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3.13
Grundlagen der RTD-Technologie
Bestimmte Werkstoffe ändern ihren elektrischen Widerstand, wenn sich die Temperatur des Werkstoffs
ändert. Durch diese Eigenschaft können sie als Sensor zur Temperaturmessung verwendet werden. Solch
ein RTD-Element (Resistance Temperature Detector) oder Thermistor weist dann eine materialabhängige
bekannte Charakteristik auf, nämlich, wie sich der Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur
reproduzierbar ändert. In erster Näherung kann diese Kennlinie als lineare Gleichung aufgefasst werden:
∆R = k(T) ⋅ ∆T .
Der Faktor k kann positiv oder negativ sein und muss vom Sensorhersteller angegeben werden:
• Positiver Koeffizient (PTC): elektrischer Widerstand steigt mit steigender Temperatur, wird also
schlechter leitend, Sensor wird dann als Kaltleiter bezeichnet,
• negativer Koeffizient (NTC): elektrischer Widerstand steigt mit fallender Temperatur, wird also besser
leitend, Sensor wird dann als Heißleiter bezeichnet.
Je größer dieser Faktor, desto empfindlicher ist der Sensor.
Temperaturmessung
Diese Art der Temperaturmessung ist abzugrenzen von jener mit Thermoelement‑Sensoren: Letzte-
re erzeugen von sich aus eine (kleine) Spannung über den Leiter, die an den Kontaktstellen gemes-
sen wird.
In einem sehr kleinen Messbereich können fast alle Materialien durch solch eine lineare Kennlinie
beschrieben werden. Oft soll jedoch über einen großen Messbereich, z. B. mehrere 10 K oder 100 K,
gemessen werden. In solchen Bereichen muss die Kennlinie bei vielen Materialien durch nichtlineare
Gleichungen höherer Ordnung oder mit exponentiellen Funktionen beschrieben werden. Beispiele für solche
Gleichungen sind
• Platin/Pt-Sensoren (PTC/Kaltleiter) nach z. B. IEC 60751 oder ASTM-E1137 (sog. Callendar–Van
Dusen-Gleichung):
◦ für den Bereich -200...0 °C:
R(T) = R
(1 + AT + BT
0
◦ für den Bereich 0°C...850°C:
R(T) = R
(1 + AT + BT
0
Die Koeffizienten A, B, C sind vom Sensorhersteller anzugeben bzw. der Norm zu entnehmen. Der
Parameter R
gibt den Widerstand in Ω des Platinsensors bei T = 0 °C an. Die Sensoren werden nach
0
diesen Bezeichnungen qualifiziert, so spricht man vom Pt100, wenn R
• Die Gleichung 6.Ordnung für Ni-Sensoren nach DIN 43760 (zurückgezogen), z. B. für 6180 ppm/K.
• für Halbleiter-Thermistoren (i.d.R. NTC) nach der Steinhart-Hart-Gleichung:
Die Koeffizienten a, b, c sind vom Sensorhersteller anzugeben, diese können auch durch Messung des
Widerstandes bei drei bekannten Temperaturen bestimmt werden.
• B-Parameter-Gleichung (für Halbleiter-Thermistoren, i.d.R. NTC):
Die Koeffizienten R
, B, T
T0
des Widerstandes bei zwei bekannten Temperaturen bestimmt werden.
Die B-Parameter-Gleichung stellt eine Vereinfachung der Steinhart-Hart-Gleichung dar. Der B-Parameter
selber ist nur in einem kleinen Bereich konstant, z. B. zwischen 25°C...50°C oder 25°C...85°C. Dieser wird
mit B
bzw. B
bezeichnet. Die Genauigkeit der Gleichung hängt stark von dem B-Parameter ab: Je
25/50
25/85
größer der Messbereich, desto geringer die Genauigkeit. Wird ein größerer Messbereich benötigt, so ist die
Steinhart-Hart-Gleichung vorzuziehen.
• Grundsätzlich kann ein Sensorhersteller die Kennlinie seines Sensors natürlich auch formellos als
Werte-Tabelle veröffentlichen wie es z. B. bei KT/KTY-Sensoren erfolgt.
EL32xx-0xx0
2
+ C(T – 100 °C)T
2
) .
.
.
und A sind vom Sensorhersteller anzugeben, diese können auch durch Messung
0
Version: 6.4
3
) ,
= 100 Ω bei T = 0 °C beträgt.
0
Produktbeschreibung
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