Insbesondere aus dem Maschinenbau wird immer wieder die Frage des richtigen Messelementes an mich herangetragen. Aus diesem Grund möchte ich in diesem Beitrag die Unterschiede der am meisten eingesetzten Sensoren Pt100, Pt1000 und NTC erläutern. Die weniger gebräuchlichen Messelemente Ni1000 und KTY-Sensoren sind in der Gegenüberstellung am Ende des Beitrags ebenfalls enthalten.
Einsatzgebiete von Pt100, Pt1000 und NTC
Widerstandsthermometer auf Basis von Pt100, Pt1000 (Kaltleiter) und NTC (Heißleiter) werden in der industriellen Temperaturmesstechnik überall dort eingesetzt, wo niedrige bis mittlere Temperaturen gemessen werden. In der Prozessindustrie werden fast ausschließlich Pt100 und Pt1000 Sensoren verwendet. Im Maschinenbau hingegen kommt – nicht zuletzt aus Kostengründen – oftmals ein NTC zum Einsatz. Da auch Pt100 und Pt1000 Sensoren inzwischen in Dünnschicht-Technik hergestellt werden, konnte der Platinanteil auf ein Minimum reduziert werden. Dadurch ist der Kostenunterschied zum NTC in eine Größenordnung geschrumpft, die bei mittleren Stückzahlen einen Umstieg von NTC auf Pt100 oder Pt1000 durchaus interessant werden lässt, insbesondere da Platinmesswiderstände einige Vorteile gegenüber Heißleitern bieten.
Vor- und Nachteile der verschiedenen Sensoren
Unter anderem bieten die Platinelemente Pt100 und Pt1000 den Vorteil, dass sie internationalen Normen entsprechen (IEC 751 / DIN EN 60 751). Material- und produktionsspezifische Merkmale hingegen schließen eine Normung von Halbleiterelementen wie NTC aus. Daher sind diese nur begrenzt untereinander austauschbar. Weitere Vorteile von Platinelementen Pt100 und Pt1000 sind eine bessere Langzeitstabilität und Temperaturzyklus-Fähigkeit, ein größerer Temperaturbereich sowie eine hohe Messgenauigkeit und Linearität. Hohe Messgenauigkeit und Linearität ist mit einem NTC ebenfalls erreichbar, jedoch in einem sehr eingeschränkten Temperaturbereich. Während sich Pt100 und Pt1000 Sensoren in Dünnschicht-Technik für Temperaturen bis 500°C sehr gut eignen, sind NTC standardmäßig bis ca. 150°C einsetzbar.
Einfluss der Zuleitung auf den Messwert
Bei einer Temperaturfühler-Ausführung in 2-Leiter-Schaltung trägt der Leitungswiderstand der Anschlussleitung zum Messwert bei und muss berücksichtigt werden. Als Richtwert gilt bei Kupferleitung mit Querschnitt 0,22 mm2:
0,162 Ω/m → 0,42 °C/m bei Pt100 Sensor. Alternativ kann eine Ausführung mit Pt1000 Sensor gewählt werden, bei der der Einfluss der Zuleitung mit 0,04 °C/m um den Faktor 10 geringer ist. Weit weniger macht sich der Zuleitungswiderstand entsprechend des Grundwiderstandes R25 bei einem NTC-Messelement bemerkbar. Wegen der stark abfallenden Kennlinie des NTC steigt der Einfluss bei höheren Temperaturen jedoch überproportional an.
Fazit
Der Einsatz von NTC-Sensoren ist bei sehr hohen Stückzahlen aus Kostengründen nach wie vor berechtigt. Für kleine bis mittlere Stückzahlen empfehle ich, wenn möglich, einen Sensor mit Platinmesswiderstand Pt100 oder Pt1000 zu verwenden. Pt1000 in Dünnschichtausführung ist hier ein hervorragender Kompromiss zwischen Kosten auf der einen und Genauigkeit der Messung auf der anderen Seite. In nachfolgender Tabelle habe ich die Stärken und Schwächen der verschiedenen Messelemente in einer Übersicht für Sie zusammengestellt:
| Stärken und Schwächen verschiedener Sensoren | NTC | Pt100 | PT1000 | Ni1000 | KTY |
| Temperaturbereich | – | ++ | ++ | + | – |
| Genauigkeit | – | ++ | ++ | + | – |
| Linearität | – | ++ | ++ | + | ++ |
| Langzeitstabilität | + | ++ | ++ | ++ | + |
| Internationale Standards | – | ++ | ++ | + | – |
| Temperaturempfindlichkeit (dR/dT) | ++ | – | + | + | + |
| Einfluss der Zuleitung | ++ | – | + | + | + |
Pt100, Pt1000, NTC, KTY und Ni1000 Kennlinien
Die Kennlinien der verschiedenen Messelemente können Sie aus der nachfolgenden Übersicht ersehen:
Kennlinien der unterschiedlichen Sensoren
Hinweis
Mehr Informationen zu unseren Widerstandsthermometern erhalten Sie auf der WIKA-Website. Weitere Informationen zu unseren Temperaturfühlern für den Maschinenbau, die übrigens mit allen gängigen Messelementen erhältlich sind, erhalten Sie ebenfalls auf der WIKA-Webseite.
Informieren Sie sich über die Funktionsweise von Widerstandsthermometern mit Pt100 und Pt1000 Sensor in folgendem Video:
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Sehr hilfreiche Übersicht für denjenigen, der nicht täglich damit zu tun hat, zeigt die Vor- und Nachteile der Sensorarten sehr kompakt und schnell erfassbar an – temperature sensors in a nutshell – wie die Engländer sagen. MfG F.v.Hertling