drift Detection ist eine spezielle WIKA-Lösung aus einem dafür vorgesehenen Thermometer mit Referenzelement und dem T38-Temperaturtransmitter. Sie ist technisch von der einfachen Differenzüberwachung zweier beliebiger Pt100 zu unterscheiden.
Kann der SITRANS TH420 zwei Pt100 überwachen?
Ja. Der TH420 besitzt zwei unabhängige Eingänge und unterstützt unter anderem Driftüberwachung, Sensor-Backup sowie zwei 4-Leiter-RTD-Anschlüsse.
Kann der WIKA T38 zwei Sensoren auswerten?
Ja. Der T38 unterstützt unterschiedliche Kombinationen mit einem oder zwei Sensoren und bietet Funktionen für Redundanz und Sensor-Drift-Überwachung.
Welche Informationen sollten bei einer Driftmeldung geprüft werden?
Beide Einzeltemperaturen, Differenztrend, Prozesszustand, Temperaturdynamik, Verdrahtung, Transmitterdiagnose, Messeinsatz, Schutzrohr und gegebenenfalls eine unabhängige Referenzmessung sollten gemeinsam betrachtet werden.