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 Messwiderstände Pt100, Pt1000 und NTC erläutern. Die weniger gebräuchlichen Messelemente Ni1000 und KTY-Sensoren sind in der Gegenüberstellung am Ende des Beitrags ebenfalls enthalten.
Pt100, Pt1000 oder 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 als Messelement verwendet, wohingegen im Maschinenbau – nicht zuletzt aus Kostengründen – oftmals ein NTC zum Einsatz kommt. Da auch Pt100- und Pt1000-Messelemente 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 Messelemente
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 in Dünnschicht-Technik für Temperaturen bis 500°C sehr gut eignen, sind NTC standardmäßig bis ca. 150°C einsetzbar.
Einfluss der Zuleitung
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. Alternativ kann eine Ausführung mit Pt1000 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-Messwiderständen ist bei sehr hohen Stückzahlen aus Kostengründen nach wie vor berechtigt. Für kleine bis mittlere Stückzahlen empfehle ich, wenn möglich, einen 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 Messelemente | NTC | Pt100 | PT1000 | Ni1000 | KTY |
| Temperaturbereich | – | ++ | ++ | + | – |
| Genauigkeit | – | ++ | ++ | + | – |
| Linearität | – | ++ | ++ | + | ++ |
| Langzeitstabilität | + | ++ | ++ | ++ | + |
| Internationale Standards | – | ++ | ++ | + | – |
| Temperaturempfindlichkeit (dR/dT) | ++ | – | + | + | + |
| Einfluss der Zuleitung | ++ | – | + | + | + |
Hinweis
Unsere Temperaturfühler für den Maschinenbau sind mit allen gängigen Messelementen erhältlich. Weitere Informationen finden Sie auf der WIKA-Webseite. Die Kennlinien der verschiedenen Messelemente können Sie aus der nachfolgenden Übersicht ersehen:
Informieren Sie sich weiterhin in folgendem Video über die Unterschiede zwischen einem Pt100 und einem Pt1000 Widerstandssensor:
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