Pt100-Isolationsfehler: Feuchtigkeit im Fühler richtig diagnostizieren

→ Produktkategorie: Temperaturmesstechnik

 

Ein Pt100 kann elektrisch noch einen scheinbar plausiblen Widerstandswert liefern und trotzdem fehlerhaft messen, wenn die Isolation zwischen Messkreis und metallischem Fühlermantel beeinträchtigt ist.

Besonders tückisch sind solche Isolationsfehler, weil sie nicht immer als eindeutiger Fühlerbruch oder Kurzschluss auftreten. Stattdessen kann die Temperaturanzeige langsam driften, bei Feuchtigkeit andere Werte zeigen als im trockenen Zustand oder sich mit der Fühlertemperatur scheinbar unerklärlich verändern.

Typische Ursachen sind eingedrungene Feuchtigkeit im Anschlusskopf, beschädigte Anschlussleitungen, verschmutzte Klemmen, gealterte Isolationsmaterialien oder ein elektrischer Kontakt zwischen Messkreis und metallischem Mantel des Messeinsatzes.

Ein normaler Widerstandstest zwischen den Pt100-Anschlussadern reicht deshalb nicht immer aus. Bei verdächtigen Messwerten sollte zusätzlich der Isolationswiderstand zwischen Messkreis und metallischem Mantel geprüft werden.

Nach DIN EN 60751 muss der Isolationswiderstand zwischen Messkreis und Mantel bei der entsprechenden Prüfung ausreichend hoch sein. Ein zu niedriger Isolationswiderstand erzeugt einen zusätzlichen elektrischen Pfad und kann insbesondere zu einer zu niedrigen Temperaturanzeige führen.

Für industrielle Anwendungen mit auswechselbarem Messeinsatz eignet sich beispielsweise das WIKA TR10-B Widerstandsthermometer. Der gefederte Messeinsatz lässt sich aus dem Schutzrohr entnehmen und separat prüfen beziehungsweise austauschen.

Als Ersatz-Messeinsatz steht unter anderem der WIKA TR10-A zur Verfügung. Weitere Lösungen finden Sie unter Widerstandsthermometer und Pt100-Fühler sowie in der gesamten Temperaturmesstechnik bei ICS Schneider.

Wie arbeitet ein Pt100?

Ein Pt100 ist ein Platin-Widerstandssensor, dessen elektrischer Widerstand sich definiert mit der Temperatur verändert.

Bei:

0 °C

beträgt der Nennwiderstand:

100 Ω

Zwischen 0 °C und 100 °C beträgt die Empfindlichkeit näherungsweise:

0,385 Ω/K

Bei 100 °C besitzt ein idealer Pt100 deshalb ungefähr:

138,5 Ω

Die angeschlossene Auswerteelektronik prägt einen kleinen Messstrom ein, misst den Spannungsabfall und berechnet daraus den Widerstand und anschließend die Temperatur.

Für eine korrekte Messung muss der Strom den vorgesehenen Messweg nehmen

Im Idealfall fließt der Messstrom ausschließlich durch:

• Anschlussleitung,
• Pt100-Messelement,
• Rückleitung.

Entsteht zusätzlich ein unerwünschter elektrischer Pfad zum metallischen Mantel oder zur Erde, verändert sich die elektrische Messschaltung.

Genau hier beginnt der Isolationsfehler.

Was ist ein Pt100-Isolationsfehler?

Die elektrischen Leiter des Pt100 müssen gegenüber dem metallischen Fühlermantel ausreichend isoliert sein.

Diese Isolation ist kein idealer unendlich hoher Widerstand, sollte jedoch so hochohmig sein, dass praktisch kein relevanter Messstrom über den Mantel abfließen kann.

Bei einer beschädigten Isolation entsteht ein Leckstrompfad

Dieser kann beispielsweise verlaufen zwischen:

• Pt100-Anschlussader und Messeinsatzmantel,
• Messkreis und Schutzleiterpotential,
• feuchten Anschlussklemmen und Anschlusskopf,
• beschädigter Leitung und geerdeter Maschinenkonstruktion.

Der Fehler muss dabei nicht niederohmig sein.

Auch ein Widerstand von einigen zehn oder hundert Kilohm kann bei einem Pt100 bereits einen messbaren Einfluss verursachen.

Das unterscheidet einen Isolationsfehler vom klassischen Kurzschluss

Bei einem vollständigen Kurzschluss ist der Fehler meist offensichtlich.

Bei einem hoch- oder mittelohmigen Isolationsfehler bleibt der Pt100 dagegen weiterhin elektrisch messbar und liefert häufig Werte, die zunächst plausibel erscheinen.

Warum verfälscht ein schlechter Isolationswiderstand den Temperaturwert?

Ein Pt100 wird über seinen Widerstand ausgewertet.

Entsteht parallel zum eigentlichen Messkreis ein zusätzlicher leitfähiger Pfad, verändert sich der von der Elektronik erfasste Gesamtwiderstand.

Ein paralleler Widerstand reduziert den resultierenden Widerstand

Vereinfacht gilt für zwei parallele Widerstände:

Rges = (RPt100 · Riso) / (RPt100 + Riso)

Ist der Isolationswiderstand sehr groß, ist sein Einfluss praktisch vernachlässigbar.

Sinkt er jedoch stark ab, wird der gemessene Gesamtwiderstand kleiner.

Da ein Pt100 einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt, interpretiert die Auswerteelektronik einen kleineren Widerstand typischerweise als niedrigere Temperatur.

Der Effekt kann zunächst überraschend klein erscheinen

Bei einem Pt100 entsprechen ungefähr:

0,385 Ω ≈ 1 K

Schon eine Widerstandsverfälschung um wenige Zehntel Ohm kann deshalb deutlich sichtbar werden.

WIKA nennt beispielsweise bei einem Isolationswiderstand von:

100 kΩ

einen möglichen Widerstandsfehler bis etwa:

0,25 Ω

Das entspricht im Bereich um 0 °C näherungsweise:

0,65 K

Bei:

25 kΩ

kann der Fehler bis ungefähr:

1 Ω

betragen.

Das entspricht näherungsweise:

2,6 K

Ein Isolationsfehler muss deshalb keineswegs einem offensichtlichen Kurzschluss entsprechen, um eine relevante Temperaturabweichung zu verursachen.

Was bedeutet Mantelschluss?

Als Mantelschluss wird ein unerwünschter elektrischer Kontakt zwischen dem eigentlichen Messkreis und dem metallischen Außenmantel des Temperaturfühlers beziehungsweise Messeinsatzes bezeichnet.

Im Extremfall besteht nahezu direkter Kontakt

Dann kann mit einem normalen Multimeter bereits ein niederohmiger Widerstand zwischen einer Anschlussader und dem metallischen Mantel festgestellt werden.

Häufig beginnt der Fehler jedoch hochohmig

Beispielsweise durch:

• Feuchtigkeit,
• verschmutzte Isolationsflächen,
• mechanisch beschädigte Innenisolation,
• thermisch gealtertes Isolationsmaterial.

Der Übergang von einer guten Isolation zu einem echten Mantelschluss kann deshalb schleichend erfolgen.

Eine reine Durchgangsprüfung erkennt solche frühen Fehler häufig nicht.

Wie gelangt Feuchtigkeit in einen Temperaturfühler?

Feuchtigkeit kann an verschiedenen Stellen einer Temperaturmessstelle eindringen.

Typische Eintrittsstellen sind

• nicht ausreichend angezogene Kabelverschraubungen,
• ungeeignete Kabeldurchmesser für die verwendete Dichtung,
• beschädigte Deckeldichtungen,
• offene oder schlecht verschlossene Anschlussköpfe,
• beschädigte Anschlussleitungen,
• Steckverbinder mit unzureichender Abdichtung.

Auch Kondensation kann eine Rolle spielen

Ein Anschlusskopf kann während des Betriebes warm werden und nach dem Abschalten wieder abkühlen.

Beim Abkühlen kann feuchte Umgebungsluft in das Gehäuse gelangen beziehungsweise bereits vorhandene Luftfeuchte kondensieren.

Dadurch können sich dünne leitfähige Feuchtigkeitsfilme auf:

• Klemmen,
• Keramikteilen,
• Leiterplatten,
• Isolationsoberflächen

bilden.

Verunreinigungen verstärken den Effekt

Reines Wasser ist vergleichsweise schlecht leitfähig.

Enthält die Feuchtigkeit jedoch:

• Salze,
• Staub,
• Prozessrückstände,
• Korrosionsprodukte

kann der Isolationswiderstand deutlich stärker sinken.

Warum kann der Fehler temperaturabhängig auftreten?

Ein beschädigter Pt100 zeigt nicht zwangsläufig bei jeder Temperatur dieselbe Abweichung.

Feuchtigkeit kann sich mit der Temperatur verändern

Beim Erwärmen kann vorhandene Feuchtigkeit teilweise verdampfen beziehungsweise aus einer kritischen Stelle verdrängt werden.

Der Isolationswiderstand steigt dann eventuell vorübergehend.

Nach dem Abkühlen kann sich erneut Kondensat bilden und der Fehler wieder auftreten.

Auch Isolationsmaterialien selbst sind temperaturabhängig

Bei beschädigten oder gealterten Isolationswerkstoffen kann sich der Widerstand mit der Temperatur verändern.

Ein Fühler kann deshalb beispielsweise:

• bei Raumtemperatur unauffällig sein,
• bei hoher Temperatur driften,
• nach dem Abkühlen erneut einen anderen Nullpunkt zeigen.

Genau dieses Verhalten erschwert die Fehlersuche

Wird der Fühler ausschließlich im kalten, trockenen Werkstattzustand geprüft, kann der Isolationsfehler möglicherweise nicht reproduziert werden.

Bei intermittierenden Fehlern sollte deshalb berücksichtigt werden, unter welchen:

• Temperaturbedingungen,
• Feuchtigkeitsbedingungen,
• Betriebszeiten

die Abweichung tatsächlich auftritt.

Typische Symptome eines Isolationsfehlers

Ein Isolationsproblem kann sich sehr unterschiedlich bemerkbar machen.

Typische Hinweise sind

• Temperaturanzeige driftet langsam,
• Anzeige ist nach Anlagenstillstand anders als im Dauerbetrieb,
• Abweichung hängt von Feuchtigkeit oder Reinigung ab,
• Temperatur wird tendenziell zu niedrig angezeigt,
• mehrere Kalibrierpunkte zeigen keine konstante Abweichung,
• Messwert verändert sich nach Erwärmung oder Abkühlung ungewöhnlich,
• Fehler verschwindet nach Trocknung scheinbar und tritt später erneut auf,
• Messwert reagiert auf Berührung beziehungsweise Bewegung der Anschlussleitung,
• zwischen Anschlussader und metallischem Fühlermantel ist ein endlicher Widerstand messbar.

Nicht jedes dieser Symptome beweist einen Isolationsfehler

Auch andere Probleme können ähnliche Erscheinungen verursachen.

Deshalb sollte die Messstelle systematisch zerlegt und geprüft werden.

Isolationsfehler von anderen Pt100-Fehlern unterscheiden

Fehlerart	Typisches Verhalten	Prüfung
Leitungswiderstand bei 2-Leiter	meist relativ konstanter positiver Temperaturfehler	Leitungswiderstand beziehungsweise Schaltungsart prüfen
Unsymmetrische 3-Leiter-Schaltung	Restfehler trotz Leitungswiderstandskompensation	Einzelwiderstände der drei Adern vergleichen
Fühlerbruch	sehr hoher beziehungsweise unendlicher Widerstand, häufig Diagnosemeldung	Durchgang prüfen
Kurzschluss zwischen Messadern	sehr niedriger Widerstand, extrem niedriger Temperaturwert oder Fehlermeldung	Widerstand zwischen Adern messen
Isolationsfehler gegen Mantel	Drift, häufig zu niedrige Anzeige, temperatur- oder feuchteabhängig	Isolationswiderstand gegen Metallmantel messen
Fehlerhafter Transmitter	Pt100-Widerstand plausibel, Ausgangssignal jedoch falsch	Sensor und Transmitter getrennt prüfen
Falscher Sensortyp parametriert	systematisch falsche Kennlinie	Eingangskonfiguration kontrollieren
Thermischer Einbaufehler	Sensor elektrisch korrekt, aber reale Fühlertemperatur stimmt nicht mit Prozess überein	Einbaulänge, Wärmeableitung und Referenzmessung prüfen

Pt100-Widerstand zunächst plausibilisieren

Bevor eine Isolationsprüfung durchgeführt wird, sollte der normale Pt100-Messkreis geprüft werden.

1. Fühler elektrisch vom Auswertegerät trennen

Transmitter, SPS-Eingang oder Temperaturanzeige dürfen die Widerstandsmessung nicht beeinflussen.

2. Widerstand des Pt100 messen

Bei ungefähr:

0 °C

sollte der Widerstand etwa:

100 Ω

betragen.

Bei ungefähr:

100 °C

sind etwa:

138,5 Ω

zu erwarten.

3. Umgebungstemperatur berücksichtigen

Ein Pt100 bei 20 °C darf natürlich nicht exakt 100 Ω besitzen.

Für eine schnelle Plausibilitätsprüfung liegt der Wert bei Raumtemperatur ungefähr im Bereich:

107 … 108 Ω

4. Bei 3-Leiter-Schaltung Adern vergleichen

Die beiden gleichfarbigen beziehungsweise derselben Sensorseite zugeordneten Anschlussleitungen sollten einen plausiblen und vergleichbaren Leitungswiderstand besitzen.

Große Unterschiede können auf:

• schlechte Klemmstellen,
• Korrosion,
• Teilbruch einer Leitung

hinweisen.

Isolationswiderstand richtig messen

Die normale Ohmmessung beantwortet lediglich die Frage, ob der Pt100-Messkreis selbst plausibel ist.

Für die Beurteilung der Isolation wird zusätzlich zwischen dem Messkreis und dem metallischen Mantel gemessen.

Typischer Prüfaufbau

Der Fühler beziehungsweise Messeinsatz wird vollständig von angeschlossener Elektronik getrennt.

Danach wird der Isolationswiderstand gemessen zwischen:

• Pt100-Messkreis beziehungsweise Anschlussadern,
• metallischem Mantel des Messeinsatzes.

Für eine grundlegende Prüfung können die zum gleichen Messkreis gehörenden Adern gemeinsam betrachtet und gegenüber dem Mantel geprüft werden.

Bei der detaillierten Fehlersuche können zusätzlich einzelne Adern getrennt gegen den Mantel gemessen werden.

Ein normaler Multimeter-Widerstandsbereich reicht dafür häufig nicht aus

Benötigt wird ein geeignetes Isolationsmessgerät, das hohe Widerstände im:

MΩ- beziehungsweise GΩ-Bereich

zuverlässig messen kann.

Welcher Isolationswiderstand ist erforderlich?

Nach DIN EN 60751 darf der Isolationswiderstand zwischen dem Messkreis und dem metallischen Mantel bei der entsprechenden Prüfung nicht beliebig klein sein.

Als Mindestanforderung wird bei einer Prüfspannung von mindestens:

100 V DC

ein Isolationswiderstand von mindestens:

100 MΩ

genannt.

Ein guter neuer Fühler liegt typischerweise deutlich darüber

WIKA prüft seine Widerstandsthermometer nach eigenen Angaben mit:

500 V DC

und fordert dabei:

> 1.000 MΩ

Ein gemessener Wert von einigen hundert Kilohm ist daher keineswegs „noch ausreichend hoch“

Für einen Pt100 ist dies bereits ein deutlicher Isolationsfehler und kann das Messergebnis merklich beeinflussen.

Bei der Bewertung sollte jedoch immer die für den konkreten Fühler geltende Herstellerdokumentation beziehungsweise Prüfvorschrift berücksichtigt werden.

Transmitter und Elektronik vor der Isolationsprüfung trennen

Eine Isolationsmessung arbeitet mit einer wesentlich höheren Prüfspannung als eine normale Widerstandsmessung.

Diese Spannung darf nicht unkontrolliert auf angeschlossene Elektronik gegeben werden.

Vor der Prüfung müssen deshalb gegebenenfalls getrennt werden

• Kopftransmitter,
• SPS-Eingänge,
• Temperaturanzeigen,
• Messumformer,
• Trennverstärker,
• sonstige elektronische Eingänge.

Die Isolationsprüfung sollte ausschließlich am dafür vorgesehenen, spannungsfreien Sensorkreis und entsprechend der Geräte- beziehungsweise Herstelleranweisung erfolgen.

Ein direkt angeschlossener Temperaturtransmitter darf nicht einfach mit der für den nackten Messeinsatz vorgesehenen Isolationsprüfspannung beaufschlagt werden.

Anschlusskopf und Klemmen prüfen

Nicht jeder schlechte Isolationswert bedeutet, dass das Pt100-Element selbst beschädigt ist.

Der Fehler kann bereits im Anschlusskopf entstehen.

Bei geöffnetem Anschlusskopf sollten geprüft werden

• sichtbare Feuchtigkeit,
• Wassertropfen,
• Kondensationsspuren,
• Korrosion an Klemmen,
• grünliche beziehungsweise weiße Korrosionsprodukte,
• verschmutzte Keramiksockel,
• beschädigte Aderisolation,
• korrekter Sitz der Kabelverschraubung,
• Zustand der Deckeldichtung.

Besonders interessant ist die Vergleichsmessung

Zunächst wird die gesamte Messstelle einschließlich Anschlusskopf geprüft.

Anschließend wird der Messeinsatz beziehungsweise die Sensorleitung getrennt.

Verbessert sich der Isolationswiderstand danach deutlich, liegt die Ursache möglicherweise:

• im Anschlusskopf,
• an den Klemmen,
• in der externen Verdrahtung.

Bleibt der Wert auch am isoliert geprüften Messeinsatz schlecht, ist der Sensor selbst verdächtig.

Anschlussleitung separat untersuchen

Auch eine lange Feldleitung zwischen Pt100 und Schaltschrank kann einen Isolationsfehler verursachen.

Typische Beschädigungen sind

• gequetschte Leitungen,
• angescheuerte Kabelmäntel,
• beschädigte Kabelverschraubungen,
• Feuchtigkeit in Abzweigdosen,
• Öl oder Kühlmittel in Steckverbindern,
• mechanische Schäden in Schleppketten.

Für die Fehlersuche sollte deshalb unterschieden werden zwischen:

Sensor/Messeinsatz

und:

Feldverkabelung

Sensor direkt am Anschlusskopf prüfen

Ist der Isolationswert dort gut, während die Messung am Schaltschrank schlecht ist, liegt der Fehler sehr wahrscheinlich in der Leitung beziehungsweise Verdrahtung dazwischen.

Messeinsatz und Schutzrohr getrennt betrachten

Bei industriellen Widerstandsthermometern wie dem WIKA TR10-B befindet sich der eigentliche Pt100 in einem auswechselbaren Messeinsatz.

Dieser Messeinsatz wird in ein separates Schutzrohr eingeschoben.

Für die elektrische Diagnose ist diese Trennung hilfreich

Der Messeinsatz kann ausgebaut und separat geprüft werden.

Dadurch lässt sich unterscheiden zwischen:

• defektem Messeinsatz,
• Problemen im Anschlusskopf,
• äußerem Schutzrohr beziehungsweise Prozessanschluss.

Ein Austausch muss deshalb nicht zwingend die gesamte Messstelle betreffen

Ist das Schutzrohr mechanisch und prozesstechnisch weiterhin einwandfrei, kann bei einer entsprechenden Bauform lediglich der Messeinsatz ersetzt werden.

Der WIKA TR10-A ist beispielsweise ausdrücklich als Austausch-Messeinsatz für Servicefälle vorgesehen.

2-, 3- und 4-Leiter-Schaltung: Was ändert sich beim Isolationsfehler?

Die 2-, 3- und 4-Leiter-Technik dient in erster Linie dazu, den Einfluss des normalen Leitungswiderstandes auf die Pt100-Messung zu reduzieren.

2-Leiter

Der Widerstand beider Anschlussleitungen geht direkt in das Messergebnis ein.

3-Leiter

Der Leitungswiderstand wird weitgehend kompensiert, sofern die Leitungswiderstände ausreichend symmetrisch sind.

4-Leiter

Der Einfluss der Anschlussleitungen kann messtechnisch nahezu vollständig eliminiert werden.

Ein Isolationsfehler wird dadurch jedoch nicht beseitigt

Ein unerwünschter Strompfad vom Messkreis zum Mantel bleibt auch bei einer 3- oder 4-Leiter-Schaltung bestehen.

Eine präzisere Anschlussart kann deshalb einen mangelhaften Isolationswiderstand nicht kompensieren.

Kann ein feuchter Pt100 einfach getrocknet werden?

Das hängt davon ab, wo sich die Feuchtigkeit befindet und wodurch sie eingedrungen ist.

Feuchtigkeit ausschließlich im Anschlusskopf

Ist lediglich der Anschlussraum feucht, können je nach Zustand:

• sorgfältiges Trocknen,
• Reinigung verschmutzter Isolationsflächen,
• Erneuerung beschädigter Dichtungen,
• korrekte Montage der Kabelverschraubung

das Problem beheben.

Danach muss erneut gemessen werden

Entscheidend ist nicht, dass der Kopf optisch trocken aussieht, sondern dass der Isolationswiderstand anschließend wieder stabil im zulässigen Bereich liegt.

Feuchtigkeit im eigentlichen Messeinsatz

Ist Feuchtigkeit in die interne Sensor- beziehungsweise Mantelleitung eingedrungen, sollte ein kurzzeitiges verbessertes Ergebnis nach Erwärmung nicht automatisch als dauerhafte Reparatur bewertet werden.

Die Ursache für das Eindringen besteht möglicherweise weiterhin.

Bei wiederkehrenden Isolationsproblemen

ist ein Austausch des Messeinsatzes häufig die zuverlässigere Lösung.

Praxisbeispiel: Temperaturwert driftet nach Anlagenstillstand

Ein Pt100 überwacht die Temperatur eines Prozessbehälters.

Im normalen Dauerbetrieb zeigt die Messstelle ungefähr:

85 °C

und stimmt weitgehend mit einer Referenzmessung überein.

Nach einem längeren Anlagenstillstand

zeigt der Fühler beim Wiederanfahren mehrere Kelvin zu wenig an.

Nach einigen Stunden Betrieb nähert sich der Messwert wieder dem erwarteten Wert.

Erster Verdacht

Der Temperaturtransmitter sei instabil.

Prüfung des Pt100-Widerstandes

Der Widerstand des Sensors ist bei Raumtemperatur grundsätzlich plausibel.

Es liegt weder ein Fühlerbruch noch ein direkter Kurzschluss zwischen den Messadern vor.

Isolationsprüfung

Zwischen Pt100-Messkreis und metallischem Messeinsatzmantel wird unmittelbar nach dem kalten Anlagenstillstand jedoch nur ein Widerstand im unteren MΩ-Bereich gemessen.

Nach längerem warmem Betrieb steigt dieser Wert deutlich an.

Ursache

Im Anschlussbereich beziehungsweise Messeinsatz befindet sich Feuchtigkeit.

Beim Erwärmen verbessert sich die Isolation vorübergehend.

Nach dem Abkühlen tritt erneut Kondensation auf.

Abhilfe

Die undichte Stelle am Anschlusskopf wird beseitigt und der betroffene Messeinsatz ersetzt.

Nach der Reparatur wird erneut geprüft:

• Pt100-Widerstand,
• Isolationswiderstand,
• Temperaturanzeige gegenüber Referenz.

Das Beispiel zeigt, warum ein Pt100 bei einer einfachen Ohmmessung zunächst vollständig intakt erscheinen kann, obwohl der eigentliche Fehler in der Isolation zum metallischen Mantel liegt.

Typische Fehlerbilder

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Temperatur dauerhaft zu niedrig	zu niedriger Isolationswiderstand beziehungsweise Leckpfad	Messkreis gegen Mantel prüfen
Temperatur dauerhaft zu hoch	Leitungswiderstand bei 2-Leiter-Schaltung	Leitungswiderstand und Anschlussart prüfen
Messwert driftet nach Reinigung	Feuchtigkeit im Anschlusskopf	Kabelverschraubung, Dichtung und Klemmen prüfen
Messwert ist kalt falsch und warm besser	feuchteabhängiger Isolationsfehler	Isolationswiderstand kalt und warm vergleichen
Messwert wird mit steigender Temperatur zunehmend instabil	thermisch abhängiger Isolationsschaden	Fühler bei mehreren Temperaturen prüfen
Pt100-Widerstand plausibel, Prozesswert trotzdem falsch	Isolationsfehler, Transmitter oder thermischer Einbaufehler	Messkette schrittweise trennen
Niederohmiger Widerstand zwischen Ader und Mantel	Mantelschluss	Messeinsatz austauschen beziehungsweise Herstellerprüfung
Isolationswert direkt am Fühler gut, am Schaltschrank schlecht	Feldleitung beschädigt oder feucht	Verkabelung separat prüfen
Isolationswert steigt nach Trocknung stark an	Feuchtigkeit als Ursache wahrscheinlich	Eintrittsstelle suchen und Wiederholungsprüfung durchführen
Messwert verändert sich beim Bewegen des Kabels	Leitungsbruch oder beschädigte Isolation	Kabel abschnittsweise prüfen
Anzeige springt auf Fehlerwert	offener Messkreis oder harter Kurzschluss	Durchgang und Aderwiderstände prüfen
Nur eine von zwei Pt100-Messstellen im gleichen Fühler fällt aus	Fehler eines einzelnen Sensorkreises	beide Messkreise getrennt prüfen
Fehler bleibt nach Messeinsatzwechsel bestehen	Feldverkabelung oder Auswerteelektronik	Leitung und Transmitter separat prüfen

Empfohlener Diagnoseablauf

1. Fehlerbild dokumentieren: Abweichung, Temperatur, Feuchtigkeit und Betriebszustand festhalten.
2. Prozesswert plausibilisieren: Wenn möglich mit einer unabhängigen Temperaturreferenz vergleichen.
3. Sensortyp prüfen: Sicherstellen, dass Pt100 und richtige Kennlinie parametriert sind.
4. Schaltungsart prüfen: 2-, 3- oder 4-Leiter korrekt identifizieren.
5. Messstelle spannungsfrei schalten: Sensor von der Auswerteelektronik trennen.
6. Pt100-Widerstand messen: Wert mit der aktuellen Temperatur vergleichen.
7. Durchgang aller Adern prüfen: Unterbrechungen ausschließen.
8. Bei 3-Leiter Leitungswiderstände vergleichen: starke Asymmetrien erkennen.
9. Direkten Mantelschluss prüfen: Widerstand zwischen Anschlussadern und metallischem Mantel kontrollieren.
10. Isolationsmessgerät vorbereiten: Geeignete Prüfspannung gemäß Sensor- beziehungsweise Herstelleranforderung wählen.
11. Elektronik vollständig abtrennen: Keine hohe Prüfspannung auf Transmitter oder SPS geben.
12. Isolationswiderstand messen: Messkreis gegen metallischen Messeinsatzmantel prüfen.
13. Ergebnis bewerten: Norm- und Herstellergrenzwerte heranziehen.
14. Anschlusskopf öffnen: Feuchtigkeit, Korrosion und Verschmutzung kontrollieren.
15. Kabelverschraubung prüfen: Dichtung und Kabeldurchmesser kontrollieren.
16. Feldleitung separat prüfen: Sensor und Anschlusskabel voneinander trennen.
17. Messeinsatz separat prüfen: Bei auswechselbarer Bauform ausbauen und einzeln messen.
18. Temperaturabhängigkeit untersuchen: Falls nötig kalten und warmen Zustand vergleichen.
19. Fehlerstelle lokalisieren: Sensor, Anschlusskopf, Kabel oder Transmitter eindeutig zuordnen.
20. Reparatur beziehungsweise Austausch durchführen: Ursache dauerhaft beseitigen.
21. Isolationsprüfung wiederholen: Verbesserung messtechnisch bestätigen.
22. Temperaturmessung verifizieren: Messstelle abschließend mit Referenztemperatur prüfen.
23. Ergebnis dokumentieren: Widerstandswerte, Isolationswerte und Austauschkomponenten festhalten.

Wann sollte der Fühler ausgetauscht werden?

Ein Pt100 muss nicht bei jeder Auffälligkeit sofort vollständig ersetzt werden.

Ein Austausch des Messeinsatzes ist besonders sinnvoll bei

• nachgewiesenem Mantelschluss,
• Isolationswiderstand unter dem zulässigen Grenzwert,
• wiederkehrendem Feuchtigkeitseintritt in den Messeinsatz,
• starker temperaturabhängiger Drift,
• mechanisch beschädigter Mantelleitung,
• korrodierten internen Anschlüssen,
• nicht reproduzierbarer Kalibrierung.

Eine Reparatur des Anschlussbereiches kann ausreichend sein, wenn

• der Messeinsatz selbst einen einwandfreien Isolationswert besitzt,
• Feuchtigkeit ausschließlich im Anschlusskopf vorliegt,
• Dichtungen oder Kabelverschraubungen eindeutig als Ursache identifiziert wurden.

Nach jeder Reparatur sollte die komplette Messstelle erneut elektrisch und temperaturtechnisch geprüft werden.

Passende Pt100-Technik bei ICS Schneider

WIKA TR10-B – Widerstandsthermometer mit auswechselbarem Messeinsatz

Das WIKA TR10-B ist für den Einbau in ein separates Schutzrohr vorgesehen und eignet sich dadurch besonders gut für industrielle Prozessmessstellen, bei denen Wartbarkeit eine wichtige Rolle spielt.

Zu den wesentlichen Eigenschaften gehören:

• Sensorbereiche: -196 … +600 °C,
• Pt100- oder Pt1000-Sensoren,
• 2-, 3- und 4-Leiter-Schaltungen je nach Ausführung,
• gefederter und auswechselbarer Messeinsatz,
• Kombination mit verschiedenen Schutzrohrbauformen,
• optionale analoge oder digitale Kopftransmitter,
• zahlreiche explosionsgeschützte Ausführungen.

Für Service- und Diagnosearbeiten ist besonders der auswechselbare Messeinsatz vorteilhaft.

Bei einem nachgewiesenen Isolationsfehler kann der Messeinsatz separat ausgebaut, geprüft und gegebenenfalls ersetzt werden, ohne zwangsläufig das komplette Schutzrohr aus dem Prozess auszubauen.

WIKA TR10-A – Austausch-Messeinsatz

Der WIKA TR10-A ist ausdrücklich als Messeinsatz für Widerstandsthermometer und als Austauschkomponente im Servicefall vorgesehen.

Wichtige Merkmale sind:

• Sensorbereiche von -196 … +600 °C,
• mineralisolierte Mantelmessleitung,
• gefederte Ausführung,
• verschiedene Sensortypen und Schaltungsarten,
• optionale Transmittermontage.

Damit lässt sich bei entsprechenden Thermometerbauformen ein beschädigter beziehungsweise schlecht isolierender Messeinsatz gezielt ersetzen.

WIKA TR10-C – Einschraub-Widerstandsthermometer

Das WIKA TR10-C wird direkt in den Prozess eingeschraubt und besitzt ebenfalls einen gefederten, auswechselbaren Messeinsatz.

Damit kann auch bei dieser Bauform die eigentliche Sensoreinheit für:

• Überprüfung,
• Messmittelüberwachung,
• Kalibrierung,
• Austausch im Servicefall

ausgebaut werden.

Weitere Geräte finden Sie unter Widerstandsthermometer und Pt100-Fühler bei ICS Schneider.

Fazit

Ein Pt100-Isolationsfehler gehört zu den Fehlern, die mit einer normalen Widerstandsmessung leicht übersehen werden können.

Ein plausibler Pt100-Widerstand beweist noch keine einwandfreie Isolation

Der Messkreis kann elektrisch vollständig durchgängig sein und trotzdem einen unerwünschten Leckpfad zum metallischen Mantel besitzen.

Feuchtigkeit ist eine typische Ursache

Sie kann über Anschlusskopf, Kabelverschraubung, Leitung oder beschädigte Sensorkomponenten eindringen und den Isolationswiderstand deutlich reduzieren.

Mantelschluss ist die ausgeprägte Form des Isolationsfehlers

Ein niederohmiger Kontakt zwischen Messkreis und metallischem Mantel ist ein eindeutiger Hinweis auf einen defekten Messeinsatz beziehungsweise Fühler.

Die Abweichung kann temperaturabhängig sein

Feuchtigkeit, Kondensation und gealterte Isolationsmaterialien können dazu führen, dass der Fehler im kalten und warmen Zustand unterschiedlich stark auftritt.

3- oder 4-Leiter-Technik löst das Problem nicht

Diese Schaltungen reduzieren Leitungswiderstandsfehler, können aber einen elektrischen Leckpfad gegen den Mantel nicht kompensieren.

Der Isolationswiderstand muss separat geprüft werden

Die Prüfung erfolgt zwischen dem vom Messgerät getrennten Pt100-Messkreis und dem metallischen Mantel mit einer geeigneten Isolationsmesseinrichtung.

Elektronik muss vorher abgetrennt werden

Die hohe Prüfspannung einer Isolationsmessung darf nicht unkontrolliert auf Kopftransmitter, SPS-Eingänge oder andere elektronische Baugruppen gegeben werden.

Auswechselbare Messeinsätze erleichtern den Service

Bei Thermometern wie TR10-B oder TR10-C kann ein fehlerhafter Messeinsatz gezielt geprüft beziehungsweise ersetzt werden.

Für die Praxis gilt

Fehlerbild dokumentieren → Prozesswert mit Referenz vergleichen → Pt100 vom Messgerät trennen → Widerstand des Messkreises prüfen → Adern und Leitungswiderstände kontrollieren → Isolationswiderstand gegen den metallischen Mantel messen → Anschlusskopf auf Feuchtigkeit und Korrosion untersuchen → Sensor und Feldleitung getrennt prüfen → kalten und warmen Zustand bei intermittierenden Fehlern vergleichen → Fehlerstelle eindeutig lokalisieren → Messeinsatz beziehungsweise beschädigte Komponenten austauschen → Isolationswert erneut prüfen → Temperaturmessstelle abschließend verifizieren.

FAQ: Pt100-Isolationsfehler richtig diagnostizieren

Was ist ein Pt100-Isolationsfehler?

Ein Isolationsfehler liegt vor, wenn zwischen dem elektrischen Pt100-Messkreis und dem metallischen Mantel beziehungsweise einem anderen unerwünschten Potential ein zu niedriger elektrischer Widerstand entsteht.

Was bedeutet Mantelschluss bei einem Pt100?

Ein Mantelschluss ist ein unerwünschter elektrischer Kontakt zwischen einer Sensorleitung beziehungsweise dem Messkreis und dem metallischen Fühlermantel.

Wie wirkt sich ein schlechter Isolationswiderstand aus?

Er kann den vom Messgerät erfassten Widerstand verfälschen. Typischerweise kann dadurch eine zu niedrige Temperatur angezeigt werden.

Kann ein Pt100 trotz Isolationsfehler einen plausiblen Widerstand haben?

Ja. Genau deshalb werden solche Fehler mit einer normalen Ohmmessung zwischen den Pt100-Adern häufig nicht erkannt.

Wie prüft man den Isolationswiderstand eines Pt100?

Der vom Auswertegerät getrennte Messkreis wird mit einem geeigneten Isolationsmessgerät gegenüber dem metallischen Fühlermantel geprüft.

Wie hoch muss der Isolationswiderstand sein?

Nach DIN EN 60751 wird für die entsprechende Prüfung zwischen Messkreis und Mantel bei mindestens 100 V DC ein Mindestwert von 100 MΩ genannt.

Wie hoch ist der Isolationswiderstand eines guten neuen Fühlers?

Er liegt typischerweise deutlich oberhalb des Mindestwertes. WIKA prüft seine Widerstandsthermometer beispielsweise bei 500 V DC auf einen Isolationswiderstand von mehr als 1.000 MΩ.

Kann ich die Isolationsprüfung mit einem normalen Multimeter durchführen?

Ein Multimeter kann einen harten Mantelschluss erkennen. Für eine aussagekräftige Prüfung sehr hoher Isolationswiderstände ist jedoch ein geeignetes Isolationsmessgerät erforderlich.

Kann ich mit 500 V direkt am angeschlossenen Pt100-Transmitter messen?

Nein. Elektronische Geräte müssen vor einer solchen Isolationsprüfung entsprechend der Herstelleranweisung getrennt werden, damit die Prüfspannung keine Elektronik beschädigt.

Warum führt ein Isolationsfehler häufig zu einer zu niedrigen Temperatur?

Ein zusätzlicher leitfähiger Pfad kann den von der Auswerteelektronik erfassten effektiven Widerstand reduzieren. Ein Pt100 interpretiert einen niedrigeren Widerstand als niedrigere Temperatur.

Wie groß ist die Empfindlichkeit eines Pt100?

Im Bereich um 0 °C beträgt die Widerstandsänderung näherungsweise 0,385 Ω pro Kelvin.

Was bedeutet Pt100?

Pt steht für Platin und 100 für einen Nennwiderstand von 100 Ω bei 0 °C.

Kann Feuchtigkeit einen Pt100 verfälschen?

Ja. Feuchtigkeit kann leitfähige Pfade zwischen Klemmen, Sensorleitungen und metallischen Gehäuseteilen bilden und dadurch den Isolationswiderstand reduzieren.

Wo tritt Feuchtigkeit typischerweise ein?

Häufige Eintrittsstellen sind Kabelverschraubungen, beschädigte Dichtungen, Anschlussköpfe und beschädigte Anschlussleitungen.

Kann Kondensation im Anschlusskopf entstehen?

Ja. Temperaturwechsel können dazu führen, dass vorhandene Luftfeuchtigkeit im Anschlussraum kondensiert.

Warum tritt der Fehler manchmal nur im kalten Zustand auf?

Nach dem Abkühlen kann sich Kondensat bilden. Beim Erwärmen kann die Feuchtigkeit teilweise wieder verdampfen und der Isolationswiderstand vorübergehend steigen.

Kann der Fehler auch erst bei hoher Temperatur auftreten?

Ja. Beschädigte oder gealterte Isolationsmaterialien können temperaturabhängig reagieren, sodass der Isolationswiderstand erst bei Erwärmung kritisch wird.

Hilft eine 3-Leiter-Schaltung gegen Isolationsfehler?

Nein. Die 3-Leiter-Schaltung kompensiert in erster Linie Leitungswiderstände, nicht jedoch einen Leckpfad zwischen Messkreis und Mantel.

Hilft eine 4-Leiter-Schaltung?

Auch eine 4-Leiter-Schaltung kann einen echten Isolationsfehler nicht kompensieren.

Wie unterscheidet sich Leitungswiderstand von einem Isolationsfehler?

Leitungswiderstand liegt in Reihe zum Pt100 und führt bei 2-Leiter-Messungen typischerweise zu einem zu hohen Messwert. Ein Isolationsfehler bildet dagegen einen unerwünschten zusätzlichen Strompfad und kann den effektiven Widerstand reduzieren.

Wie erkenne ich einen Fühlerbruch?

Bei einem vollständigen Fühlerbruch wird zwischen den entsprechenden Anschlussadern ein sehr hoher beziehungsweise unendlicher Widerstand gemessen.

Wie erkenne ich einen Kurzschluss?

Bei einem Kurzschluss zwischen Sensoradern wird ein deutlich zu niedriger Widerstand gemessen.

Was soll ich zuerst prüfen: Pt100 oder Transmitter?

Für eine eindeutige Diagnose sollten Sensor und Transmitter getrennt betrachtet werden. Zunächst kann der Pt100-Widerstand direkt gemessen und anschließend die Auswerteelektronik separat geprüft werden.

Kann ein Temperaturtransmitter einen Isolationsfehler erkennen?

Manche Transmitter besitzen Diagnosefunktionen für Fühlerbruch und Kurzschluss. Ein hoch- oder mittelohmiger Isolationsfehler muss dadurch jedoch nicht zwangsläufig eindeutig erkannt werden.

Kann ein feuchter Fühler getrocknet und weiterverwendet werden?

Wenn die Feuchtigkeit ausschließlich im Anschlussraum lag und die Eintrittsursache dauerhaft beseitigt wurde, kann dies möglich sein. Danach muss der Isolationswiderstand jedoch erneut geprüft werden.

Wann sollte der Pt100 ausgetauscht werden?

Bei nachgewiesenem Mantelschluss, dauerhaft zu niedrigem Isolationswiderstand, wiederkehrendem Feuchtigkeitseintritt oder nicht reproduzierbarer Messung ist ein Austausch sinnvoll.

Muss bei einem TR10-B das komplette Thermometer ausgetauscht werden?

Nicht zwangsläufig. Der TR10-B besitzt einen auswechselbaren, gefederten Messeinsatz. Ist das Schutzrohr weiterhin in Ordnung, kann gegebenenfalls nur der Messeinsatz ersetzt werden.

Welcher Messeinsatz eignet sich als Austauschkomponente?

Der WIKA TR10-A ist unter anderem ausdrücklich als Austausch-Messeinsatz für Servicefälle vorgesehen.

Wo finde ich weitere Pt100-Widerstandsthermometer?

Weitere Lösungen finden Sie unter Widerstandsthermometer und Pt100-Fühler bei ICS Schneider.