Pt100 und Pt1000 gehören zu den am häufigsten eingesetzten Platin-Widerstandssensoren für industrielle Temperaturmessungen. Sie werden in Maschinen, Heizungs- und Klimaanlagen, Prozessbehältern, Rohrleitungen, Prüfständen, Laborgeräten, Schaltschränken und vielen weiteren Anwendungen eingesetzt.
Auf den ersten Blick unterscheiden sich beide Sensoren nur durch eine zusätzliche Null in der Bezeichnung. In der Praxis hat der unterschiedliche Nennwiderstand jedoch erhebliche Auswirkungen auf Leitungseinfluss, Messstrom, Elektronik und Austauschbarkeit. Ein Pt100 besitzt bei 0 °C einen Widerstand von 100 Ω, ein Pt1000 dagegen 1.000 Ω.
Der Pt1000 liefert bei derselben Temperaturänderung eine ungefähr zehnmal größere Widerstandsänderung. Das ist vor allem bei einer Zweileiterschaltung und bei kompakten elektronischen Messsystemen vorteilhaft. Bei einer korrekt ausgeführten Drei- oder Vierleitermessung wird der Leitungswiderstand jedoch weitgehend beziehungsweise nahezu vollständig kompensiert. Der Vorteil des Pt1000 wird dann deutlich kleiner.
Ein Pt1000 ist außerdem nicht automatisch genauer als ein Pt100. Beide können derselben Toleranzklasse nach IEC 60751 entsprechen. Für die tatsächliche Messgenauigkeit sind zusätzlich der Fühleraufbau, die Einbausituation, der Messstrom, die Anschlussleitung und die Auswerteelektronik entscheidend.
Dieser Beitrag erklärt den Unterschied zwischen Pt100 und Pt1000, vergleicht die Schaltungsarten und zeigt, wann ein Pt100, ein Pt1000 oder ein Temperaturmessumformer die sinnvollste Lösung ist.
Inhaltsverzeichnis
- Wie ein Platin-Widerstandsthermometer funktioniert
- Der grundlegende Unterschied zwischen Pt100 und Pt1000
- Widerstandskennlinie und Empfindlichkeit
- Ist ein Pt1000 genauer als ein Pt100?
- Warum der Leitungswiderstand den Messwert beeinflusst
- Pt100 und Pt1000 in Zweileiterschaltung
- Dreileiterschaltung als Industriestandard
- Vierleiterschaltung für besonders genaue Messungen
- 2-, 3- und 4-Leiteranschluss im Vergleich
- Messstrom und Eigenerwärmung beachten
- Dünnschicht- und drahtgewickelte Sensorelemente
- Beeinflusst Pt100 oder Pt1000 die Ansprechzeit?
- Temperaturbereich und Toleranzklasse
- Kompatibilität mit SPS, Anzeige und Regler
- Wann ein Temperaturmessumformer sinnvoll ist
- Sind Pt100 und Pt1000 austauschbar?
- Typische Anwendungen für Pt100 und Pt1000
- Entscheidungshilfe für die Praxis
- Typische Fehlbestellungen und Verdrahtungsfehler
- Praxisbeispiel: Temperaturabweichung durch eine lange Zweileiterleitung
- Fühler und Auswerteelektronik prüfen
- Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen zu Pt100 und Pt1000
Wie ein Platin-Widerstandsthermometer funktioniert
Ein Widerstandsthermometer nutzt die Eigenschaft von Metallen, ihren elektrischen Widerstand mit der Temperatur zu verändern. Bei Platin steigt der Widerstand mit zunehmender Temperatur. Es handelt sich daher um einen Sensor mit positivem Temperaturkoeffizienten.
Die Auswerteelektronik speist einen kleinen Messstrom durch das Sensorelement und misst den entstehenden Spannungsabfall. Aus Spannung und Strom wird der elektrische Widerstand bestimmt. Über die genormte Widerstands-Temperatur-Kennlinie berechnet das Gerät anschließend die Temperatur.
Platin eignet sich besonders gut für präzise Temperaturmessungen, weil seine Kennlinie reproduzierbar, langzeitstabil und international genormt ist. Die Anforderungen an industrielle Platin-Widerstandssensoren und vollständige Widerstandsthermometer werden in IEC 60751 beschrieben.
Die Bezeichnung beginnt mit „Pt“ für Platin. Die nachfolgende Zahl gibt den Nennwiderstand des Sensors bei 0 °C an. Ein Pt100 besitzt bei 0 °C einen Nennwiderstand von 100 Ω, ein Pt1000 entsprechend 1.000 Ω.
Der Sensor kann als einzelnes Messelement, als Kabeltemperaturfühler, Einschraubfühler, Messeinsatz oder vollständiges Widerstandsthermometer mit Anschlusskopf und Schutzrohr ausgeführt sein. Der eigentliche Messwiderstand ist deshalb nur ein Bestandteil der gesamten Temperaturmessstelle.
Der grundlegende Unterschied zwischen Pt100 und Pt1000
Pt100 und Pt1000 verwenden grundsätzlich dieselbe genormte Platin-Kennlinie. Der relative Temperaturkoeffizient ist gleich. Der Pt1000 besitzt jedoch über den gesamten Temperaturbereich ungefähr den zehnfachen Widerstand des Pt100.
| Eigenschaft | Pt100 | Pt1000 |
|---|---|---|
| Nennwiderstand bei 0 °C | 100 Ω | 1.000 Ω |
| Widerstand bei 100 °C | ca. 138,5 Ω | ca. 1.385 Ω |
| Mittlere Widerstandsänderung zwischen 0 und 100 °C | ca. 0,385 Ω/K | ca. 3,85 Ω/K |
| Einfluss desselben Leitungswiderstands | vergleichsweise hoch | ungefähr zehnmal geringer |
| Verfügbarkeit in Industrieanlagen | sehr weit verbreitet | häufig in kompakten und elektronischen Anwendungen |
| Elektronikeingang erforderlich | Pt100-kompatibel | Pt1000-kompatibel |
Der zehnfache Widerstand ist der wichtigste praktische Vorteil des Pt1000. Ein zusätzlicher Leitungswiderstand von beispielsweise 1 Ω stellt beim Pt100 einen deutlich größeren Anteil des Sensorsignals dar als beim Pt1000.
Bei einer korrekt kompensierten Drei- oder Vierleiterschaltung verliert dieser Vorteil jedoch an Bedeutung. In solchen Anwendungen kann ein Pt100 aufgrund seiner weiten Verbreitung, der großen Geräteauswahl und seiner Kompatibilität mit bestehenden Industriekomponenten die zweckmäßigere Lösung sein.
Widerstandskennlinie und Empfindlichkeit
Zwischen 0 und 100 °C steigt der Nennwiderstand eines Pt100 von 100 Ω auf ungefähr 138,5 Ω. Beim Pt1000 steigt er im gleichen Temperaturbereich von 1.000 Ω auf ungefähr 1.385 Ω.
Die absolute Widerstandsänderung pro Kelvin ist beim Pt1000 somit ungefähr zehnmal größer. Die Auswerteelektronik kann eine kleine Temperaturänderung deshalb als größere Widerstandsänderung erfassen.
Diese größere elektrische Empfindlichkeit ist besonders vorteilhaft, wenn die Elektronik für Pt1000 optimiert ist und Leitungswiderstände nicht durch eine Drei- oder Vierleiterschaltung kompensiert werden können.
Eine größere Widerstandsänderung bedeutet jedoch nicht automatisch eine zehnfach bessere Temperaturgenauigkeit. Die Messgenauigkeit wird weiterhin von der Toleranzklasse des Sensors, der Auflösung und Genauigkeit der Elektronik, dem Messstrom, der Eigenerwärmung und der Einbausituation begrenzt.
Auch die Kennlinie ist nicht über den gesamten Temperaturbereich vollkommen linear. Die Auswerteeinheit muss daher die genormte Kennlinienfunktion oder eine entsprechende Tabelle verwenden. Eine einfache lineare Umrechnung kann über große Temperaturbereiche zusätzliche Abweichungen verursachen.
Ist ein Pt1000 genauer als ein Pt100?
Ein Pt1000 ist nicht grundsätzlich genauer als ein Pt100. Besitzen beide Sensoren dieselbe Toleranzklasse und werden sie mit geeigneter Elektronik in derselben Einbausituation betrieben, gelten grundsätzlich vergleichbare zulässige Temperaturabweichungen.
Die Toleranzklasse beschreibt die Abweichung des Sensorelements von der genormten Kennlinie. Häufig verwendete Klassen sind B, A und AA. Die zulässige Abweichung nimmt mit der Temperatur zu und ist außerdem vom zulässigen Einsatzbereich der jeweiligen Sensorausführung abhängig.
Für die gesamte Messstelle müssen weitere Fehleranteile berücksichtigt werden:
- Toleranz des Sensorelements
- Leitungswiderstand und Schaltungsart
- Genauigkeit der Auswerteelektronik
- Messstrom und Eigenerwärmung
- Wärmeableitung über Fühler und Prozessanschluss
- Eintauchtiefe und thermischer Kontakt
- Alterung, Drift und mechanische Belastung
- Temperaturunterschiede innerhalb der Messstelle
Ein Pt1000 kann im Zweileiteranschluss einen deutlich kleineren Leitungsfehler aufweisen. Dieser praktische Vorteil darf aber nicht mit einer engeren Sensortoleranz verwechselt werden.
Ein Pt100 in Vierleiterschaltung kann eine wesentlich bessere Gesamtmessung ermöglichen als ein Pt1000 in Zweileiterschaltung, wenn hohe Genauigkeit gefordert ist.
Warum der Leitungswiderstand den Messwert beeinflusst
Die Anschlussleitung zwischen Sensor und Auswertegerät besitzt einen eigenen elektrischen Widerstand. Dieser hängt von Leitungslänge, Leiterquerschnitt, Leitermaterial und Kabeltemperatur ab.
Bei einer einfachen Zweileitermessung liegen die Widerstände beider Anschlussadern in Reihe mit dem Sensorelement. Die Auswerteelektronik kann nicht unterscheiden, welcher Anteil vom Sensor und welcher Anteil von der Leitung stammt.
Da der Widerstand eines Platinfühlers mit steigender Temperatur zunimmt, wird ein zusätzlicher Leitungswiderstand als eine zu hohe Temperatur interpretiert.
Der ungefähre Temperaturfehler lässt sich für kleine Bereiche vereinfacht aus dem gesamten Leitungswiderstand und der Widerstandsänderung des Sensors bestimmen:
Temperaturfehler ≈ Leitungswiderstand / Widerstandsänderung je Kelvin
Verursachen Hin- und Rückleitung zusammen beispielsweise einen zusätzlichen Widerstand von 1 Ω, ergibt sich bei einem Pt100 ein Fehler von ungefähr 2,6 K. Bei einem Pt1000 beträgt der Fehler nur ungefähr 0,26 K.
Diese Beispielrechnung gilt näherungsweise im Bereich um 0 °C. Die exakte Kennliniensteigung verändert sich etwas mit der Temperatur.
Pt100 und Pt1000 in Zweileiterschaltung
Die Zweileiterschaltung ist die einfachste Anschlussart. Zwei Adern verbinden den Messwiderstand mit der Auswerteelektronik. Der Leitungswiderstand beider Adern geht vollständig in das Messergebnis ein.
Bei kurzen Leitungen, großen Leiterquerschnitten und moderaten Genauigkeitsanforderungen kann eine Zweileiterschaltung ausreichend sein. Sie ist besonders einfach, benötigt wenig Klemmen und lässt sich mit kostengünstigen Kabeln realisieren.
Der Pt1000 bietet hier einen deutlichen Vorteil. Da sein Widerstandssignal ungefähr zehnmal größer ist, verursacht derselbe absolute Leitungswiderstand nur etwa ein Zehntel des Temperaturfehlers eines Pt100.
Trotzdem darf auch bei einem Pt1000 der Leitungseinfluss nicht grundsätzlich ignoriert werden. Bei langen, dünnen oder warmen Leitungen kann weiterhin eine relevante Abweichung entstehen. Außerdem verändert sich der Kupferwiderstand der Leitung mit der Umgebungstemperatur.
Eine feste Korrektur des Leitungswiderstands in der Elektronik kann nur dann zuverlässig funktionieren, wenn Leitungslänge, Querschnitt und Kabeltemperatur ausreichend konstant bleiben.
Bei hohen Genauigkeitsanforderungen ist eine Drei- oder Vierleiterschaltung in der Regel geeigneter als eine rechnerisch korrigierte Zweileitermessung.
Dreileiterschaltung als Industriestandard
Die Dreileiterschaltung verwendet drei Anschlussadern. Zwei Adern sind mit einer Seite des Messwiderstands verbunden, die dritte mit der gegenüberliegenden Seite.
Die Auswerteelektronik nutzt die zusätzlichen Informationen, um den Leitungswiderstand weitgehend zu kompensieren. Voraussetzung ist, dass die Widerstände der beteiligten Anschlussadern möglichst gleich sind.
Unterschiedliche Leitungslängen, Querschnitte, Klemmstellen oder Temperaturen können zu einer Asymmetrie führen. Dieser Unterschied wird nicht vollständig kompensiert und bleibt als Restfehler erhalten.
In industriellen Anlagen bietet die Dreileiterschaltung häufig einen guten Kompromiss aus Genauigkeit, Verdrahtungsaufwand und Kosten. Sie ist deshalb bei Pt100-Widerstandsthermometern sehr weit verbreitet.
Auch ein Pt1000 kann in Dreileiterschaltung betrieben werden, sofern Fühler und Auswerteelektronik dafür vorgesehen sind. Durch den ohnehin geringeren relativen Leitungseinfluss kann sich eine sehr robuste Messung ergeben.
Die drei Adern sollten aus demselben Kabel stammen, den gleichen Querschnitt besitzen und über denselben Leitungsweg geführt werden. Einzelne nachträglich verlängerte Adern können die Kompensation verschlechtern.
Vierleiterschaltung für besonders genaue Messungen
Bei der Vierleiterschaltung werden zwei Adern zur Einspeisung des Messstroms und zwei separate Adern zur Spannungsmessung verwendet. Da durch die Spannungsmessleitungen praktisch kein relevanter Strom fließt, verursachen ihre Leitungswiderstände nahezu keinen Spannungsabfall.
Der Widerstand des Sensorelements kann dadurch unabhängig vom Widerstand der Anschlussleitungen bestimmt werden. Auch unterschiedliche Aderwiderstände werden weitgehend eliminiert.
Die Vierleiterschaltung ist besonders geeignet für Labor- und Kalibriertechnik, Referenzmessungen, lange Leitungen und Anwendungen mit sehr kleinen zulässigen Messunsicherheiten.
Der zusätzliche Verdrahtungsaufwand ist höher. Außerdem müssen Sensor, Stecker, Klemmen und Auswerteelektronik einen echten Vierleiteranschluss unterstützen.
Bei einer Vierleitermessung unterscheiden sich Pt100 und Pt1000 hinsichtlich des Leitungsfehlers nur noch wenig. Die Entscheidung kann dann stärker von Elektronikkompatibilität, Sensorbauform, Verfügbarkeit und Messstrom abhängen.
2-, 3- und 4-Leiteranschluss im Vergleich
| Schaltungsart | Leitungseinfluss | Vorteile | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|
| 2-Leiter | vollständig im Messwert enthalten | geringer Verdrahtungsaufwand | kurze Leitungen, Pt1000, einfache HLK- und Maschinenanwendungen |
| 3-Leiter | weitgehend kompensiert, Restfehler bei Asymmetrie | guter Kompromiss aus Genauigkeit und Aufwand | industrielle Pt100- und Pt1000-Messstellen |
| 4-Leiter | nahezu vollständig eliminiert | höchste Genauigkeit auch bei langen Leitungen | Labor, Kalibrierung und Präzisionsmessung |
Die Anzahl der vorhandenen Adern allein bestätigt noch nicht die verwendete Messschaltung. Ein Vierleiterfühler kann durch Zusammenlegen beziehungsweise Weglassen einzelner Leiter auch als Drei- oder Zweileiterfühler angeschlossen werden. Dadurch gehen jedoch die Vorteile der ursprünglichen Schaltung teilweise verloren.
Vor dem Anschluss sollten daher Datenblatt, Schaltbild und Klemmenbelegung geprüft werden. Besonders bei Doppelsensoren können zusätzliche Adern für ein zweites Pt100- oder Pt1000-Element vorgesehen sein.
Messstrom und Eigenerwärmung beachten
Zur Widerstandsmessung muss die Auswerteelektronik einen elektrischen Messstrom durch das Sensorelement leiten. Dieser Strom erzeugt im Widerstand Verlustleistung und damit Wärme.
Die elektrische Leistung ergibt sich aus:
P = I² × R
Würde bei einem Pt1000 derselbe Messstrom wie bei einem Pt100 verwendet, entstünde aufgrund des zehnfachen Widerstands ungefähr die zehnfache Verlustleistung. Geeignete Pt1000-Eingänge arbeiten deshalb häufig mit einem entsprechend kleineren Messstrom.
Die tatsächlich entstehende Temperaturerhöhung hängt nicht nur von der elektrischen Leistung ab. Entscheidend ist auch, wie gut der Sensor die Wärme an das Medium oder Bauteil abgeben kann.
In bewegtem Wasser ist die Eigenerwärmung meist deutlich kleiner als in ruhender Luft oder in einer schlecht wärmeleitenden Einbausituation. Kleine Sensorelemente reagieren besonders empfindlich auf einen zu hohen Messstrom.
Ein Pt1000 darf daher nicht einfach an eine beliebige Widerstandsmessung angeschlossen werden. Die Elektronik muss einen geeigneten Messstrom verwenden und für die Pt1000-Kennlinie ausgelegt sein.
Dünnschicht- und drahtgewickelte Sensorelemente
Neben Pt100 oder Pt1000 muss auch die Bauform des Platin-Messwiderstands berücksichtigt werden. Häufig werden Dünnschicht- und drahtgewickelte Sensorelemente eingesetzt.
Bei einem Dünnschichtsensor wird eine sehr dünne Platinschicht auf einen keramischen Träger aufgebracht. Diese Elemente sind kompakt, vibrationsbeständig und wirtschaftlich herstellbar.
Drahtgewickelte Sensoren verwenden einen sehr feinen Platindraht. Je nach Bauform können sie für größere Temperaturbereiche oder besondere Genauigkeitsanforderungen geeignet sein, benötigen jedoch mehr Platz und können empfindlicher gegenüber starken Vibrationen sein.
Pt100-Sensorelemente sind in zahlreichen Dünnschicht- und drahtgewickelten Ausführungen erhältlich. Pt1000-Elemente werden häufig als kompakte Dünnschichtausführung verwendet.
Für die Produktauswahl dürfen daher nicht nur der Nennwiderstand und die Toleranzklasse betrachtet werden. Auch Temperaturbereich, Vibrationsbelastung, Abmessungen und Langzeitstabilität des konkreten Sensorelements müssen passen.
Beeinflusst Pt100 oder Pt1000 die Ansprechzeit?
Der Nennwiderstand allein bestimmt die thermische Ansprechzeit nicht. Ein Pt100 und ein Pt1000 mit identischen Abmessungen, gleichem Sensorgehäuse und gleicher Einbausituation können ein sehr ähnliches Reaktionsverhalten besitzen.
Entscheidend sind vor allem:
- Abmessungen und Masse des Sensorelements
- Durchmesser und Wandstärke des Schutzrohres
- thermischer Kontakt zwischen Element und Fühlerspitze
- Medium und Strömungsgeschwindigkeit
- Eintauchtiefe
- zusätzliches Thermowell oder Schutzrohr
- Luftspalte und Wärmeleitmaterialien
Ein kleiner Pt1000-Dünnschichtsensor kann sehr schnell reagieren. Ein Pt100 in einer vergleichbaren Bauform kann jedoch ähnlich schnell sein. Umgekehrt reagiert auch ein Pt1000 langsam, wenn er in einem massiven Schutzrohr mit großem Luftspalt eingebaut wird.
Für schnelle Prozesse sollte deshalb ein konkreter t50- oder t90-Wert unter definierten Prüfbedingungen angefragt werden. Die Bezeichnung Pt100 oder Pt1000 allein erlaubt keine belastbare Aussage über die Ansprechzeit.
Temperaturbereich und Toleranzklasse
Der theoretische und genormte Kennlinienbereich eines Platin-Widerstandssensors ist nicht automatisch mit dem zulässigen Temperaturbereich eines vollständigen Fühlers identisch.
Der nutzbare Bereich wird unter anderem durch Sensorelement, Schutzrohr, Anschlussleitung, Übergangshülse, Prozessanschluss und Toleranzklasse begrenzt.
Ein Kabel-Widerstandsthermometer kann beispielsweise ein Sensorelement besitzen, das hohe Temperaturen verträgt, während die angeschlossene PVC-, Silikon- oder PTFE-Leitung nur für einen deutlich kleineren Temperaturbereich vorgesehen ist.
Auch die Toleranzklasse kann nur innerhalb eines definierten Temperaturbereichs gelten. Ein Fühler kann außerhalb dieses Bereichs weiterhin funktionieren, ohne dort noch die ursprünglich bestellte Klasse einzuhalten.
Für eine fachgerechte Anfrage sollten deshalb sowohl der normale Betriebsbereich als auch mögliche Start-, Reinigungs- und Störtemperaturen angegeben werden.
Kompatibilität mit SPS, Anzeige und Regler
Pt100 und Pt1000 sind nicht ohne Anpassung an derselben Auswerteelektronik verwendbar. Ein Eingang muss die richtige Kennlinie, den passenden Messbereich und die vorgesehene Anschlussart unterstützen.
Wird ein Pt1000 an einen ausschließlich für Pt100 ausgelegten Eingang angeschlossen, interpretiert das Gerät den deutlich höheren Widerstand falsch. Je nach Messbereich zeigt es eine extreme Übertemperatur, einen Sensorfehler oder einen Messbereichsüberlauf an.
Wird umgekehrt ein Pt100 an einen Pt1000-Eingang angeschlossen, liegt der Widerstand weit unterhalb des erwarteten Bereichs. Die Anzeige kann eine sehr niedrige Temperatur oder einen Kurzschluss melden.
Vor einem Sensortausch müssen daher folgende Angaben geprüft werden:
- unterstützter Sensortyp Pt100 oder Pt1000
- 2-, 3- oder 4-Leitereingang
- Messbereich und Toleranzklasse
- zulässiger Leitungswiderstand
- Messstrom und Sensorbrucherkennung
- Anzahl der Sensoren pro Fühler
- Klemmenbelegung und Schirmung
Viele moderne Universaltransmitter und Temperaturmessgeräte lassen sich zwischen Pt100 und Pt1000 umschalten. Diese Funktion muss jedoch ausdrücklich in der Gerätedokumentation aufgeführt sein.
Wann ein Temperaturmessumformer sinnvoll ist
Bei langen Leitungswegen kann ein Temperaturmessumformer direkt im Anschlusskopf, im Fühlergehäuse oder in der Nähe des Sensors installiert werden. Er misst den Pt100- oder Pt1000-Widerstand lokal und wandelt ihn beispielsweise in ein 4–20-mA-Signal um.
Dadurch bleibt die empfindliche Widerstandsleitung zwischen Sensor und Transmitter kurz. Die weitere Übertragung über die Stromschleife ist wesentlich unempfindlicher gegenüber Leitungswiderstand und elektromagnetischen Störungen.
Ein Messumformer ist besonders sinnvoll bei:
- langen Leitungen zur SPS oder zum Leitsystem
- starken elektromagnetischen Störungen
- standardisierten 4–20-mA-Eingängen
- galvanischer Trennung zwischen Sensor und Auswertung
- parametrierbaren Messbereichen
- gewünschter Sensorbruch- und Kurzschlussdiagnose
Der Transmitter muss zum Sensortyp und zur Anschlussart passen. Ein Gerät, das Pt100 und Pt1000 unterstützt, muss vor der Inbetriebnahme auf den tatsächlich angeschlossenen Sensor parametriert werden.
Zur elektrischen Kontrolle einer 4–20-mA-Stromschleife kann ergänzend der UPS4E Stromschleifen-Kalibrator eingesetzt werden. Er kann den Schleifenstrom messen oder definierte Stromwerte zur Prüfung des SPS-Eingangs simulieren.
Der UPS4E prüft jedoch nicht direkt den Widerstand des Pt100- oder Pt1000-Sensors. Für die Prüfung des RTD-Eingangs ist ein geeigneter Widerstands- beziehungsweise Temperatursimulator erforderlich.
Sind Pt100 und Pt1000 austauschbar?
Pt100 und Pt1000 sind mechanisch häufig in ähnlichen Fühlergehäusen erhältlich, elektrisch jedoch nicht direkt austauschbar.
Ein Austausch ist nur möglich, wenn die Auswerteelektronik auf den neuen Sensortyp umgestellt werden kann. Zusätzlich müssen Schaltungsart, Klemmenbelegung, Messbereich, Sensorstrom und Diagnosefunktionen passen.
Auch bei identischer Bauform können sich folgende Eigenschaften unterscheiden:
- Ansprechzeit
- zulässiger Temperaturbereich
- Toleranzklasse
- Dünnschicht- oder Drahtausführung
- Einfach- oder Doppelsensor
- Leiteranzahl
- Fühlerlänge und Durchmesser
- Prozessanschluss
Die Bestellung eines Pt1000 als vermeintlich „genaueren Ersatz“ für einen Pt100 kann deshalb zu einer nicht funktionsfähigen Messstelle führen.
Vor einer Ersatzbestellung sollten die vollständige Typenbezeichnung, das Schaltbild, die Zahl und Farbe der Anschlussadern sowie die Parametrierung des Auswertegerätes geprüft werden.
Typische Anwendungen für Pt100 und Pt1000
Pt100-Sensoren sind in klassischen Industrie- und Prozessanwendungen sehr weit verbreitet. Viele Temperaturtransmitter, SPS-Baugruppen, Regler und Handmessgeräte sind standardmäßig für Pt100 ausgelegt.
Typische Einsatzbereiche sind Prozessbehälter, Rohrleitungen, Lager, Motoren, Maschinen, Prüfstände und Kalibrieranwendungen. Bei längeren Leitungen wird häufig die Drei- oder Vierleiterschaltung verwendet.
Pt1000-Sensoren sind besonders interessant, wenn eine einfache Zweileiterverbindung vorgesehen ist und der Leitungseinfluss klein bleiben soll. Sie werden unter anderem in Gebäudeautomation, Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen sowie in kompakten elektronischen Geräten eingesetzt.
Die Anwendungsbereiche überschneiden sich stark. Ein Pt1000 ist nicht auf Gebäudeautomation beschränkt, und ein Pt100 kann selbstverständlich auch in einer einfachen Zweileiterschaltung eingesetzt werden.
Die Entscheidung sollte immer anhand der vorhandenen Elektronik, der Leitungslänge, des Genauigkeitsziels und der mechanischen Fühlerausführung erfolgen.
Entscheidungshilfe für die Praxis
| Anforderung | Tendenziell geeignete Lösung | Begründung |
|---|---|---|
| Bestehende Industrieanlage mit Pt100-Eingang | Pt100 | Direkte Kompatibilität und große Geräteauswahl |
| Kurze Zweileiterleitung und moderate Genauigkeit | Pt100 oder Pt1000 | Beide können abhängig von Leitung und Elektronik geeignet sein |
| Längere Zweileiterleitung ohne Kompensationsmöglichkeit | Pt1000 | Geringerer relativer Einfluss des Leitungswiderstands |
| Industrielle Standardmessstelle mit längerer Leitung | Pt100 in 3-Leiter oder Pt1000 in 3-Leiter | Leitungseinfluss wird weitgehend kompensiert |
| Präzisions- oder Kalibriermessung | Pt100 oder Pt1000 in 4-Leiter | Leitungswiderstand wird nahezu vollständig eliminiert |
| Sehr langer Leitungsweg zur SPS | RTD mit lokalem 4–20-mA-Transmitter | Robuste Signalübertragung und Diagnosemöglichkeiten |
| Auswertegerät unterstützt ausschließlich Pt100 | Pt100 | Pt1000 wäre elektrisch nicht kompatibel |
| Kompakte Elektronik mit ausdrücklich vorgesehenem Pt1000-Eingang | Pt1000 | Hoher Widerstand und große absolute Signaländerung |
Diese Orientierung ersetzt keine Prüfung der konkreten Messstelle. Ein chemisch ungeeigneter Schutzrohrwerkstoff oder eine zu geringe Eintauchtiefe kann einen größeren Messfehler verursachen als die Entscheidung zwischen Pt100 und Pt1000.
Typische Fehlbestellungen und Verdrahtungsfehler
| Fehler | Mögliche Folge | Bessere Vorgehensweise |
|---|---|---|
| Pt1000 an Pt100-Eingang angeschlossen | Übertemperatur, Messbereichsüberschreitung oder Sensorfehler | Sensortyp und Eingangskonfiguration prüfen |
| Pt100 an Pt1000-Eingang angeschlossen | Untertemperatur- oder Kurzschlussmeldung | Passenden Sensor verwenden oder Eingang umparametrieren |
| Pt100 in langer Zweileiterschaltung | Konstanter positiver Temperaturfehler | 3-/4-Leiteranschluss, Pt1000 oder Transmitter prüfen |
| Ungleiche Adern in Dreileiterschaltung | Unvollständige Leitungskompensation | Gleiche Länge, Querschnitt und Leitungsführung verwenden |
| Vierleiterfühler falsch gebrückt | Messfehler oder fehlendes Signal | Schaltbild des Sensors und Eingangs beachten |
| Pt1000 pauschal als genauer bestellt | Keine Verbesserung oder fehlende Kompatibilität | Gesamte Messkette und Toleranzklasse bewerten |
| Zu hoher Messstrom | Eigenerwärmung des Sensorelements | Geeigneten RTD-Eingang verwenden |
| Fühler zu kurz eingebaut | Wärmeableitungsfehler trotz korrektem Widerstand | Eintauchtiefe und thermischen Kontakt prüfen |
| Nur Sensorklasse betrachtet | Gesamtmessabweichung unterschätzt | Leitung, Elektronik und Einbau in die Messunsicherheit einbeziehen |
Praxisbeispiel: Temperaturabweichung durch eine lange Zweileiterleitung
In einer Heizungsanlage wird die Wassertemperatur mit einem Pt100 in Zweileiterschaltung gemessen. Der Sensor befindet sich etwa 20 m vom Schaltschrank entfernt.
Die Temperaturanzeige liegt dauerhaft ungefähr 2 °C über einem unabhängigen Referenzthermometer. Der Fühler wird zunächst gegen einen neuen Pt100 ausgetauscht, ohne dass sich die Abweichung wesentlich verändert.
Bei der weiteren Prüfung wird der Widerstand der Anschlussleitung untersucht. Hin- und Rückleiter erzeugen zusammen einen zusätzlichen Widerstand, den der Pt100-Eingang vollständig als Teil des Sensorsignals bewertet.
Da die Abweichung bei beiden Pt100-Fühlern ähnlich ausfällt, liegt kein zufälliger Sensordefekt vor. Die Ursache ist der systematische Leitungsfehler der Zweileiterschaltung.
Eine mögliche Lösung wäre der Austausch gegen einen Pt1000. Bei identischem Leitungswiderstand würde der Temperaturfehler ungefähr auf ein Zehntel sinken. Der vorhandene Regler unterstützt jedoch ausschließlich Pt100 und kann nicht umparametriert werden.
Stattdessen wird die Leitung auf Dreileitertechnik umgebaut und ein geeigneter Pt100-Dreileiterfühler eingesetzt. Nach korrektem Anschluss kompensiert der Regler den weitgehend symmetrischen Leitungswiderstand.
Bei einer noch längeren Leitung oder starken elektromagnetischen Störungen wäre alternativ ein Temperaturtransmitter direkt an der Messstelle sinnvoll. Dieser könnte den Pt100-Wert lokal erfassen und als 4–20-mA-Signal zum Schaltschrank übertragen.
Das Beispiel zeigt, dass ein Pt1000 einen Leitungsfehler reduzieren kann, aber nicht automatisch die beste oder einfachste Lösung ist. Die Kompatibilität der vorhandenen Elektronik entscheidet mit.
Fühler und Auswerteelektronik prüfen
Für eine erste Plausibilitätsprüfung kann der Sensor elektrisch vom Auswertegerät getrennt und mit einem geeigneten Widerstandsmessgerät kontrolliert werden.
Bei ungefähr 0 °C sollte ein Pt100 etwa 100 Ω und ein Pt1000 etwa 1.000 Ω besitzen. Bei Raumtemperatur liegen die Werte entsprechend höher.
Eine einfache Widerstandsmessung bestätigt jedoch noch nicht die Genauigkeit des Sensors. Kontaktwiderstände, Messstrom und Messgerätetoleranz können das Ergebnis beeinflussen.
Zur Prüfung des SPS-, Regler- oder Transmittereingangs kann ein geeigneter Pt100- beziehungsweise Pt1000-Simulator verwendet werden. Dieser gibt definierte Widerstandswerte vor, die bestimmten Temperaturen entsprechen.
Stimmt die Anzeige bei simulierten Widerstandswerten, liegt die Ursache einer Abweichung wahrscheinlich am Sensor, an der Anschlussleitung oder an der Einbausituation. Zeigt die Elektronik bereits mit dem Simulator falsche Werte, sind Parametrierung, Eingang, Verdrahtung und Skalierung zu prüfen.
Für eine vollständige Temperaturkalibrierung muss der Fühler in einem geeigneten Kalibrierbad oder Trockenblock mit einem rückführbaren Referenzthermometer verglichen werden. Dabei müssen beide Sensoren tatsächlich dieselbe Temperatur erfassen.
Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
In der Kategorie Temperaturfühler und Temperatursensoren stehen unterschiedliche Lösungen für Industrie, Maschinenbau, Gebäudeautomation, Labor- und Prozessanwendungen zur Verfügung.
Die Kategorie umfasst Widerstandsthermometer, Thermoelemente, Kabel- und Einschraubfühler, Oberflächen- und Luftfühler sowie Ausführungen mit Schutzrohr, Anschlusskopf oder integriertem Messumformer.
Unter Widerstandsthermometer und Pt100-Fühler finden sich unterschiedliche Pt100- und Pt1000-Ausführungen in 2-, 3- oder 4-Leitertechnik. Je nach Modell sind kompakte Einschraubfühler, mineralisolierte Kabelausführungen, Prozesswiderstandsthermometer und Ex-Versionen verfügbar.
Für die Auswahl werden mindestens folgende Angaben benötigt:
- Pt100 oder Pt1000
- 2-, 3- oder 4-Leiteranschluss
- gewünschte Toleranzklasse
- minimaler und maximaler Temperaturbereich
- Fühlerdurchmesser und Einbaulänge
- Prozessanschluss und Schutzrohr
- Medium, Druck und Strömung
- Anschlussleitung und Kabellänge
- Vibrations- und Umgebungsbedingungen
- vorhandener SPS-, Regler- oder Transmittereingang
- Kalibrier- und Zulassungsanforderungen
Der APAQ R130RTD Temperaturtransmitter unterstützt Pt100- und Pt1000-Eingänge in Drei- oder Vierleitertechnik und wandelt den Temperaturwert in ein 4–20-mA-Signal um. Er eignet sich insbesondere für längere Leitungswege zur SPS und für standardisierte industrielle Stromschleifen.
Für mobile oder temporäre Messungen kann das C.A 1823 Temperaturmessgerät mit kompatiblen Pt100- und Pt1000-Fühlern verwendet werden. Neben der Anzeige ermöglicht es die Aufzeichnung und spätere Auswertung von Temperaturverläufen.
Für 4–20-mA-Temperaturtransmitter eignet sich der UPS4E Stromschleifen-Kalibrator ergänzend zur elektrischen Inbetriebnahme und Fehlersuche. Er kontrolliert die Stromschleife, ersetzt aber keinen Pt100- oder Pt1000-Simulator.
ICS Schneider Messtechnik unterstützt bei der Auswahl anhand der vorhandenen Auswerteelektronik, Leitungslänge, Genauigkeitsanforderung und mechanischen Messstelle. Insbesondere bei Ersatzfühlern sollte die vollständige Typenbezeichnung des vorhandenen Sensors und des angeschlossenen Gerätes angegeben werden.
Fazit: Pt1000 reduziert den Leitungseinfluss, Pt100 bietet maximale industrielle Kompatibilität
Pt100 und Pt1000 nutzen dieselbe genormte Platin-Kennlinie. Der wesentliche Unterschied ist der Nennwiderstand bei 0 °C: 100 Ω beim Pt100 und 1.000 Ω beim Pt1000.
Durch den zehnfach höheren Widerstand verursacht derselbe Leitungswiderstand bei einem Pt1000 in Zweileiterschaltung ungefähr nur ein Zehntel des Temperaturfehlers. Das macht den Pt1000 besonders für einfache Zweileiteranwendungen und kompatible kompakte Elektronik interessant.
Bei einer Drei- oder Vierleiterschaltung wird der Leitungseinfluss weitgehend beziehungsweise nahezu vollständig kompensiert. Der Vorteil des Pt1000 wird dann kleiner. Der Pt100 überzeugt in vielen Industrieanwendungen durch seine weite Verbreitung und die große Auswahl kompatibler Transmitter, Regler und SPS-Module.
Ein Pt1000 ist nicht grundsätzlich genauer. Die Toleranzklasse kann bei beiden Sensortypen gleich sein. Für die tatsächliche Genauigkeit müssen Fühleraufbau, Leitung, Messstrom, Elektronik und Einbausituation gemeinsam bewertet werden.
Auch ein direkter Austausch ist nicht ohne Weiteres möglich. Die Auswerteelektronik muss ausdrücklich für den jeweiligen Sensortyp und die verwendete Zwei-, Drei- oder Vierleiterschaltung vorgesehen sein.
Die beste Lösung ergibt sich daher nicht aus der Zahl 100 oder 1000 allein. Entscheidend sind Leitungslänge, Genauigkeitsziel, vorhandene Elektronik, Temperaturbereich und mechanische Ausführung der gesamten Messstelle.
Häufige Fragen zu Pt100 und Pt1000
Was ist der wichtigste Unterschied zwischen Pt100 und Pt1000?
Der Pt100 besitzt bei 0 °C einen Nennwiderstand von 100 Ω, der Pt1000 von 1.000 Ω. Der Pt1000 liefert dadurch bei derselben Temperaturänderung eine ungefähr zehnmal größere absolute Widerstandsänderung.
Was bedeutet das „Pt“ in Pt100?
Pt steht für Platin. Die Zahl bezeichnet den Nennwiderstand des Sensors bei 0 °C.
Welchen Widerstand hat ein Pt100 bei 100 °C?
Nach der genormten Kennlinie beträgt der Nennwiderstand bei 100 °C ungefähr 138,5 Ω.
Welchen Widerstand hat ein Pt1000 bei 100 °C?
Der Nennwiderstand beträgt bei 100 °C ungefähr 1.385 Ω.
Ist ein Pt1000 zehnmal genauer als ein Pt100?
Nein. Der Widerstand und die absolute Widerstandsänderung sind zehnmal größer. Die Toleranzklasse und damit die zulässige Sensorabweichung können bei beiden Typen gleich sein.
Warum ist der Leitungseinfluss beim Pt1000 kleiner?
Ein bestimmter Leitungswiderstand stellt beim Pt1000 einen wesentlich kleineren Anteil des gesamten Sensorsignals dar. Der daraus berechnete Temperaturfehler ist deshalb ungefähr zehnmal kleiner als beim Pt100.
Ist Pt1000 in Zweileiterschaltung immer ausreichend?
Nein. Bei langen, dünnen oder stark temperaturbelasteten Leitungen kann auch beim Pt1000 ein relevanter Fehler entstehen. Die erforderliche Genauigkeit und der tatsächliche Leitungswiderstand müssen geprüft werden.
Warum wird Pt100 häufig in Dreileiterschaltung verwendet?
Die Dreileiterschaltung kompensiert den Leitungswiderstand weitgehend und benötigt nur eine zusätzliche Ader. Sie bietet damit einen guten Kompromiss für industrielle Messstellen.
Welche Voraussetzung hat die Dreileiterkompensation?
Die Widerstände der Anschlussadern müssen möglichst gleich sein. Unterschiedliche Längen, Querschnitte oder Klemmstellen führen zu einem verbleibenden Messfehler.
Wann sollte eine Vierleiterschaltung eingesetzt werden?
Sie ist besonders sinnvoll bei Kalibrierungen, Referenzmessungen, langen Leitungen und hohen Genauigkeitsanforderungen. Der Leitungswiderstand wird nahezu vollständig aus dem Messergebnis entfernt.
Kann ein Pt1000 in Dreileiterschaltung angeschlossen werden?
Ja, sofern Sensor und Auswerteelektronik einen Pt1000-Dreileitereingang unterstützen.
Kann ein Vierleiterfühler an einem Dreileitereingang verwendet werden?
Das ist häufig durch eine entsprechende Verschaltung möglich. Die Klemmenbelegung muss dem Schaltbild des Herstellers entsprechen. Die Vorteile der echten Vierleitermessung gehen dabei verloren.
Kann ein Pt100 an einen Pt1000-Eingang angeschlossen werden?
Nein, nicht ohne entsprechende Umparametrierung der Auswerteelektronik. Der Widerstand ist um den Faktor zehn zu klein und würde falsch interpretiert.
Kann ein Pt1000 an einen Pt100-Eingang angeschlossen werden?
Nein. Der deutlich höhere Widerstand führt zu einem falschen Messwert, einer Bereichsüberschreitung oder einer Sensorfehlermeldung.
Sind Pt100 und Pt1000 mechanisch austauschbar?
Sie können in ähnlichen Gehäusen angeboten werden, müssen aber nicht dieselben Abmessungen, Anschlüsse oder thermischen Eigenschaften besitzen. Mechanische und elektrische Daten sind getrennt zu prüfen.
Welcher Sensor ist in der Industrie weiter verbreitet?
Der Pt100 ist in klassischen Industrie- und Prozessanwendungen besonders weit verbreitet. Viele vorhandene Transmitter, Regler und SPS-Module sind standardmäßig für Pt100 ausgelegt.
Wann ist Pt1000 besonders sinnvoll?
Pt1000 ist interessant bei einer Zweileiterschaltung, längeren Anschlussleitungen, kompakten Elektroniken und vorhandenen Pt1000-Eingängen.
Welcher Sensor eignet sich besser für Gebäudeautomation?
Pt1000 wird dort häufig verwendet, weil einfache Zweileiteranschlüsse möglich sind und der Leitungseinfluss vergleichsweise klein bleibt. Die konkrete Regel- oder Automationskomponente muss den Sensor jedoch unterstützen.
Welcher Sensor eignet sich besser für Kalibriertechnik?
Sowohl Pt100 als auch Pt1000 können geeignet sein. Entscheidend sind Toleranz, Stabilität, Sensorausführung und eine echte Vierleitermessung. Pt100 ist in der Präzisions- und Kalibriertechnik sehr verbreitet.
Hat ein Pt1000 eine schnellere Ansprechzeit?
Nicht grundsätzlich. Die Ansprechzeit wird hauptsächlich von Baugröße, Schutzrohr, thermischem Kontakt, Medium und Einbausituation bestimmt.
Kann ein Pt100 schneller als ein Pt1000 sein?
Ja. Ein kleiner, gut angekoppelter Pt100 kann deutlich schneller reagieren als ein Pt1000 in einem massiven Schutzrohr.
Was ist Eigenerwärmung?
Der Messstrom erzeugt im Sensorelement elektrische Verlustleistung. Dadurch kann sich der Sensor geringfügig über die tatsächliche Mediumstemperatur erwärmen.
Ist Eigenerwärmung beim Pt1000 größer?
Bei identischem Messstrom wäre die Verlustleistung wegen des höheren Widerstands größer. Geeignete Pt1000-Eingänge verwenden deshalb normalerweise einen kleineren Messstrom.
Was ist Klasse A bei einem Pt100?
Klasse A beschreibt eine definierte maximal zulässige Abweichung von der genormten Kennlinie innerhalb eines festgelegten Temperaturbereichs. Sie gilt nicht automatisch für die gesamte Messkette.
Gibt es Pt1000 in Klasse A oder AA?
Ja, abhängig vom konkreten Sensorelement und dessen zulässigem Temperaturbereich. Die Verfügbarkeit muss für die gewünschte Fühlerausführung geprüft werden.
Warum stimmt ein Pt100 trotz Klasse A nicht genau?
Zusätzlich zur Sensortoleranz können Leitungswiderstand, Elektronik, Einbaufehler, Wärmeableitung und Eigenerwärmung die Messung beeinflussen.
Wie erkenne ich, ob ein Sensor Pt100 oder Pt1000 ist?
Die sicherste Methode ist die Typenkennzeichnung oder Dokumentation. Eine Widerstandsmessung bei ungefähr Raumtemperatur liefert ebenfalls einen deutlichen Hinweis: Ein Pt100 liegt in der Größenordnung von 100 Ω, ein Pt1000 bei ungefähr 1.000 Ω.
Wie hoch ist der Widerstand eines Pt100 bei Raumtemperatur?
Bei ungefähr 20 °C liegt der Nennwert bei rund 107,8 Ω. Der genaue Wert hängt von der tatsächlichen Temperatur und der Sensortoleranz ab.
Wie hoch ist der Widerstand eines Pt1000 bei Raumtemperatur?
Bei ungefähr 20 °C liegt der Nennwert bei rund 1.078 Ω.
Kann ein Multimeter einen Pt100 prüfen?
Eine Widerstandsmessung ermöglicht eine grundlegende Plausibilitäts- und Durchgangsprüfung. Für eine genaue Temperaturbewertung oder Kalibrierung ist ein entsprechend genaues Messsystem und eine bekannte Temperaturreferenz erforderlich.
Wie prüft man einen Pt100-Eingang einer SPS?
Der Sensor wird abgetrennt und durch einen geeigneten Pt100-Simulator oder Präzisionswiderstand ersetzt. Danach wird kontrolliert, ob die SPS die zugehörige Temperatur korrekt anzeigt.
Kann derselbe Simulator für Pt100 und Pt1000 verwendet werden?
Nur wenn er ausdrücklich beide Kennlinien beziehungsweise Widerstandsbereiche unterstützt. Ein reiner Pt100-Simulator erzeugt nicht automatisch passende Pt1000-Werte.
Wann sollte ein 4–20-mA-Transmitter verwendet werden?
Er ist sinnvoll bei langen Leitungen, starken Störungen, standardisierten SPS-Eingängen oder wenn Diagnose- und Parametrierfunktionen benötigt werden.
Welchen Sensor verwendet ein universeller RTD-Transmitter?
Viele moderne Geräte unterstützen sowohl Pt100 als auch Pt1000. Der tatsächliche Sensortyp und die Schaltungsart müssen vor der Inbetriebnahme korrekt parametriert werden.
Kann der UPS4E einen Pt100 oder Pt1000 simulieren?
Der UPS4E ist für 4–20-mA-Stromschleifen ausgelegt. Er kann den Ausgang eines Temperaturtransmitters beziehungsweise den SPS-Stromeingang prüfen, simuliert aber keinen Pt100- oder Pt1000-Widerstand.
Welche Angaben werden für die Auswahl eines Widerstandsthermometers benötigt?
Erforderlich sind Sensortyp, Schaltungsart, Toleranzklasse, Temperaturbereich, Einbaulänge, Durchmesser, Prozessanschluss, Medium, Druck, Kabelausführung, Leitungslänge, vorhandene Elektronik und mögliche Kalibrier- oder Ex-Anforderungen.