Ratgeber
In sehr vielen industriellen und gewerblichen Prozessen ist die Temperaturmessung unerlässlich. Die von entsprechenden Sensoren ermittelten Werte sind allerdings nur selten direkt von Überwachungs- und Steuerungssystemen zu verarbeiten. Sie sind aufzubereiten, und zwar in ein für solche Zwecke übliches Signal. Genau das machen Temperaturmessumformer.
Lesen Sie hier, welche Temperatursensoren üblicherweise im Einsatz sind, wie Temperaturmessumformer funktionieren und worauf bei der Beschaffung zu achten ist.
Was sind Temperaturmessumformer?
Temperaturmessumformer sind überwiegend in der Prozess- und Industrietechnik zu finden. Sie erfassen Temperaturen über einen externen Sensor und wandeln die Werte in ein standardisiertes elektrisches Signal um. Diese Signale lassen sich leicht übertragen, lesen und steuern, sodass sie beispielsweise von der Prozesssteuerung problemlos verarbeitet werden können.
Temperaturmessumformer sind essenziell für präzise und zuverlässige Temperaturmessungen in industriellen Umgebungen. Sie tragen dazu bei, die Datenintegrität über lange Distanzen hinweg zu erhalten und die Kompatibilität mit verschiedenen Systemen sicherzustellen.
Gängige Temperatursensoren
Temperatursensoren dienen im Allgemeinen zur Messung der Temperatur in gasförmigen oder flüssigen Medien. Sie nutzen dazu physikalische Eigenschaften, die sich mit der Temperatur verändern. Gängige Temperatur-Transmitter sind Thermoelemente, Widerstandstemperaturdetektoren und Thermistoren.
Thermoelemente
Thermoelemente bestehen aus zwei unterschiedlichen Metallen oder Legierungen, die miteinander verbunden sind. Herrschen an den zwei Verbindungsstellen unterschiedliche Temperaturen, entsteht eine thermoelektrische Spannung, die sogenannte Seebeck-Spannung. Sie ändert sich mit der Temperaturdifferenz zwischen der Messstelle und der Vergleichsstelle. Die Spannung ist sehr gering, typischerweise im Millivoltbereich.
Widerstandstemperaturdetektoren
Diese auch RTDs genannten Transmitter nutzen Metalle, deren elektrischer Widerstand sich mit der Temperatur ändert. Sie sind sehr genau und verfügen über eine nahezu lineare Temperatur-Widerstands-Beziehung. Zur Temperaturmessung wird einfach Strom durch den RTD geleitet. Der resultierende Spannungsabfall über den Sensor dient als Grundlage für die Berechnung des Widerstands. Da der Widerstand des Metalls mit der Temperatur steigt, lässt sich aus dem gemessenen Wert die Temperatur ableiten.
Zu den wichtigsten RTDs gehören Platin-Sensoren, meist mit Pt-Sensoren abgekürzt. Sie basieren auf dem Prinzip, dass der elektrische Widerstand von reinem Platin mit zunehmender Temperatur steigt. Pt-Elemente sind für ihre hohe Genauigkeit, Stabilität und Reproduzierbarkeit bekannt und werden häufig in industriellen und wissenschaftlichen Anwendungen eingesetzt.
Ein typischer Pt-Sensor besteht aus einem dünnen Draht aus reinem Platin, der auf einem nicht leitenden Material wie Keramik oder Glas aufgebracht oder gewickelt ist. Der Platin-Draht ist oft in einer Schutzhülle eingekapselt, um ihn vor Umwelteinflüssen zu schützen. Diese Detektoren werden oft nach dem Widerstandswert bei einer bestimmten Temperatur klassifiziert, typischerweise bei 0 Grad Celsius. So besitzt der Pt100 einen Widerstand von 100 Ohm, der Pt500 von 500 Ohm und der Pt1000 von 1000 Ohm.
Thermistoren
Bei Thermistoren handelt es sich um Halbleiter-Bauelemente, die einen starken Temperatur-Widerstands-Effekt aufweisen. Der Widerstandswert nimmt entweder mit steigender Temperatur stark ab – negativer Temperaturkoeffizient, NTC – oder er nimmt zu, dann handelt es sich um einen positiven Temperaturkoeffizienten oder PTC. Thermistoren sind sehr empfindlich und bieten eine schnelle Reaktionszeit, jedoch nur über einen kleineren Temperaturbereich im Vergleich zu Thermoelementen oder RTDs.
Nach der Erfassung der Temperatur durch den angeschlossenen Temperatursensor erfolgt die Signalverarbeitung. Sie beginnt mit der Linearisierung. Viele Temperatursensoren, insbesondere Thermoelemente, liefern eine nicht-lineare Antwort auf Temperaturänderungen. Der Temperaturmessumformer wandelt die rohen Sensordaten über mathematische Modelle in eine lineare Skala um. Anschließend erfolgen die Verstärkung und Filterung, da das Signal oft schwach und von Rauschen überlagert ist. Der Messumformer verstärkt das Signal und filtert das Rauschen heraus.
Der wichtigste Schritt ist die Signalumwandlung, das heißt, die Umformung des Sensorsignals in ein standardisiertes Ausgangssignal. Das kann sowohl ein Stromsignal mit 4 bis 20 Milliampere oder ein Spannungssignal mit 0 bis 10 Volt sein. Diese Standardsignale sind robust gegenüber elektrischen Störungen, auch über lange Leitungslängen hinweg. Viele hochwertige Temperaturmessumformer verfügen zudem über digitale Schnittstellen, beispielsweise für die Ankopplung an ein digitales Netz wie den Profibus.
Messbereich und Genauigkeit
Stellen Sie sicher, dass der Messbereich des Temperaturmessumformers die Temperaturschwankungen abdeckt, die in Ihrer Anwendung erwartet werden. Die erforderliche Genauigkeit hängt von der Anwendung ab. Präzise Messergebnisse, wie sie in Laboren oder in der pharmazeutischen Produktion notwendig sind, benötigen oft Messumformer mit höherer Genauigkeit.
Gehäuse, Konstruktion und Montage
Die Materialauswahl und das Gehäusedesign sind wichtig, um die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit in der vorgesehenen Umgebung zu gewährleisten. Edelstahlgehäuse sind zum Beispiel für korrosive Umgebungen geeignet. Die Montage ist in der Regel problemlos: Die weitaus meisten Messumformer lassen sich auf DIN-Schienen anbringen.
Sensortyp
Überlegen Sie, welche Art von Temperatursensor am besten für Ihre Bedürfnisse geeignet ist. Verschiedene Sensoren wie Thermoelemente, RTDs und Thermistoren besitzen unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf Genauigkeit, Antwortzeit und Betriebstemperaturbereich.
Umgebungsbedingungen
Berücksichtigen Sie Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Feuchtigkeit und das Vorhandensein von korrosiven oder explosiven Gasen. Für harte Umgebungen benötigen Sie möglicherweise Messumformer mit entsprechenden Schutzmaßnahmen wie einer höheren IP-Schutzklasse.
Benutzerfreundlichkeit und Konfiguration
Einige Messumformer bieten digitale Schnittstellen zur einfachen Konfiguration und Überwachung. Überlegen Sie, ob Funktionen wie Remote-Überwachung oder Feldkonfiguration für Ihre Anwendung nützlich sein könnten.
Ausgangssignal
Wählen Sie ein Ausgangssignal, das mit Ihrer Steuerungs- oder Überwachungsausrüstung kompatibel ist. Gängige Standardsignale umfassen Ströme von 4 bis 20 Milliampere und Spannungen von 0 bis 10 Volt.